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单相电炉的三相供电

发布时间:2019-12-31 16:48    点击次数:109次   

  单相电炉的三相供电*陈 燕 萍(昆明有色冶金设计研究院, 昆明650051)摘要 阐述了当三相电网电源中接入大容量单相负载时 , 为解决电网平衡运行问题所需满足的条件。关键词 单相电炉三相平衡 平衡电容器1 概述工业供电网络采用三相制运行 , 电网是三相平衡的, 从而要求接入电网的大容量负载也要尽量平衡 , 使电网电压 (或电流)大小相等, 相角均差 120°, 矢量代数和为零。工频感应电炉的炉体是单相供电, 当直接接入三相电网等, 若电网容量远远大于负载容量, 则可视电网容量为无穷大 , 此时单相负载的接入不足以影响电网的对称运行;...

  单相电炉的三相供电*陈 燕 萍(昆明有色冶金设计研究院, 昆明650051)摘要 阐述了当三相电网电源中接入大容量单相负载时 , 为解决电网平衡运行问题所需满足的条件。关键词 单相电炉三相平衡 平衡电容器1 概述工业供电网络采用三相制运行 , 电网是三相平衡的, 从而要求接入电网的大容量负载也要尽量平衡 , 使电网电压 (或电流)大小相等, 相角均差 120, 矢量代数和为零。工频感应电炉的炉体是单相供电, 当直接接入三相电网等, 若电网容量远远大于负载容量, 则可视电网容量为无穷大 , 此时单相负载的接入不足以影响电网的对称运行;若电网容量对负载容量来说不为无容大 , 则单相负载的接入就会影响到电网的对称运行。此时电源除了正序分量之外, 还有负序分量和零序分量 , 这就使得三相电压、 电流瞬时值之和不等于零 , 破坏了电网的三相对称运行, 甚至造成系统严重不平衡 , 这种情况是不允许出现的。为了把不平衡供电系统转变为平衡供电系统 , 可采用各种方法实现调控。工频感应电炉一般采用相平衡器 (在炉子容量小 , 功率不大, 且电源容量比较大时 , 炉子也可直接接入三相电网, 而不用相平衡器)。以下结合工程实例, 进一步探讨这个问题。* 收稿日期:1997-12-302 相平衡器的调节某工程设计中 , 按工艺要求选用的铜锭加热电炉为三相供电的单相工频感应电炉 ,炉子容量 900kW 。该感应电炉主回路由三相电炉变压器经刀开关、 交流接触器等元件控制 , 用铜排对电炉供电 。见图 1。图 1电炉供电主回路图感应电炉的简单工作原理类似于一个空芯变压器 , 其一次绕组为感应器, 二次绕组为泔埚内的金属炉料。当交流电压通过感应第 25 卷 第 2 期1998有色金属设计NONFERROUS METALS DESIGNVol.25 No .21998 器时 , 产生的交变磁场使金属炉料内感应出电动势, 感应电动势在金属内部形成涡流而将金属加热溶化 。这种三相供电的单相负载极易造成三相不平衡 , 因此需采用相平衡器解决平衡供电问题。相平衡器是由平衡电抗器和平衡电容器组成 , 见图 1虚线部份。炉子接在 A 相和 B相之间 , 可调平衡电容器 Xc 接在 B 相和 C相之间 , 平衡电抗器 X L 接在 C 相和 A 相之间。感应炉的无功电流较大 , 功率因数较低, 一般 cos=0.1~ 0.25。与炉子并联的可调电容器 X c 就是用来提高炉子的功率因数, 如果该 电容器选择适 当, 可以得到cos=1, 此时感性负载炉子的感性电流被足够的容性电流所补偿, 感应器与并联的电容器产生电流谐振。那么 , 如何调节相平衡器才能使得炉子工作时三相电网保持平衡呢?将图 1 展开 , 见图 2。图 2 电炉供电主回路展开图由图 2, 可根据节点电流定律列出各节点的电流方程式 :I.A -I.AB +I.CA =0I.B -I.BC +I.AB =0I.C -I.CA +I.BC =0移项后得到电网电流方程组:I.A =I.AB -I.CAI.B =I.BC -I.ABI.C =I.CA -I.BC设图 2 中 AB 间接的是未经补偿的非电阻元件, BC 间 、 CA 间接的是纯电容、 电感元件, 且假设此时三相平衡 。根据各元件特点作矢量图 , 见图 3。图 3矢量图如果以 U AB 为基准轴, 展开 、 整理得:I AB sin (+30) =32I BC (1)I AB cos (+30) - 12I BC =I CA(2)如果调节补偿电容器 X C , 使得 AB 回路满足 cos=1 (即炉子成为纯电阻性负载), 则有 =0, 将其代 入 (1)式有 :I AB / 3 =I BC再次上式代入 (2)式整理得 :I AB / 3=I CA所以有 :I AB / 3 =I BC =I CA (3)因为三相电网平衡时 , 必有 U AB =U BC=U CA ,故 :U AB I AB cos/ 3 =U BC I BC sin c =U CAI CA sinL此时 , 因为 =0, cos=1; c =90, sin c=1;L =90, sin L =153 第 2 期陈燕萍:单相电炉的三相供电 所以有:P AB / 3 =Q BC =Q CA根据相电流和相电压的大小及相位关系, 按作图法作出线电流与相电流的相互关系矢量图 , 见图 4。图 4线电流与相电流关系矢量图由图 4 可知 :电网电流 I.A , I.B , I.C 也是平衡的 。若把图中电源电压相序变反 , 或把各元件所接相任意互换 , 然后按同样的方法列出节点电流方程, 作矢量图 , 你会发现:I.A , I.B , I.C 不仅大小不等 , 且相角也不均差 120(此外就不再赘述)。3 结语当炉子 (单相负载)接入三相电网后 ,等效于平衡的三相负载必须同时满足下列 3个条件:(1)单相负载 (接入 A, B 相)的功率因数必须补偿到 cos=1。(2)平衡电容无功容量 Q C 和平衡电抗无功容量Q L 相等, 且等于炉子有功功率 P的 1/ 3倍 , 即 :Q C =Q L =P/ 3 。(3)由炉子及其补偿电容器、 平衡电容器、 平衡电抗器组成的负载三角形与电源的接线应该正确。即 :电炉接 A , B 相, 平衡电容器接 B , C 相, 平衡电抗器接 C, A相。简讯昆明院首创中国架空索道输送火电厂灰渣昆明有色冶金设计研究院总承包的四川省电力工业局河门口发电厂除尘设施改造及粉煤灰供应工程, 由于大胆采用国内最先进的客运架空索道技术同步装料输送火电厂灰渣获得成功, 日前 , 得到有关专家的高度赞誉, 科技含量高, 开创了中国架空索道输送火电厂灰渣的先河 。河门口发电厂地处攀西大裂谷地区, 由厂区至灰坝直线km , 但地形复杂, 要经过铁路 、 民房、 深沟和陡坡, 并且高差达 200m 左右, 昆明院大胆创新 , 通过方案比较 , 科学论证 , 打破管泵输送电厂灰渣的传统模式 , 采用架空索道技术同步装料输送火电厂灰渣, 其特点是运行平稳, 安全可靠 , 自动化程度高, 维护方便 , 满足了生产需要, 保证了国家重点工程四川省二滩水电站建设的供灰。架空索道输送火电厂灰渣这一高科技成果 ,为我国火力发电厂灰渣输送, 尤其是在地形复杂 、 输送距离远的火力发电厂的灰渣输送开辟了新途径 , 有重要的实用价值 。(本刊讯)54 有色金属设计第 25卷


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