一種新型的sc投切開關(guān)

一種新型的sc投切開關(guān)

1tsc投切開關(guān)的設(shè)計(jì)采用電子管生產(chǎn)電壓干燥裝置（tsc），已有20年和30年歷史。裝置的主回路較多采用六只晶閘管組成三相電子開關(guān)、或用三只晶閘管和三只二極管構(gòu)成反并聯(lián)三相電子開關(guān),連接在交流電源上進(jìn)行分組控制。這種電路使用的晶閘管元件較多,相應(yīng)的觸發(fā)電路也多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資大。為此,冶金自動化研究院結(jié)合用戶生產(chǎn)工藝狀況和TSC投切機(jī)理,開發(fā)了兩種結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用元件少、成本低的TSC投切開關(guān)的主回路結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的觸發(fā)電路。用兩只晶閘管和一只二極管組成的主電路簡稱為“2+1”電路,用兩只晶閘管和兩只二極管組成的主電路簡稱為“2+2”電路。2電容器組預(yù)充電值的計(jì)算晶閘管投切電容器組的關(guān)鍵技術(shù)是必須做到電流無沖擊。TSC新型“2+1”主回路原理結(jié)構(gòu)如圖1所示,“2+2”主回路原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。晶閘管投切電容器組的機(jī)理如圖3所示,其拉氏變換的數(shù)學(xué)模型為U(s)=[Ls+1/Cs]I(s)+Vco/s(1)設(shè)電源U=Um×sin(ω0t+α)解得i(t)=iacmcos(ω0t+α)-n[Uco-n×n×Um×sin(α)/(n×n-1)]sin(ωnt)/Xc-iacmcos(α)cos(ωnt)(2)式中ωn=1/LC???√=nω0?n=XC/XL???????√,iacm=Um×n×n/(n×n?1)/XC式中ωn=1/LC=nω0?n=XC/XL,iacm=Um×n×n/(n×n-1)/XC由式(2)可知,電流i(t)由三項(xiàng)組成,第一項(xiàng)為穩(wěn)態(tài)電流,電流超前電壓90°,為使TSC投切電容器組電流無沖擊,必須滿足兩個(gè)條件:①:式(2)的第三項(xiàng)cos(ωnt)=0,即晶閘管在正弦波電源電壓的正或負(fù)峰值點(diǎn)觸發(fā);②:式(2)中的第二項(xiàng)為零(Uco=n×n×Um/(n×n-1)),即電容器必須予充電到n×n×Um/(n×n-1),當(dāng)n為2、3時(shí),其值很大。式(2)的第三項(xiàng)給出當(dāng)觸發(fā)角偏離最佳點(diǎn)時(shí)的振蕩電流的幅值;式(2)中的第二項(xiàng)給出當(dāng)Uco偏離最佳予充電值時(shí)振蕩電流的幅值。若使電容器電流ic=C×du/dt=0,則du/dt=0,即晶閘管必須在電源電壓的正或負(fù)峰值觸發(fā)導(dǎo)通投切電容器組,不同電路形式其電容器預(yù)充電值不同。該電路在投入、切斷時(shí)無電流、電壓沖擊,使系統(tǒng)得以可靠安全運(yùn)行。2.1電容器不同電壓的特性“2+1”電路結(jié)構(gòu)是電容器組接成星形電路,星點(diǎn)處用一只二極管和兩只晶閘管組成三角形連接的電子開關(guān)電路(如圖1所示)。該電路結(jié)構(gòu)是冶金自動化研究院的專利技術(shù)(專利號:ZL9921656.9)。假設(shè)晶閘管工作為二極管狀態(tài),工作波形圖如圖4。在元件電壓由反向變?yōu)檎虻乃矔r(shí),產(chǎn)生電流。電路通過二極管D1實(shí)現(xiàn)兩相電容器C1、C3預(yù)充電,每個(gè)電容器充電到1/2線電壓的峰值?！?+1”電路工作,觸發(fā)VT1管,此時(shí)電路處于單相運(yùn)行狀態(tài),單相是指Uab電壓對C1、C2電容器工作。理論上觸發(fā)點(diǎn)為Uab的負(fù)峰值,但是Uc1只充電到1/2線電壓的峰值,Uc1電位不足以觸發(fā)VT1,要等到Uab經(jīng)過60°降到與Uc1電壓相等時(shí),VT1才可能觸發(fā)導(dǎo)通。VT1導(dǎo)通后,Uc1電位下降,引起D1管導(dǎo)通,此時(shí)“2+1”電路離開單相工作,進(jìn)入三相工作狀態(tài)。在Uc的正峰值觸發(fā)第二只晶閘管VT2,VT2導(dǎo)通,晶閘管VT1仍然導(dǎo)通,使得二極管D1自然截止。經(jīng)過120°在Ua的正峰值二極管D1自然導(dǎo)通、由于VT2和D1導(dǎo)通,晶閘管VT1自然截止。其結(jié)果在任意時(shí)刻均有兩只管子處在導(dǎo)通狀態(tài),即每只管子導(dǎo)通工作240°。晶閘管和二極管在導(dǎo)通和截止時(shí)電壓電流波形如圖5、圖6。因?yàn)槿齻€(gè)元件的關(guān)斷時(shí)間不同,關(guān)斷時(shí)的元件電壓也不同。VT1上的電壓為3.5倍線電壓(有效值),VT2上的電壓為2倍的線電壓(有效值),D1上的電壓為3倍的線電壓(有效值)。2.2反串聯(lián)連接電路“2+2”電路結(jié)構(gòu)也是冶金自動化研究院的專利技術(shù)(專利號:ZL00209885.7),它是在三相電源的兩相上分別用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)連接組成三相開關(guān)電路。電容器組接成三角型也可以接成星形,如圖2所示?！?+2”電路是“2+1”電路的對偶形式或姊妹電路,其工作原理與“2+1”電路相似。在晶閘管未被觸發(fā)前,通過二極管對電容器予充電,晶閘管觸發(fā)脈沖在電源A相電壓的負(fù)峰值處觸發(fā)晶閘管VT1,經(jīng)過120°后觸發(fā)第二只晶閘管VT2。管子承受電壓有所不同:VT1和D1上的電壓為3.5倍線電壓(有效值),VT2和D2上的電壓為3倍的線電壓(有效值)。3晶閘管觸發(fā)同步電路取觸發(fā)信號方式有兩種:一種是從晶閘管兩端取電壓過零信號,另一種取自電網(wǎng)電壓信號。從晶閘管兩端取電壓過零信號控制觸發(fā),信號電路設(shè)計(jì)煩瑣,在中、高壓裝置中更困難。上述兩種主電路的晶閘管觸發(fā)同步電路取自電網(wǎng)電壓信號,經(jīng)同步變壓器降壓后,電阻限流驅(qū)動光電耦合器,提供電子電路的同步信號。它有別于晶閘管過零觸發(fā)方式。這種信號的隔離,使系統(tǒng)可靠性提高,動作速度加快。觸發(fā)電路有嚴(yán)格的相序觸發(fā)要求,可實(shí)現(xiàn)接收工作指令,相序出錯(cuò)判斷,觸發(fā)命令形成,脈沖列產(chǎn)生。投切電容器組的晶閘管脈沖觸發(fā)信號不同于電氣傳動系統(tǒng)的脈沖觸發(fā)信號,它是采用寬脈沖列,且脈沖列寬度為180°和120°不等。4路形式的工程應(yīng)用TSC“2+1”和“2+2”主電路形式已成功的在攀鋼軌梁廠大剪、左右推床和安鋼高線得到了應(yīng)用,安全可靠運(yùn)行1年多,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。4.1tsc的應(yīng)用工廠有兩個(gè)負(fù)載,一個(gè)是左右推床、一個(gè)是大剪。供電電壓0.66kV,電壓陷波干擾嚴(yán)重,電網(wǎng)電壓質(zhì)量不好危害工廠,因其產(chǎn)品質(zhì)量下降,功率因數(shù)過低,一次側(cè)為0～0.65,二次側(cè)為0～0.19,增大了供電電纜和變壓器的焦耳損耗。冶金自動化院應(yīng)用“2+1”電路解決了問題。TSC配置的容量大剪為600kvar×2,左右推床為750kvar×2。裝置產(chǎn)生的效果功率因數(shù)上升為0.93,意味著就地補(bǔ)償提供了大量所需的無功功率,變壓器不再過載運(yùn)行。推床變壓器設(shè)計(jì)容量為1420kVA,實(shí)際運(yùn)行最大容量為1376kVA,補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后,運(yùn)行容量為576kVA;從高壓側(cè)10kV看,補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行前,高壓電流為115A,補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后,高壓電流為15A,供電電壓平穩(wěn),不補(bǔ)償時(shí),低壓電壓降落24V,補(bǔ)償后電壓基本不變。統(tǒng)計(jì)年節(jié)電額約100萬元。4.2無功補(bǔ)償及諧波濾波運(yùn)行效果安鋼高線有6套“2+2”低壓(630V)TSC就地動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波濾波裝置和1套“2+1”中壓(6kV)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。安陽鋼鐵股份有限公司高速線材廠無功補(bǔ)償及諧波濾波裝置濾波質(zhì)量滿足國標(biāo)“GB/T14549-1993”,功率因數(shù)由0.87升高至0.97。補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行前后,電網(wǎng)運(yùn)行功率差為2013kW,補(bǔ)償前噸鋼耗電量為:167.7(kW·h/T);補(bǔ)償后噸鋼耗電量為:145.0(kW·h/T),節(jié)電效果明顯。高線廠年產(chǎn)量按40萬噸計(jì)算,節(jié)電908萬kW·h,年節(jié)約電費(fèi)314萬元。一年內(nèi)收回了投資成本,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。5tsc投切開關(guān)工作