10T真空自耗电弧炉用2×20kA/60V直流电源的设计与应用

断弧范围

　　由于自耗电极真空熔炼炉工艺有起弧、熔炼、补缩等工艺过程，为了保证成品锭快熔化完时使锭子端口尽可能的平整，提高熔化锭子成品率，要求补缩电流尽可能的小，尽管在主电路中直流输出端增加了平波电抗器Lo，但也很难使输出直流电流达到全范围连续，因而在控制回路中增加了电流断续的补偿环节，使补缩时的电流连续稳定工作范围达到了最小电流不大于500A的良好效果。

　　(7) 功率因数补偿环节的控制

　　由于真空自耗熔炼炉工艺过程较为复杂，工作时分起弧、熔炼、补缩、停机等工艺流程，同时对应不同的工作段，要求电源输出稳定运行的电流与电压值不同，由此造成电源运行时其功率因数与注入电网的谐波电流含量会有很大不同，这就决定了对其功率因数补偿和谐波治理要采取变化的参数与结构。只有这样才能达到在整个工艺过程中都可保证功率因数不低于国标允许值，而注入电网的谐波电流不超过国标允许值，因本10T真空自耗炉用直流电源采用12脉波可控整流方案，总体装机用电容量并不大，所以其注入电网的谐波含量是满足国标《GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波》规定的，因而在本系统中仅考虑功率因数补偿，而未设置谐波滤波，只是功率因数补偿的控制电路，既要满足起弧、熔炼、补缩、停机等工艺流程的需要，又要适合熔炼一次锭、二次锭、合金锭及锭子直径不同对直流电源输出电流的要求不同的需要，为此设计了专门的控制器，控制器内对电源的功率因数按输入的电压和电流值随时进行计算，并按熔炼工况及锭子种类和实际使用电流的不同，按8421组合决定投入多大的补偿容量，既严格保证在整个工作周期中，补偿后的功率因数大于0.95,且使谐波不被放大，又可靠的按当电源负荷达到一定值时，功率因数补偿支路才投入，而当电源负荷小到一定值时，功率因数补偿支路先切除，在直流电源停机时，先退出功率因数补偿支路，再断开图2中的断路器DLQ，保证不发生次谐波震荡及谐波放大等不正常情况。

　　三、实用效果简介

　　上述10T钛合金熔炼真空自耗炉用2×20kA/60V直流电源，已成功的用于我们研制的国内首台10T电弧炉熔炼系统中，整流变压器、直流平波电抗器、晶闸管整流单元、控制环节、纯水冷却器、进线断路器全部装于两个柜体中，每个整流柜系统输出20kA/60V，使用中两柜并联运行，经实测稳流精度高于1%，功率因数不论是在熔化一次锭还是二次锭，电源输出电流稳定运行范围10kA～40kA，全范围内都不低于0.95，注入电网的谐波电流含量低于国标允许值，补缩工况最小可连续稳定运行电流为500A,现场安装仅需连接交流三相输入690V电缆线及直流输出正负母排和外循环水两根水管，安装甚为方便，运行稳定可靠，达到了十分理想的设计与运行效果。

　　四、结 论

　　综上分析，我们可得下述结论：

　　1.10T钛合金熔炼真空自耗炉用2×20kA/60V直流电源的研制成功，填补了国内空白，它把整流变压器、平波电抗器、纯水冷却器、整流及控制和保护等单元装于一个柜体中，缩短了引线尺寸及占地面积，减小了现场安装工作量，是个很好的方案。

　　2. 文中介绍的同步环节及触发脉冲形成电路设计的较为巧妙，可推广到低压可控整流系统。

　　3. 电压与电流可根据工况自动切换的闭环调节器设计，兼顾了稳定输出电压与输出电流的不同需要是个不错的设计方案。

　　4. 采用12脉波可控整流，同时增加动态功率因数补偿环节，通过巧妙的控制器设计，满足了真空自耗熔炼炉的复杂运行工况要求，使运行时的功率因数较高，并保证了注入电网的谐波不被放大，在该行业为首创，在国内真空自耗熔炼炉及凝壳炉电源的系统配置中具有推广性。

　　5.文中介绍的PLC监控与保护单元应用矩阵式软件编程方法，使需要的硬件配置要求得以降低，节约了成本，具有创新性。

　　6.理论分析和实用效果都证明了，上述方案的可行性，毫无疑问，其应用前景将是十分广阔的。

　　参考文献

　　1.王兆安 电力电子技术(M)(第四版)，北京：机械工业出版社，2006，12

　　2.李宏 浅谈直流电弧炉用电源的发展，电源技术应用(J)，2010.2

　　3.李宏著，常用电力电子变流设备的调试与维修基础(M)，北京，科学出版社，2011

　　4.李宏著，常用电力电子变流设备的调试与维修实例(M)，北京，科学出版社，2011

　　5.李宏，常用电力电子变流设备器件及集成电路应用指南，第一分册 电力半导体器件及驱动集成电路(M)，北京：机械出版社，2001.5