發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 22:08

　　 礦熱爐是鐵合金行業(yè)必備的生產(chǎn)設(shè)備。采用工頻交流供電運(yùn)行,不但電耗嚴(yán)重、功率因數(shù)低,而且三相很難平衡、效率低、生產(chǎn)成本高。采用直流供電,既能降低母線感抗壓降,又可提高功率因數(shù),實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效的目的。因而,目前大容量礦熱爐電源正朝著直流方向發(fā)展。本論文研究額定容量為33000kVA的直流礦熱爐供電系統(tǒng),該系統(tǒng)由3套額定輸出為100kA/175V的12脈波直流電源組成,其在變壓器高壓交流側(cè)可等效為36脈波整流。由于該電源大電流的輸出特點(diǎn),每臺(tái)主電路選擇整流變壓器降壓后接晶閘管整流的方案,整流電路為12脈波三相橋式同相逆并聯(lián)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),該方案在擴(kuò)大輸出電流的同時(shí)提高了系統(tǒng)功率因數(shù);通過(guò)主電路與整流臂結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及采用強(qiáng)觸發(fā)等措施改善了整流臂上并聯(lián)器件的均流效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明均流系數(shù)較目前常用的條形整流臂結(jié)構(gòu)有明顯提高;采用了以DSP為核心的全數(shù)字化控制單元進(jìn)行電源的控制、監(jiān)控和保護(hù)等功能。最后,對(duì)軟件與硬件進(jìn)行調(diào)試與仿真,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可靠性,結(jié)果表明本論文設(shè)計(jì)的主電路和控制電路都能滿足技術(shù)要求,均流系數(shù)達(dá)0.8以上,其運(yùn)行效果與性能良好。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TM727.3;TF33
【部分圖文】：

8圖2-1礦熱爐三電極交流供電示意圖這種粗放型的供電方式有一個(gè)很大的弊端，就是會(huì)導(dǎo)致短網(wǎng)部分的阻抗增大。根據(jù)礦熱爐電源低電壓、大電流的運(yùn)行性質(zhì)可知，這種供電模式系統(tǒng)的無(wú)功功率較大，導(dǎo)致功率因數(shù)偏低。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，系統(tǒng)功率因數(shù)低于0.9運(yùn)行時(shí)，將會(huì)增加企業(yè)的電費(fèi)負(fù)擔(dān)。除此之外，功率因數(shù)偏低還會(huì)使得電極的損耗增加，這就會(huì)使得企業(yè)的生產(chǎn)成本提高，效益受到損失[23]。為了降低功率因數(shù)，企業(yè)所采取的措施就是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒�。因此在這種粗放型供電模式下，企業(yè)將不得不增加無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。2.2.2礦熱爐交流電源可采取的主電路方案分析以電網(wǎng)工頻經(jīng)變壓器降壓后直接向礦熱爐負(fù)載供電的方案是目前交流礦熱爐供電系統(tǒng)廣泛采用的方案。在這種方案下，有兩種變壓器的接線方式，一種是采用一臺(tái)三相變壓器來(lái)降低三相交流電壓的供電方式。另一種是使用三臺(tái)規(guī)格參數(shù)完全相同的單相變壓器來(lái)降低三相交流電壓的供電方式。目前可采用的變壓器原副邊繞組的接線方式為變壓器原邊三角形或星形接線方式，變壓器副邊三角形或星形接線方式，這樣的組合共有四種接線方式。其中應(yīng)用最為廣泛的接法為三角形-三角形接法。這種接線方法的典型特點(diǎn)是當(dāng)?shù)V熱爐三相電極出現(xiàn)電流不平衡的情況時(shí)，系統(tǒng)中產(chǎn)生的三次諧波會(huì)被限制在繞組的三角形接法內(nèi)，并不會(huì)進(jìn)入到電網(wǎng)對(duì)其造成污染，因而這種方法能消除三次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染[24]。采用的這種粗放型供電模式，因?yàn)榈V熱爐系統(tǒng)工作所需的低電壓大電流的工作性質(zhì)使得礦熱爐短網(wǎng)電抗壓降很高，導(dǎo)致無(wú)功功率很大，功率因數(shù)較低，就需承擔(dān)政府供電部們高額的罰款。除此之外，這種礦熱爐供電模式的有功功率較低，損耗較大，產(chǎn)量較低。因此為了解決以上問(wèn)題，企業(yè)就必須使用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒�，提高功率�?

率因數(shù)低的問(wèn)題難以解決。同時(shí)采用交流供電時(shí)因三相電流很難平衡，嚴(yán)重時(shí)造成爐內(nèi)短路，引發(fā)設(shè)備故障。2.3礦熱爐直流供電系統(tǒng)2.3.1礦熱爐直流供電原理礦熱爐直流供電系統(tǒng)與工頻交流供電系統(tǒng)的主要區(qū)別就是在變壓器與短網(wǎng)之間增加一個(gè)整流裝置。直流礦熱爐供電系統(tǒng)，它的優(yōu)勢(shì)在于功率因數(shù)高，效率高。由于直流電產(chǎn)生的電弧比交流電產(chǎn)生的電弧更加穩(wěn)定，所以降低了電極消耗，噪聲污染也會(huì)減輕。直流供電的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是能夠節(jié)約電能，增加產(chǎn)量，對(duì)于鐵合金冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有非常顯著的改善。礦熱爐直流供電系統(tǒng)示意圖如圖2-2所示[25]。圖2-2直流礦熱爐供電系統(tǒng)2.3.2礦熱爐直流供電優(yōu)勢(shì)礦熱爐工頻供電電耗大、成本高的主要原因是由于感抗壓降所帶來(lái)的無(wú)功損耗，由公式：fLIWLIU14.32L×==。當(dāng)?shù)V熱爐容量一定時(shí)，短網(wǎng)長(zhǎng)度L為定值，如果降低頻率f，感抗壓降LU便會(huì)隨之降低，所以將交流供電改為直流供電，因直流電頻率為零，所以理論上講這種改變可令感抗壓降LU降為零，使得母線壓降僅為電阻壓降，可使入爐電壓增加8%～20%，大幅度地提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，將原來(lái)低于0.80的功率因數(shù)提高至0.95以上，實(shí)現(xiàn)了10%～25%的節(jié)能效果，這就是礦熱爐直流供電系統(tǒng)比交流供電系統(tǒng)更加適用于礦熱爐向大容量發(fā)展的基本原理[26]。礦熱爐采用直流供電還具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）為了降低注入電網(wǎng)的諧波含量，礦熱爐直流電源的整流電路脈波數(shù)經(jīng)常設(shè)計(jì)為12脈波及以上，因?yàn)?2脈波可控整流電路輸出的直流電壓電流的紋波約為500Hz，所占總輸出電壓電流的比例很低，所以采用這種方式可大幅度降低短網(wǎng)上的電抗壓降，從而減少短網(wǎng)上的能量損失，入爐功率得以提高。（2）因?yàn)橹绷麟娫词褂瞄]環(huán)控制的方法，輸出的直流電穩(wěn)定度高于0.5%，因此能產(chǎn)生更加穩(wěn)定的電弧，系統(tǒng)發(fā)

壩湃鋇愣員?（1）先飽和電抗器調(diào)壓再整流變壓器二次側(cè)整流管整流的方案因?yàn)轱柡碗娍蛊鲹碛心軌蛟趲ж?fù)載的情況下調(diào)節(jié)電壓的特性，所以該方案可應(yīng)用于大容量礦熱爐直流電源行業(yè)。在使用過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)飽和電抗器的飽和程度來(lái)調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)的電壓，使得整流變壓器二次側(cè)電壓隨之變化，然后整流變壓器二次側(cè)再采用整流管整流的方案。這種方案中使用的飽和電抗器具有很多缺點(diǎn)，如因飽和電抗器體積較大必然使得整流柜的體積進(jìn)一步增大，除此之外，這種方式的調(diào)節(jié)響應(yīng)速度較慢并且調(diào)節(jié)范圍較窄、系統(tǒng)效率較低[28]。圖2-3先飽和電抗器調(diào)壓再整流變壓器二次側(cè)整流管整流原理框圖（2）整流變壓器一次降壓二次側(cè)晶閘管整流的方案電網(wǎng)輸入的交流電首先經(jīng)由整流變壓器降壓，再由變壓器二次側(cè)晶閘管整流，從而獲得直流電。采用這種方案時(shí)，整流變壓器二次側(cè)直接與整流柜連接，這種連接方式可以最
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