大容量礦熱爐直流電源設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題！
更新時(shí)間：2012-03-22 關(guān)注：217
大容量礦熱爐直流電源設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題！
礦熱爐是鐵合金行業(yè)冶煉硅鐵、鎳鐵、鉻鐵、電石的必備設(shè)備，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國有各種礦熱爐3萬多臺。長期以來，國內(nèi)礦熱爐大多采用交流供電方式，導(dǎo)致功率因數(shù)低、電網(wǎng)三相很難控制平衡、效率低、運(yùn)行成本高等問題一直無法解決。相比之下直流電源擁有更大的優(yōu)勢，如:直流電源可消除電抗壓降、集膚效應(yīng)、電極間干擾效應(yīng)等問題，并且運(yùn)行損耗低、電效率高。因此目前大容量礦熱爐電源正朝著直流供電方向發(fā)展。文中探討了大容量礦熱爐直流電源設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵性問題，包括主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用，均流系數(shù)優(yōu)化，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功率因數(shù)提高等探索性問題。那就快來和小編一起看看吧！
大電流輸出需要使用并聯(lián)器件以達(dá)到運(yùn)行要求。隨著并聯(lián)器件數(shù)量的增加，出現(xiàn)的是均流系數(shù)低的問題。因此，選用適當(dāng)?shù)闹麟娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)以擴(kuò)大系統(tǒng)輸出電流，達(dá)到減少并聯(lián)器件數(shù)，優(yōu)化均流系數(shù)，防止器件損壞的目的顯得尤為重要。
礦熱爐可控整流電路的最基本單元為三相橋式和雙反星形整流電路。單從輸出電流的大小考慮，在并聯(lián)相同數(shù)量及容量的電力電子器件前提下，雙反星形整流電路的輸出電流是三相橋式整流電路的2倍。但在同樣輸出電壓電流情況下，三相橋式整流電路的整流變壓器裝機(jī)容量要低于雙反星形21%，同時(shí)整流器件所承受的反向電壓為雙反星形的一半，變壓器繞組利用率比雙反星形高一倍。因此，綜合考慮，若輸出電壓較高，三相橋式整流電路擁有較大優(yōu)勢。由于礦熱爐電源運(yùn)行時(shí)電流達(dá)40~150kA，為了滿足輸出電流需求，同時(shí)降低電磁干擾，可用三相橋式同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)與雙反星形同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)與前兩種結(jié)構(gòu)相比，擴(kuò)大了2倍輸出電流并降低了電磁干擾。然而這種結(jié)構(gòu)很難滿足大容量礦熱爐電源超過100kA的輸出電流要求。為進(jìn)一步擴(kuò)大輸出電流，降低諧波含量，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，可選12脈波雙反星形同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)與12脈波三相橋式同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)。12脈波三相橋式同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)的典型特點(diǎn)是:輸出電流大、諧波含量少、電磁干擾小、繞組利用率高、無需使用平衡電抗器等。因此在大容量礦熱爐直流電源中，選用脈波數(shù)為12脈波及以上的三相橋式同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)較為合適。
由于電力電子器件在材料及制作工藝上的不同，其性能指標(biāo)也有所不同。晶閘管適合應(yīng)用于超大功率且工作頻率較低的場合，一方面是由于晶閘管額定參數(shù)高、控制簡單、技術(shù)成熟；另一方面是由于晶閘管具有較高的浪涌耐受能力、較高的電流參數(shù)和良好的耐過流能力，可以較好地滿足運(yùn)行需求。因此選擇晶閘管作為電路的主功率器件。
在大容量礦熱爐直流供電電源中，不得不采用多個(gè)器件并聯(lián)的措施以承擔(dān)較大的整流臂電流。即使通過上述主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將175V/100kA直流電源的每個(gè)整流臂所需并聯(lián)晶閘管個(gè)數(shù)降至6個(gè)，仍存在嚴(yán)重的均流問題。在多個(gè)器件并聯(lián)的整流臂中，若均流系數(shù)過低，會(huì)出現(xiàn)某些器件未導(dǎo)通，某些器件過流的情況。嚴(yán)重時(shí)燒壞器件，從而使得整流臂中其它支路過流，導(dǎo)致整個(gè)整流臂器件損壞。為解決該問題，以下提出幾點(diǎn)優(yōu)化均流系數(shù)的措施。
(1)采用合適的整流臂結(jié)構(gòu)
礦熱爐一般電力電子器件進(jìn)入穩(wěn)態(tài)正向?qū)ê笃渫☉B(tài)壓降很低，相應(yīng)的通態(tài)電阻很小。若并聯(lián)支路母線的配置不合理，則電路自感及互感的差異就會(huì)造成電流分配的不均衡。因此在工作電流較大的情況下，由于支路磁場及阻抗差異的影響，位于不同位置的器件導(dǎo)通時(shí)，流過的電流值不同，且與引出母線的位置有關(guān)。目前多以母線上進(jìn)下出(或下進(jìn)上出)式的條形整流臂結(jié)構(gòu)為主流，但實(shí)驗(yàn)證明，這種結(jié)構(gòu)在并聯(lián)器件數(shù)大于4的情況下，均流系數(shù)較低。
為了得到較好的均流效果，將整流臂改為其他結(jié)構(gòu)，使得整流臂中的每個(gè)晶閘管從交流進(jìn)線到直流輸出的路徑完全一樣，且流過每個(gè)晶閘管的電流相互解耦，可解決因各元器件到正負(fù)母線路徑不同，導(dǎo)致的各并聯(lián)支路阻抗與磁場存在差異，所引發(fā)的各支路電流分配不均勻的問題。該種整流臂結(jié)構(gòu)可將各整流臂的均流效果較常用的直條結(jié)構(gòu)有明顯改善，可以做到理論上的絕對均流。
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