大容量礦熱爐直流電源設(shè)計的幾個關(guān)鍵問題！
更新時間：2012-03-22 關(guān)注：371
大容量礦熱爐直流電源設(shè)計的幾個關(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，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，導致功率因數(shù)低、電網(wǎng)三相很難控制平衡、效率低、運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)計的幾個關(guān)鍵性問題，包括主電路拓撲結(jié)構(gòu)選用，均流系數(shù)優(yōu)化，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與功率因數(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)器件以達到運行要求。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?shù)闹麟娐吠負浣Y(jié)構(gòu)以擴大系統(tǒng)輸出電流，達到減少并聯(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容量要低于雙反星形21%，同時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。由于礦熱爐電源運行時電流達40~150kA，為了滿足輸出電流需求，同時降低電磁干擾，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。為進一步擴大輸出電流，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，不得不采用多個器件并聯(lián)的措施以承擔較大的整流臂電流。即使通過上述主電路拓撲結(jié)構(gòu)將175V/100kA直流電源的每個整流臂所需并聯(lián)晶閘管個數(shù)降至6個，仍存在嚴重的均流問題。在多個器件并聯(lián)的整流臂中，若均流系數(shù)過低，會出現(xiàn)某些器件未導通，某些器件過流的情況。嚴重時燒壞器件，從而使得整流臂中其它支路過流，導致整個整流臂器件損壞。為解決該問題，以下提出幾點優(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通時，流過的電流值不同，且與引出母線的位置有關(guān)。目前多以母線上進下出(或下進上出)式的條形整流臂結(jié)構(gòu)為主流，但實驗證明，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晶閘管從交流進線到直流輸出的路徑完全一樣，且流過每個晶閘管的電流相互解耦，可解決因各元器件到正負母線路徑不同，導致的各并聯(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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