大容量矿热炉直流电源设计的几个关键问题！
更新时间：2012-03-22 关注：140
大容量矿热炉直流电源设计的几个关键问题！
矿热炉是铁合金行业冶炼硅铁、镍铁、铬铁、电石的必备设备，据不完全统计，全国有各种矿热炉3万多台。长期以来，国内矿热炉大多采用交流供电方式，导致功率因数低、电网三相很难控制平衡、效率低、运行成本高等问题一直无法解决。相比之下直流电源拥有更大的优势，如:直流电源可消除电抗压降、集肤效应、电极间干扰效应等问题，并且运行损耗低、电效率高。因此目前大容量矿热炉电源正朝着直流供电方向发展。文中探讨了大容量矿热炉直流电源设计的几个关键性问题，包括主电路拓扑结构选用，均流系数优化，监控系统设计与功率因数提高等探索性问题。那就快来和小编一起看看吧！
大电流输出需要使用并联器件以达到运行要求。随着并联器件数量的增加，出现的是均流系数低的问题。因此，选用适当的主电路拓扑结构以扩大系统输出电流，达到减少并联器件数，优化均流系数，防止器件损坏的目的显得尤为重要。
矿热炉可控整流电路的最基本单元为三相桥式和双反星形整流电路。单从输出电流的大小考虑，在并联相同数量及容量的电力电子器件前提下，双反星形整流电路的输出电流是三相桥式整流电路的2倍。但在同样输出电压电流情况下，三相桥式整流电路的整流变压器装机容量要低于双反星形21%，同时整流器件所承受的反向电压为双反星形的一半，变压器绕组利用率比双反星形高一倍。因此，综合考虑，若输出电压较高，三相桥式整流电路拥有较大优势。由于矿热炉电源运行时电流达40~150kA，为了满足输出电流需求，同时降低电磁干扰，可用三相桥式同相逆并联结构与双反星形同相逆并联结构。这两种结构与前两种结构相比，扩大了2倍输出电流并降低了电磁干扰。然而这种结构很难满足大容量矿热炉电源超过100kA的输出电流要求。为进一步扩大输出电流，降低谐波含量，提高系统功率因数，可选12脉波双反星形同相逆并联结构与12脉波三相桥式同相逆并联结构。12脉波三相桥式同相逆并联结构的典型特点是:输出电流大、谐波含量少、电磁干扰小、绕组利用率高、无需使用平衡电抗器等。因此在大容量矿热炉直流电源中，选用脉波数为12脉波及以上的三相桥式同相逆并联结构较为合适。
由于电力电子器件在材料及制作工艺上的不同，其性能指标也有所不同。晶闸管适合应用于超大功率且工作频率较低的场合，一方面是由于晶闸管额定参数高、控制简单、技术成熟；另一方面是由于晶闸管具有较高的浪涌耐受能力、较高的电流参数和良好的耐过流能力，可以较好地满足运行需求。因此选择晶闸管作为电路的主功率器件。
在大容量矿热炉直流供电电源中，不得不采用多个器件并联的措施以承担较大的整流臂电流。即使通过上述主电路拓扑结构将175V/100kA直流电源的每个整流臂所需并联晶闸管个数降至6个，仍存在严重的均流问题。在多个器件并联的整流臂中，若均流系数过低，会出现某些器件未导通，某些器件过流的情况。严重时烧坏器件，从而使得整流臂中其它支路过流，导致整个整流臂器件损坏。为解决该问题，以下提出几点优化均流系数的措施。
(1)采用合适的整流臂结构
矿热炉一般电力电子器件进入稳态正向导通后其通态压降很低，相应的通态电阻很小。若并联支路母线的配置不合理，则电路自感及互感的差异就会造成电流分配的不均衡。因此在工作电流较大的情况下，由于支路磁场及阻抗差异的影响，位于不同位置的器件导通时，流过的电流值不同，且与引出母线的位置有关。目前多以母线上进下出(或下进上出)式的条形整流臂结构为主流，但实验证明，这种结构在并联器件数大于4的情况下，均流系数较低。
为了得到较好的均流效果，将整流臂改为其他结构，使得整流臂中的每个晶闸管从交流进线到直流输出的路径完全一样，且流过每个晶闸管的电流相互解耦，可解决因各元器件到正负母线路径不同，导致的各并联支路阻抗与磁场存在差异，所引发的各支路电流分配不均匀的问题。该种整流臂结构可将各整流臂的均流效果较常用的直条结构有明显改善，可以做到理论上的绝对均流。
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