10t真空電弧爐用40 kA直流電源的研制與應(yīng)用

(5)熔速控制及自動(dòng)給定 通過與爐子工況及熔煉控制的上位計(jì)算機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)熔煉時(shí)的按曲線給定，控制單元通過PLC接口接收上位計(jì)算機(jī)輸出的按工藝設(shè)定輸出電流指令，在PLC內(nèi)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬給定電壓后從PLC的模擬輸出口輸出，控制觸發(fā)脈沖的控制角相位，達(dá)到調(diào)節(jié)及穩(wěn)定輸出電流的目的，并在國內(nèi)首次使用了熔速控制，滿足全自動(dòng)熔煉的需要，使控制達(dá)到了很好的效果。
(6)應(yīng)用電流斷續(xù)補(bǔ)償擴(kuò)大電流穩(wěn)定不斷弧范圍 由于真空自耗爐工藝有起弧、熔煉、補(bǔ)縮等工藝過程，為保證成品錠快熔化完時(shí)使錠子端口盡可能的平整，提高熔化錠子成品率，要求補(bǔ)縮電流盡可能小。盡管在主電路中直流輸出端增加了平波電抗器Lo，但也很難使輸出直流電流達(dá)到全范圍連續(xù)，因而在控制回路中增加了電流斷續(xù)的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使補(bǔ)縮時(shí)的電流連續(xù)穩(wěn)定工作范圍達(dá)到了最小電流不大于500 A的良好效果。
(7)功率因數(shù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)的控制 由于真空自耗熔煉爐工藝過程較為復(fù)雜，對應(yīng)不同的工作段，要求輸出穩(wěn)定運(yùn)行的電流與電壓值不同，由此造成電源運(yùn)行時(shí)其功率因數(shù)會(huì)有很大不同，這就決定了對其功率因數(shù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)要采取變化的參數(shù)與結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)最小短路容量計(jì)算的注入電網(wǎng)諧波滿足國標(biāo)要求，僅考慮功率因數(shù)補(bǔ)償，這就決定了其控制電路既要滿足起弧、熔煉、補(bǔ)縮、停機(jī)等工藝流程的需要，又要適合熔煉一次錠、二次錠、合金錠及錠子直徑不同對直流電源輸出電流的要求不同的需要，為此設(shè)計(jì)了專門的控制器，電源運(yùn)行的實(shí)時(shí)功率因數(shù)按輸入的電壓和電流值隨時(shí)進(jìn)行計(jì)算，并按熔煉工況及所熔化錠子種類和實(shí)際使用電流的不同，按8421組合決定投入多大的補(bǔ)償容量，既嚴(yán)格保證在整個(gè)工作周期中補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0．97，且使諧波不被放大，又可靠地按當(dāng)電源負(fù)荷達(dá)到一定值時(shí)，功率因數(shù)補(bǔ)償支路才投入，而當(dāng)電源負(fù)荷小到一定值時(shí)，功率因數(shù)補(bǔ)償支路先切除，在直流電源停機(jī)時(shí)，先退出功率因數(shù)補(bǔ)償支路，再斷開圖1中的斷路器DLQ，保證不發(fā)生次諧波振蕩及使諧波放大等不正常情況。

3 實(shí)用效果簡介
上述10 t鈦合金熔煉真空自耗爐用2x20 kA／60V直流電源，已成功在國內(nèi)首臺10t電弧爐熔煉系統(tǒng)中使用，隨坩堝尺寸的不同，單爐可熔化錠子重量為6 t，8 t，10 t，最大錠子直徑為1 020mm，整流變壓器、直流平波電抗器、晶閘管整流單元、控制環(huán)節(jié)、純水冷卻器、進(jìn)線斷路器全部裝于兩個(gè)柜體中，每個(gè)整流柜系統(tǒng)輸出20 kA／60 V，使用中兩柜并聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)實(shí)測穩(wěn)流精度高于0．5％，功率因數(shù)不論是在熔化一次錠還是二次錠，電源輸出電流穩(wěn)定運(yùn)行范圍10～40 kA，全范圍內(nèi)都不低于0．95，注入電網(wǎng)的諧波電流含量低于國標(biāo)允許值，補(bǔ)縮工況最小可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行電流為500 A，現(xiàn)場安裝僅需連接交流三相輸入690 V電纜線及直流輸出正負(fù)母排和外循環(huán)水兩根水管，安裝甚為方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了十分理想的設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果，圖5給出了熔化時(shí)輸出的直流電壓波形。

4 結(jié)論
10t鈦合金熔煉真空自耗爐用2x20 kA／60 V直流電源，將整流變壓器、平波電抗器、純水冷卻器、整流及控制和保護(hù)等單元裝于一個(gè)柜體中，縮短了引線尺寸，減少了占地面積及現(xiàn)場安裝工作量，是個(gè)很好的方案；介紹的同步環(huán)節(jié)及觸發(fā)脈沖形成電路設(shè)計(jì)較為巧妙，可推廣到低壓可控整流系統(tǒng)；電壓與電流可根據(jù)工況自動(dòng)切換的閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，兼顧了穩(wěn)定輸出電壓與輸出電流的不同需要；采用12脈波可控整流，同時(shí)增加動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，通過巧妙的控制器設(shè)計(jì)，滿足了真空自耗爐的復(fù)雜運(yùn)行工況要求，使運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)較高，并保證了注入電網(wǎng)的諧波不被放大，在該行業(yè)為首創(chuàng)，在國內(nèi)真空自耗熔煉爐及凝殼爐電源的系統(tǒng)配置中具有推廣性；介紹的PLC監(jiān)控與保護(hù)單元應(yīng)用矩陣式軟件編程方法，使需要的硬件配置要求得以降低，節(jié)約了成本，具有創(chuàng)新性；理論分析和實(shí)用效果都證明了上述方案的可行性，其應(yīng)用前景將十分廣闊。