變頻式電弧爐電極自動(dòng)調(diào)節(jié)器

速度快，輸出電壓的交流分量小，傳輸特性的線性度好，且與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。該比較電路的等值電路示于圖3。從等值電路上可以看出，它與傳統(tǒng)電路不同之點(diǎn)是：比例于弧流信號(hào)的II同比例于弧壓信號(hào)的IV值在電橋的對(duì)角線負(fù)載RL電路內(nèi)進(jìn)行比較，依靠改變α值（相當(dāng)于電位器R的旋轉(zhuǎn)角度），來(lái)改變弧流設(shè)定值。根據(jù)圖3等值電路，該環(huán)節(jié)的輸入輸出特性可由下列公式導(dǎo)出：

省去推導(dǎo)，可得：uab=〔(1－α)EI－αEV〕（5）

由于本調(diào)節(jié)器中的RLR，所以可寫(xiě)：

uab=uout=(1－α)EI－αEV(6)

式（6）給出了比例于弧流值的EI及比例于弧壓值的EV，同比較環(huán)節(jié)輸出電壓uout之間的關(guān)系式。當(dāng)需要改變弧流設(shè)定值時(shí)，只要改變α（即改變電位器R的滑動(dòng)觸點(diǎn)），uout即發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使電極位置發(fā)生變化，結(jié)果弧流得到改變，從式（6）可以清楚地看出，該環(huán)節(jié)輸出電壓uout只與弧流和弧壓的信號(hào)差成正比，而與其他參量無(wú)關(guān)，從而證明了該環(huán)節(jié)理論上的正確性。電橋式比較電路還具有弧流整定范圍寬〔因?yàn)閮蓚€(gè)橋臂同時(shí)向相反方向整定，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)竟達(dá)到（15～150）％Ie值，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為（30～125）％Ie?！?，輸入阻抗小的優(yōu)點(diǎn)。后者特性非常寶貴，它可使前級(jí)電流互感器負(fù)載阻抗減小，經(jīng)測(cè)試，它將前級(jí)大電流互感器TA1的負(fù)載阻抗降為原來(lái)的1/3，即小于0.8Ω，這就使弧流控制和顯示準(zhǔn)確度顯著提高，這也是調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)精度提高的原因之一。

3變頻式電極調(diào)節(jié)器的關(guān)鍵部件——高性能變頻器

為了使異步電動(dòng)機(jī)供電頻率可變，自然需要一套變頻電源。但在過(guò)去，采用旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組或離子變頻器作為變頻電源，設(shè)備龐大，可靠性差。隨著大功率電力電子器件及變流技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率IGBT的工業(yè)應(yīng)用，使變頻器上升到一個(gè)新的臺(tái)階。目前，采用IGBT作為逆變器的變頻器型號(hào)很多，我們選用日本富士電機(jī)公司生產(chǎn)的FRN5000G11S型高性能低噪聲變頻器（圖4中U1），屬VVVF型，就是說(shuō)在調(diào)頻的同時(shí)還要調(diào)壓。這是由于異步電動(dòng)機(jī)的外加電壓近似地同頻率和磁通的乘積成正比，即

U1≈C1f1跡7）

圖4變頻調(diào)速器及其外部連線圖

圖5鐵磁體空心轉(zhuǎn)子渦流分布圖

式中：C1為電機(jī)常數(shù)，由此有≈(8)

所以，若外加電壓不變，則磁通隨頻率的改變而改變。如果頻率從額定值（50Hz）往下降低，磁通會(huì)增加，最后會(huì)造成磁路過(guò)飽和，勵(lì)磁電流大大增加，鐵心過(guò)熱，這是不允許的，為此要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率和電壓同時(shí)改變，且要協(xié)調(diào)控制。

圖4中，U1為變頻器，M1為鐵磁體空心轉(zhuǎn)子異步力矩電機(jī)，F(xiàn)M1為冷卻風(fēng)機(jī)、1PV5為模擬量頻率設(shè)定電壓表、1SA1為自動(dòng)－手動(dòng)切換用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、1RP11為手動(dòng)控制設(shè)定頻率電位器、K11為交流電源接觸器。

在電弧爐電極調(diào)節(jié)器中引入變頻器之后，其調(diào)節(jié)性能和指標(biāo)明顯改善，主要有以下幾方面：

——低速特性得到改善，由于逆變器采用矢量控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與磁通的解耦，逆變器輸出頻率和形成轉(zhuǎn)矩是由其內(nèi)部CPU完成的，即使在很低頻率下，也能以15倍額定轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電機(jī)。

——高速有了保障，由于逆變器能夠提供高于50Hz頻率的電源，電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)可高于其額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，使電弧爐電極同爐料短路時(shí)或塌料時(shí)，電極能夠快速提升。該特性很寶貴，能減少短路持續(xù)時(shí)間、延長(zhǎng)變壓器壽命及節(jié)省電能。

——通過(guò)加速時(shí)間、減速時(shí)間、制動(dòng)量和制動(dòng)時(shí)間的設(shè)置，使調(diào)節(jié)器真正達(dá)到啟動(dòng)、制動(dòng)快，我們實(shí)測(cè)數(shù)為0.15s，并且停止定位準(zhǔn)確。頻率控制精度為±02％。

——電弧爐是一個(gè)十分強(qiáng)烈的電磁干擾源，為了保證調(diào)節(jié)器可靠地運(yùn)行，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，從逆變器到外圍電路，從輸入到輸出，從印刷電路板工藝設(shè)計(jì)到機(jī)架布線，從電源到接地系統(tǒng)都分別采取了抗干擾措施。變頻器本身又有電磁屏蔽，光電隔離，高低頻濾波，數(shù)字濾波，程序運(yùn)行監(jiān)視，軟硬件冗余等技術(shù)措施。強(qiáng)有力的抗干擾措施使該調(diào)節(jié)器能夠安全可靠地運(yùn)行。