[發明專利]直流電弧爐的高性能直流電源實現方法

有效

• 申請號: 201310479818.1
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN104578834B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 高毅夫;陳琳琳;劉昆
• 申請（專利權）人: 北京凱德恒源科技發展有限公司
• 主分類號: H02M7/155
• 分類號: H02M7/155;H02M1/12;H02M1/42
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• 代理人: 暫無信息

本發明直流電弧爐的高性能直流電源實現方法屬于電氣直流電源及直流電弧爐冶煉技術，目的是研發低諧波、高功率因數、直流電壓電流大范圍可調的AC／DC變換器，其特征是由一個移相變壓器、兩個完全相同的晶閘管6脈波變流橋[5]和[6]構成的12脈波變流橋以及一套多電平直流電流控制及合成單元[7]組成的高性能直流電源，采用非對稱電流的控制策略，通過多電平直流電流控制及合成單元[7]，按(1)式和(2)式的特定變換規律實施對兩個三相變流橋的電流波形進行控制，使變換器三相交流輸入電流為正弦波電流，這種新型直流電源具有低諧波、高功率因數、直流側電壓電流大范圍連續可調的特點，可用于新建的和改造的直流電弧爐高性能直流電源系統。

技術領域

本發明屬于電氣直流電源及直流電弧爐冶煉技術。

背景技術

由于直流電弧爐與交流電弧爐相比，具有電弧穩定性好、閃爍減少、電極消耗量低、噪聲污染程度低、電能消耗低、爐壁耐火材料燒損程度輕、電弧長度長、電磁攪拌作用好、冶煉時間短、操作簡便等優點，以及當時電力電子的迅猛發展，自上世紀八十年代末開始，在冶金領域興起了應用直流電弧爐的高潮，在以后的二十多年里，直流電弧爐得到了大量應用。

直流電弧爐是電爐節能降耗的有效途徑，實際應用結果表明，與交流電弧爐相比，直流電弧爐可獲得電極耗降低約50％、電耗降低約5～10％，閃爍減少約50％和噪音減少約15db的綜合效果。雖然直流電弧爐具有公認的優勢，但近十幾年的實際應用進程并沒有像預期的那么順利，實際應用結果說明直流電弧爐還存在某些制約其發展的環節，使其在技術和經濟方面還不具備完全超越交流電弧爐的實力。

從電氣系統看，直流電弧爐與交流電弧爐的主要不同之處是增加了一套整流設備，將電極輸入電源由交流變為直流；爐頂石墨電極由三根減少為一根，爐底增加了一套底電極；相應的控制系統也有所變化。這些不同為直流電弧爐帶來了一系列的優于交流電弧爐的優點，但也突出了電氣設備增加所產生的價格問題，這一點也是制約直流電弧爐應用的因素之一。因此，對直流電弧爐直流電源的深入研究意義重大，電氣系統的創新技術將會大大促進直流電弧爐的發展，將會產生巨大的經濟效益和良好的社會效益。

關于直流電弧爐直流電源，目前多采用6脈波或12脈波晶閘管整流裝置，其特點是電源側電壓波動小、諧波處理簡單，在短路容量小的電網內亦無需像交流電弧爐那樣復雜的動態補償裝置便可運行，有利于節約動態補償設備的投資；在控制方面，直流電弧爐的弧流由晶閘管的觸發角控制，其控制靈敏度很高，響應時間要比交流電弧爐快得多。采用直流電源后的這些優點在某種程度上彌補了其初始投資高的弱點，但總體體現的實力還不夠明顯。主要問題在于：

(1)6脈波或12脈波晶閘管整流裝置在直流電弧爐實際運行時仍會產生較大的諧波、功率因數不高，特別是在冶煉的中后期，由于冶煉負荷的減小，晶閘管整流系統的功率因數變差，諧波變大，仍需要投入一定數量的無功補償裝置和濾波裝置，僅僅是投入的比交流電弧爐時少，但仍需一筆不小的投資。

(2)目前的6脈波或12脈波晶閘管整流裝置可以對直流電流進行較快速的調節，但對電壓的調節能力十分有限，故在電弧爐實際運行中對弧壓的調節還是僅靠調節電極的升降來進行控制，即在冶煉過程的加熱功率控制方面，與交流電弧爐相比優勢不大。

(3)目前的6脈波或12脈波晶閘管整流裝置不具備潛在的、可為冶煉工藝提供可挖掘產能的素質，即不具備打破直流電弧爐與交流電弧爐博弈平衡的潛在能力，這種能力具體體現在能否為冶煉工藝提供冶煉優化的有效控制手段。

綜上所述，目前直流電弧爐的直流電源存在諧波大、功率因數較差、直流輸出電壓可控性差等性能問題，能否找到一種簡單、經濟、有效的方法來實現更為理想的直流電弧爐直流電源?這是直流電弧爐直流電源技術研究所面臨的一個重要課題，到目前為止還未見到創新性的研究結果。

發明內容