10t真空電弧爐用40 kA直流電源的研制與應用

(5)熔速控制及自動給定 通過與爐子工況及熔煉控制的上位計算機之間的通訊，實現(xiàn)了自動熔煉時的按曲線給定，控制單元通過PLC接口接收上位計算機輸出的按工藝設定輸出電流指令，在PLC內轉換為相應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，達到調節(jié)及穩(wěn)定輸出電流的目的，并在國內首次使用了熔速控制，滿足全自動熔煉的需要，使控制達到了很好的效果。
(6)應用電流斷續(xù)補償擴大電流穩(wěn)定不斷弧范圍 由于真空自耗爐工藝有起弧、熔煉、補縮等工藝過程，為保證成品錠快熔化完時使錠子端口盡可能的平整，提高熔化錠子成品率，要求補縮電流盡可能小。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)的補償環(huán)節(jié)，使補縮時的電流連續(xù)穩(wěn)定工作范圍達到了最小電流不大于500 A的良好效果。
(7)功率因數(shù)補償環(huán)節(jié)的控制 由于真空自耗熔煉爐工藝過程較為復雜，對應不同的工作段，要求輸出穩(wěn)定運行的電流與電壓值不同，由此造成電源運行時其功率因數(shù)會有很大不同，這就決定了對其功率因數(shù)補償環(huán)節(jié)要采取變化的參數(shù)與結構。在該系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)最小短路容量計算的注入電網(wǎng)諧波滿足國標要求，僅考慮功率因數(shù)補償，這就決定了其控制電路既要滿足起弧、熔煉、補縮、停機等工藝流程的需要，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，為此設計了專門的控制器，電源運行的實時功率因數(shù)按輸入的電壓和電流值隨時進行計算，并按熔煉工況及所熔化錠子種類和實際使用電流的不同，按8421組合決定投入多大的補償容量，既嚴格保證在整個工作周期中補償后的功率因數(shù)大于0．97，且使諧波不被放大，又可靠地按當電源負荷達到一定值時，功率因數(shù)補償支路才投入，而當電源負荷小到一定值時，功率因數(shù)補償支路先切除，在直流電源停機時，先退出功率因數(shù)補償支路，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、進線斷路器全部裝于兩個柜體中，每個整流柜系統(tǒng)輸出20 kA／60 V，使用中兩柜并聯(lián)運行，經(jīng)實測穩(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)定運行范圍10～40 kA，全范圍內都不低于0．95，注入電網(wǎng)的諧波電流含量低于國標允許值，補縮工況最小可連續(xù)穩(wěn)定運行電流為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母排和外循環(huán)水兩根水管，安裝甚為方便，運行穩(wěn)定可靠，達到了十分理想的設計與運行效果，圖5給出了熔化時輸出的直流電壓波形。

4 結論
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、整流及控制和保護等單元裝于一個柜體中，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)脈沖形成電路設計較為巧妙，可推廣到低壓可控整流系統(tǒng)；電壓與電流可根據(jù)工況自動切換的閉環(huán)調節(jié)器設計，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，同時增加動態(tài)功率因數(shù)補償環(huán)節(jié)，通過巧妙的控制器設計，滿足了真空自耗爐的復雜運行工況要求，使運行時的功率因數(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)控與保護單元應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；理論分析和實用效果都證明了上述方案的可行性，其應用前景將十分廣闊。