煙臺(tái)德魯科爐業(yè)有限公司 真空熔煉爐銷售專家，為您總結(jié)真空自耗電弧爐直流電源的使用。

一、導(dǎo)言

　　直流真空熔煉是稀貴金屬及高性能合金鋼熔煉一切必要選用的技術(shù)，因而真空電弧爐及配套電源的規(guī)劃是這種運(yùn)用場合的要害與底子，近十年來中國直流真空自耗熔煉爐的規(guī)劃與制造技術(shù)水平飛速開展，國產(chǎn)真空自耗熔煉爐單爐熔煉鈦的分量已從本來常用的1T提升到10T，國產(chǎn)真空自耗凝殼爐單爐熔煉鈦的分量已從本來常用的260kg進(jìn)步到800kG，至2010年末，國產(chǎn)10T鈦真空自耗熔煉爐及3T鋼真空自耗熔煉爐和800kG凝殼爐相繼投入運(yùn)轉(zhuǎn)，這三種填補(bǔ)國內(nèi)空白的熔煉體系之供電電源都由咱們研發(fā)，其間吸收了從世界名牌真空電弧爐成套廠-德國ALd公司進(jìn)口設(shè)備的許多先進(jìn)技術(shù)，這篇文章介紹用于國產(chǎn)10T鈦合金熔煉真空自耗爐的2×20kA/60V直流電源的規(guī)劃及運(yùn)用狀況，熱望能推進(jìn)中國此職業(yè)的開展。

　　二、10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源體系的構(gòu)成及作業(yè)原理剖析

　　10T鈦合金熔煉真空自耗爐技術(shù)請(qǐng)求配套直流電源輸出額外參數(shù)為40kA/60V，在此之前國產(chǎn)的此類用處的電源容量最大僅30kA/50V，圖1給出了體系的總原理框圖，從圖顯見，其構(gòu)成可分為主電路及操控電路兩大有些，下面別離剖析各有些的作業(yè)原理。

　　2.1 主電路

　　主電路選用10kV經(jīng)兩級(jí)變壓器直接降壓再晶閘管可控整流的計(jì)劃，為下降寫入電網(wǎng)的諧波含量選用12相可控整流計(jì)劃，另考慮到熔煉進(jìn)程中起弧電壓為60V，而熔煉電壓僅40V擺布，功率因數(shù)很低的實(shí)踐工況，主電路中添加了功率因數(shù)抵償環(huán)節(jié)，圖2給出了主電路的原理圖，圖中運(yùn)用了兩套雙反星形可控整流單元并聯(lián)，其間圖2的上半有些給出了主電路中的降壓匹配變壓器有些。

　　(1)降壓匹配變壓器

　　顯見，電網(wǎng)10kV先由第一級(jí)降壓變壓器降為690V，再由兩臺(tái)一次別離接為三角形與星形的整流變壓器降壓，這么規(guī)劃的意圖是為了將第二級(jí)整流變壓器與可控整流有些裝于一個(gè)柜體中，構(gòu)成一體化電源，避免10kV輸入整流變壓器與整流單元裝在一個(gè)柜體中，因電壓太高，給構(gòu)造規(guī)劃帶來的不便利，一同從底子上處理了多年來，國產(chǎn)這類電源整流變壓器放于柜外，現(xiàn)場裝置整流變壓器與整流柜之間大截面銅母排極難裝置，作業(yè)量無窮的疑問，使現(xiàn)場的裝置作業(yè)量到達(dá)最小，更為可貴的是減小了悉數(shù)電源的體積，縮小了占地面積，此構(gòu)造計(jì)劃是吸收了世界名牌真空電弧爐成套廠-德國ALd公司的先進(jìn)技術(shù)規(guī)劃與研發(fā)的，圖中變壓器T1選用油浸自冷，而整流變壓器T2與T3選用干式水冷，CT1—CT5為進(jìn)行690V側(cè)溝通電流取樣的電流互感器，其作用表如今一則為直流霍爾電流傳感器失效后，原電流

　　閉環(huán)體系變?yōu)殚_環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)毛病的過電流維護(hù)供給電流取樣信號(hào)，二則為功率因數(shù)操控器供給對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行核算的電流取樣信號(hào)，UT為電壓互感器，它用來把690V電壓變?yōu)楣β室驍?shù)操控器需求的100V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為功率因數(shù)操控器核算功率因數(shù)的電壓依據(jù)。

　　(2)可控整流有些

　　該有些的電路原理構(gòu)成如圖2中的下半有些，其運(yùn)用了常用的兩個(gè)雙反星形可控整流電路并聯(lián)，圖中HL1與HL2為兩個(gè)霍爾電流傳感器，用于檢查每個(gè)整流有些輸出的實(shí)踐電流值，供給給閉環(huán)調(diào)理器及維護(hù)單元與顯現(xiàn)環(huán)節(jié)，一則確保在同一個(gè)輸出電流設(shè)定值下，兩個(gè)雙反星形可控整流有些每個(gè)承當(dāng)負(fù)載電流的一半，另一方面在對(duì)實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯現(xiàn)的一同，監(jiān)控運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，若超越實(shí)踐值，則進(jìn)行有用敏捷的維護(hù)。

　　(3)功率因數(shù)抵償?shù)闹麟娐?/span>

　　簡直一切的真空熔煉爐(包含自耗電極熔煉爐和凝殼爐)，都存在一個(gè)共性疑問，這即是空載起弧電壓高，隨單爐可熔煉金屬材料分量的不一樣為50-75V，熔煉進(jìn)程中熔化電壓又低，通常隨單爐可熔煉金屬材料分量的不一樣為30～45V，由此構(gòu)成不論其運(yùn)用的直流電源是先運(yùn)用整流變壓器降壓，后晶閘管可控整流的計(jì)劃，仍是先選用飽和電抗器調(diào)壓，后整流變壓器再降壓，整流管整流的計(jì)劃，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其功率因數(shù)都很低，通常為0.45～0.7，為處理本10T鈦合金熔煉真空自耗爐用40kA直流電源體系功率因數(shù)太低的疑問，咱們?cè)趪鴥?nèi)初次在此范疇運(yùn)用的可控整流電源體系中，添加了按熔煉進(jìn)程中實(shí)踐負(fù)荷功率巨細(xì)主動(dòng)調(diào)理功率因數(shù)的環(huán)節(jié)，該有些的主電路構(gòu)成如圖2中的右上角所示，圖中DZ1～DZ3為進(jìn)行電容短路毛病維護(hù)的主動(dòng)空氣斷路器，KM3～KM5為用來按實(shí)踐功率因數(shù)巨細(xì)主動(dòng)投切抵償支路的接觸器，L1、C1～L3、C3別離為三個(gè)支路的避免諧波擴(kuò)展的電抗器和功率因數(shù)抵償電容器，該功率因數(shù)抵償主電路的作業(yè)原理為：裝于操控回路的功率因數(shù)操控器，依據(jù)UT與CT1的電壓與電流取樣信號(hào)，實(shí)時(shí)核算功率因數(shù)，并按核算結(jié)果與目標(biāo)值0.95的不一樣，按8421編碼的組合，輸出操控KM3～KM5中一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)閉合，按功率因數(shù)的實(shí)踐需求投入相應(yīng)的抵償電容，滿意無論是化一次錠仍是化二次錠，在輸出直流電流從10kA～40kA改變的悉數(shù)作業(yè)規(guī)模內(nèi)，都可以確保690V側(cè)的功率因數(shù)既不低于0.95又不高于1.0。

　　2.2 可控整流有些的操控電路

　　可控整流有些的操控電路分為給定積分、閉環(huán)調(diào)理器、電壓電流檢查與處理、同步環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖構(gòu)成、維護(hù)監(jiān)控電路，限于篇幅這篇文章僅介紹幾個(gè)要害的單元電路，其余電路可參考文獻(xiàn)3。

　　(1)閉環(huán)調(diào)理器

　　因?yàn)檎婵针娀t有起弧、熔煉、補(bǔ)縮等技術(shù)進(jìn)程，起弧時(shí)電壓高為空載電壓、熔煉作業(yè)時(shí)電弧電壓僅是直流電源輸出空載電壓的一半，熔煉進(jìn)程中又期望構(gòu)成安穩(wěn)度極好的恒流源，另一方面為避免起弧時(shí)電壓太低無法起弧或起弧電壓太高擊穿坩堝，咱們規(guī)劃了圖3所示的起弧時(shí)為穩(wěn)壓源，熔煉時(shí)恒流操控的可按負(fù)載工況主動(dòng)變換的動(dòng)態(tài)雙閉環(huán)調(diào)理器，圖中IC4B與IC4A別離和外圍元器件一同構(gòu)成PI調(diào)理器，UF與IF別離為來自電壓與電流檢查環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)，電壓與電流的檢查別離運(yùn)用了霍爾電壓傳感器與霍爾電流傳感器，IC2為電子開關(guān)CD4066，當(dāng)起弧前因IF簡直為零，對(duì)比器IC3A輸出高電平，模仿開關(guān)IC2中的引腳6為低電平，引腳12為高電平，其內(nèi)部引腳11與10接通，反應(yīng)為電壓反應(yīng)，電壓閉環(huán)調(diào)理器作業(yè)，構(gòu)成電壓閉環(huán)，當(dāng)起弧成功后，因?yàn)殡娏髦低ǔＲ堰_(dá)幾千安培，對(duì)比器IC3A輸出低電平，模仿開關(guān)IC2中的引腳12變?yōu)榈碗娖?，電壓調(diào)理器輸出支路因IC2的引腳11與10斷開而退出運(yùn)轉(zhuǎn)，一同IC2的引腳6變?yōu)楦唠娖?，電流調(diào)理器輸出支路因IC2的引腳8與9接通而投入運(yùn)轉(zhuǎn)，電流取樣值作為調(diào)理器的反應(yīng)信號(hào)送入電流閉環(huán)調(diào)理器，然后確保直流電源輸出為安穩(wěn)度極好的恒流源，滿意熔煉進(jìn)程中高精度安穩(wěn)直流電流輸出的需求。

　　(2)同步環(huán)節(jié)

　　10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源，運(yùn)用了光耦合器作為觸發(fā)脈沖構(gòu)成單元前級(jí)的同步環(huán)節(jié)，省去了慣例運(yùn)用的同步變壓器，使同步環(huán)節(jié)的體積及損耗都得以減小，且為構(gòu)成相序自適應(yīng)的觸發(fā)器奠定了極好的根底，圖4中6個(gè)光耦合器VLC1～VLC6均為TLP521，由此決議了同步環(huán)節(jié)的輸出為6路相位互差60o的方波脈沖信號(hào)。

　　(3)觸發(fā)脈沖構(gòu)成

　　觸發(fā)脈沖構(gòu)成環(huán)節(jié)的原理電路如圖4所示，其中心單元IC7為陜西高科電力電子有限責(zé)任公司運(yùn)用CPLD芯片開發(fā)的準(zhǔn)數(shù)字化觸發(fā)集成電路芯片SGK198，該觸發(fā)器利用對(duì)閉環(huán)調(diào)理器輸出電壓變換為與此電壓相適應(yīng)的頻率脈沖信號(hào)，在SGK198內(nèi)對(duì)這一脈沖信號(hào)進(jìn)行6分頻計(jì)數(shù)的辦法來取得6路觸發(fā)脈沖輸出，6路觸發(fā)脈沖構(gòu)成的計(jì)數(shù)器開端計(jì)數(shù)的時(shí)間由同步環(huán)節(jié)輸出的6路同步信號(hào)的后沿所決議，由此可見，閉環(huán)調(diào)理器輸出電壓值高，闡明反應(yīng)小于給定，且差錯(cuò)較大，圖4差分器IC4C輸出電壓便低，壓控振動(dòng)器輸出的頻率便低，計(jì)數(shù)器計(jì)滿的時(shí)間便長，輸出觸發(fā)脈沖便距同步信號(hào)后沿間隔便遠(yuǎn)，

　　相當(dāng)于操控角α減小，整流輸出直流電壓便添加，反之，當(dāng)閉環(huán)調(diào)理器輸出電壓較小時(shí)，闡明用戶設(shè)定的直流電源輸出運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)差錯(cuò)較小，圖4中差分器IC4C輸出電壓便高壓控振動(dòng)器輸出頻率便高，計(jì)數(shù)器計(jì)滿的時(shí)間便短，輸出觸發(fā)脈沖的時(shí)間便距同步信號(hào)后沿間隔便近，相當(dāng)于操控角α增大，晶閘管的導(dǎo)通角減小，輸出直流電壓下降。

　　(4)監(jiān)控維護(hù)單元

　　10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源，運(yùn)用PLC完成運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)控及毛病時(shí)的維護(hù)作業(yè)，圖5給出了監(jiān)控與維護(hù)環(huán)節(jié)的軟件流程框圖，該軟件隨時(shí)監(jiān)控主電路中對(duì)應(yīng)與晶閘管串聯(lián)的48只疾速熔斷器的報(bào)警開關(guān)輸出及裝于水冷母排上的報(bào)警用溫度開關(guān)的接點(diǎn)閉合與否，因?yàn)閮膳_(tái)整流電源共用了48只晶閘管元件，報(bào)警信號(hào)許多，慣例的規(guī)劃對(duì)應(yīng)每一個(gè)毛病點(diǎn)，需求一個(gè)PLC的輸入端口，為減小PLC體系的硬件裝備，本電源體系選用了一種矩陣式編程辦法，然后使體系硬件得以簡化，一同在軟件編程時(shí)依據(jù)電弧熔煉的特殊請(qǐng)求，添加了給定不為零不能合閘起動(dòng)，主電路合分閘都在脈沖封鎖狀態(tài)下進(jìn)行，抵償與濾波電源輸出功率到達(dá)必定值時(shí)才投入，在切除電源功率前先切除功率因數(shù)抵償單元，然后有用的避免了次諧波振動(dòng)及過抵償狀況的發(fā)作。

　　(5)熔速操控及主動(dòng)給定

　　為了滿意全主動(dòng)熔煉的需求，本電源經(jīng)過與爐子工況及熔煉操控的上位核算機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)熔煉時(shí)的按曲線給定，操控單元經(jīng)過PLC的接口承受上位核算機(jī)輸出的按技術(shù)設(shè)定輸出電流指令，在PLC內(nèi)變換為相應(yīng)的模仿給定電壓從PLC的模仿輸出口輸出，操控觸發(fā)脈沖的操控角相位，到達(dá)調(diào)理及安穩(wěn)輸出電流的意圖，并在國內(nèi)初次運(yùn)用了熔速操控，使操控到達(dá)了極好的作用。

　　(6)運(yùn)用電流斷續(xù)抵償擴(kuò)展電流安穩(wěn)不斷弧規(guī)模

　　因?yàn)樽院碾姌O真空熔煉爐技術(shù)有起弧、熔煉、補(bǔ)縮等技術(shù)進(jìn)程，為了確保制品錠快熔化完時(shí)使錠子端口盡可能的平坦，進(jìn)步熔化錠子制品率，請(qǐng)求補(bǔ)縮電流盡可能的小，雖然在主電路中直流輸出端添加了平波電抗器Lo，但也很難使輸出直流電流到達(dá)全規(guī)模接連，因而在操控回路中添加了電流斷續(xù)的抵償環(huán)節(jié)，使補(bǔ)縮時(shí)的電流接連安穩(wěn)作業(yè)規(guī)模到達(dá)了最小電流不大于500A的良好作用。

　　(7) 功率因數(shù)抵償環(huán)節(jié)的操控

　　因?yàn)檎婵兆院娜蹮挔t技術(shù)進(jìn)程較為雜亂，作業(yè)時(shí)分起弧、熔煉、補(bǔ)縮、停機(jī)等技術(shù)流程，一同對(duì)應(yīng)不一樣的作業(yè)段，請(qǐng)求電源輸出安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的電流與電壓值不一樣，由此構(gòu)成電源運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其功率因數(shù)與寫入電網(wǎng)的諧波電流含量會(huì)有很大不一樣，這就決議了對(duì)其功率因數(shù)抵償和諧波管理要采納改變的參數(shù)與構(gòu)造。只要這么才干到達(dá)在悉數(shù)技術(shù)進(jìn)程中都可確保功率因數(shù)不低于國標(biāo)答應(yīng)值，而寫入電網(wǎng)的諧波電流不超越國標(biāo)答應(yīng)值，因本10T真空自耗爐用直流電源選用12脈波可控整流計(jì)劃，整體裝機(jī)用電容量并不大，所以其寫入電網(wǎng)的諧波含量是滿意國標(biāo)《GB/T 14549-93電能質(zhì)量 共用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的，因而在本體系中僅考慮功率因數(shù)抵償，而未設(shè)置諧波濾波，僅僅功率因數(shù)抵償?shù)牟倏仉娐?，既要滿意起弧、熔煉、補(bǔ)縮、停機(jī)等技術(shù)流程的需求，又要合適熔煉一次錠、二次錠、合金錠及錠子直徑不一樣對(duì)直流電源輸出電流的請(qǐng)求不一樣的需求，為此規(guī)劃了專門的操控器，操控器內(nèi)對(duì)電源的功率因數(shù)按輸入的電壓和電流值隨時(shí)進(jìn)行核算，并按熔煉工況及錠子種類和實(shí)踐運(yùn)用電流的不一樣，按8421組合決議投入多大的抵償容量，既嚴(yán)厲確保在悉數(shù)作業(yè)周期中，抵償后的功率因數(shù)大于0.95,且使諧波不被擴(kuò)展，又牢靠的按當(dāng)電源負(fù)荷到達(dá)必定值時(shí)，功率因數(shù)抵償支路才投入，而當(dāng)電源負(fù)荷小到必定值時(shí)，功率因數(shù)抵償支路先切除，在直流電源停機(jī)時(shí)，先退出功率因數(shù)抵償支路，再斷開圖2中的斷路器DLQ，確保不發(fā)作次諧波震動(dòng)及諧波擴(kuò)展等不正常狀況。

　　三、有用作用簡介

　　上述10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源，已成功的用于咱們研發(fā)的國內(nèi)首臺(tái)10T電弧爐熔煉體系中，整流變壓器、直流平波電抗器、晶閘管整流單元、操控環(huán)節(jié)、純水冷卻器、進(jìn)線斷路器悉數(shù)裝于兩個(gè)柜體中，每個(gè)整流柜體系輸出20kA/60V，運(yùn)用中兩柜并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)實(shí)測穩(wěn)流精度高于1%，功率因數(shù)不論是在熔化一次錠仍是二次錠，電源輸出電流安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模10kA～40kA，全規(guī)模內(nèi)都不低于0.95，寫入電網(wǎng)的諧波電流含量低于國標(biāo)答應(yīng)值，補(bǔ)縮工況最小可接連安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)電流為500A,現(xiàn)場裝置僅需連接溝通三相輸入690V電纜線及直流輸出正負(fù)母排和外循環(huán)水兩根水管，裝置甚為便利，運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)牢靠，到達(dá)了非常抱負(fù)的規(guī)劃與運(yùn)轉(zhuǎn)作用。

　　四、結(jié) 論

　　綜上剖析，咱們可得下述結(jié)論：

　　1.10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源的研發(fā)成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，它把整流變壓器、平波電抗器、純水冷卻器、整流及操控和維護(hù)等單元裝于一個(gè)柜體中，縮短了引線尺度及占地面積，減小了現(xiàn)場裝置作業(yè)量，是個(gè)極好的計(jì)劃。

　　2. 文中介紹的同步環(huán)節(jié)及觸發(fā)脈沖構(gòu)成電路規(guī)劃的較為奇妙，可推行到低壓可控整流體系。

　　3. 電壓與電流可依據(jù)工況主動(dòng)切換的閉環(huán)調(diào)理器規(guī)劃，統(tǒng)籌了安穩(wěn)輸出電壓與輸出電流的不一樣需求是個(gè)不錯(cuò)的規(guī)劃計(jì)劃。

　　4. 選用12脈波可控整流，一同添加動(dòng)態(tài)功率因數(shù)抵償環(huán)節(jié)，經(jīng)過奇妙的操控器規(guī)劃，滿意了真空自耗熔煉爐的雜亂運(yùn)轉(zhuǎn)工況請(qǐng)求，使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率因數(shù)較高，并確保了寫入電網(wǎng)的諧波不被擴(kuò)展，在該職業(yè)為創(chuàng)始，在國內(nèi)真空自耗熔煉爐及凝殼爐電源的體系裝備中具有推行性。

　　5.文中介紹的PLC監(jiān)控與維護(hù)單元運(yùn)用矩陣式軟件編程辦法，使需求的硬件裝備請(qǐng)求得以下降，節(jié)省了本錢，具有立異性。

　　6.理論剖析和有用作用都證明了，上述計(jì)劃的可行性，毫無疑問，其運(yùn)用前景將是非常廣闊的。

        真空熔煉爐銷售廠家德魯科為您提供最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品與服務(wù)。