[发明专利]一种直流电弧炉整流电源装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种直流电弧炉整流电源装置，属于供电整流电源领域，包括真空断路器、预充电路、多绕组移相变压器、一个及以上整流功率单元和多个隔离开关；三相交流电网通过所述真空断路器、预充电路连接多绕组移相变压器一次侧绕组，所述整流功率单元并联，且所述移相变压器经降压后二次侧绕组分别连接各整流功率单元的输入端，各整流功率单元的正、负极输出端均连接有隔离开关，多组整流功率单元的正极经由隔离开关输出汇流后通过短网连接至直流电弧炉的底阳极，多组整流功率单元的负极经由隔离开关输出汇流后通过短网连接至电弧炉的顶阴极。

技术领域

本发明属于供电整流电源领域，涉及一种直流电弧炉整流电源装置及控制方法。

背景技术

电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的装置。

与其他炼钢炉相比，电弧炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。因此目前在国际上，电弧炉炼钢产量的比例正在逐年上升。

电弧炉按供电方式分类可分为交流电弧炉和直流电弧炉两种。相较于交流电弧炉而言，直流电弧炉具有电弧燃烧稳定，电极损耗少，电流和电压波动小、可大幅减少对电网冲击等优点，但是受限于无法获得高可靠性的大功率直流电源，因此极大程度上限制了直流电弧炉的发展。

传统直流电弧炉电源通常采用6脉波或12脉波晶闸管相控整流技术，如图1所示，但是受制于晶闸管本身通态电流临界上升率(di/dt)的承受能力，在电弧炉电源等要求快速响应突变的大电流应用工况下极易造成晶闸管的损坏，另外该拓扑谐波含量大、易造成并网点电压闪烁，因此需额外增加滤波及无功补偿装置，同时为了提高功率因数通常在变压器上设置多个调压抽头，存在造价昂贵、机械部件易损坏、维护成本高等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种响应速度快、抗冲击能力强、功率因数高、并网点电网稳定的直流电弧炉整流电源装置及其控制方法，解决现有直流电弧炉电源结构复杂、易损坏、劳动生产率低的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种直流电弧炉整流电源装置，包括真空断路器、预充电路、多绕组移相变压器、一个及以上整流功率单元和多个隔离开关；

三相交流电网通过所述真空断路器、预充电路连接多绕组移相变压器一次侧绕组，所述整流功率单元并联，且所述移相变压器经降压后二次侧绕组分别连接各整流功率单元的输入端，各整流功率单元的正、负极输出端均连接有隔离开关，多组整流功率单元的正极经由隔离开关输出汇流后通过短网连接至直流电弧炉的底阳极，多组整流功率单元的负极经由隔离开关输出汇流后通过短网连接至电弧炉的顶阴极。

进一步，所述整流功率单元包括熔断器、不控整流桥、LC滤波器、H桥、高频变压器及输出平波电抗器；所述不控整流桥输入端通过熔断器连接至交流电网，另一端接LC滤波器；所述LC滤波器输出接H桥直流母线，经H桥逆变为高频脉冲信号后输出给高频变压器，高频变压器整流电路将高压小电流的交流脉冲信号整流为低压大电流的直流信号，然后经平波电抗器输出给直流电弧炉负载。

进一步，整流功率单元部分H桥内的四个电力电子开关器件分别定义为Q1、Q2、Q3、Q4，且器件可以为IGBT、IGCT或IEGT中的一种；所述整流功率单元采用载波移相策略，且为了保证高频变压器伏秒平衡，控制每个整流功率单元内H桥的Q1、Q4同时导通，Q2、Q3同时导通，并满足一个周期T_S内Q1、Q4与Q2、Q3导通的时间相同、相位相差T_S/2，n个整流功率单元并联，整流功率单元之间控制脉冲错开的时间差为T_S/(2n)。

进一步，所述直流电弧炉整流电源装置采用冗余设计，单个整流功率单元故障时系统降额运行，提高装置的整体可用性。

进一步，对系统功率进行提升，包括：