基于IGBT的电弧炉均衡控制技术及均衡电源开发

作者：设备医生官方号时间：2023-07-17浏览：190

本项目面向传统电弧炉由于采用工频直接降压三相工频供电带来的三相不平衡、功率因数低、谐波污染严重、冶炼效率低、电极过度损耗等问题，创新性提出电弧炉整流逆变电流控制技术、电极自动化控制技术及电弧炉降频运行技术，并开发了一种基于先进电力电子变流器的电弧炉均衡电源，针对电弧炉非线性无规则负载特性，在供电变压器和短网间增加供电装置，通过整流逆变技术，实现逆变侧频率和电流的可调，从而抑制电弧炉闪变和高次谐波，提高运行功率因数，进而提高电弧炉生产效率和电能利用率，具有显著的经济效益和社会效益。项目已申请发明专利3项，授权实用新型专利2项。创新点具体如下：（1）基于IGBT的电流均衡控制方法针对传统电弧炉三相不平衡、功率因数低、谐波污染严重等问题，本成果创新性提出一种基于电力电子变流器的电弧炉均衡控制方法，在供电变压器和短网间增加供电回路，采用大功率IGBT功率模块并联组成，充分发挥IGBT器件快速响应的特性，根据电弧炉负载瞬变的特性能迅速调整输出，通过H桥逆变方式实现逆变侧频率及电流可调，达到运行电流精准实时控制，有效解决了电流不平衡、谐波畸变、功率因数低、电压闪变等问题。通过对三相电流和电压的均衡控制，还能实现热功率均衡，从而有效降低温度差引起的电极损耗，使电弧炉达到最佳冶炼效果。（2）基于电压重构的电极控制方法针对传统电弧炉采用变压器作为供电设备，只能通过传感器采集相电压电流操控电极升降实现对炉温的控制，存在可靠性不足、采样延迟，自动控制效果不理想同时也容易造成炉况不稳定、能耗高等问题，本成果创新性提出了一种基于相电压重构的电极自动升降控制方法，通过对三相电压进行重构，利用全周期均值滤波方法，对三相相电压进行PID计算，得到三相对应电极的升降方向和运行速度，从而实现电弧炉电极的自动化调节。（3）降频运行技术传统电弧炉采用工频供电，感抗引起的压降随着电流增大而增大，通常高达电炉变压器二次输出总电压的10%～15%，导致感性无功较大，功率因数低，电能浪费严重。采用逆变技术能有效控制供电电源频率f，使感抗压降成倍数下降，当供电电源频率f 从50Hz下降到5Hz时，感抗压降可下降为原值的1/10。因此，采用本成果提出的逆变技术能实现降频输出，有效提高低压侧功率因数，减小运行电流，实现节能降耗的目标。本项目研制的“电弧炉均衡电源”已通过CNAS/CMA质量检测与认证，项目成果已应用于北方工业大学、辽宁科技大学、北京联智汇能科技有限公司等单位，试验结果证实：电弧炉均衡电源能有效提升功率因数（功率因数由0.8提升至0.98），抑制负序电流（电流不平衡度由7%降低至0.2%），显著改善电能质量，与传统采用变压器直接供电的电弧炉相比，相同产量下节能达到10%以上，且能显著降低电极消耗。项目成果有效助力冶金工业节能降碳，具有广阔的应用前景和市场空间。

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