大容量礦熱爐直流電源設計的幾個關鍵問題！

礦熱爐是鐵合金行業冶煉硅鐵、鎳鐵、鉻鐵、電石的必備設備，據不完全統計，全國有各種礦熱爐3萬多臺。長期以來，國內礦熱爐大多采用交流供電方式，導致功率因數低、電網三相很難控制平衡、效率低、運行成本高等問題一直無法解決。相比之下直流電源擁有更大的優勢，如:直流電源可消除電抗壓降、集膚效應、電極間干擾效應等問題，并且運行損耗低、電效率高。因此目前大容量礦熱爐電源正朝著直流供電方向發展。文中探討了大容量礦熱爐直流電源設計的幾個關鍵性問題，包括主電路拓撲結構選用，均流系數優化，監控系統設計與功率因數提高等探索性問題。那就快來和小編一起看看吧！

大電流輸出需要使用并聯器件以達到運行要求。隨著并聯器件數量的增加，出現的是均流系數低的問題。因此，選用適當的主電路拓撲結構以擴大系統輸出電流，達到減少并聯器件數，優化均流系數，防止器件損壞的目的顯得尤為重要。

礦熱爐可控整流電路的.基本單元為三相橋式和雙反星形整流電路。單從輸出電流的大小考慮，在并聯相同數量及容量的電力電子器件前提下，雙反星形整流電路的輸出電流是三相橋式整流電路的2倍。但在同樣輸出電壓電流情況下，三相橋式整流電路的整流變壓器裝機容量要低于雙反星形21%，同時整流器件所承受的反向電壓為雙反星形的一半，變壓器繞組利用率比雙反星形高一倍。因此，綜合考慮，若輸出電壓較高，三相橋式整流電路擁有較大優勢。由于礦熱爐電源運行時電流達40~150kA，為了滿足輸出電流需求，同時降低電磁干擾，可用三相橋式同相逆并聯結構與雙反星形同相逆并聯結構。這兩種結構與前兩種結構相比，擴大了2倍輸出電流并降低了電磁干擾。然而這種結構很難滿足大容量礦熱爐電源超過100kA的輸出電流要求。為進一步擴大輸出電流，降低諧波含量，提高系統功率因數，可選12脈波雙反星形同相逆并聯結構與12脈波三相橋式同相逆并聯結構。12脈波三相橋式同相逆并聯結構的典型特點是:輸出電流大、諧波含量少、電磁干擾小、繞組利用率高、無需使用平衡電抗器等。因此在大容量礦熱爐直流電源中，選用脈波數為12脈波及以上的三相橋式同相逆并聯結構較為合適。

由于電力電子器件在材料及制作工藝上的不同，其性能指標也有所不同。晶閘管適合應用于超大功率且工作頻率較低的場合，一方面是由于晶閘管額定參數高、控制簡單、技術成熟；另一方面是由于晶閘管具有較高的浪涌耐受能力、較高的電流參數和良好的耐過流能力，可以較好地滿足運行需求。因此選擇晶閘管作為電路的主功率器件。

在大容量礦熱爐直流供電電源中，不得不采用多個器件并聯的措施以承擔較大的整流臂電流。即使通過上述主電路拓撲結構將175V/100kA直流電源的每個整流臂所需并聯晶閘管個數降至6個，仍存在嚴重的均流問題。在多個器件并聯的整流臂中，若均流系數過低，會出現某些器件未導通，某些器件過流的情況。嚴重時燒壞器件，從而使得整流臂中其它支路過流，導致整個整流臂器件損壞。為解決該問題，以下提出幾點優化均流系數的措施。

(1)采用合適的整流臂結構

礦熱爐一般電力電子器件進入穩態正向導通后其通態壓降很低，相應的通態電阻很小。若并聯支路母線的配置不合理，則電路自感及互感的差異就會造成電流分配的不均衡。因此在工作電流較大的情況下，由于支路磁場及阻抗差異的影響，位于不同位置的器件導通時，流過的電流值不同，且與引出母線的位置有關。目前多以母線上進下出(或下進上出)式的條形整流臂結構為主流，但實驗證明，這種結構在并聯器件數大于4的情況下，均流系數較低。

為了得到較好的均流效果，將整流臂改為其他結構，使得整流臂中的每個晶閘管從交流進線到直流輸出的路徑完全一樣，且流過每個晶閘管的電流相互解耦，可解決因各元器件到正負母線路徑不同，導致的各并聯支路阻抗與磁場存在差異，所引發的各支路電流分配不均勻的問題。該種整流臂結構可將各整流臂的均流效果較常用的直條結構有明顯改善，可以做到理論上的..均流。