10t真空电弧炉用40 kA直流电源的研制与应用

(5)熔速控制及自动给定 通过与炉子工况及熔炼控制的上位计算机之间的通讯，实现了自动熔炼时的按曲线给定，控制单元通过PLC接口接收上位计算机输出的按工艺设定输出电流指令，在PLC内转换为相应的模拟给定电压后从PLC的模拟输出口输出，控制触发脉冲的控制角相位，达到调节及稳定输出电流的目的，并在国内首次使用了熔速控制，满足全自动熔炼的需要，使控制达到了很好的效果。
(6)应用电流断续补偿扩大电流稳定不断弧范围 由于真空自耗炉工艺有起弧、熔炼、补缩等工艺过程，为保证成品锭快熔化完时使锭子端口尽可能的平整，提高熔化锭子成品率，要求补缩电流尽可能小。尽管在主电路中直流输出端增加了平波电抗器Lo，但也很难使输出直流电流达到全范围连续，因而在控制回路中增加了电流断续的补偿环节，使补缩时的电流连续稳定工作范围达到了最小电流不大于500 A的良好效果。
(7)功率因数补偿环节的控制 由于真空自耗熔炼炉工艺过程较为复杂，对应不同的工作段，要求输出稳定运行的电流与电压值不同，由此造成电源运行时其功率因数会有很大不同，这就决定了对其功率因数补偿环节要采取变化的参数与结构。在该系统中，根据系统最小短路容量计算的注入电网谐波满足国标要求，仅考虑功率因数补偿，这就决定了其控制电路既要满足起弧、熔炼、补缩、停机等工艺流程的需要，又要适合熔炼一次锭、二次锭、合金锭及锭子直径不同对直流电源输出电流的要求不同的需要，为此设计了专门的控制器，电源运行的实时功率因数按输入的电压和电流值随时进行计算，并按熔炼工况及所熔化锭子种类和实际使用电流的不同，按8421组合决定投入多大的补偿容量，既严格保证在整个工作周期中补偿后的功率因数大于0．97，且使谐波不被放大，又可靠地按当电源负荷达到一定值时，功率因数补偿支路才投入，而当电源负荷小到一定值时，功率因数补偿支路先切除，在直流电源停机时，先退出功率因数补偿支路，再断开图1中的断路器DLQ，保证不发生次谐波振荡及使谐波放大等不正常情况。

3 实用效果简介
上述10 t钛合金熔炼真空自耗炉用2x20 kA／60V直流电源，已成功在国内首台10t电弧炉熔炼系统中使用，随坩埚尺寸的不同，单炉可熔化锭子重量为6 t，8 t，10 t，最大锭子直径为1 020mm，整流变压器、直流平波电抗器、晶闸管整流单元、控制环节、纯水冷却器、进线断路器全部装于两个柜体中，每个整流柜系统输出20 kA／60 V，使用中两柜并联运行，经实测稳流精度高于0．5％，功率因数不论是在熔化一次锭还是二次锭，电源输出电流稳定运行范围10～40 kA，全范围内都不低于0．95，注入电网的谐波电流含量低于国标允许值，补缩工况最小可连续稳定运行电流为500 A，现场安装仅需连接交流三相输入690 V电缆线及直流输出正负母排和外循环水两根水管，安装甚为方便，运行稳定可靠，达到了十分理想的设计与运行效果，图5给出了熔化时输出的直流电压波形。

4 结论
10t钛合金熔炼真空自耗炉用2x20 kA／60 V直流电源，将整流变压器、平波电抗器、纯水冷却器、整流及控制和保护等单元装于一个柜体中，缩短了引线尺寸，减少了占地面积及现场安装工作量，是个很好的方案；介绍的同步环节及触发脉冲形成电路设计较为巧妙，可推广到低压可控整流系统；电压与电流可根据工况自动切换的闭环调节器设计，兼顾了稳定输出电压与输出电流的不同需要；采用12脉波可控整流，同时增加动态功率因数补偿环节，通过巧妙的控制器设计，满足了真空自耗炉的复杂运行工况要求，使运行时的功率因数较高，并保证了注入电网的谐波不被放大，在该行业为首创，在国内真空自耗熔炼炉及凝壳炉电源的系统配置中具有推广性；介绍的PLC监控与保护单元应用矩阵式软件编程方法，使需要的硬件配置要求得以降低，节约了成本，具有创新性；理论分析和实用效果都证明了上述方案的可行性，其应用前景将十分广阔。