一种直流电弧炉供电电源控制系统的制作方法

1.本发明涉及电弧炉供电电源控制技术领域，更具体的说是涉及一种直流电弧炉供电电源控制系统。


背景技术：

2.电弧炉(electricarcfurnace)利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，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。
3.电弧炉按供电方式分类可分为工频交流电弧炉和直流电弧炉两种。相较于工频交流电弧炉而言，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。
4.传统直流电弧炉电源电路故障率高，经常停电检修，调整或更换元器件，严重影响生产。元器件和制作方面的质量问题也比较突出，故障隐患多。控制板上的部分元器件参数经过反复调节整定和频繁的更换，使得电路板上存在很多的脱焊、虚焊、隐性短接和插接点接触不良等现象，影响电路板可靠、稳定的工作。
5.因此，如何提供一种高效稳定的直流电弧炉供电电源控制系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种直流电弧炉供电电源控制系统，用以解决上述现有技术中存在的问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明公开了一种直流电弧炉供电电源控制系统，包括：总控制器、多绕组移相变压器、整流模块、储能模块、控制模块及驱动模块；
9.其中，所述总控制器与外部交流电并网；所述多绕组移相变压器的一次侧与总控制器连接，所述多绕组移相变压器的二次侧与所述整流模块连接，所述整流模块与所述储能模块连接；所述储能模块与所述控制模块连接；所述控制模块与所述驱动模块连接；所述驱动模块与直流电弧炉的负载连接。
10.优选的，所述储能模块包括：
11.储能电池包、失配电池包及均衡控制器；
12.其中，所述整流模块与所述储能电池包、所述失配电池包及所述均衡控制器连接。
13.优选的，所述控制模块包括：
14.一类供电控制单元，与所述储能模块连接，实现弧流控制；
15.二类供电控制单元，与所述储能模块连接，实现弧压控制。
16.优选的，所述一类供电控制单元包括：电弧电流自动闭环控制器、igbt的电源开关及均流控制电路；
17.其中，所述电弧电流自动闭环控制器控制所述igbt的电源开关输出电流；所述均流控制电路对igbt的电源开关输出电流进行均流控制电路。
18.优选的，所述均流控制电路包括：
19.三相三倍电压整流器、整流控制器、启动器、电流侦测器及电流控制器；
20.其中，所述三相三倍电压整流器的输入端与所述储能模块连接，所述三相三倍电压整流器的输出端与整流控制器连接；所述整流控制器与启动器连接；所述启动器与电流侦测器连接；所述电流侦测器与电流控制单元连接。
21.优选的，所述二类供电控制，包括：弧压调节器、转速调节器及电压补偿电路；
22.其中，所述弧压调节器作为外环，将所述转速调节器作为内环，所述电压补偿电路与所述弧压调节器和所述转速调节器连接。
23.优选的，还包括检测模块，用于对供电电压进行检测；
24.第一电压检测单元，设置在所述储能模块与所述控制模块之间，用于检测所述储能模块的输出参数；
25.第二电压检测单元，设置在所述控制模块与驱动模块之间，用于检测所述控制模块的控制参数；
26.第三电压检测单元，设置在所述驱动模块与电弧炉的负载之间，用于检测所述负载的同步参数。
27.优选的，还包括补偿模块，所述补偿模块的输入端部连接所述第一电压检测单元、所述第二电压检测单元以及所述第三电压检测单元，所述补偿模块的输出端部连接所述储能模块、控制模块及驱动模块，用于补偿所述输出参数、所述控制参数、所述同步参数。
28.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种直流电弧炉供电电源控制系统，实现了响应速度快、抗冲击能力强、功率因数高、电弧燃烧稳定、电极损耗少，并网点电网稳定平衡的三相低压大电流低频电弧炉电源供电控制。具体包括：
29.(1)通过储能模块，避免电压的剧烈波动，从而不会对并网点电压造成直接影响，从根本上解决了并网点电压闪络问题，可以省去无功补偿装置，减少一次投资；
30.(2)将igbt的电源开关替代晶闸管，控制周期可以做到微秒级别；
31.(3)控制系统采用模块化设计，同时控制系统包含均流策略，易于实现多机并联，满足电弧炉电源大功率的应用需求；
32.(4)通过检测模块及补偿模块进而使本技术供电控制系统达到更优的供电效率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
34.图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.参见附图1所示，本发明实施例公开了一种直流电弧炉供电电源控制系统，包括：总控制器、多绕组移相变压器、整流模块、储能模块、控制模块及驱动模块；
37.其中，总控制器与外部交流电并网；多绕组移相变压器的一次侧与总控制器连接，多绕组移相变压器的二次侧与整流模块连接，整流模块与储能模块连接；储能模块与控制模块连接；控制模块与驱动模块连接；驱动模块与直流电弧炉的负载连接。
38.在一个具体实施例中，总控制器由真空断路器组成多组，用于每组电源的开断控制；
39.具体的，每组一个真断路器对应一个多绕组移相变压器、整流模块、储能模块、控制模块及驱动模块。
40.在一个具体实施例中，采用多绕组移相变压器，通过绕组之间的移相角可实现并网电流低谐波，省去滤波装置并实现全范围功率因数大于0.975，提高电弧炉产能；
41.在一个具体实施例中，储能模块包括：
42.储能电池包、失配电池包及均衡控制器；
43.其中，整流模块与储能电池包、失配电池包及均衡控制器连接。
44.具体的，在本实施例中为了保证快充和能量均衡，采用4个串联的储能电池包并联一个用于失配的储能电池包，在本实施例中的失配电池包为或有项，大多数场景都会存在，正常串联的储能电池包和失配储能电池包并联一个均衡控制器。当某个储能电池包失效时，依旧可以正常供电。在储能电池包充放电过程中，正常串联的储能电池包和失配电池包通过均衡控制器也能达到快速均衡的目的。
45.在一个具体实施例中，控制模块包括：
46.一类供电控制单元，与储能模块连接，实现弧流控制；
47.二类供电控制单元，与储能模块连接，实现弧压控制。
48.具体的，直流电弧炉在冶炼过程中，其初始熔化、熔化、氧化和还原各个阶段对供电制度(即电压、电流的大小)有着不同的要求，以求节能降耗、提高工效、达到最佳技术经济指标。与交流炼钢电弧炉的控制方式不一样，本实施例直流电弧炉采用弧压和弧流两套完全独立的控制，以满足冶炼工艺对供电的要求。
49.在一个具体实施例中一类供电控制单元包括：电弧电流自动闭环控制器、igbt的电源开关及均流控制电路；
50.其中，电弧电流自动闭环控制器控制igbt的电源开关输出电流；均流控制电路对igbt的电源开关输出电流进行均流控制电路。
51.具体的，在静态情况下，弧压的变化不会引起弧流随之而变，这样就为独立调节弧长和弧压创造了条件。
52.具体的，与晶闸管拓扑相比，基于igbt的电源开关频率可以高达几khz到十几khz，因此控制周期可以做到微秒级别，尤其是在负载短路工况下，电源装置可以立即响应并迅
速调节工作电流至安全运行范围内。
53.在一个具体实施例中，均流控制电路包括：
54.三相三倍电压整流器、整流控制器、启动器、电流侦测器及电流控制器；
55.其中，三相三倍电压整流器的输入端与储能模块连接，三相三倍电压整流器的输出端与整流控制器连接；整流控制器与启动器连接；启动器与电流侦测器连接；电流侦测器与电流控制单元连接。
56.在一个具体实施例中，二类供电控制，包括：弧压调节器、转速调节器及电压补偿电路；
57.其中，弧压调节器作为外环，将转速调节器作为内环，电压补偿电路与弧压调节器和转速调节器连接。
58.在一个具体实施例中，还包括检测模块，用于对供电电压进行检测；
59.第一电压检测单元，设置在储能模块与控制模块之间，用于检测储能模块的输出参数；
60.第二电压检测单元，设置在控制模块与驱动模块之间，用于检测控制模块的控制参数；
61.第三电压检测单元，设置在驱动模块与电弧炉的负载之间，用于检测负载的同步参数。
62.在一个具体实施例中，补偿模块，补偿模块的输入端部连接第一电压检测单元、第二电压检测单元以及第三电压检测单元，补偿模块的输出端部连接储能模块、控制模块及驱动模块，用于补偿输出参数、控制参数、同步参数。
63.具体的，通过检测模块及补偿模块进而是本技术供电控制系统达到更优的供电效率。
64.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
65.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，包括：总控制器、多绕组移相变压器、整流模块、储能模块、控制模块及驱动模块；其中，所述总控制器与外部交流电并网；所述多绕组移相变压器的一次侧与总控制器连接，所述多绕组移相变压器的二次侧与所述整流模块连接，所述整流模块与所述储能模块连接；所述储能模块与所述控制模块连接；所述控制模块与所述驱动模块连接；所述驱动模块与直流电弧炉的负载连接。2.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，所述储能模块包括：储能电池包、失配电池包及均衡控制器；其中，所述整流模块与所述储能电池包、所述失配电池包及所述均衡控制器连接。3.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：一类供电控制单元，与所述储能模块连接，实现弧流控制；二类供电控制单元，与所述储能模块连接，实现弧压控制。4.根据权利要求3所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，所述一类供电控制单元包括：电弧电流自动闭环控制器、igbt的电源开关及均流控制电路；其中，所述电弧电流自动闭环控制器控制所述igbt的电源开关输出电流；所述均流控制电路对igbt的电源开关输出电流进行均流控制电路。5.根据权利要求4所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，所述均流控制电路包括：三相三倍电压整流器、整流控制器、启动器、电流侦测器及电流控制器；其中，所述三相三倍电压整流器的输入端与所述储能模块连接，所述三相三倍电压整流器的输出端与整流控制器连接；所述整流控制器与启动器连接；所述启动器与电流侦测器连接；所述电流侦测器与电流控制单元连接。6.根据权利要求5所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，所述二类供电控制，包括：弧压调节器、转速调节器及电压补偿电路；其中，所述弧压调节器作为外环，将所述转速调节器作为内环，所述电压补偿电路与所述弧压调节器和所述转速调节器连接。7.根据权利要求6所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，还包括检测模块，用于对供电电压进行检测；第一电压检测单元，设置在所述储能模块与所述控制模块之间，用于检测所述储能模块的输出参数；第二电压检测单元，设置在所述控制模块与驱动模块之间，用于检测所述控制模块的控制参数；第三电压检测单元，设置在所述驱动模块与电弧炉的负载之间，用于检测所述负载的同步参数。8.根据权利要求7所述的一种直流电弧炉供电电源控制系统，其特征在于，还包括补偿模块，所述补偿模块的输入端部连接所述第一电压检测单元、所述第二电压检测单元以及所述第三电压检测单元，所述补偿模块的输出端部连接所述储能模块、控制模块及驱动模
块，用于补偿所述输出参数、所述控制参数、所述同步参数。

技术总结
本发明公开了一种直流电弧炉供电电源控制系统，属于电弧炉供电电源控制技术领域。该系统包括：总控制器、多绕组移相变压器、整流模块、储能模块、控制模块及驱动模块；其中，总控制器与外部交流电并网；多绕组移相变压器的一次侧与总控制器连接，多绕组移相变压器的二次侧与整流模块连接，整流模块与储能模块连接；储能模块与控制模块连接；控制模块与驱动模块连接；驱动模块与直流电弧炉的负载连接。本发明实现了响应速度快、抗冲击能力强、功率因数高、电弧燃烧稳定、电极损耗少，并网点电网稳定平衡的三相低压大电流低频电弧炉电源供电控制。制。制。


技术研发人员：黄健
受保护的技术使用者：杭州日芝电气有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24