可控变流电弧炉

技术领域

本发明属于电弧炉控制技术领域，更具体地说，是涉及一种可控变流电弧炉。

背景技术

现有技术中，通常通过操控电极升降实现对电弧炉炉温的控制，此种控制方案自动控制效果不理想，而人工控制则依赖经验和技术水平，存在引发电极软硬断事故的风险，同时也存在炉况不稳定、能耗高等问题，这些问题增加了电弧炉的运行成本。在此基础上，现有技术为了防止大电流烧坏电弧炉加热棒，还需要设置超大容量断路器及调压变压器等特种设备，进一步增加了电弧炉的运行成本。

因此，如何降低电弧炉的运行成本成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控变流电弧炉，以解决现有技术中存在的电弧炉的运行成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供了一种可控变流电弧炉，所述可控变流电弧炉包括：

移相变压器、三相变流器以及交流电弧炉；

所述移相变压器的一次侧用于连接三相电源，所述移相变压器的二次侧与所述三相变流器的输入端连接，所述三相变流器的输出端与所述交流电弧炉的电源输入端连接；

所述三相变流器的受控端用于接收外部驱动脉冲信号。

可选的，所述移相变压器的二次侧包括N个相互隔离的次级线圈，每个次级线圈均包括三组三相线圈；

所述三相变流器包括3N个整流逆变单元；

各组三相线圈与各个整流逆变单元一一对应连接；

所述3N个整流逆变单元的输出端并联构成所述三相变流器的输出端；

其中N为大于零的整数。

可选的，所述三组三相线圈包括第一组三相线圈、第二组三相线圈、第三组三相线圈；

所述整流逆变单元包括第一逆变输出端和第二逆变输出端；

各个第一组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成所述三相变流器的第一相输出端，各个第二组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成所述三相变流器的第二相输出端，各个第三组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成所述三相变流器的第三相输出端；

各个第一组三相线圈对应的第二逆变输出端、各个第二组三相线圈对应的第二逆变输出端、各个第三组三相线圈对应的第二逆变输出端共接。

可选的，所述整流逆变单元包括三相不控整流电路与H桥全控逆变电路；

所述三相不控整流电路的输入端与所述移相变压器的三相线圈对应连接，所述三相不控整流电路的输出端与所述H桥全控逆变电路的输入端连接；

3N个H桥全控逆变电路的输出端并联构成所述三相变流器的输出端；

3N个H桥全控逆变电路的受控端构成所述三相变流器的受控端。

可选的，所述三相不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管；

所述第一二极管的负极端、第三二极管的负极端、第五二极管的负极端共接，所述第二二极管的正极端、第四二极管的正极端、第六二极管的正极端共接；

所述第二二极管的负极端与所述第一二极管的正极端连接所构成的连接端为所述三相不控整流电路的第一输入端；所述第四二极管的负极端与所述第三二极管的正极端连接所构成的连接端为所述三相不控整流电路的第二输入端；所述第六二极管的负极端与所述第五二极管的正极端连接所构成的连接端为所述三相不控整流电路的第三输入端；

所述三相不控整流电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端与所述移相变压器的三相线圈对应连接；

所述第一二极管的负极端、所述第二二极管的正极端构成所述三相不控整流电路的输出端。

可选的，所述三相不控整流电路还包括滤波电容；

所述滤波电容的第一端与所述第一二极管的负极端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二二极管的正极端连接。

可选的，所述H桥全控逆变电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管；

所述第一晶体管的源极与所述第三晶体管的源极连接，所述第二晶体管的漏极与所述第四晶体管的漏极连接；

所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第三晶体管的漏极与所述第四晶体管的源极连接；

所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的漏极构成所述H桥全控逆变电路的输入端，所述第一晶体管的漏极、所述第三晶体管的漏极构成所述H桥全控逆变电路的输出端，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第三晶体管的栅极、所述第四晶体管的栅极构成所述H桥全控逆变电路的受控端。

可选的，所述H桥全控逆变电路还包括电抗器；

所述电抗器的第一端与所述第一晶体管的漏极连接，所述电抗器的第二端、所述第三晶体管的漏极构成所述H桥全控逆变电路的输出端。

可选的，所述可控变流电弧炉还包括：

多个无载隔离开关；

所述无载隔离开关连接在所述三相变流器的输出端与所述交流电弧炉的电源输入端之间。

可选的，所述可控变流电弧炉还包括：

处理器；

所述处理器与所述三相变流器的受控端连接。

本发明提供的可控变流电弧炉的有益效果在于：

本申请的发明人考虑到电弧炉作为非线性以及无规律负荷通过变压器直接接入电网不但引起线路损耗增加，还要求更大的电网容量支持，还会产生的大量的闪变和谐波，因此给出了一种可控变流电弧炉的实现方案。本发明针对电弧炉非线性无规则负载特性，在现有技术的基础上增加了移相变压器来抑制电弧炉闪变和高次谐波，增加了三相变流器来提高电弧炉的运行功率因数，将无效功率转换为有效功率，不但可以提高电能效率，节省电能，也可以消除对电网的冲击和污染，对敏感电力设备起到保护作用。也就是说，本发明提供的可控变流电弧炉结构可以降低损耗，进而降低运行成本。在此基础上，由于三相变流器的整流逆变功能可以支持电流的调节，本发明无需设置超大容量断路器及调压变压器等特种设备，因此进一步地降低了运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的可控变流电弧炉的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的整流逆变单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1，图1为本发明一实施例提供的可控变流电弧炉的结构示意图，该可控变流电弧炉包括：

移相变压器10、三相变流器20以及交流电弧炉30。

移相变压器10的一次侧用于连接三相电源，移相变压器10的二次侧与三相变流器20的输入端连接，三相变流器20的输出端与交流电弧炉30的电源输入端连接，用于为交流电弧炉30供电。

三相变流器20的受控端用于接收外部驱动脉冲信号。

在本实施例中，三相电源可以直接电网输出，也可以由调压后的二次侧电网输出。其中移相变压器20的参数可基于三相电源的特征确定，以保证移相变压器20既可适应高压侧电网直接接入方式，也可适应已经降压后的二次侧电网接入方式。

在本实施例中，可通过驱动脉冲信号来控制三相变流器20，进而实现交流电弧炉30的电流控制。

在本实施例中，三相变流器20还可提供故障保护功能，在输入至交流电弧炉30的电流较大时，可通过控制三相变流器20来调节输入至交流电弧炉30的电流。

可选的，请参考图1，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，移相变压器20的二次侧可以包括N个相互隔离的次级线圈，每个次级线圈均包括三组三相线圈，也即移相变压器30共包含3N组三相线圈。其中，各组三相线圈直接的移相角为π/3N，N为大于零的整数，其可基于移相变压器20的变比以及交流电弧炉30的容量确定。

在本实施例中，三相变流器可包括3N个整流逆变单元(对应图1中的U

从以上描述可知，本申请的发明人考虑到电弧炉作为非线性以及无规律负荷通过变压器直接接入电网不但引起线路损耗增加，还要求更大的电网容量支持，还会产生的大量的闪变和谐波，因此给出了一种可控变流电弧炉的实现方案。本发明针对电弧炉非线性无规则负载特性，在现有技术的基础上增加了移相变压器来抑制电弧炉闪变和高次谐波，增加了三相变流器来提高电弧炉的运行功率因数，将无效功率转换为有效功率，不但可以提高电能效率，节省电能，也可以消除对电网的冲击和污染，对敏感电力设备起到保护作用。也就是说，本发明提供的可控变流电弧炉结构可以降低损耗，进而降低运行成本。在此基础上，由于三相变流器的整流逆变功能可以支持电流的调节，本发明无需设置超大容量断路器及调压变压器等特种设备，因此进一步地降低了运行成本。

可选的，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，三组三相线圈包括第一组三相线圈、第二组三相线圈、第三组三相线圈。

整流逆变单元包括第一逆变输出端和第二逆变输出端。

在本实施例中，一组三相线圈对应连接一个整流逆变单元，因此，每组三相线圈都对应一个第一逆变输出端和一个第二逆变输出端。

在本实施例中，三相变流器输出三相电流，3N个整流逆变单元的输出端并联构成三相变流器的输出端，整流逆变单元的输出端的并联方式可以为：

各个第一组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成三相变流器的第一相输出端，各个第二组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成三相变流器的第二相输出端，各个第三组三相线圈对应的第一逆变输出端共接后构成三相变流器的第三相输出端。

各个第一组三相线圈对应的第二逆变输出端、各个第二组三相线圈对应的第二逆变输出端、各个第三组三相线圈对应的第二逆变输出端共接。

可选的，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，整流逆变单元包括三相不控整流电路与H桥全控逆变电路。

三相不控整流电路的输入端与移相变压器的三相线圈对应连接，三相不控整流电路的输出端与H桥全控逆变电路的输入端连接。

3N个H桥全控逆变电路的输出端并联构成三相变流器的输出端。

3N个H桥全控逆变电路的受控端构成三相变流器的受控端。

在本实施例中，H桥全控逆变电路可实现对加热体电流(也即输入至交流电弧炉中的电流)的有效控制，提升加热效率，防止过电流，延长加热体寿命。并且基于H桥全控逆变电路可保证输出功率可控，能够实现对交流电弧炉等不均衡负载运行电流均衡控制。

在本实施例中，加热体电流可由温控需求决定，H桥全控逆变电路的输出电流频率可根据需要灵活选择，既可以实现交流电弧炉的恒频调温也可以实现交流电弧炉的变频调温。

可选的，请参考图2，图2为本发明一实施例提供的整流逆变单元的结构示意图，图2中的二极管从上至下，从左至右分别为第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管。

作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，三相不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管。

第一二极管的负极端、第三二极管的负极端、第五二极管的负极端共接，第二二极管的正极端、第四二极管的正极端、第六二极管的正极端共接。

第二二极管的负极端与第一二极管的正极端连接所构成的连接端为三相不控整流电路的第一输入端。第四二极管的负极端与第三二极管的正极端连接所构成的连接端为三相不控整流电路的第二输入端。第六二极管的负极端与第五二极管的正极端连接所构成的连接端为三相不控整流电路的第三输入端。

三相不控整流电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端与移相变压器的三相线圈对应连接。

第一二极管的负极端、第二二极管的正极端构成三相不控整流电路的输出端。

在本实施例中，还可在三相不控整流电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端处连接快熔保护电路，以实现电路保护功能。

可选的，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，三相不控整流电路还包括滤波电容。

滤波电容的第一端与第一二极管的负极端连接，滤波电容的第二端与第二二极管的正极端连接。

在本实施例中，请参考图2，三相不控整流电路中还可增加滤波电容来实现滤波功能。

可选的，可选的，请参考图2，图2为本发明一实施例提供的整流逆变单元的结构示意图，图2中的晶体管从上至下，从左至右分别为第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管。

作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，H桥全控逆变电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管。

第一晶体管的源极与第三晶体管的源极连接，第二晶体管的漏极与第四晶体管的漏极连接。

第一晶体管的漏极与第二晶体管的源极连接，第三晶体管的漏极与第四晶体管的源极连接。

第一晶体管的源极、第二晶体管的漏极构成H桥全控逆变电路的输入端，第一晶体管的漏极、第三晶体管的漏极构成H桥全控逆变电路的输出端，第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极、第四晶体管的栅极构成H桥全控逆变电路的受控端。

可选的，请参考图2，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，H桥全控逆变电路还包括电抗器。

电抗器的第一端与第一晶体管的漏极连接，电抗器的第二端、第三晶体管的漏极构成H桥全控逆变电路的输出端。

可选的，请参考图2，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，可控变流电弧炉还包括：

多个无载隔离开关。

无载隔离开关连接在三相变流器的输出端与交流电弧炉的电源输入端之间。

在本实施例中，可可控变流电弧炉中增加多个无载隔离开关。在具体实施时，可在三相变流器的每个输出端均设置一个无载隔离开关，也可以在三相变流器中每个整流逆变单元的输出端均设置一个无载隔离开关，此处不作限定。

在本实施例中，可通过三相变流器和无载隔离开关的组合更好地实现可控变流电弧炉的故障保护。

可选的，作为本发明实施例提供的可控变流电弧炉的一种具体实施方式，可控变流电弧炉还包括：

处理器。

处理器与三相变流器的受控端连接。

在本实施例中，处理器可以为DSP处理器(也即数字信号处理器)，其本质为晶体管驱动电路，用于输出驱动脉冲信号，以控制三相变流器的输出电流。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。