CN105529911B - 直流冶炼专用特种电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直流冶炼专用特种电源装置，包括整机箱体，其特征在于：所述整机箱体内还包括变压器和整流器，所述变压器与整流器分别设置连通的油腔内，所述油腔外侧设有能使的油体进行循环流动的强油循环冷却器；所述变压器与电流感应限制器连接，电流感应限制器用于限制变压器的电流大小；所述整机箱体侧部还设有与直流冶炼炉连接的输出端。

Description

直流冶炼专用特种电源装置

技术领域

本发明涉及一种电流整体设备，具体涉及一种直流冶炼专用特种电源装置。

背景技术

直流电弧炉是现代电炉技术发展的重要趋势, 1885年瑞典ASEA公司设计出世界第一台直流电弧炉,当时的直流电弧炉容量很小,一般为直流供电、主要是受直流电源,大功率整流元件以及相关技术设备的限制,所以在世界冶金史上,直流电弧炉一直没有得到普遍应用。当前用于炼钢和炼铁合金的三相交流电弧炉成为电弧炉冶金技术之主导设备。然而,在交流电弧炉冶金技术蓬勃发展的同时,其本身存在的一些难以克服的缺点也逐渐暴露出来。交流电弧炉，电弧稳定性差,每当电流过零时,电弧就要熄灭,而后重新点燃。

直流电弧炉已有应用于冶金工业中,同时也为电力电子技术的应用开辟了一个新的领域。但效果都未能如愿,无论采用晶闸管的直流电弧炉还是硅元件整流电源系统,都难以避免因电流闪变而对直流电源系统的损坏,主要常见故障是因电弧炉内阴极与阳极之间的电阻变化,造成直流电源系统回路电阻降低等因素而出现电流的突变, 直流电弧炉的闪变电流问题是大功率大容量直流电弧炉的一大难题，为使闪变电流受到安全可靠的控制，整流电源系统电源线路应设置科学有效的保护功能。根据普遍的经验，在生产过程中出现的闪变电流的短路容量至少是该变压器额定功率的20～40倍以上。一旦出现闪变电流的现象,强大的闪变电流会首先冲击和损坏直流电源设备中的薄弱环节,如硅整流元件、调压开关、变压器低压线圈及高压线圈等部件，与此同时严重的造成整个直流电源系统崩溃和对电网安全的严重影响。当前市场上在应用于直流电弧炉的整流设备,无论采用的线路和结构都是传统结构,在生产工艺及保护线路方案上都难以有效保护和控制直流冶炉在生产过程中所出现的电流突变问题,最终只能造成无法让设备正常运行的及整个项目生产失败的结局。

发明内容

本发明针对现有的直流冶炼电源设备中，难以有效保护和控制直流冶炉在生产过程中所出现的电流突变问题，本发明以创新突破的理念精心设计,是一种能有效解决传统直流冶炼电源设备难题的直流冶炼专用特种电源装置。

本发明是这样实现的：一种直流冶炼专用特种电源装置，包括整机箱体，所述整机箱体内还包括变压器和整流器，所述变压器与整流器分别设置连通的油腔内，所述油腔外侧设有能使的油体进行循环流动的强油循环冷却器及直流传感器；

所述变压器与电流感应限制器连接，电流感应限制器用于限制变压器的电流大小；

所述整机箱体侧部还设有与直流冶炼炉电极相连接的直流电源输出正负极端子。

本发明中的理念是：设置一电流感应限制器于变压器网侧线路中,还可根据整机负载运行情况对阻抗进行最佳匹配的调整,达到限制负载引起的短路电流冲击，增大短路阻抗来限制短路电流的突变,从而达到保护整机直流电源系统运行安全的目的,使整流回路电流不致因负载引起短路而致冲破额定值,确保了整机的直流电源设备运行的安全与稳定性。

本发明中，作为进一步方案，所述油腔包括变压器油腔和整流器油腔，所述变压器油腔和整流器油腔之间设有阀门和内隔板，所述电流感应限制器与变压器设置在同一油腔内。将油腔分开的作用是，减少变压器和整流器之间的热流及相互影响，而将电流感应限制器与变压器设置在一个油腔内，可以使得他们的热量一致，减少热流波动、线路联接路径变短降低损耗；同时这样设置便于安装与维护。

所述变压器油腔为“7”字形，整流器油腔为“1”字形，所述变压器油腔和整流器油腔整体形成一个紧密的长方形。这样的设计可以使得油箱面积最小，节约成本,减少整体设备的使用面积。

本发明中，作为进一步方案，所述强油循环冷却器趋势冷却油由整流器油腔流向变压器油腔,使冷却后的油先进入整流器油腔冷却整流器再流入变压器油腔。

本发明中，作为优选方案，所述电流感应限制器与变压器串联联接。

在本发明过程中：申请人发现，由于在直流电弧炉冶炼会出现频繁的电流闪变过程,造成大量的高次谐波对电网影响巨大,整机功率因数下降等，在发生短路时电流瞬间也会突然增大，但电流感应限制器上的电压降较大,因此需在整机直流电源系统线路上设置电流感应限制器才能确保设备的安全运行，CSR电流感应限制器的设置还起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动变得更小。电流感应限制器串联于变压器网侧线路中,还可根据整机负载运行的馈电信号通过晶闸管对电压进行最佳匹配的自动调整,达到限制短路电流冲击，增大调节短路阻抗来限制整机短路电流的突变,从而达到保护整机直流电源系统运行安全的目的,使整流回路电流不致因整机负载短路而致冲破额定值,确保了整机的直流电源设备运行的安全与稳定性。

电流感应限制器原理是 ：电流感应限制器是一个大的电感线圈，根据电磁感应原理，感应电流的磁场总是阻碍原来磁通的变化，如果原来磁通减少，感应电流的磁场与原来的磁场方向一致，如果原来的磁通增加，感应电流的磁场与原来的磁场方向相反。根据这一原理，如果突然发生短路故障，电流突然增大，在这个大的电感线圈中，要产生一个阻碍磁通变化的反向电势，在这个反向电势的作用下，必然要产生一个反向的电流，达到限制电流突然增大的变化，起到限制短路电流的作用，从而也维持了母线电压水平。

因此，本领域技术人员可以根据上述描述进行设备制作。然而要重要说明的是，本发明在只是将其运用在该设备上，并与整流器和变压器等合成一套整机设备,实现可以降低直流冶炼设备的安全隐患及有利于对电网的安全运行等，从而极大的提升直流冶炼的电流稳定性，更重要的是，只有将权利要求书中的必要技术特征融合在一起，才能够达到本发明的最佳效果，而单独的分开与配套使用都是无法实现最佳有益效果中的功能的。

本发明的有益效果是：

1. 首先是体现一种切实可行的防过流抗短路的功能；此高效节能直流冶炼专用特种电源装置对整个直流冶炼行业的整流器设备的应用也是一次技术上的创新和突破,有效的提高了直流冶炼电炉行业电源装置的安全性和可靠性,本产品的成功应用将能推动国内直流冶炼行业进一步发展,为“中国制造”增添力量。

2. 节能降耗方面；由于整流变压器与整流器油室连接成本降至极限，接头电阻降低使连接母排耗能大幅度下降；其次是缩小了设备的体积使占地面积减少1/2，降低附属配套件耗电功率30％,减少冷却水用量40％,同时避免了用户由于安装水平的不专业造成故障隐患的发生，也减少了因管道和油道过长及多余配套设备进场安装耗费的人力和财力,消除了庞大的整流柜和其它附件的安装。

3、由于硅元件内置于洁净的油室内;冷却采用油循环冷却,散热面积大效果更好，免除常规整流装置采用水冷却造成的水垢堵塞引起硅元件烧坏等造成的诸多安全隐患。

4、本产品应用于直流冶炼电炉行业中;与交流冶炼电炉相比可提高产量25％以上,降低电耗13％～25％,电极消耗下降60％,产品回收率大幅上升,热效率提高8％左右,噪音下降60％等优势。

5、高效节能直流冶炼专用特种电源装置的研制成功,标志着未来我们在这一领域的技术先进性和可行性,打破传统设备的不足,解决了长期以来在直流冶炼行业中困扰着无法克服的难题。

6、本发明通过利用整机直流输岀馈电信号,有效的控制调整了电流感应限制器的直流绕组及科学合理的整机结构,使本整机在高效节能、自动控制、运行安全可靠方面具有强大的优势,并且与现有整流设备的单一安全保障或者简单的变流节能设备相比，还具有可靠的稳定性，是目前与直流冶炼电源相类似的产品在性能上无可比拟的新一代高效节能直流冶炼专用特种电源装置。

附图说明

图1是本发明的侧面结构示意图；

图2是本发明的顶部结构示意图：

图3是本发明中电流感应限制器8的原理图；

图中零部件名称及序号：

整机箱体1、强油循环冷却器2、储油箱3、变压器4、变压器油腔5、整流器6、整流器油腔7、电流感应限制器8、铁芯9、铁芯10、AC线圈11、AC线圈12、次级绕组 13、次级绕组 14、直流传感器15。

具体实施方式

以下结合附图和实施例描述本发明，以下实施例以发明最优效果进行解释说明。

实施例1：

如图1-2，该直流冶炼专用特种电源装置，包括整机箱体1，整机箱体1内包括“7”字形的变压器油腔5和“1”字形的整流器油腔7，变压器油腔5和整流器油腔7形成一个整体的长方形。变压器油腔5内设有变压器4和电流感应限制器8，变压器4和电流感应限制器8

串联联接，整流器油腔7内设有整流器6，变压器4低压输出端与整流器6组件母排相连接, 母排输出端经直流正负极导电铜排座输出连接, 直流正负极铜排座的另一端通过整机箱体1可直接与直流冶炼的阴阳极相连。整机箱体1外侧设有能使的油体进行循环流动的强油循环冷却器2及电流直流传感器15，强油循环冷却器趋势冷却油由变压器油腔5流向整流器油腔7，变压器油腔5和整流器油腔7之间设有可关闭的阀体和内隔板。

操作时，将高压开关和相关设备与现有的直流冶炼装置连接，随后启动强油循环冷却器2；在发生过电流短路时，电流感应限制器8通过增大短路阻抗来限制短路电流的突变或突破额定值。

本发明中，电流感应限制器8的原理如下：电流感应限制器8是一个带铁心的非线性电路，设有直流和交流绕组。电流感应限制器8由两组铁芯绕组串联形成，副方控制绕组串接方式与原方相反，以相互抵消一次侧工频电压的影响。通过调整晶闸管的导通角，使控制绕组产生不同的直流励磁电流，从而改变磁阀的磁饱和强度，导致电抗器的磁阻变化，使电抗值得到调整，从而改变其容量。改变直流电压及相应的回路控制电流的大小来调节铁心磁饱和程度,利用直流激磁来改变电流感应限制器8的输出,达到改变交流绕组电感(感抗)值；称为电流感应限制器8或饱和电抗器。电流感应限制器8的特点是：稳定、可靠、可根据VT馈电信号与晶闸管线路连接来自动控制DC触发晶闸管导通角，电源向电路提供直流控制电压和控制电流,可连续平滑的控制调节电流感应限制器8的直流绕组,达到限制短路电流对整流装置系统的冲击的目的。利用电流感应限制器8的特性，可构成适用于大功率自动稳压和限制短路电流的整流装置线路的结构完美配置等。

如图3所示，举出一个电流感应限制器8的结构原理图，这种短路电流可控限制器由饱和电抗器,晶闸管控制线路及直流馈电线路,直流偏置线圈组成。如图所示：电流感应限制器8由2个铁心11和铁心12电抗串联而成（相应于图中的AC线圈 11和AC线圈12，每个铁心上的次级绕组 13和次级绕组14直流偏置线圈）。偏置线圈产生一个直流磁场，使铁心处于深度饱和状态，交流 AC线圈串联在输电线路中。当额定交流电流通过交流线圈时，由于铁心处于磁饱和状态，此时交流线圈在电网中处于低感抗状态；而当整流装置系统中出现短路故障时，瞬间增大的电流使 DC线圈产生的磁动势增加至足够抵消直流超导线圈所产生的磁动势，限流器的一组铁心由饱和状态进入正常态，产生高阻抗，从而自动限制了整流装置系统中短路电流的增加。选用2级铁心是为了在正半周和负半周分别限制短路电流。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种直流冶炼专用特种电源装置，包括整机箱体，其特征在于：所述整机箱体内还包括变压器和整流器，所述变压器与整流器分别设置在连通的油腔内，所述整机箱体外侧设有能使得油体进行循环流动的强油循环冷却器及电流直流传感器；

所述变压器与电流感应限制器连接，电流感应限制器用于限制整机输出的电流大小；

所述整机箱体侧部还设有与直流冶炼炉电极相连接的输出端,

所述油腔包括变压器油腔和整流器油腔，所述变压器油腔和整流器油腔之间设有阀门，所述电流感应限制器与变压器设置在同一油腔内,所述变压器油腔为“7”字形，整流器油腔为“1”字形，所述变压器油腔和整流器油腔整体形成一个紧密的长方形,所述电流感应限制器与变压器串联联接。

2.根据权利要求1所述的直流冶炼专用特种电源装置，其特征在于：所述强油循环冷却器驱使冷却油由变压器油腔流向整流器油腔。