CN108540002A - 一种大功率整流装置及直流换极系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率整流装置及直流换极系统，所述整流装置包括整流二极管和投切开关，所述整流二极管分为两组，一组为正向二极管组，另一组为反向二极管组，每个整流二极管均串接有一个投切开关，通过该投切开关的投入与切断控制该整流二极管支路的吸合与断开。所述直流换极系统基于标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路加上述整流装置组成。通过采用本发明所述的直流换极系统可实现大功率设备的直流极性的频繁切换，通过在整流装置中采用真空接触器，使直流极性切换的操作动作更可靠、更安全，接触元件热损耗大大降低，投切元件的使用寿命大大延长。而且更进一步实现了正负电极的带载切换，为生产中的带载断电保护提供了更多手段。

Description

一种大功率整流装置及直流换极系统

技术领域

本发明涉及大功率电能传输技术领域，尤其涉及一种大功率整流装置及直流换极系统的改进。

背景技术

目前，工业生产中经常使用直流刀闸在整流装置的直流输出侧进行极性切换，但由于刀闸自身的限制，在大功率电能传输的使用过程中存在接触元件过热、拉弧、绝缘损坏、寿命短等诸多问题。

在先技术“直流母线换极的配置结构”(申请号：201020658765.1)公开了一种直流母线换极的配置结构，在整流变压器装置上端装设直流刀开关进行输出正负极的切换，该技术就是在整流的直流侧进行切换。在先技术“整流器正负电极的转换装置”(申请号：201110128508.6)公开了一种整流器正负电极的转换装置，使用定触板和动触板结构，用液压驱动装置压紧接触面，该技术也是在整流的直流侧进行切换，存在接触面接触不良的情况，同时需要液压驱动系统，牵扯到流体类设备的安装使用，不易推广。在先技术“一种整流装置直流刀开关检修用隔离装置”(申请号：201410098816.2)公开了一种整流装置直流刀开关检修用隔离装置，该技术同样是在整流的直流侧进行切换，使用多组直流刀，在实际应用过程中存在上述同样问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种大功率整流装置及直流换极系统，以及一种采用了该系统的直流冶炼炉，该整流装置通过采用真空接触器在整流二极管支路进行切换，有效避免了传统方式中接触元件过热、拉弧、绝缘损坏、寿命短等诸多问题。同时因为该直流换极系统电气结构的改进满足了正负电极频繁切换的要求，为本发明提出的一种新型直流冶炼炉的工艺设计提供了支撑，使其可通过电流正负极的频繁快速切换有效避免或者减少断电极现象，保证生产的顺利进行。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种大功率整流装置，包括整流二极管和投切开关，所述整流二极管分为两组，一组为正向二极管组，另一组为反向二极管组，每个整流二极管均串接有一个投切开关，通过该投切开关的投入与切断控制该整流二极管支路的吸合与断开。

进一步的，所述正反向二极管组每组中各二极管逐个串接的投切开关为一组同时受控的真空接触器组。

更进一步的，所述正反向二极管组对应的两组真空接触器组通过DCS控制系统进行互锁，以使两组真空接触器组不会同时吸合。

一种采用上述任一技术方案所述整流装置的直流换极系统，所述系统基于标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路，由三相变压器、原边A相绕组、原边B相绕组、原边C相绕组、正向导通二极管、反向导通二极管、正向二极管投切主触点、反向二极管投切主触点、平衡电抗器、负载、副边A相同名端绕组a、副边C相异名端绕组c’、副边B相同名端绕组b、副边A相异名端绕组a’、副边C相同名端绕组c、副边B相异名端绕组b’、直流汇流排M、直流汇流排N组成；其中，副边A相同名端绕组a对应的支路中与正向导通二极管并联一个反向导通二极管，又用正向二极管投切主触点控制正向导通二极管的投切，反向二极管投切主触点控制反向导通二极管的投切；其余，副边C相异名端绕组c’、副边B相同名端绕组b、副边A相异名端绕组a’、副边C相同名端绕组c、副边B相异名端绕组b’的电气结构布置与前述副边A相同名端绕组a相同。

一种直流冶炼炉，所述冶炼炉的直流电源供电端采用了上述技术方案所述的直流换极系统。

进一步的，所述冶炼炉的两个冶炼电极电源接入端均设置于炉体上部。

更进一步的，所述两个冶炼电极电源接入端以炉体中心轴为对称轴进行布置，且处于同一水平高度。

上述方案中所述DCS控制系统是指以微处理器为基础的集散控制系统(Distributed Control System),简称DCS。

本发明的有益效果在于：

1.通过采用本发明所述整流装置及直流换极系统可实现大功率设备的直流极性的频繁切换；

2.由于真空接触器的大容量载流能力和可靠的灭弧能力，可实现正负电极的带载切换，为生产中的带载断电保护提供了更多手段。

3.由于真空接触器的大容量载流能力和可靠的灭弧能力，使直流极性切换的操作动作更可靠、更安全；

4.由于真空接触器的采用，使得接触元件热损耗大大降低，投切元件的使用寿命大大延长。

附图说明

附图1为本发明直流换极系统的电气结构布置示意图。

附图2为本发明直流换极系统另一变形的电气结构布置示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

如附图1中的整流电路部分所示，一种大功率整流装置，包括整流二极管和投切开关，所述整流二极管分为两组，一组为正向二极管组，另一组为反向二极管组，每个整流二极管均串接有一个投切开关，通过该投切开关的投入与切断控制该整流二极管支路的吸合与断开。进一步的，所述正反向二极管组每组中各二极管逐个串接的投切开关为一组同时受控的真空接触器组，更进一步的，所述正反向二极管组对应的两组真空接触器组通过DCS控制系统进行互锁，以使两组真空接触器组不会同时吸合。

如附图1所示，一种采用了上述实施例所述整流装置的直流换极系统，所述系统基于标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路，由三相变压器1、原边A相绕组2、原边B相绕组3、原边C相绕组4、正向导通二极管5、反向导通二极管6、正向二极管投切主触点7、反向二极管投切主触点8、平衡电抗器9、负载10、副边A相同名端绕组a11、副边C相异名端绕组c’12、副边B相同名端绕组b13、副边A相异名端绕组a’14、副边C相同名端绕组c15、副边B相异名端绕组b’16、直流汇流排M17、直流汇流排N18组成；其中，副边A相同名端绕组a11对应的支路中与正向导通二极管5并联一个反向导通二极管6，又用正向二极管投切主触点7控制正向导通二极管5的投切，反向二极管投切主触点8控制反向导通二极管6的投切；其余，副边C相异名端绕组c’12、副边B相同名端绕组b13、副边A相异名端绕组a’14、副边C相同名端绕组c15、副边B相异名端绕组b’16的电气结构布置与前述副边A相同名端绕组a11相同。

一种直流冶炼炉，所述冶炼炉的直流电源供电端采用了上述实施例所述的直流换极系统。进一步的，所述冶炼炉的两个冶炼电极电源接入端均设置于炉体上部，更进一步的，所述两个冶炼电极电源接入端以炉体中心轴为对称轴进行布置，且处于同一水平高度。

本发明具体实施例是基于标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路，如附图1所示，该系统主要由三相变压器1、原边A相绕组2、原边B相绕组3、原边C相绕组4、正向导通二极管5、反向导通二极管6、正向二极管投切主触点7、反向二极管投切主触点8、平衡电抗器9、负载10、副边A相同名端绕组a11、副边C相异名端绕组c’12、副边B相同名端绕组b13、副边A相异名端绕组a’14、副边C相同名端绕组c15、副边B相异名端绕组b’16、直流汇流排M17、直流汇流排N18等组成。按照电力电子变流技术理论，标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路为图1中去除电气元件反向导通二极管6、正向二极管投切主触点7、反向二极管投切主触点8以后，剩余其他元件所组成的电气供电回路。其中，副边A相同名端绕组a11和副边A相异名端绕组a’14极性相反用以消除原边A相绕组2铁芯的直流磁化，同理原边B相绕组3、原边C相绕组4对应的铁芯线圈绕法与之相同。

本实施例是在标准的整流电路的基础上进行了开发设计，在副边A相同名端绕组a11对应的支路中与正向导通二极管5并联一个反向导通二极管6，又用正向二极管投切主触点7控制正向导通二极管5的投切，反向二极管投切主触点8控制反向导通二极管6的投切，同理副边C相异名端绕组c’12、副边B相同名端绕组b13、副边A相异名端绕组a’14、副边C相同名端绕组c15、副边B相异名端绕组b’16电气结构布置相同。电气元件投切的具体实际做法是多个真空接触器的主触点组与并联整流二极管组的分支路逐个串联，用以提升回路的大电流载流能力。如附图1所示，正向二极管投切主触点7采用一组真空接触器相同时刻控制吸合与断开，反向二极管投切主触点8采用另一组真空接触器相同时刻控制吸合与断开，两组真空接触器在DCS控制当中不同时吸合，要做好程序上了互锁保护。实际运行过程中，所有的正向二极管投切主触点7吸合的同时反向二极管投切主触点8断开，此时工作状态为正向导通二极管5间断导通，导通顺序为VT1f—VT2f—VT3f—VT4f—VT5f—VT6f顺序导通，在任何时刻都会同时有两个管导通，此与标准整流的导通及工作方式相同。本实施例增加的功能是，所有的反向二极管投切主触点8吸合的同时正向二极管投切主触点7断开，此时工作状态为反向导通二极管6间断导通，导通顺序为VT1b—VT2b—VT3b—VT4b—VT5b—VT6b顺序导通，先后导通顺序与正向工作时相同，仅在相序上有180°的相位差，在任何时刻也都会同时有两个管导通。正向导通二极管5和正向二极管投切主触点7投入工作时，直流汇流排M17表现为正极性，直流汇流排N18表现为负极性；反向导通二极管6和反向二极管投切主触点8投入工作时，直流汇流排M17表现为负极性，直流汇流排N18表现为正极性。如此实现了直流汇流排的正负极性的切换，而且由于真空接触器的使用，减少了正负极性的切换时间，动作可靠，并实现了设备的可频繁切换功能。

本实施例是针对标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路，是在此基础上开发的具有新性能的电气方案，此种设计理念也同时适用于双反星型整流并联回路，例如单台变压器的双反星型同相逆并联整流回路、两台变压器的双反星型并联回路，此种回路中，一套整变原边星接，另一套整变原边角接。

如附图2所示，上述电气方案也适用于用输出直流电压可调的三极管替代所有二极管的电气回路，正向整流三极管触发导通顺序为VT1f—VT2f—VT3f—VT4f—VT5f—VT6f，反向整流三极管触发导通顺序为VT1f—VT2f—VT3f—VT4f—VT5f—VT6f，反向触发时间点与正向触发时间点在相位上相差180°，真空接触器投切的设置对三极管具有切断保护功能。

在上述各实施例中，使用真空接触器投切二极管或三极管，由于真空泡的大容量载流能力和可靠的灭弧能力，可以实现正负电极的带载切换，为实际生产中大功率整流装置及直流换极系统的带载断电保护提供了更多手段。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何利用本发明所述整流装置及直流换极系统的设计思路均属于本发明技术构思的保护范围，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，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大功率整流装置，包括整流二极管和投切开关，其特征在于：所述整流二极管分为两组，一组为正向二极管组，另一组为反向二极管组，每个整流二极管均串接有一个投切开关，通过该投切开关的投入与切断控制该整流二极管支路的吸合与断开。

2.根据权利要求1所述的整流装置，其特征在于：所述正反向二极管组每组中各二极管逐个串接的投切开关为一组同时受控的真空接触器组。

3.根据权利要求2所述的整流装置，其特征在于：所述正反向二极管组对应的两组真空接触器组通过DCS控制系统进行互锁，以使两组真空接触器组不会同时吸合。

4.一种采用权利要求1-3任一权利要求所述整流装置的直流换极系统，其特征在于：所述系统基于标准的带平衡电抗器的双反星型整流电路，由三相变压器(1)、原边A相绕组(2)、原边B相绕组(3)、原边C相绕组(4)、正向导通二极管(5)、反向导通二极管(6)、正向二极管投切主触点(7)、反向二极管投切主触点(8)、平衡电抗器(9)、负载(10)、副边A相同名端绕组a(11)、副边C相异名端绕组c’(12)、副边B相同名端绕组b(13)、副边A相异名端绕组a’(14)、副边C相同名端绕组c(15)、副边B相异名端绕组b’(16)、直流汇流排M(17)、直流汇流排N(18)组成；其中，副边A相同名端绕组a(11)对应的支路中与正向导通二极管(5)并联一个反向导通二极管(6)，又用正向二极管投切主触点(7)控制正向导通二极管(5)的投切，反向二极管投切主触点(8)控制反向导通二极管(6)的投切；其余，副边C相异名端绕组c’(12)、副边B相同名端绕组b(13)、副边A相异名端绕组a’(14)、副边C相同名端绕组c(15)、副边B相异名端绕组b’(16)的电气结构布置与前述副边A相同名端绕组a(11)相同。

5.一种直流冶炼炉，其特征在于：所述冶炼炉的直流电源供电端采用了权利要求4所述的直流换极系统。

6.根据权利要求5所述冶炼炉，其特征在于：所述冶炼炉的两个冶炼电极电源接入端均设置于炉体上部。

7.根据权利要求6所述的冶炼炉，其特征在于：所述两个冶炼电极电源接入端以炉体中心轴为对称轴进行布置，且处于同一水平高度。