CN2270336Y - 碳化硅冶炼电力整流装置 - Google Patents

Abstract

碳化硅冶炼电力整流装置，变压器二次侧的三角形连接采用外部连接，即低压引出铜排通过软连接片与短网铜排连接，短网铜排分别和三条短网三角接线连接铜排连接并电连接成三角形。短网三角形接线连接铜排分别通过软连接片与六只万安级的大电流整流二极管连接，二极管安装在直流母线上。自来水闭路循环系统中的冷却水管分别与二极管的水嘴连通。本装置具有节约投资、节省设备占地面积、节能显著、设备出力增大、工作稳定的特点。

Description

碳化硅冶炼电力整流装置

本实用新型涉及一种电力半导体整流设备，具体的说涉及一种碳化硅冶炼电力整流装置。

碳化硅冶炼使用石墨电炉，根据不同的炉长需用一至数万安的直流电流。大电流的产生是由整流变压器将电网高压(10KV以上)，降至需用的三相电压，然后经电力半导体整流器整流后由汇流排引至电炉的正负极。电气原理图如图1所示。因此，进行碳化硅冶炼的电器设备除整流变压器外就是电力半导体整流器。目前，国内的碳化硅冶炼厂家使用的整流设备都是整流柜，是由数十只乃至数百只千安以下的整流二极管并联组成。这种整流柜由于元件个数多，每只还串联快速熔断器，并联均压电阻，因此体积较大，并且根据大电流设备引线的同相逆并联要求，每套整流装置至少需要这样的整流柜四台。这种整流装置存在以下五个方面的缺点：

1.设备造价高。单台整流柜目前的价格约15万元，整套(四台)整流柜的价格达60万元左右。

2.占地面积大。四台整流柜加上维护空间至少占地16m²。

3.短网引线长。连接变压器至整流器的交流大电流引线称为短网，短网长度越短，相间距离越近短网损耗就越小。由于整流柜体积大，距变压器要有一定的空间，所以短网长度不可能很短，要达10-20米。由于四台柜的几何尺寸较大，短网的相间距离也不可能很近，这不仅因汇流排较长要消耗大量的铜材，更增加了电能的损耗。

4.电器接点多。因为多只元件并联，而且每只元件还要串联快速熔断器，使每台整流柜中至少要有60个以上的由螺栓连接的接点。由于接点电阻的存在，在大电流回路中产生的压降损耗较大。

5.维护费用大。由于分立元件较多，不仅在正常工作中对整流柜需投入大量的维护工作，更为严重的是在发生故障时，因各元件特性的差异，首先造成单只二极管的击穿而随之发生其他元件的相继击穿。使一次故障损坏多只二极管和快速熔断器，产生成千上万元的损矢。而且在修复时要从大量二极管中筛选特性一致的，难度较大。

本实用新型的目的是提供一种设备造价低，不单独占地，节能降损，工作稳定，便于维护的碳化硅冶炼电力整流装置。

目前国内已生产出单只整流电流这万安级的大电流整流二极管，如铁道部永济电机厂生产的TZ-ZP12D型大电流整流二极管，外形如图2、图3所示，电气原理如图4所示。本实用新型采用六只这种整流管接成三相桥式，来取代由数百只二极管组成的整流柜。并且将原变压器二次侧的三角形内部连接，改为变压器二次侧三角形外部连接，即短网铜排与大电流整流二极管连接时，同时接成三角形。本实用新型碳化硅冶炼电力整流装置，包括：短网铜排，短网铜排的一端和变压器低压引出铜排与短网的软接片的一端用螺栓固定连接，软连接片的另一端与变压器低压引出铜排用螺栓固定连接；短网铜排间装有绝缘垫板，用夹紧螺栓将短网铜排固定，短网铜排下垫有绝缘垫板，安装在支撑钢架上，支撑钢架架于变压器散热器的上方；由冷却水管组成的自来水闭路循环系统；由整流管整流后引出的两条直流母线，一条为正极直流母线，另一条为负极直流母线，两条直流母线垫有绝缘垫板，分别安装在支撑钢架上，两条直流母线将整流后的电压分别引至电炉的正极和负极两端；其特征是：变压器二次侧的三角形连接，采用外部连接，即短网铜排与大电流整流二极管连接时，同时连接三角形，即：上述短网铜排的另一端分别与短网三角形接线连接铜排焊接连接或螺栓压接，短网三角形接线连接铜排为三条，短网铜排与短网三角形接线连接铜排电连接成三角形，或者上述的短网铜排的另一端分别直接和短网与整流管的软连接片的一端用螺栓固定连接；大电流整流二极管为六只，分别安装在上述的两条直流母线上，安装在正极母线上和负极母线上的大电流整流二极管管子极性相反，每个大电流整流二极管的两个相同极性的极板用螺栓固定在直流母线的侧面上，另一个极板和短网与整流管的软连接片的一端用螺栓固定连接，短网与整流管的软连接片的另一端与短网三角形接线铜排用连接螺栓连接或焊接，六只大电流二极管与短网铜排电连接成三相桥式整流电路；上述的由冷却水管组成的自来水闭路循环系统中，冷却水管分别与大电流整流二极管的水嘴连通。

本实用新型由于采用大电流整流二极管直接安装在直流母线上的，变压器二次侧的三角形连接采用外部连接，因此，本装置具有以下效果：

1.最显著的效果是节能，而且从几方面都能达到节能降损的效果。(1)短网的缩短和相间距离的减小是原设备的几倍。(2)大电流回路中电器接点的减少是原设备的十倍之多。(3)新型整流管的正向压降是其他二极管的1/2。

2.对于新设计的生产线，电气设备的投资和占地面积节约显著：(1)按现有价格，六只整流管的价格为3万元，加上其他附属设备不足5万元，比使用整流柜节约55万元。(2)整流管安装在直流母线上不单独占地。

3.设备出力提商，冶炼吨耗电能大幅降低。

4.新型整流管工作稳定、性能可靠，加之接线简单，维护费用和维护工作量极大地减少。

5.由于变压器二次侧的三角形连接采用外部连接，引线承受相电流，而原变压器二次侧内部三角形连接，引出线为线电流，相电流为线电流的 倍。这样减少了短网铜排截面。而且使变压器内部连接简单，引线布置方便，可简化变压器制造工艺、缩小变压器外壳体积。

碳化硅冶炼生产线的变压器一次电压为10KV，容量为2800KVA，冶炼炉长10米，采用新装置前，每吨耗电约5万千瓦时，冶炼时间长达24小时，仅能生产一级绿色碳化硅4吨左右，每吨碳化硅耗电高达1.2万千瓦时。

采用新装置，同样的变压器，同样的炉长，20小时可送电6.5万千瓦时，一级绿色碳化硅产量提高到7吨左右，每吨碳化硅耗电降至0.9万千瓦时，如果不计产量提高的效益，仅从每吨碳化硅节电3千千瓦时计算，一套生产线年产量为2000吨，节电达600万千瓦时。

碳化硅冶炼生产线的变压器一次电压为35KV，容量为5000KVA，冶炼炉长13米，20小时送电7.2万千瓦时，生产一级绿色碳化硅达9吨，每吨碳化硅耗电仅8千千瓦时，目前国内同行业其他厂家尚无低于吨耗9千千瓦时的先例。

下面结合附图进一步说明本实用新型的内容。

图1为三相桥式整流电气原理图。

图2为TZ-ZP12D型大电流整流二极管外形主视图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的电气原理图。

图5为本实用新型电力整流装置电气原理图。

图6为本实用新型电力整流装置安装示意图。

图7为图6的A-A剖视旋转。

图8为图6的B-B剖视图。

图中，1.变压器大盖；2.变压器低压引出铜排(此处将变压器引出线与短网软连接的连接紧固螺栓省略)；3.变压器低压引出铜排与短网的软连接片；4.短网铜排(此处将短网的紧固、支撑与绝缘部分省略)；5.变压器散热器；6.直流母线；7.大电流整流二极管(省略了整流管的冷却水管，安装在正极母线上和负极母线上的管子极性互反)；8.短网三角形接线连接铜排(短网的三角形连接各端头采用焊接)；9.短网与整流管的软连接片；10.直流母线绝缘垫板；11.整流管与直流母线的连接固定螺栓；12.短网铜排的绝缘垫板；13.短网铜排的夹紧螺栓；14.支撑钢架；15.连接螺栓。

本实用新型碳化硅冶炼电力整流装置，首先拆除了原有生产线的整流柜，改用6只正向整流电流为12KA的TZ-ZP型大电流整流二极管。6只大电流整流二极管直接安装在直流母线上。

本实用新型碳化硅冶炼电力整流装置电气原理如图5所示，安装结构如图6、图7、图8所示，变压器将电网高压降至需用的三相低压由变压器二次侧的变压器低压引出铜排2引出，变压器低压引出铜排2为十二条。变压器二次侧的三角形连接，采用外部连接，变压器低压引出铜排2和变压器低压引出铜排与短网的软连接片3的一端用螺栓固定连接，软连接片的另一端与短网铜排4的一端用螺栓固定连接。短网铜排4为十二条，短网铜排间装有绝缘垫板12，用夹紧螺栓13将短网铜排固定，短网铜排下垫有绝缘垫板，安装在支撑钢架14上，支撑钢架14架于变压器散热器5的上面。十二条短网铜排分别分成四条短网铜排分别与位于其上方的三条短网三角形接线连接铜排8焊接连接，短网铜排4与短网三角型接线连接铜排8电连接成三角形。或者四条短网铜排分别直接和短网与整流管的软连接片9的一端用螺栓固定连接，而省去三条短网三角形接线连接铜排8。短网三角形接线连接铜排8两端头下方用连接螺栓15连接有短网与整流管的软连接片9，软连接片的另一端与大电流整流二极管7的一个极板用螺栓固定连接。大电流整流二极管7的另外两个相同极性的极板用螺栓直接安装在两条直流母线6的内侧面上。大电流整流二极管为六只，其中3只管子极性一致，另外三只管子极性同前三只相反。安装在正极母线上和负极母线上的大电流整流二极管管子极性相反。每只大电流整流二极管的两个相同极性的极板用螺栓固定在直流母线的内侧面上，另一个极板和短网与整流管的软连接片的一端用螺栓固定连接。六只大电流整流二极管与短网铜排电连接成三相桥式整流电路。大电流整流二极管上的六个水嘴分别与原有的自来水闭路循环系统中的冷却水管连通。两条直流母线6，一条为正极性直流母线，另一条为负极性直流母线，两条直流母线垫有绝缘垫板10，分别固定安装在支撑钢架14的两边上。

如果整流变压器不装散热器，采用强迫循环的水冷或风冷，大电流整流二极管可以直接安装在变压器上。

Claims (1)

1.一种碳化硅冶炼电力整流装置，包括：短网铜排(4)，短网铜排的一端和变压器低压引出铜排与短网的软连接片(3)的一端用螺栓固定连接，软连接片的另一端与变压器低压引出铜排(2)用螺栓固定连接；短网铜排间装有绝缘垫板(12)，用夹紧螺栓将短网铜排固定，短网铜排下垫有绝缘垫板，安装在支撑钢架(14)上，支撑钢架(14)架于变压器散热器(5)的上方；由冷却水管组成的自来水闭路循环系统；由整流管整流后引出的两条直流母线(6)，一条为正极性直流母线，另一条为负极性直流母线，两条直流母线垫有绝缘垫板(10)，分别安装在支撑钢架(14)上，两条直流母线将整流后的电压分别引至电炉的正极和负极两端；其特征在于：变压器二次侧的三角形连接，采用外部连接，即短网铜排与大电流整流二极管连接时，同时接成三角形，即：上述短网铜排(4)的另一端分别与短网三角形接线连接铜排(8)焊接连接或螺栓连接，短网三角形接线连接铜排为三条，短网铜排(4)与短网三角形接线连接铜排电连接成三角形，或者上述的短网铜排(4)的另一端分别直接和短网与整流管的软连接片(9)的一端用螺栓固定连接；大电流整流二极管(7)为六只，分别安装在上述的两条直流母线(6)上，安装在正极母线上和负极母线上的大电流整流二极管管子极性相反，每个大电流整流二极管的两个相同极性的极板用螺栓固定在直流母线的侧面上，另一个极板和短网与整流管的软连接片(9)的另一端用螺栓固定连接，短网与整流管的软连接片(9)的另一端与短网三角形接线铜排(8)用连接螺栓(15)连接或焊接，六只大电流整流二极管(7)与短网铜排(4)电连接成三相桥式整流电路；上述的由冷却水管组成的自来水闭路循环系统中，冷却水管分别与大电流整流二极管(7)上的水嘴连通。

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