變頻式電弧爐電極自動調(diào)節(jié)器

速度快，輸出電壓的交流分量小，傳輸特性的線性度好，且與負載大小無關。該比較電路的等值電路示于圖3。從等值電路上可以看出，它與傳統(tǒng)電路不同之點是：比例于弧流信號的II同比例于弧壓信號的IV值在電橋的對角線負載RL電路內(nèi)進行比較，依靠改變α值（相當于電位器R的旋轉角度），來改變弧流設定值。根據(jù)圖3等值電路，該環(huán)節(jié)的輸入輸出特性可由下列公式導出：

省去推導，可得：uab=〔(1－α)EI－αEV〕（5）

由于本調(diào)節(jié)器中的RLR，所以可寫：

uab=uout=(1－α)EI－αEV(6)

式（6）給出了比例于弧流值的EI及比例于弧壓值的EV，同比較環(huán)節(jié)輸出電壓uout之間的關系式。當需要改變弧流設定值時，只要改變α（即改變電位器R的滑動觸點），uout即發(fā)生變化，經(jīng)過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使電極位置發(fā)生變化，結果弧流得到改變，從式（6）可以清楚地看出，該環(huán)節(jié)輸出電壓uout只與弧流和弧壓的信號差成正比，而與其他參量無關，從而證明了該環(huán)節(jié)理論上的正確性。電橋式比較電路還具有弧流整定范圍寬〔因為兩個橋臂同時向相反方向整定，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)竟達到（15～150）％Ie值，標準規(guī)定為（30～125）％Ie。〕，輸入阻抗小的優(yōu)點。后者特性非常寶貴，它可使前級電流互感器負載阻抗減小，經(jīng)測試，它將前級大電流互感器TA1的負載阻抗降為原來的1/3，即小于0.8Ω，這就使弧流控制和顯示準確度顯著提高，這也是調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)精度提高的原因之一。

3變頻式電極調(diào)節(jié)器的關鍵部件——高性能變頻器

為了使異步電動機供電頻率可變，自然需要一套變頻電源。但在過去，采用旋轉變頻機組或離子變頻器作為變頻電源，設備龐大，可靠性差。隨著大功率電力電子器件及變流技術的發(fā)展，特別是大功率IGBT的工業(yè)應用，使變頻器上升到一個新的臺階。目前，采用IGBT作為逆變器的變頻器型號很多，我們選用日本富士電機公司生產(chǎn)的FRN5000G11S型高性能低噪聲變頻器（圖4中U1），屬VVVF型，就是說在調(diào)頻的同時還要調(diào)壓。這是由于異步電動機的外加電壓近似地同頻率和磁通的乘積成正比，即

U1≈C1f1跡7）

圖4變頻調(diào)速器及其外部連線圖

圖5鐵磁體空心轉子渦流分布圖

式中：C1為電機常數(shù)，由此有≈(8)

所以，若外加電壓不變，則磁通隨頻率的改變而改變。如果頻率從額定值（50Hz）往下降低，磁通會增加，最后會造成磁路過飽和，勵磁電流大大增加，鐵心過熱，這是不允許的，為此要在降頻的同時還要降壓，這就要求頻率和電壓同時改變，且要協(xié)調(diào)控制。

圖4中，U1為變頻器，M1為鐵磁體空心轉子異步力矩電機，F(xiàn)M1為冷卻風機、1PV5為模擬量頻率設定電壓表、1SA1為自動－手動切換用轉換開關、1RP11為手動控制設定頻率電位器、K11為交流電源接觸器。

在電弧爐電極調(diào)節(jié)器中引入變頻器之后，其調(diào)節(jié)性能和指標明顯改善，主要有以下幾方面：

——低速特性得到改善，由于逆變器采用矢量控制，實現(xiàn)了轉矩與磁通的解耦，逆變器輸出頻率和形成轉矩是由其內(nèi)部CPU完成的，即使在很低頻率下，也能以15倍額定轉矩啟動電機。

——高速有了保障，由于逆變器能夠提供高于50Hz頻率的電源，電機在短時間內(nèi)可高于其額定轉速運轉，使電弧爐電極同爐料短路時或塌料時，電極能夠快速提升。該特性很寶貴，能減少短路持續(xù)時間、延長變壓器壽命及節(jié)省電能。

——通過加速時間、減速時間、制動量和制動時間的設置，使調(diào)節(jié)器真正達到啟動、制動快，我們實測數(shù)為0.15s，并且停止定位準確。頻率控制精度為±02％。

——電弧爐是一個十分強烈的電磁干擾源，為了保證調(diào)節(jié)器可靠地運行，對整個系統(tǒng)，從逆變器到外圍電路，從輸入到輸出，從印刷電路板工藝設計到機架布線，從電源到接地系統(tǒng)都分別采取了抗干擾措施。變頻器本身又有電磁屏蔽，光電隔離，高低頻濾波，數(shù)字濾波，程序運行監(jiān)視，軟硬件冗余等技術措施。強有力的抗干擾措施使該調(diào)節(jié)器能夠安全可靠地運行。