一种矿热炉低频节能系统的制作方法

本实用新型属于冶金电力电子技术领域，具体涉及到一种矿热炉低频节能系统。

背景技术：

矿热炉是生产硅铁、镍铁、鉻铁、锰铁、电石、鉻锰、硅锰、工业硅等领域的必用设备，属使用量大面广，耗能巨大的工业门类。我国是世界硅铁、镍铁、鉻铁、电石、鉻锰、硅锰、工业硅生产大国，据不完全统计，全国目前共有各种工频供电的矿热炉近3万5仟多台，主要集中在云南、新疆、甘肃、青海、内蒙、陕西六个省份，其他省份也有不少使用。工频矿热炉供电过程是将电网的三相50Hz高压交流电，经变压器直接降为低压后供给矿热炉内的三相电极，由于工作时低电压大电流运行，短网上的电抗压降达额定输出电压的10～15％左右。这一方面降低了实际入炉功率，又使电极上的电压波动增加，炉况难以掌握，生产效率下降，同时电网功率因数降低，最低的仅0.6左右，长期工作耗电严重，由此决定了工频矿热炉是耗能大户，电能的成本占到全部成本的一半以上。

另应看到，由于工频供电的矿热炉，三相电极之间电压很难控制平衡，存在环流，石墨电极极易损坏，电极消耗量极大，造成各生产企业负担很重，效益受到严重影响。同时注入电网谐波含量大，所以工频供电的矿热炉又是污染大户，由于此行业在国内生产厂家相对较多，耗电严重，而其产品又是我国国民经济及世界工业不可缺少的，使用矿热炉的行业，其产品不但满足国内使用，每年还出口为国家创造了大量外汇。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种矿热炉低频节能系统，其达到减少短网交流压降，降低无功功率，提高功率因数，延长电极寿命，增加产量等良好效果。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少一个上述问题或缺陷，并提供至少一个后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供了一种矿热炉低频节能系统，其解决了三相电极之间电压很难控制平衡，存在环流、石墨电极易损坏，电极消耗量大的问题。

本实用新型还有一个目的是提供了一种矿热炉低频节能系统，其解决了工频冶炼时，经常由于炉内短路而使高压开关频繁跳闸，高压开关经常损坏的问题。

本实用新型还有一个目的是提供了一种矿热炉低频节能系统，其解决了三相不平衡，导致电网谐波严重，功率因数降低，长期工作耗电严重的问题。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型提供了一种矿热炉低频节能系统，包括：

矿热炉，所述矿热炉采用多电极供电；

低频电源，其与所述矿热炉连接，向所述矿热炉提供电力电源；

变压器，其与所述低频电源连接；

控制器，其与所述低频电源连接，控制所述低频电源输出的电力电源的频率。

在所述矿热炉与所述变压器中间加入低频电源，由于频率很低，几乎相当于直流，因此电弧稳定，发热效率高，使短网上电抗降低，从而使短网的电压损失减少，提高了入炉功率。

优选的是，所述低频电源的输出的电力电源的频率为0～10赫兹。

所述低频电源的输出的电力电源的频率由所述控制器自动调节。

优选的是，所述低频电源包括相位互差120°的三组单相变频电路，三组所述单相变频电路的输入端与所述变压器的输出端连接，接收所述变压器输出的交流电压，三组所述单相变频电路的输出端与所述矿热炉连接，为所述矿热炉提供电力电源。

优选的是，三组所述单相变频电路包括第一单相变频电路、第二单相变频电路及第三单相变频电路，所述第一单相变频电路包括反并联的第一组三相晶闸管整流单元和第二组三相晶闸管整流单元，所述第二单相变频电路包括反并联的第三组三相晶闸管整流单元和第四组三相晶闸管整流单元，所述第三单相变频电路包括反并联的第五组三相晶闸管整流单元和第六组三相晶闸管整流单元。

优选的是，对三组所述单相变频电路中的每反并联的两组三相晶闸管整流单元依次轮流施加触发脉冲，使其轮流工作，形成一个电源周期，具体为：

对所述第一组三相晶闸管整流单元和所述第二组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第二组三相晶闸管整流单元和所述第三组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第三组三相晶闸管整流单元和所述第四组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第四组三相晶闸管整流单元和所述第五组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第五组三相晶闸管整流单元和所述第六组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第六组三相晶闸管整流单元和所述第一组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，形成低频电源的一个周期。

优选的是，对三组所述单相变频电路中的每三组三相晶闸管依次轮流施加触发脉冲，使其轮流工作，形成一个电源周期，具体为：

对所述第一组三相晶闸管整流单元和所述第二组三相晶闸管整流单元及第三组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第二组三相晶闸管整流单元和所述第三组三相晶闸管整流单元及第四组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第三组三相晶闸管整流单元和所述第四组三相晶闸管整流单元及第五组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第四组三相晶闸管整流单元和所述第五组三相晶闸管整流单元及第六组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第五组三相晶闸管整流单元和所述第六组三相晶闸管整流单元及第一组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第六组三相晶闸管整流单元和所述第一组三相晶闸管整流单元及第二组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，对所述第一组三相晶闸管整流单元和所述第二组三相晶闸管整流单元及所述第三组三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，形成低频电源的一个周期。

优选的是，所述变压器为三台三相变压器或一台二次每相有多个绕组的三相变压器。

本实用新型的有益效果

1、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其采用低频电源，使得频率降低，几乎相当于直流，使得电弧稳定，发热效率高，而且，使短网上电抗降低，电压损失减少，提高了入炉功率。

2、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其提高电网的功率因数，可使电网的功率因数达到0.92以上，提高了入炉功率，从而提高了产量。

3、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其使得电流趋肤效应问题小，电极烧损均匀，电极呈平底状，电极烧损少。

4、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其由于任何时刻都有一个电极电流最大，且为其他两个电极电流之和，当冶炼过程中出现断电极情况时，则固定其它的电极运行，断电极会很快烧结好，不影响供电。

5、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其解决了高压开关频繁跳闸，高压开关经常损坏的问题。

6、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其采用低频电源供电，使得电抗对于短网的影响很小，而且短网安装方便，节约了安装成本。

7、本实用新型提供的一种矿热炉低频节能系统，其与工频电炉比较，噪音很小，几乎感觉不到电路的运行声音。

附图说明

图1为本实用新型所述矿热炉低频节能系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述单相变频电路的电路图；

图3为本实用新型所述矿热炉低频节能系统的电路图；

图4为本实用新型所述矿热炉的炉内电极布置图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图所示，本实用新型提供了一种矿热炉低频节能系统，包括：

矿热炉1，所述矿热炉采用多电极15供电；

低频电源2，其与所述矿热炉1连接，向所述矿热炉1提供电力电源；

变压器3，其与所述低频电源2连接；

控制器4，其与所述低频电源2连接，控制所述低频电源2输出的电力电源的频率。

在所述矿热炉1与所述变压器3中间加入所述低频电源2，由于频率很低，几乎相当于直流，因此电弧稳定，发热效率高，使短网上电抗降低，从而使短网的电压损失减少，提高了入炉功率。

所述矿热炉1采用多电极15供电，对于大型电炉来说，三相短网的一致性是极其重要的，用一台三相变压器供电，很难使得三相短网平衡，因此目前大多数都采用三个单相变压器供电来解决，但是单相变压器供电功率因数低，电炉内三个电极15处的炉况不一致不仅导致了三相不平衡，而且还加剧了炉况的恶化，电炉不好控制。如果设计采用三台三相电炉变压器，在炉子周围按等边三角形布置，此时采用低频电源，将炉内电极从三电极变为多电极15布置，增加了极心园的数量，使炉内建设液体搅拌更为厉害，导电的流通性更好，节电与增加产量的效果可以说是锦上添华，将使产量增加更为明显，如图4所示，三个极心圆的功率可以单独控制，很容易做到三相平衡，这将对大电炉的运行十分有利。

在上述情况的基础上，又一个实施例，所述低频电源2的输出的电力电源的频率为0～10赫兹。

所述低频电源2的输出的电力电源的频率由所述控制器4自动调节，由于频率很低，几乎相当于直流，因此电弧稳定，发热效率高，另外，频率降低，使短网上电抗降低(电抗与频率成正比)，从而使短网的电压损失减少，提高了入炉功率。提高电网的功率因数。

一般工频直接供电的矿热炉1电网测的功率因数在0.65～0.8之间，低频电源相当于直流整流，考虑变压器漏抗的影响，可使电网功率因数达到0.92以上，提高了入炉功率，从而提高了产量。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，所述低频电源2包括相位互差120°的三组单相变频电路5，三组所述单相变频电路的输入端与所述变压器的输出端连接，接收所述变压器3输出的交流电压，三组所述单相变频电路的输出端与所述矿热炉1连接，为所述矿热炉1提供电力电源。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，三组所述单相变频电路5包括第一单相变频电路6、第二单相变频电路7及第三单相变频电路8，所述第一单相变频电路6包括反并联的第一组三相晶闸管整流单元9和第二组三相晶闸管整流单元晶闸管10，所述第二单相变频电路7包括反并联的第三组三相晶闸管整流单元11和第四组三相晶闸管整流单元12，所述第三单相变频电路8包括反并联的第五组三相晶闸管整流单元13和第六组三相晶闸管整流单元14。

三组所述单相变频电路5，可以为三相半波可控整流反并联与三相桥式可控整流反并联的两种结构选择。

如图3所示，所述第一单相变频电路中的第二组三相晶闸管整流单元的阳极M与所述第三单相变频电路中的第六组三相晶闸管整流单元的阴极M连接，形成三角形连接。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，对三组所述单相变频电路5中的每反并联的两组三相晶闸管整流单元依次轮流施加触发脉冲，使其轮流工作，形成一个电源周期，具体为：

对所述第一组三相晶闸管整流单元9和所述第二组三相晶闸管整流单元10施加触发脉冲，对所述第二组三相晶闸管整流单元10和所述第三组三相晶闸管整流单元11施加触发脉冲，对所述第三组三相晶闸管整流单元11和所述第四组三相晶闸管整流单元12施加触发脉冲，对所述第四组三相晶闸管整流单元12和所述第五组三相晶闸管整流单元13施加触发脉冲，对所述第五组三相晶闸管整流单元13和所述第六组三相晶闸管整流单元14施加触发脉冲，对所述第六组三相晶闸管整流单元14和所述第一组三相晶闸管整流单元9施加触发脉冲，形成低频电源的一个周期。

其中，所述低频电源对触发脉冲的要求是输出一三相低频信号，同时要输出六路三相可控整流电路的触发脉冲信号。所述低频电源2电路共有6个三相晶闸管整流单元，给所述三相晶闸管整流单元施加触发脉冲，该组整流器工作，相当于开关闭合，不加脉冲，则相当于开关断开，给两组整流单元交替施加触发脉冲，在负载上就产生交变电压，这6组整流单元，每2组轮流工作，第一组三相晶闸管整流单元9，第二组三相晶闸管整流单元10，第三组三相晶闸管整流单元11、第四组三相晶闸管整流单元12，第五组三相晶闸管整流单元13和第六组三相晶闸管整流单元分别简称为1，2，3，4，5和6，那么按12→23→34→45→56→61方式运行，6个开关周期(12～23……61)完成了一个电源的周期，开关切换越快，电源频率越高。任何一个开关周期(例如34运行)，总有一个电极(2#电极)电流最大，且为其它2个电极电流之和。根据整流电路理论，电网的功率因数最高可达0.965。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，对三组所述单相变频电路5中的每三组三相晶闸管依次轮流施加触发脉冲，使其轮流工作，形成一个电源周期，具体为：

对所述第一组三相晶闸管整流单元9、所述第二组三相晶闸管整流单元10及所述第三组三相晶闸管整流单元11施加触发脉冲，对所述第二组三相晶闸管整流单元10和所述第三组三相晶闸管整流单元11及第四组三相晶闸管整流单元12施加触发脉冲，对所述第三组三相晶闸管整流单元11和所述第四组三相晶闸管整流单元12及第五组三相晶闸管整流单元13施加触发脉冲，对所述第四组三相晶闸管整流单元12和所述第五组三相晶闸管整流单元13及第六组三相晶闸管整流单元14施加触发脉冲，对所述第五组三相晶闸管整流单元13和所述第六组三相晶闸管整流单元14及第一组三相晶闸管整流单元9施加触发脉冲，对所述第六组三相晶闸管整流单元14和所述第一组三相晶闸管整流单元9及第二组三相晶闸管整流单元10施加触发脉冲，对所述第一组三相晶闸管整流单元9、所述第二组三相晶闸管整流单元10及所述第三组三相晶闸管整流单元11施加触发脉冲，形成低频电源的一个周期。

其中，所述低频电源对触发脉冲的要求是输出一三相低频信号，同时要输出六路三相可控整流电路的触发脉冲信号。

所述低频电源2中的6组整流单元，还有另一种工作模式，这就是每一时刻有三组在轮流工作，按123→234→345→456→561→612-123方式运行。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述变压器3为三台三相变压器或一台二次每相有多个绕组的三相变压器。

U1～U6为变压器提供的交流电源，根据电路结构的不同和控制方法的不同，当然，这些电源可以是1个或者2个或者3个，根据具体情况决定。

本实用新型采用低频电源，低频电流近似直流电流，使得电流趋肤效应问题很小，电极烧损均匀，电极呈平底状，电弧稳定，电极烧损少；而且，电极电流之间会产生电动力，每当电流切换时，电动力由吸引变排斥(或由排斥变吸引)，在炉内产生电磁搅拌，从而使热力均匀，溶液升温快，加速了还原反应，缩短冶炼时间，从而提高产品质量和产量。由于任何时刻都有一个电极电流最大，且为其它两个电极电流之和，当冶炼过程出现断电极情况时(例如2号电极)，则固定给2号电极供电的的34组运行(频率为0，相当于直流)，则2号电极会很快烧结好。

工频冶炼时，经常由于炉内短路而使高压开关频繁跳闸，高压开关经常损坏。而使用低频电源时，当发生炉内短路时，立即封锁触发脉冲，有效地防止高压跳闸，按下“复位”按钮，又可重新开始生产。高压开关当作隔离开关使用，大大延长了高压开关的寿命。

本实用新型实现给矿热炉的低频供电，达到减少短网交流压降，降低无功功率，提高功率因数，延长电极寿命，增加产量等良好效果。

本实用新型还有其他供选择的实施例，这里就不再做详细说明。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。