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低频电源在矿热炉冶炼中的应用
摘要:阐述了在矿热炉冶炼中降低短网阻抗的方法。研制成功了0.05ｈｚ－３hz的交-交低频电源装置，并运行于工业硅冶炼的矿热炉中，获得良好的经济及社会效益。
关键词：矿热炉低频电源
一、前言
铁合金工业是钢铁冶金生产不可缺少的部门，在我国铁合金工业生产厂家很多，大多数厂家的生产设备落后，耗能高，耗材高，生产产品成本高。没有市场竞争力度。根据近年来国内外铁合金工业的发展现状来看，在我国铁合金生产中急待解决两个问题：
其一，是生产工艺过程管理的现代控制技术水平。
其二，是矿热炉主体设备的大型化：机械化；自动化水平。
随着电力电子技术和控制技术的发展，电力功率变换技术也为矿热炉的高效运行和优质生产提供了一条新的途径。特别适合我国对原有设备更新改造，节约设备投资，来发挥提高原有设备的实际使用功率，使设备朝着高效节能的方向发展。
二、电抗值对矿热炉功率因数和有功功率的影响
冶炼铁合金的矿热炉是高耗能的埋弧电炉，其主要参数是电抗值。矿热炉主回路的总电抗包括：供电线路的电抗、降压变压器的电抗和炉子的总电抗。炉子的总电抗又由三部分组成：电炉变压器的电抗、大电流线路的电抗及炉内电抗。
供电线路电抗又称进线端电抗，它取决于公共连接母线上的系统短路容量。系统短路容量越大，其电抗越小，供电线路电抗越小。
降压变压器和电炉变压器电抗受变压器本身阻抗和变压器额定容量的影响，变压器的额定容量越大，其电抗越小。
大电流线路的电抗包括：变压器二次出线端后的铜线或铜管，软电缆、铜管、电极铜瓦及自焙电极的电抗。其电抗值要占炉子总电抗值的60%-70%。
炉内电抗包括电弧炉电抗和炉料电抗，此值受工作电压和电压电弧工作状态的影响，还与炉料控制有关，炉内电抗仅占炉子总电抗的15%-20%。
矿热炉的功率因数可用cosφ＝ｒ/√ｒ2＋x2，其中r为矿热炉总电阻，x为矿热炉主回路总电抗。由上式可见降低矿热炉主回路总电抗值是提高矿热炉功率因数的关键。
通过对矿热炉主回路电抗的分析，供电线路电抗、变压器电抗我们已经无法改变，炉内电抗只能从工艺上采取措施，而大电流线路的电抗值是矿热炉主回路总电抗值的主要部分，因此降低电抗值应从大电流线路即短网部分的电抗来入手，而短网部分的电抗值x=2πf(l±m),其中：
x为电抗值f为供电频率l为自感系数m为互感系数。
过去人们都力图使(l±m)取得最小值来降低电抗，常采用以下办法：
1、讲究短网的布置形式，目前大多数厂家其短网均采用电极上封三角；
2、大型矿热炉均采用水冷电缆与铜管布线，把分裂相改为组合相，以获得低的单抗。
3、对于单相部分采用降低单相部分的长度，改变集电环的高度，缩短软电缆两端的距离及长度，裸电缆改成水冷电缆；
4、减小大电流附近钢构件功率损失；
5、高烟罩改为水冷低烟罩，从而缩短短网的长度。
可是由于种种条件的限制，这种直接改变电抗值（改进短网）的办法收效甚微。而从短网电抗x=2πf(l±m)中我们发现，如果降低供电频率f，则短网电抗值就会大大减少，这就是我们研制低频电源的出发点。
三．三相低频电源设计应用的特点
1、设计思路
ａ）基本出发：在交流电弧炉的运行实践中，我们遇到两大问题就是短网阻抗ｘ＝２πｆ（l±m）与馈电线路的电阻
ｒ＝ｆ（ｘ）与集肤效应有关。
一个影响功率因数，另一个影响损耗。所以改变ｆ可以利用电力电子的变频技术把频率从50hz降低12.5hz~0.05hz,其电抗和相对损耗降低1/4~1/1000效果十分明显。
ｂ）变频电源的特点：
短网电抗降低，功率因数提高，磁场周围钢构件发热减少，效率提高。
1）无功分量减少，有功增加无需附加功率因数补偿装置。
2）可以利用晶闸管的可控特性，自动调整。调节输入电压。使电极稳定在最佳位置上，保持最佳插深，这一点对炉底上涨非常重要。
3）低频电磁搅拌的振幅加大，使熔池铁强烈搅拌。热流交换，使铁水温度
均匀，升温快，从而缩短熔炼时间。
4）自焙电极质量提高，消耗下降，集肤效应减少，电极整个面积通过的电
流均匀，外层电流密度下降，温度下降，氧化速度下降。
2．三相变频的原理：
主回路如图1所示，主电路采用无环流、反并联桥式交-交变频电路，采用同相逆并结构，变压器阀侧为两组绕组，相位互差180°，第一绕组所联接的变频电路与第二绕组所联接的变频电路之间构成同相逆并联关系。主电路采用144只ф77mm的大功率晶闸管组成，晶闸管及安装母排均用水冷却，装成单柜结构。每一晶闸管串接一只快速熔段器，晶闸管选用3000a/1000v，快速熔断器选用2600a。电源侧由晶闸管全控桥式电路构成三角形联结，负载侧为星形联结。对负载侧a、b、c的每一相来讲，与之共阴极联接的晶闸管组提供正向电流