变频式电弧炉电极自动调节器

速度快，输出电压的交流分量小，传输特性的线性度好，且与负载大小无关。该比较电路的等值电路示于图3。从等值电路上可以看出，它与传统电路不同之点是：比例于弧流信号的II同比例于弧压信号的IV值在电桥的对角线负载RL电路内进行比较，依靠改变α值（相当于电位器R的旋转角度），来改变弧流设定值。根据图3等值电路，该环节的输入输出特性可由下列公式导出：

省去推导，可得：uab=〔(1－α)EI－αEV〕（5）

由于本调节器中的RLR，所以可写：

uab=uout=(1－α)EI－αEV(6)

式（6）给出了比例于弧流值的EI及比例于弧压值的EV，同比较环节输出电压uout之间的关系式。当需要改变弧流设定值时，只要改变α（即改变电位器R的滑动触点），uout即发生变化，经过调节器的调节作用，使电极位置发生变化，结果弧流得到改变，从式（6）可以清楚地看出，该环节输出电压uout只与弧流和弧压的信号差成正比，而与其他参量无关，从而证明了该环节理论上的正确性。电桥式比较电路还具有弧流整定范围宽〔因为两个桥臂同时向相反方向整定，现场测试数据竟达到（15～150）％Ie值，标准规定为（30～125）％Ie。〕，输入阻抗小的优点。后者特性非常宝贵，它可使前级电流互感器负载阻抗减小，经测试，它将前级大电流互感器TA1的负载阻抗降为原来的1/3，即小于0.8Ω，这就使弧流控制和显示准确度显著提高，这也是调节器调节精度提高的原因之一。

3变频式电极调节器的关键部件——高性能变频器

为了使异步电动机供电频率可变，自然需要一套变频电源。但在过去，采用旋转变频机组或离子变频器作为变频电源，设备庞大，可靠性差。随着大功率电力电子器件及变流技术的发展，特别是大功率IGBT的工业应用，使变频器上升到一个新的台阶。目前，采用IGBT作为逆变器的变频器型号很多，我们选用日本富士电机公司生产的FRN5000G11S型高性能低噪声变频器（图4中U1），属VVVF型，就是说在调频的同时还要调压。这是由于异步电动机的外加电压近似地同频率和磁通的乘积成正比，即

U1≈C1f1迹7）

图4变频调速器及其外部连线图

图5铁磁体空心转子涡流分布图

式中：C1为电机常数，由此有≈(8)

所以，若外加电压不变，则磁通随频率的改变而改变。如果频率从额定值（50Hz）往下降低，磁通会增加，最后会造成磁路过饱和，励磁电流大大增加，铁心过热，这是不允许的，为此要在降频的同时还要降压，这就要求频率和电压同时改变，且要协调控制。

图4中，U1为变频器，M1为铁磁体空心转子异步力矩电机，FM1为冷却风机、1PV5为模拟量频率设定电压表、1SA1为自动－手动切换用转换开关、1RP11为手动控制设定频率电位器、K11为交流电源接触器。

在电弧炉电极调节器中引入变频器之后，其调节性能和指标明显改善，主要有以下几方面：

——低速特性得到改善，由于逆变器采用矢量控制，实现了转矩与磁通的解耦，逆变器输出频率和形成转矩是由其内部CPU完成的，即使在很低频率下，也能以15倍额定转矩启动电机。

——高速有了保障，由于逆变器能够提供高于50Hz频率的电源，电机在短时间内可高于其额定转速运转，使电弧炉电极同炉料短路时或塌料时，电极能够快速提升。该特性很宝贵，能减少短路持续时间、延长变压器寿命及节省电能。

——通过加速时间、减速时间、制动量和制动时间的设置，使调节器真正达到启动、制动快，我们实测数为0.15s，并且停止定位准确。频率控制精度为±02％。

——电弧炉是一个十分强烈的电磁干扰源，为了保证调节器可靠地运行，对整个系统，从逆变器到外围电路，从输入到输出，从印刷电路板工艺设计到机架布线，从电源到接地系统都分别采取了抗干扰措施。变频器本身又有电磁屏蔽，光电隔离，高低频滤波，数字滤波，程序运行监视，软硬件冗余等技术措施。强有力的抗干扰措施使该调节器能够安全可靠地运行。