直流电弧炉新型整流电源的研究

文章摘要： 新型整流电源采用低闪变的控制方式，理论上可达到闪变为零。图７中①和②分别为无移位和最大移位控制的两种极端运行状态，原则上整流电源可工作在①和②间的任何点，并由下面关系式决定：其中，触发角a1和a2起平衡作用。因此给出辅助条件：触发角α1、α2应满足上述方程式（１），并同时控制无功功率和电弧电流。变量p为电流调节器的输出量与相应前馈量的和；变量ｑ为无功功率调节器的输出量与相应前馈量的和，新型整流电源控制的基本框图如图８所示。控制系统主要由电流调节器、无功功率调节器、前馈环节、功率偶（ｐ、q）环节等构成。控制系统根据系统的给定电流和直流电弧炉实际运行时的电流，整流电源系统对电网的给定（预算）的无

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新型整流电源采用低闪变的控制方式，理论上可达到闪变为零。图７中①和②分别为无移位和最大移位控制的两种极端运行状态，原则上整流电源可工作在①和②间的任何点，并由下面关系式决定：

其中，触发角a1和a2起平衡作用。因此给出辅助条件：

触发角α1、α2应满足上述方程式（１），并同时控制无功功率和电弧电流。变量p为电流调节器的输出量与相应前馈量的和；变量ｑ为无功功率调节器的输出量与相应前馈量的和，新型整流电源控制的基本框图如图８所示。控制系统主要由电流调节器、无功功率调节器、前馈环节、功率偶（ｐ、q）环节等构成。控制系统根据系统的给定电流和直流电弧炉实际运行时的电流，整流电源系统对电网的给定（预算）的无功功率和实际运行时的无功功率，以及控制系统的两个前馈补偿环节，综合这四方面的因素，解耦p、q的关系式（１），适时发出数字脉冲以控制晶闸管的导通，也即调节晶闸管的上下桥臂的触发角α1、α2，来控制整流装置的输出，从而使输出的负载电流始终稳定于给定电流，使整个整流电源系统的无功功率稳定于给定（预算）无功功率。假设电网波动或炉内工况变化引起输出的负载电流增大（减小）时，则电流负反馈环节及该环节通道中的前馈补偿环节综合使控制信号减少（增大），从而控制触发角α1、α2的增大（减少），使整流装置输出电压降低（升高），控制输出的负载电流减少（增大），直至稳定于给定电流。新型整流电源系统无功功率负反馈环节及其环节通道中的前馈补偿环节也同样，通过控制触发角α1、α2的大小，使无

功功率稳定于给定（预算）的无功功率。新型整流电源系统能做到通过调节触发角α1和α2，同时独立调节电弧电流和无功功率。

整流电源系统还设置了短路封锁环节。在直流电弧炉的运行中，塌料是熔化期频繁发生的正常工况，这种工况对整流装置来说就是直流侧短路。若只有恒流控制环进行调节就会出现深控状态下的过电流输出，若持续时间较长，就有可能损坏整流装置。因此，有必要设置短路封锁环。控制系统判断采样输入的弧流和弧压信号，根据整流装置的输出特性和元器件特性，以及短路运行时的状态，再结合电极位置调节器和炉子本身的情况，选定弧流、弧压及动作延时和信号保持时间的设定值，并根据实际运行状况调整设定值（仿真过程中，设定弧压40V，弧流150kA，延时20ms）。当弧流大于设定值，同时弧压小于设定值时，该环即判断运行处于短路状态，并延时一定时间。若短路状态在延时设定值内消除，则该环不动作，并解除短路识别信号，恢复原态；反之，若短路状态持续时间大于延时设定值，则该环发出一脉冲封锁信号，将触发角α1、α2增至150°，同时给电极调节器一个信号，全速提升电级，保持一定时间后（该时间足以使电极脱离短路状态），触发脉冲自动前移至引弧时的相位。

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２ 仿真结果及讨论

控制对象直流电弧炉，作为一个复杂的非线性、多因素时变系统，极难抽象出合适的数学模型用以对真实的物理系统描述，所以，新型整流电源系统拟采用模糊控制器，但基本模糊控制器由于不具有积分环节，而且对输入量的处理是离散而有限的，采用模糊控制的系统中稳态误差比较大。为了使系统有较好的控制性能，提出了一种多模态分段控制算法来综合利用ＰＩ调节器与模糊控制器的长处。这样，可以使系统具有较快的响应速度和抗参数变化的鲁棒性，而且可以对系统实现高精度误差控制。模糊—ＰＩ控制器结构图如图９所示。

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