[发明专利]一种电子调压电炉变压器

说明书

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，更具体地，涉及一种电子调压电炉变压器。

背景技术

在大型工业企业中，如冶金工业、化学工业、机械工业等，电炉是其重要的工艺装备，作为电炉电源的电炉变压器其重要性不言而喻。

电炉变压器具有副方负荷重及低电压大电流等特点，其负载特性随着冶炼阶段的变化；一方面，根据负载特性和工艺生产过程的需要，电炉变压器需要很大的电压调节范围及更为频繁的调节动作和更为精确调节精度，并且由于其恶劣的工作条件，电炉变压器需要具有较高的过载能力和很高的绝缘水平；另一方面，在电炉工作过程中电弧的频繁点燃与熄灭会使变压器经常处于瞬变状态，对电网电能质量和变压器本身也造成很大影响。

为了满足电炉工艺生产过程的需要，常规的电炉变压器多采用机械分接开关调压方式，存在以下问题：(1)变压器分接头数量多，制造工艺复杂，可靠性低；(2)分接头动作频繁，对分接开关机械寿命和电气寿命要求苛刻，维护工作量大；(3)机械调压动作慢，过渡过程不平稳；(4)不能动态无级差地调节；(5)在调压过程中机械分接头的调节时刻不能准确控制易产生冲击电压；(6)电炉负载的冲击及不平衡直接对电网电能质量造成影响；上述问题，在生产过程中不仅影响产品质量，变压器本身的可靠、安全、经济运行得不到保障，对电网电能质量也存在影响。

针对现有技术中电炉变压器上述问题，国内外的研究多集中于电炉变压器分接开关的改造，如采用电力电子开关(如晶闸管)代替机械开关并采用组合式调压，然而此法仅仅以改造分接开关为目的，并未从电炉变压器整体入手，无法解决上述问题(1)、(4)及(6)；另外也有一些方案集中于变压器的有载调压方式上，如试图将动态电压恢复器的功能引入以实现无触点无级调压，但单一的动态电压恢复器并不能很好地实现有功功率控制，调压范围有限，不能有效解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电子调压电炉变压器，其目的在于解决现有技术中电炉变压器分接头数量多、输出电压质量难以控制的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电子调压电炉变压器，为三相结构，包括第一三绕组变压器、第二三绕组变压器、第三三绕组变压器、第一变换器、第二变换器、第三变换器和交直变换器；

其中，第一三绕组变压器的高压绕组接电源A相；交直变换器的A相输入端连接第一三绕组变压器的控制绕组；第一变换器的直流侧连接交直变换器的A相输出端，交流侧连接第一三绕组变压器的工作绕组；

第二三绕组变压器的高压绕组接电源B相；交直变换器的B相输入端连接第二三绕组变压器的控制绕组；第二变换器的直流侧连接交直变换器的B相输出端，交流侧连接第二三绕组变压器的工作绕组；

第三三绕组变压器的高压绕组接电源C相；交直变换器的C相输入端连接第三三绕组变压器的控制绕组；第三变换器的直流侧连接交直变换器的C相输出端，交流侧连接第三三绕组变压器的工作绕组；

外部电源经三绕组变压器后被分为两路：一路是经工作绕组提供的具有低电压大电流特性作为电炉变压器输出的基础电压；一路是经控制绕组提供的具有高电压小电流特性的电压，这部分电压经交直变换器整流为直流，再经变换器逆变为大小可调的交流电压，以该大小可调的交流电压作为电炉变压器输出的调节电压，调节电压与基础电压叠加后作为电子调压电炉变压器的输出，供给电炉。

优选的，各变换器均包括单相变换器和变压器；其中，单相变换器的直流侧作为变换器的直流侧，变压器的原方绕组与单相变换器的交流侧并联；变压器的副方绕组作为变换器的交流侧，串联于三绕组变压器的工作绕组输出线路。

优选的，各三绕组的工作绕组匝数小于其控制绕组匝数的各变换器的变压器的原方绕组匝数大于其副方绕组匝数的10倍。

上述方案为本发明提供的基础方案，可解决以下技术问题：

(1)对输出电压的调节及生产质量控制方面：变换器交流侧输出电压可控，该电压与工作绕组输出电压叠加后作为电炉变压器的输出；通过对变换器交流侧电压的控制，便可实现对电炉变压器输出电压的大范围、快速、无级和连续调节，可灵活控制电炉变压器以恒定电压或恒定电流或按照工艺生产过程需要给定的电压或者电流曲线输出，可有效保障和提高生产质量；

(2)对电能质量的控制方面：当负荷侧的电炉工作产生电压谐波或过电压时，变换器可按相输出补偿电压隔离其对电网侧的影响，并实现负荷侧电压三相平衡；交直变换器工作在整流或逆变状态稳定直流电压的同时还可以通过控制绕组对电网侧进行一定的无功或谐波电流的补偿；