高效晶闸管变频串联中频电炉行业目前发展概况

目前，推广应用的普通并联晶闸管中频电炉存在效率低、能耗高、噪声大、操作维修不方便等问题，专家们为此曾作了大量工作。目前美国、德国研制的串联变频电源基本解决了这些问题。因此，国外很多相关大公司都投入了大量的人力、物力，尽快把这一成果转化成定型系统产品，抢先占领国际市场。而国内，该电源尚处在实验室试验阶段，仅有的无锡环湖电炉厂研制的串联中频电炉，虽受用户欢迎，但要进一步完善，实现全数字化高效、节能等先进技术水平，还需解决很多关键技术问题。因此，为了满足重要的基础工业---机械工业及国民经济发展的需要，适应串联中频炉取代现有的晶闸管中频电源是必然的趋势，我们必须尽快开发研制这一项目，这是时代赋与我们的使命。早期的感应炉领域配套的电源是中频发电机组, 这种设备体积庞大, 效率低, 能耗高, 设备造价高，占地面积大，还有较大的运行噪音。70年代, SCR 晶闸管静止变频电源开始在我国应用，逐步代替了中频发电机组，由于它克服或改进了中频机组的一些固有缺点，体现了极强的市场生命力，成为中频感应炉领域无可争议的主导产品, 为冶炼浇铸这个领域做出不可磨灭的贡献。二十多年来这一领域的专家并没有停止对这结构形式的改进和完善, 围绕提高效率、操作的方便性、可靠性, 做了大量的工作。诸如控制系统的集成化，零电压启动等，使得这一以晶闸管调压整流、并联送变输出电路为结构框架的SCR晶闸管中频电源有了较大的进步。但几十年的实践证明这种结构仍有一些固有的缺点无法克服, 在效率、可靠性、操作的方便性等方面均没有本质的改善, 对用户来说直接的感觉就是操作不便，易出故障, 电耗高, 生产效率低,

Z终的结果是产品成本降不下来。经研究分析，这主要是由并联逆变电路固有的特征造成的，

主要表现在以下诸多方面：

1.并联逆变电路流过感应器中的电流IL是桥输出有功电流的Q倍，对于中频熔炼钢铁炉一般Q=12左右, IL在感应器中的电阻r上产生的电损耗以一般可达有功功率的20-30％, 造成的大量的能源损失。

2.可控硅并联逆变输出电路有着大量的补偿电容, 占地面积大, 由于电容存在损耗，一台0.5吨中频电炉的补偿电容造成的电损耗达10KW, 造成能源损失。

3.由于并联逆变器的输出特性, 如图三,在整个熔炼过程中负载的等效电阻变化约1.7 倍的情况下, 而中频电源的额定输出电压与额定电流又受设备所限, 平均输出功率仅能达到额定的70～90％, 出现了如图三所示的功率凹角, 使得熔炼周期长, 热损失大, 效率降低, 即设备不能全程输出额定功率, 增加了能耗。

4.可控硅并联逆变电路中可控硅的换向依赖于反向负载电压, 逆变可控硅换向时, 需要一个换向时间, 因此Z小ф角受到换向时间所限, 逆变电路不能工作在完全谐振状态下, 导致逆变器的功率因数下降, 可控硅的工作压力加大。

5.可控硅并联逆变电路是恒流源供电, 要求电流必须连续。也就是讲, 必须保证逆变器上下桥臂可控硅在换流时, 是先开通后并断, 也即在换流期所有可控硅都处于导通状态, 虽然由于滤波电抗的存在不会短路, 但换流时间长, 系统效率低。

6.可控硅并联逆变电路强迫换流依赖于负载, 几乎不论分主元件, 集成系统还是微机控制,大都采用负载电压对每个半波进行控制, 在启动时或其它异常状态下, 由于控制的差异, 易出现换向失败, 造成直通等故障。

7.可控硅并联逆变电路, 由于必须在自激状态下工作, 在启动初期必须附加启动电路, 帮家考核是一个重点指标。虽然各厂家想了许多办法, 但没有根本上避免它不易启动、操作麻烦的问题。

8.可控硅并联逆变电路要求恒流源输入、三相全控调压。从而使三相输入电流被切割, 变成方波电流, 从而分解出三次及以上高次谐波, 从而使三相输入线电压出现整流换向缺口, 使中频电压有一部分越过电抗Ld进入电网, 给电网造成公害。

9.可控硅并联逆变电路一般都是通过三相全控桥整流电路的桥相电压改变逆变桥的直流输入电压, 从而实现调功的。这样, 造成功率因数差, 特别是在熔炼的后期, 负载变重, 设备起限流作用, 降压运行, 平均功率因数只有0.7左右。

10.由于传统方式损耗较大, 为保证正常运行, 一般均采用水冷方式进行冷却, 对水质、压力均有一定要求, 也是日常检查维护的一项重要内容, 一旦出现问题将导致设备故障。当今水资源日趋宝贵, 同时导致设备的可靠性下降。

市场规模与发展趋势串联数字变频感应电炉替代传统的晶闸管并联型中频感应炉炼钢中频炉，应用于冶炼、铸造行业中的频炉工艺。服务于生产特殊钢、高温合金、精密合金、有色金属的产业细分市场。

在该行业中，其市场规模不大，占行业的15%。但由于它的创新性和技术特点，使其价值链细分市场相结合，并在服务于该市场时相比其竞争对手带来低成本和歧异性，扩展或缩小所服务的市场的地理范围。为提高冶炼、铸造行业的装备水平，提高效益、降低成本，满足钢厂、机械厂、铸造厂商们的需求，专家们研发了这样一个高性能、高可靠性的智能化的中频电源设备，具有一定的持久性的潜在市场

目前市场与竞争的态势与创新业务的竞争优势目前市场与之竞争的产品是传统的晶闸管中频感应炉，它的配套的电源是中频发电机组，这种设备存在体积大、效率低、能耗高、设备造价高、占地面积大、运行噪音大、生命力差等缺点。新发明的串联全数字变频感应电炉虽说是替代产品，但目前市场上还没有生产这种独立产品的厂家，我们采取购买此产品的Z终买方的类型，以服务Z终买方的销售渠道，形成销售网络，地理位置定义为西南地区。从整体来看，竞争优势来源于设计、生产、营销、交货等过程及辅助过程中所进行的许多相互分离的活动。这些活动中的每一种都的相对成本地位有所贡献，并且奠定了标歧立异的基础。成本优势

串联中频炉在高效、节能、高可靠、占地面积小、安装方便、操作简便等方面上了一个新的高度。在为用户减少电耗, 降低安装维修费用方面做出贡献的同时, 其效率比过去提高三倍, 提高了劳动生产率,降低了单位产品的人工费用摊销, 相当于用现在一台设备的钱, 购买了原来三台设备, 并只用一套设备的人操作。据计算, 就生产普碳钢而言，用新型串联电炉比传统设备每吨钢综合成本可降低200元左右2.4.3 技术优势

l 节电:与传统炉相比节电30％以上。

l 高效:从装料到熔化整个周期都能满功率运行, 熔炼周期极短, 比原来快1～2倍。

l 启动容易:无论何种工况、何种负载, 无启动失败现象, 均可一次成功,并迅速开到满功率。

操作方便:操作方式极为简单, 即使没有培训过的操作者几分钟就会使用,无需专门人员。

可靠性高:器件本身线路结构比较合理, 可长期无故障运行。

功率因数高:对电网基本无干扰, 可保证功率因数0.98以上。

可维护性好:控制系统集成, 微机化单一大板结构, 及快速连接器,可迅速更换, 不影响生产。

安装方便:体积小, 是传统体积的十二分之一,无电容架,节约电气室面积,减少投资。

l 环境性好, 使用方便:电源系统无水冷装置, 免去检查防断水之累,节省水源, 保护环境。

l 钢液质量好:金属元素烧损小,熔渣少,有较好的溶液质量。

l 铸件质量高:铸件的气孔夹渣、夹杂等缺陷显著下降。

l 竞争力强:在提高铸件质量的同时, 大幅降低了电耗成本, 提高了生产率,节约了单位产