李 宏

（西安石油大学电子工程学院，西安710065）

自1882年尼古拉·特斯拉发明了交流感应发电机至今，交流发电机一直为人类贡献电能，使用工频交流电作为电机或家用电器的供电电源的历史已达130多年。我国工频频率为50 Hz，西方国家多为60 Hz，电力电子器件及电力电子技术的发展，实现了人们将工频变换为可调频率 （通常为2～几千Hz）电能的梦想，满足了电力、铁路、交通运输、航空航天和冶金熔炼等行业，对最佳用电形式、广泛的节能与最方便和最高效率用电的需求。但应看到，尽管电力电子技术变流设备广泛应用，但在铁合金行业的矿热炉与金属冶炼领域的电渣炉及交流电弧炼钢行业，世界多数国家包括我国现在仍然使用粗放型的工频直接降压向负载供电方式，其原理电路如图1所示，随着负载容量的空前加大，我国矿热炉单炉需要功率容量已达80 MV·A以上，炉体直径较大（多达10 m左右），不可避免地需要变压器到炉体电极之间引线长度增加，分布电感L随之变大。由于这种负载通常需要的电压仅仅170 V左右，随着炉型及功率的不断增大，电流越来越大，多都大于20 kA以上，因而使用工频供电，感抗引起的压降uL无法避免地增大，通常高达电炉变压器二次输出总电压的10%～15%，导致感性无功极大，功率因数很低，多在0.60～0.85之间，电能浪费严重，同时因工作时3种电路，都无法控制使三相供电的3个电极插入负载中的深度相同，肯定存在三相不平衡的问题，由此引起电网波形畸变，出现较大谐波运行，危害电网安全，导致闪变、谐波击穿和烧毁变压器等事故。……