1．目的及意义

1.1研究的背景、目的及意义

在高品质特殊钢加工冶炼行业,连铸电磁搅拌技术以其不接触性,易控制性、调控范围宽等特点，成为提升连铸钢材品质和成品率的最有效技术途径，并在国内外冶金连铸生产线中得到推广应用。电磁搅拌技术是指在电磁搅拌器的线圈中通以低频电流， 激发产生交变磁场，该交变磁场渗透到钢水中，在钢水中产生感应电流，感应电流和当地磁场通过相互作用，在钢水中产生电磁力（ 洛伦兹力）该电磁力是体积力，作用在钢水的体积元上，进而推动钢水运动。其实质就是借助在铸坯液相穴内 感生的电磁力强化液相穴内 钢水的运动，由此强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程两相正交逆变电源作为连铸电磁搅拌的关键装备，其电流波形质量和响应速度等性能直接影响连铸钢的质量和品质，对提升我国军用舰船、桥梁、建筑，高档轿车等制造水平意义重大。

两相正交逆变电源属于特种工业变频电源。传统的两相正交逆变电源前级采用三相桥式不可控整流，功率因数低，谐波含量高，对电网污染严重；其后级逆变器主电路拓扑结构多由两个单相逆变桥构成，这种主电路硬件结构包含 8个开关器件，开关器件数目较多，增加了硬件成本，且开关器件的功率损耗较大。目前国内两相正交逆变电源产品还只有少数厂家具有生产能力，大多处于实验室研究和试制阶段，无论是规模上还是技术上都未形成自己的优势，也没有形成大量有自主知识产权的系列产品，相关产品长期依赖于国际知名公司 ROTELEC，ABB 进口，价格昂贵。两相正交逆变电源的核心技术长期被国外所垄断 严重制约着我国特种钢材连铸的整体技术水平。两相正交逆变电源实现国产化任重而道远。开发更经济、性价比更高的两相正交逆变电源主电路拓扑结构，提出高性能控制算法，提高装置的稳态和动态性能，并研制成产品，有利于为两相正交逆变电源的国产化做出重要贡献，在工业中得到广泛应用并成功取代进口产品，形成具有自主知识产权的产品。

1.2国内外研究现状

两相正交逆变电源虽然与三相变频电源在结构上有所区别， 即两相正交逆变电源为两相负荷供电，而三相电源提供三相电压源给大多数三相负荷，但它们的逆变原理基本相同。 因此，两相正交逆变电源的发展是与三相变频电源息息相关的。1964 年， A.Schonung 和 H.stemmler 首先提出 把通讯技术中 的 PWM 控制技术应用到交流传动中，并据此提出了脉宽调制变频思想， 为交流传动的推广应用开辟了崭新的局面。变频电源诞生于 1969 年，由于其具有体积小、重量轻，功耗低等特点，得到了电源界的广泛关注， 并在电气领域广泛推广应用。目前在英、美，日等一些发达国家，已经形成了较为完整的变频调速产业体系。变频电源的发展以电力电子器件和电力电子技术的不断进步为基础 随着电电子器件的不断涌现， 变频电源技术飞速发展。 电力电子器件的性能指标对变频电源的发展起着决定性作用。理想的电力电子器件， 要求具有理想的静态特性和动态特性： 在静止状态下， 能够承受较高的电压， 漏电流小； 在导通状态下能够承受大电流， 器件导通压降小；开关状态转换时间短，能够承受很高的电压，电流变化率， 并且具有全控性 ，散热性良好等优点。1947 年，美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电力电子技术的一场革命。1957 年，美国通用电公司 研制出 第一个晶闸管。最先用于电力领域的半导体器件是可控硅二极管，晶闸管问世后，以其优越的电气和控制性能，应用范围迅速扩大。电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业，电力工业的迅速发展也有力地推动了晶闸管的进步。然而，由于晶闸管无法进行自关断，其关断主要依靠外加电压和外电路的作用等外部条件来实现，这使得晶闸管的应用具有局限性。70 年代后期，全控型电力电子器件得到了迅速发展，主要有门 极可关断晶闸 管（ GTO），电力双极型晶体管（ BJT），电力场效应晶体管（ MOSFET） 。这些全控型器件通过对门极（ 基极、栅极）进行控制，可以使全控型器件开通和关断。全控型器件具有普遍高于晶闸管的开关速度，在开关频率较高的电路中得到广泛应用。80 年代后期异军突起的绝缘栅极双极型晶体管（ IGBT）工作频率更高，且为电压驱动型器件，IGBT 使得变频电源容量不断增大，并在许多中等容量范围内，迅速取代相控电源。与IGBT相对应，MOS 控制晶闸管（ MCT）和集成门极换流晶闸管（ IGCT）都是 MOSFET和 GTO 的复合，综合了 MOSFET 和 GTO 两种器件的优点。随着全控型电力电子器件不断进步，电力电子电路工作频率不断提高，同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，使电路的效率大大降低，处理功率的能力大幅度减小，并产生严重的电磁干扰噪声。为了克服硬开关状态下工作的诸多问题，自80年代软开关技术得到广泛研究并迅速发展，零电压开关（ ZVS[6-8] 和零电流开关（ ZCS）[9-11] 是软开关的最基本形式。 软开关技术不仅降低了开关损耗，提高了 效率，而且使得开关频率可以进一步提高，从而提高了电力电子装置的功率密度。20 世纪 90 年代出 现的功率因数校正（ PFC）技术大量应用于各种变频电源。目前，单相 PFC 技术较为成熟并广泛应用，但三相 PFC 技术还有很长的路要走。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1研究的基本内容

（1）文献材料的查询及阅读（包括连铸技术和两相正交逆变电源的背景和意义、国内外的研究现状、存在的难点以及将要开展的研究内容）

（2）了解两相正交逆变电源中关键部件，了解电磁搅拌用正交逆变电源的类型、特点、工作原理

（3）对比传统的两相正交逆变电源阐述其利弊，并提出改进方案