众所周知，配置功率共享电源系统的感应电炉，在我国俗称《一拖二》感应电炉系统。即一台中频电源能同时向二台电炉供电，并能在额定功率范围内自由分配向各台电炉的输入功率。它从上世纪90年代初在国外问世，恰好遇到我国经济改革开放的大发展年代，因此这种电炉系统几乎同步进入我国的铸造业，并且得到铸造界的青睐和认同。但碍于当时国内电炉制造商尚未开发出该项技术，而进口设备的昂贵价格又使许多铸造厂望而怯步，限制了它在我国铸造业的广泛应用。据不完全统计，从我国1993年引进第一台一拖二电炉系统起到目前为止，全国现有一拖二电炉系统大约共计有近100套左右，其中功率最大的一套为6000kW功率共享电源配置二台8吨电炉。

一.           功率共享感应电炉系统的优点            中频炉

如众所周知，采用中频感应电炉可以配置比工频感应电炉更大的功率密度（例如可以配置比工频电炉的极限配置功率密度300kW/t大3倍左右的功率密度，即达到900kW/t以上），并可实现批料熔化法。这意味着它将以很高的熔化/生产率作业。但是在随后的浇注作业周期内以及其它非生产性作业周期期间（例如扒渣、取样、等待化验结果等），系统中没有功率输出或者仅需少量的保温功率输出，以维持一定的浇注温度。这样电源系统的功率利用系数很低。为了充分利用电源系统的输出功率，电炉制造商不断开发和完善电源与电炉的配置，以求最大限度地提高电源系统的功率利用系数，以最经济的方式满足铸造作业的需求。

通常，铸造车间内中频电源和电炉的配置方案有如下表几种。

中频电源与电炉的配置方案比较                     表1

序号	配 置 方 案	评  论
1	单台电源配单炉	最小配置 适用于小容量及较低功率的电炉内金属液熔化后迅速倒空，再重新加料熔化的作业条件，或作业不频繁的场合。 中频电源周期性工作在大功率，小功率状态。电炉在维修、筑炉时不能生产。 该配置方案的功率利用系数最低。 周期性提供铁水。
2	单台电源配二炉（通过开关切换）	常见配置 一台电炉熔化作业，另一台维修、筑炉。 使一台电炉的维修，筑炉时间和另一台电炉的熔化时间重叠。 该配置方案的业功率利用系数较方案1高。 周期性提供铁水。
3	二台电源 （熔化电源和保温电源）配二炉（通过开关切换）	大小电源配置 该配置方案通过切换开关实现二台电炉交替与熔化电源和保温电源相连。 该配置方案的功率利用系数较高。 能够连续提供铁水。 需要二台变压器，二台电炉不能同时烧结炉衬，大电流回路有机械开关。
单台双供电源配二炉 4	中频炉	一拖二配置 一台电源同时向二台电炉供电，功率自由分配。二台电炉何以一熔化一保温，同时熔化，同时烧结炉衬。 该配置方案的功率利用系数最高。 能够连续提供铁水。

采用方案4配置功率共享电源的感应电炉系统的优点：

1. 功率利用系数高，理论上可达1.00，从而大幅度地提高了电炉的生产率；与上述配置方案1、2比较，在相同功率配置条件下，最高可提高生产率达30%。
2. 能够连续提供铁水。
3. 单台电源仅需一台变压器和冷却装置，与2，3方案相比较，主变压器的安装容量小，占用空间也小，电网功率因数高。
   1. 大电流回路无机械切换开关，工作可靠性高。

    例如，对1 套3t中频感应熔化电炉系统，每小时需要获得3t铁水，加料和出料时间为10min，取样化验时间5min。假设电炉的总效率为72%，保温功率100kw。

    对于方案1和方案2，实际的熔化时间只有45min，按上述假定的效率计算，需要配置2000kw功率的中频电源。这种配置的典型作业周期见下图。

 中频炉

    对于方案4，实际的熔化时间有60min，按上述假定的效率计算，需配置1500kw熔化功率，100kw保温功率，中频电源的总功率为1600kw。这种配置的典型作业周期见下图。

    在我国，以往的中频电源都采用并联逆变形式，其电网侧功率因数与输出功率有关。满功率输出时，功率因数较高，输出功率降低时，功率因数随着下降。如果中频电源经常工作在小功率保温状态，日积月累会产生较大的无功。

    一拖二的中频采用串联逆变器，其电网侧功率因数与输出功率无关。无论输出功率大小，功率因数始终接近于1。

    还以3t电炉为例，二种配置方案运行时的功率因数见下图。

    并联逆变中频电源是一种恒电压输出电源。为了能够在负载阻抗较低（例如冷料熔化）时输出较大的功率，其工作电流会大于额定功率下的工作电流，因此需要较大的电源变压器。通常并联逆变中频电源选用的变压器容量是其额定功率的1.25倍。

    串联逆变中频电源是一种恒功率输出电源。因为它的工作频率宽范围可调，能够匹配负载阻抗的变化，所以并不需要增加输出电流。因此只需要与其输出功率相当的变压器即可。通常串联逆变中频电源选用的变压器容量是其额定功率的1.1倍。

    还是一上述3t感应电炉为例。在同样生产率下，一拖一的配置（方案1和2）需要2000kw的功率和2500KVA的变压器，而一拖二的配置（方案4）只需要1600kw的功率和1760KVA的变压器。

    综上所述，一拖一和一拖二感应电炉系统的性能对比见下表。

比较项目	一拖一感应电炉系统	一拖二感应电炉系统
变压器容量	额定功率的1.25倍	额定功率的1.1倍
功率因数	典型平均功率因数0.82 与使用条件有关 如果经常工作在小功率状态，功率因数会低到不可接收的程度	典型平均功率因数0.97 与使用条件无关 始终接近于1
生产率	典型功率利用系数0.76 与使用条件有关 辅助时间越长，生产率越低	典型功率利用系数0.99 与使用条件无关 同功率下比一拖一方案高出30% 允许较长的辅助时间
价格		功率相同时高20%~50%

二.           实现功率共享的技术条件和我所开发的功率共享电源的特点

2.1 实现功率共享的技术条件

    分析并联逆变中频电源和串联逆变中频电源两种电源调节功率的原理可知，并联逆变中频电源是通过调节整流器的直流电压来调节输出功率，所以一台整流器只能带一台逆变器工作。也就是说，一台并联逆变固体电源同一时刻只能向一台电炉供电。而串联逆变中频电源是通过调节逆变器的工作频率来调节输出功率，整流器输出的直流电压是固定的。因此一台整流器可以同时带多个逆变器工作。在双向供电情况下，一台整流器同时向二台逆变器供电，可使二台电炉同时以不同的功率工作。

    从上面的分析可知，实现《一拖二》电源系统的主回路必须是串联谐振逆变回路。

    目前，市场上开发的串联逆变中频电源有二种型式：一种是以SCR为逆变元件的串联逆变固体电源，另外一种是以IGBT为逆变元件的串联逆变固体电源。我所自主开发的功率共享电源采用后者。

2.2  我公司开发的功率共享中频电源的特点

    我们设计生产的一拖二中频电源采用了国际通用的一套整流器，二套逆变器的形式。

    整流器采用不控制的二极管整流器，大容量的水冷电容器滤波，得到固定平滑的直流电源，向后面的二套逆变器供电。二极管整流器始终工作在全导通状态，从而使中频电源的电网侧功率因数始终接近于1。

    逆变器采用半桥串联形式。用IGBT做逆变器件。

    IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种新型电力半导体器件。IGBT元件可以由门极电压控制其开通或关断，在任何情况下只要其门极没有电压，IGBT元件就被关断。

    由串联谐振电路的工作原理可知，当工作频率改变时，电炉电压和电流的相位角随之改变，也就改变了送往电炉的功率。因为采用了可关断的IGBT器件，逆变器的工作频率可以在很宽的范围内调节，从而使电炉在整个熔化周期内获得恒定的输出功率。

    IGBT半桥串联逆变器的另外一个特点是：从下图（SCR及IGBT串联逆变电源的频率与功率的变化关系）可见，SCR串联逆变电源的功率调节范围只能存在于该图的左侧，即功率随着频率的升高而升高。而IGBT串联逆变电源的功率调节范围可以存在于该图的左、右两侧，我们将它设定在该图的右侧，即功率随着频率的升高而降低。该特性与熔炼作业的工艺要求相吻合：功率大时，希望炉内的熔液搅拌效应大一些，而在熔池内液面较低或者保温、浇注阶段低功率输入时，要求熔池内的搅拌小些。

三.       功率共享电源系统的发展前景   中频炉

3.1 功率共享电源系统的开发成功，不仅实现了《一拖二》的电炉系统作业方法，提高了功率利用系数和操作灵活性，相应地提高了生产率，而且也为铸造车间将来实现一电多炉创造了条件。事实上，国外已经看到了这种一点多炉配置的报道。它为铸造车间熔炼工部实现计算机过程控制提供了基础。

3.2 功率共享电源系统与我所开发的计算机熔化控制管理系统相配，可以实现熔化工艺中的熔炼、保温、配料、称重、烧结等自动控制和质量管理以及远程监控。为铸造车间的自动化生产和现代化管理提供了必要的手段。我所以及功能向国内近十家铸造厂提供了上述系统，取得了良好的效果。

3.3 我公司一拖二感应电炉的销售统计

从上表能够看到，自2002年开始，一拖二感应电炉系统的时常需求量急剧上升。这说明已经有相当一部份的铸造设备使用单位已经了解并认识了一拖二感应电炉系统带来的优势。相信在不久的将来，一拖二感应电炉系统将会成为铸造车间的标准装备。