RU2799707C1 - Arc furnace power supply with converter circuit - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention is related in particular to a power supply system for an electric arc furnace, a method for controlling the power supply system, as well as an arc furnace with such a power supply system. The power supply system (12) for the electric arc furnace (10) contains an AC input (20) connected to the electrical network (22) and an AC output (24) for powering at least one current electrode (14) of the arc furnace (10) . The power supply system (12) further comprises a converter circuit (46a, 46b, 46c) connected between the AC input (20) and the AC output (24). The circuit (46a, 46b, 46c) of the converter contains at least one element (64) of the converter with a capacitor (108) and semiconductor switches (104) for series connection of the capacitor between the input (56) of the circuit and the output (58) of the circuit in the circuit (46a, 46b, 46c) of the transducer.

EFFECT: increase of efficiency of the arc furnace.

15 cl, 9 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится области дуговых печей. В частности, изобретение относится к системе электропитания для электродуговой печи, способу управления системой электропитания, а также к дуговой печи с такой системой электропитания.The present invention relates to the field of arc furnaces. In particular, the invention relates to a power supply system for an electric arc furnace, a method for controlling the power supply system, and an arc furnace with such a power supply system.

Уровень техникиState of the art

Электродуговые печи часто непосредственно подключаются к сети переменного тока (AC) через трансформатор. Тогда может быть трудно ограничивать ток электрода во время работы, что может ограничивать использование электрода и производительность. Дополнительно, трансформатор может тогда нуждаться в дорогостоящей системе переключателя ответвлений под нагрузкой, которая часто используется, и дуговая печь может формировать пульсацию в AC-сети. Следовательно, дополнительный статический регулируемый компенсатор может быть необходим, чтобы смягчать проблемы пульсации.Electric arc furnaces are often directly connected to the alternating current (AC) mains through a transformer. It may then be difficult to limit the current of the electrode during operation, which may limit the use of the electrode and productivity. Additionally, the transformer may then need an expensive on-load tap changer system, which is often used, and the arc furnace may generate ripple in the AC network. Therefore, an additional static adjustable compensator may be needed to mitigate ripple problems.

В EP 0 589 544 B1 и US 6 603 795 B2 показан источник питания дуговой печи, который приспосабливается для ограничения тока электрода с помощью последовательно соединенных встречно-параллельных тиристоров с или без параллельной индукционной катушки. Таким образом, производительность дуговой печи может быть улучшена. Однако, посредством ограничения тока, внутреннее сопротивление дуговой печи может быть увеличено больше необходимого, что может снижать эффективность дуговой печи.EP 0 589 544 B1 and US 6 603 795 B2 show an arc furnace power supply that is adapted to limit the electrode current by series-connected anti-parallel thyristors with or without a parallel induction coil. Thus, the performance of the arc furnace can be improved. However, by limiting the current, the internal resistance of the arc furnace can be increased more than necessary, which can reduce the efficiency of the arc furnace.

US 2011/176575 A1 относится к системе электропитания для трехфазной дуговой печи с AC/AC-преобразователем, состоящим из выпрямителя и инвертора. Выпрямитель и инвертор содержат последовательно соединенные элементы преобразователя с конденсаторами элементов.US 2011/176575 A1 refers to a power supply system for a three-phase arc furnace with an AC/AC converter consisting of a rectifier and an inverter. The rectifier and inverter contain converter elements connected in series with element capacitors.

EP 2 947 766 A1 также относится к источнику питания для дуговой печи. Источник питания содержит систему преобразователя с блоками преобразователя, каждый из которых содержит главные модули, которые состоят из последовательно соединенных элементов преобразователя.EP 2 947 766 A1 also refers to the power supply for the arc furnace. The power supply contains a converter system with converter blocks, each of which contains main modules, which consist of converter elements connected in series.

Описание изобретенияDescription of the invention

Задачей изобретения является предоставление источника питания дуговой печи, с регулируемым током электрода и высокой эффективностью.The object of the invention is to provide an electric arc furnace power supply with adjustable electrode current and high efficiency.

Эта задача решается посредством объекта изобретения из независимых пунктов формулы изобретения. Дополнительные примерные варианты осуществления очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.This problem is solved by means of the subject matter of the independent claims. Additional exemplary embodiments are apparent from the dependent claims and the following description.

Первый аспект изобретения относится к системе электропитания для электродуговой печи. Электродуговая печь может быть устройством, которое приспособлено для плавления или переплавки металлических материалов с помощью электрической дуги, которая создается посредством электрического тока. Электрический ток создается системой электропитания, которая может быть подключена между средней AC-электросетью и электродами дуговой печи. Система электропитания также может содержать трансформатор, который преобразует среднее входное напряжение переменного тока в низкое выходное напряжение переменного тока, которое подается к электродам.The first aspect of the invention relates to a power supply system for an electric arc furnace. An electric arc furnace may be a device that is adapted to melt or remelt metallic materials with an electric arc that is generated by an electric current. The electrical current is generated by a power supply system that can be connected between the medium AC mains and the electrodes of the arc furnace. The power supply system may also include a transformer that converts a medium AC input voltage to a low AC output voltage that is applied to the electrodes.

Среднее напряжение может быть напряжением между 1 кВ и 20 кВ. Низкое напряжение может быть напряжением ниже 1 кВ. Следует отметить, что ток через электроды может быть выше 1000 А.The medium voltage may be between 1 kV and 20 kV. Low voltage can be voltage below 1kV. It should be noted that the current through the electrodes can be higher than 1000 A.

Система электропитания может быть многофазной системой, имеющей несколько, например, три, фазы. Входное напряжение может быть трехфазным напряжением, например, с частотой 50 или 60 Гц.The power supply system may be a multi-phase system having multiple, eg three, phases. The input voltage may be a three-phase voltage, for example with a frequency of 50 or 60 Hz.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания содержит AC-вход, который может содержать одну или более фаз, соединяемых с электрической сетью, и AC-выход, который может содержать одну или более фаз для питания по меньшей мере одного электрода дуговой печи. AC-вход может содержать три фазы. Также, AC-выход может содержать три фазы. AC-вход имеет по меньшей мере две фазы, например, три фазы, и/или AC-выход имеет по меньшей мере две фазы, например, три фазы.According to an embodiment of the invention, the power supply system comprises an AC input, which may contain one or more phases connected to the electrical network, and an AC output, which may contain one or more phases to power at least one electrode of the arc furnace. The AC input can contain three phases. Also, the AC output can contain three phases. The AC input has at least two phases, eg three phases, and/or the AC output has at least two phases, eg three phases.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания содержит схемы преобразователя, соединяющие AC-вход и AC-выход. Схема преобразователя может быть или может содержать инвертор источника напряжения, т.е., преобразователь с конденсатором в качестве хранилища энергии. Схема преобразователя, как описано выше и в последующем, соединяется с каждой фазой AC-входа или AC-выхода. В случае многофазной системы, каждая фаза на стороне источника электропитания перед или после трансформатора может быть снабжена схемой преобразователя.According to an embodiment of the invention, the power supply system comprises converter circuits connecting an AC input and an AC output. The converter circuit may or may comprise a voltage source inverter, i.e., a converter with a capacitor as energy storage. A converter circuit, as described above and in the following, is connected to each phase of the AC input or AC output. In the case of a multi-phase system, each phase on the power supply side before or after the transformer can be provided with a converter circuit.

Каждая схема преобразователя может содержать по меньшей мере один элемент преобразователя с конденсатором и полупроводниковыми переключателями для последовательного соединения конденсатора между входом схемы и выходом схемы в схеме преобразователя. Элемент преобразователя может быть плавающим элементом преобразователя, взаимосвязанным с фазой системы электропитания.Each converter circuit may include at least one converter element with a capacitor and semiconductor switches for connecting a capacitor in series between a circuit input and a circuit output in the converter circuit. The converter element may be a floating converter element interconnected with a phase of the power supply system.

Каждая схема преобразователя и/или элемент преобразователя может быть инвертором источника напряжения, который может быть приспособлен обрабатывать примерно 10%-15% основной мощности системы электропитания.Each converter circuit and/or converter element can be a voltage source inverter that can be adapted to handle about 10%-15% of the main power of the power supply system.

С помощью схем преобразователя и/или элемента преобразователя поток мощности через систему электропитания может регулироваться, и опционально ток короткого замыкания может быть ограничен. В частности, ток через устройство электропитания может управляться и/или регулироваться до конкретного определенного тока, который может быть ниже и/или выше максимального тока, который может быть создан системой электропитания. Более высокий ток может быть создан с помощью усиления тока.By means of the converter circuits and/or the converter element, the power flow through the power supply system can be controlled and optionally the short circuit current can be limited. In particular, the current through the power supply device may be controlled and/or regulated to a specific defined current, which may be lower and/or higher than the maximum current that can be generated by the power supply system. Higher current can be generated with current amplification.

Согласно варианту осуществления изобретения, полупроводниковые переключатели элемента преобразователя формируют два параллельно соединенных полумоста, средние точки которых соединяются между входом схемы и выходом схемы. Полумост может содержать два последовательно соединенных полупроводниковых переключателя, предусматривающих среднюю точку между ними. Два параллельных полумоста могут рассматриваться как полный мост. Полупроводниковые переключатели могут быть множеством IGCT и/или IGBT.According to an embodiment of the invention, the semiconductor switches of the converter element form two half-bridges connected in parallel, the midpoints of which are connected between the input of the circuit and the output of the circuit. The half-bridge may comprise two semiconductor switches connected in series, providing a midpoint between them. Two parallel half bridges can be considered as a full bridge. The semiconductor switches may be a plurality of IGCTs and/or IGBTs.

Согласно варианту осуществления изобретения, конденсатор подключается параллельно полумостам. Таким образом, конденсатор может быть отсоединен от токовой цепи между входом схемы и выходом схемы и/или может быть подключен к токовой цепи. Кроме того, конденсатор может быть подключен в обратных направлениях по отношению к токовой цепи.According to an embodiment of the invention, the capacitor is connected in parallel with the half-bridges. Thus, the capacitor may be disconnected from the current path between the circuit input and the circuit output and/or may be connected to the current path. In addition, the capacitor can be connected in reverse directions with respect to the current circuit.

Согласно варианту осуществления изобретения, каждая схема преобразователя содержит множество элементов преобразователя, соединенных последовательно между входом схемы и выходом схемы. Каждый из этих элементов преобразователя может быть спроектирован, как описано выше и ниже. Таким образом, номинальное напряжение схемы преобразователя может быть улучшено.According to an embodiment of the invention, each converter circuit comprises a plurality of converter elements connected in series between the circuit input and the circuit output. Each of these converter elements can be designed as described above and below. Thus, the rated voltage of the converter circuit can be improved.

Согласно варианту осуществления изобретения, каждая схема преобразователя содержит управляемый обходной переключатель, который соединяется параллельно по меньшей мере с одним элементом преобразователя, и который выполнен с возможностью соединения и разъединения входа схемы и выхода схемы. Когда обходной переключатель разомкнут, ток может протекать только через схему преобразователя по меньшей мере через один элемент преобразователя от входа схемы к выходу схемы и наоборот. В случае, когда обходной переключатель замкнут, ток также может протекать от входа схемы через обходной переключатель к выходу схемы и наоборот. С помощью обходного переключателя элемент преобразователя может быть обойден и/или защищен от перегрузки по току и/или перенапряжения.According to an embodiment of the invention, each converter circuit includes a controllable bypass switch that is connected in parallel with at least one converter element and that is configured to connect and disconnect the circuit input and the circuit output. When the bypass switch is open, current can only flow through the converter circuit through at least one converter element from the input of the circuit to the output of the circuit and vice versa. In the case where the bypass switch is closed, current can also flow from the input of the circuit through the bypass switch to the output of the circuit and vice versa. By means of a bypass switch, the converter element can be bypassed and/or protected against overcurrent and/or overvoltage.

Согласно варианту осуществления изобретения, обходной переключатель состоит из полупроводниковых переключателей. Например, обходной переключатель может содержать один или более транзисторов или тиристоров, таких как множество IGBT, IGCT и т.д. Функциональность обхода может быть реализована посредством полупроводниковых переключателей (таких как IGCT) элементов преобразователя, так что отдельный обход может быть не нужен.According to an embodiment of the invention, the bypass switch consists of semiconductor switches. For example, a bypass switch may include one or more transistors or thyristors, such as multiple IGBTs, IGCTs, and so on. The bypass functionality can be implemented via semiconductor switches (such as IGCTs) of the converter elements, so that a separate bypass may not be needed.

Согласно варианту осуществления изобретения, обходной переключатель является двухсторонним переключателем. Это может быть осуществлено посредством соединения двух однонаправленных полупроводниковых переключателей встречно-параллельно друг другу.According to an embodiment of the invention, the bypass switch is a two-way switch. This can be done by connecting two unidirectional semiconductor switches in anti-parallel to each other.

Согласно варианту осуществления изобретения, обходной переключатель содержит два встречно-параллельных полупроводниковых переключателя, таких как два встречно-параллельных тиристора. Тиристоры выполнены с возможностью переключения высоких токов, которые обычно присутствуют в источнике питания дуговой печи.According to an embodiment of the invention, the bypass switch comprises two anti-parallel semiconductor switches, such as two anti-parallel thyristors. The thyristors are designed to switch high currents that are normally present in an arc furnace power supply.

Согласно варианту осуществления изобретения, обходной переключатель является механическим переключателем. Механический переключатель может содержать механические компоненты, которые приводятся в действие приводом для разъединения/соединения своих входов.According to an embodiment of the invention, the bypass switch is a mechanical switch. A mechanical switch may include mechanical components that are actuated by an actuator to disconnect/connect their inputs.

Согласно варианту осуществления изобретения, индукционная катушка может быть соединена последовательно по меньшей мере с одним элементом преобразователя. В общем, может быть так, что опциональные одно или более пассивных реактивных сопротивлений (таких как конденсаторы, индукционные катушки и/или электрические реакторы) соединяются последовательно с элементом преобразователя и/или параллельно с обходным переключателем.According to an embodiment of the invention, the induction coil may be connected in series with at least one transducer element. In general, it may be that optional one or more passive reactances (such as capacitors, inductors and/or electrical reactors) are connected in series with the converter element and/or in parallel with the bypass switch.

Согласно варианту осуществления изобретения, дополнительная индукционная катушка может быть соединена последовательно с обходным переключателем между входом схемы и выходом схемы. Дополнительная индукционная катушка может быть развязана от тока через схему преобразователя, когда обходной переключатель является разомкнутым. According to an embodiment of the invention, an additional induction coil may be connected in series with the bypass switch between the input of the circuit and the output of the circuit. The additional induction coil can be decoupled from current through the converter circuit when the bypass switch is open.

Согласно варианту осуществления изобретения, дополнительная индукционная катушка присоединена параллельно по меньшей мере с одним элементом преобразователя и/или пассивным реактивным сопротивлением, таким как индукционная катушка, конденсатор и т.д., соединенным последовательно по меньшей мере с одним элементом преобразователя. Когда обходной переключатель является замкнутым, ток через обходной переключатель также может протекать через дополнительную индукционную катушку.According to an embodiment of the invention, an additional induction coil is connected in parallel with at least one converter element and/or a passive reactance such as an induction coil, capacitor, etc. connected in series with at least one converter element. When the bypass switch is closed, current through the bypass switch can also flow through the additional induction coil.

Согласно варианту осуществления изобретения, индукционная катушка, которая соединяется последовательно по меньшей мере с одним элементом преобразователя, имеет более высокую индуктивность по сравнению с дополнительной индукционной катушкой. Например, индукционная катушка может иметь индуктивность по меньшей мере в 10 раз выше дополнительной индукционной катушки.According to an embodiment of the invention, the induction coil which is connected in series with at least one transducer element has a higher inductance compared to the additional induction coil. For example, the induction coil may have an inductance of at least 10 times the additional induction coil.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания дополнительно содержит трансформатор, который соединяется между AC-входом и AC-выходом системы электропитания. Как уже описано, трансформатор, который может быть многофазным трансформатором, может преобразовывать более высокое напряжение на AC-входе в более низкое напряжение на AC-выходе.According to an embodiment of the invention, the power supply system further comprises a transformer that is connected between an AC input and an AC output of the power supply system. As already described, the transformer, which may be a polyphase transformer, may convert a higher AC input voltage to a lower AC output voltage.

Согласно варианту осуществления изобретения, трансформатор может быть соединен между AC-входом и схемой преобразователя. Другими словами, схема преобразователя может быть предусмотрена на стороне системы электропитания с более высоким напряжением и/или первичной обмотке трансформатора.According to an embodiment of the invention, a transformer may be connected between the AC input and the converter circuit. In other words, the converter circuit may be provided on the side of the higher voltage power supply system and/or the primary winding of the transformer.

Согласно варианту осуществления изобретения, трансформатор может быть соединен между схемой преобразователя и AC-выходом. Другими словами, схема преобразователя может быть предусмотрена на стороне системы электропитания с более низким напряжением и/или вторичной обмотке трансформатора.According to an embodiment of the invention, a transformer may be connected between the converter circuit and the AC output. In other words, the converter circuit may be provided on the lower voltage side of the power supply system and/or the secondary winding of the transformer.

Согласно варианту осуществления изобретения, трансформатор имеет обмотки, соединенные с нейтральной точкой звезды на первичной обмотке и/или вторичной обмотке, при этом схема преобразователя соединяется с нейтральной точкой звезды. Схема преобразователя может содержать трехфазные части, которые соединяются звездой на одном конце и соединяются с обмотками на другом конце. Каждая из этих фазных частей может быть спроектирована аналогично однофазной схеме преобразователя, как описано выше и ниже.According to an embodiment of the invention, the transformer has windings connected to the star point on the primary winding and/or secondary winding, with the converter circuit connected to the star point. The converter circuit may contain three-phase parts that are connected in a star at one end and connected to the windings at the other end. Each of these phase parts can be designed similarly to a single phase converter circuit as described above and below.

Вкратце, схема преобразователя может быть соединена с первичной обмоткой, со вторичной обмоткой, в первичной обмотке и/или во вторичной обмотке трансформатора.Briefly, the converter circuit may be connected to the primary winding, to the secondary winding, in the primary winding and/or in the secondary winding of the transformer.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания дополнительно содержит фильтр гармоник, соединенный с AC-входом. С помощью фильтра гармоник гармоники высшего порядка в напряжении на AC-входе, которые могут создаваться компонентами дуговой печи, могут быть отфильтрованы. Фильтр гармоник может содержать по меньшей мере два компонента фильтра, каждый из которых содержит конденсатор фильтра и индукционную катушку фильтра, и каждый из которых приспособлен к другой гармонике высшего порядка для напряжения питания, т.е., напряжения на AC-входе.According to an embodiment of the invention, the power supply system further comprises a harmonic filter connected to the AC input. With the help of the harmonic filter, the higher order harmonics in the AC input voltage that can be generated by the arc furnace components can be filtered out. The harmonic filter may comprise at least two filter components, each containing a filter capacitor and a filter inductor, and each adapted to a different higher order harmonic for the supply voltage, i.e., the AC input voltage.

Фильтр гармоник может быть емкостным и/или индуктивным фильтром, соединенным параллельно с AC-входом. В случае многофазной системы компоненты фильтра гармоник могут соединять звездой фазы AC-входа. Следует отметить, что также последовательно соединенный фильтр может быть соединен с AC-входом.The harmonic filter can be a capacitive and/or inductive filter connected in parallel with the AC input. In the case of a polyphase system, the harmonic filter components can star-connect the phases of the AC input. It should be noted that also a series-connected filter can be connected to the AC input.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания дополнительно содержит активный индуктивный реактор, соединенный с AC-входом, при этом активный индуктивный реактор содержит обходной переключатель и индукционную катушку, соединенную с AC-входом. Обходной переключатель активного индуктивного реактора может быть спроектирован как обходной переключатель схемы преобразователя, например, с двумя встречно-параллельными тиристорами. В случае многофазной системы, активный индуктивный реактор может иметь ветви реактора, которые соединяют звездой фазы AC-входа.According to an embodiment of the invention, the power supply system further comprises an active inductive reactor connected to the AC input, wherein the active inductive reactor comprises a bypass switch and an induction coil connected to the AC input. The active inductive reactor bypass switch can be designed as a converter circuit bypass switch, for example with two anti-parallel thyristors. In the case of a multi-phase system, an active inductive reactor may have reactor legs that star-connect the phases of the AC input.

Согласно варианту осуществления изобретения, система электропитания дополнительно содержит компенсирующий преобразователь, соединенный с AC-входом. Компенсирующий преобразователь может быть источником напряжения на основе статического компенсатора (STATCOM). В случае многофазной системы, компенсирующий преобразователь может иметь ветви преобразователя, которые соединяют звездой фазы AC-входа.According to an embodiment of the invention, the power supply system further comprises a compensating converter connected to the AC input. The compensating converter can be a voltage source based on a static compensator (STATCOM). In the case of a multi-phase system, the compensating converter may have converter branches that star-connect the phases of the AC input.

Активный индуктивный реактор и/или компенсирующий преобразователь могут управляться контроллером системы электропитания и/или могут быть использованы для компенсации изменений потока мощности через систему электропитания и/или для компенсации изменений напряжения на AC-входе.The active inductive reactor and/or the compensating converter may be controlled by the power system controller and/or may be used to compensate for changes in power flow through the power system and/or to compensate for changes in AC input voltage.

Согласно варианту осуществления изобретения, активный индуктивный реактор и/или компенсирующий преобразователь управляются, чтобы минимизировать пульсацию на AC-входе. Пульсация может быть минимизирована в точке общего соединения дуговой печи с электрической сетью. Уменьшение пульсации может быть второй целью управления в дополнение к управлению потоком мощности к дуговой печи. Однако, дополнительно и/или альтернативно, пульсация также может управляться по меньшей мере с помощью одного элемента преобразователя схемы преобразователя.According to an embodiment of the invention, the active inductor and/or the compensating converter is controlled to minimize ripple at the AC input. The ripple can be minimized at the point of common connection of the arc furnace with the electrical network. Reducing ripple may be a second control goal in addition to controlling the power flow to the arc furnace. However, additionally and/or alternatively, the ripple can also be controlled by at least one converter element of the converter circuit.

Пульсация в электрической сети может быть колебаниями в напряжении сети и может быть определена на основе измерений напряжения на AC-входе. Стандарт IEC 61000-4-15 предоставляет способы и/или формулы для оценки пульсации.Mains ripple can be fluctuations in mains voltage and can be determined from voltage measurements at the AC input. The IEC 61000-4-15 standard provides methods and/or formulas for estimating ripple.

Дополнительные аспекты изобретения относятся к способу и контроллеру для управления системой электропитания, как описано выше и в последующем. Следует понимать, что признаки способа, которые описаны выше и в последующем, могут быть признаками контроллера и/или системы электропитания, как описано выше и в последующем. Контроллер может быть приспособлен для автоматического выполнения способа.Additional aspects of the invention relate to a method and a controller for controlling a power supply system as described above and hereinafter. It should be understood that the features of the method as described above and hereinafter may be features of the controller and/or power system as described above and hereafter. The controller may be adapted to carry out the method automatically.

Согласно варианту осуществления изобретения, способ содержит: определение тока электрода, подаваемого по меньшей мере на один электрод; и управление по меньшей мере одним элементом преобразователя, так что ток электрода регулируется до определенного тока, такого как номинальный ток. Ток через систему электропитания может быть измерен посредством контроллера на входной стороне и/или на выходной стороне. Из него может быть определен ток электрода. В зависимости от необходимой мощности, которая должна быть подана к электродам, которая, например, может зависеть от фазы процесса плавления и/или количества расплавленного материала, определенный ток может быть предоставлен, и контроллер может регулировать ток электрода до этого тока. Определенный ток может быть предоставлен контроллером, например, на основе измерений в системе электропитания. Способ предоставляет возможность управления током, ограничения тока и/или повышения тока. Заданный ток может быть определен, так что реализуется управление током, ограничение тока и/или повышение тока. According to an embodiment of the invention, the method comprises: determining the electrode current applied to at least one electrode; and controlling at least one element of the transducer such that the electrode current is adjusted to a certain current, such as a rated current. The current through the power supply system can be measured by the controller on the input side and/or on the output side. From this, the electrode current can be determined. Depending on the required power to be supplied to the electrodes, which for example may depend on the phase of the melting process and/or the amount of molten material, a certain current may be provided and the controller may adjust the electrode current to this current. The determined current may be provided by the controller, for example, based on measurements in the power supply system. The method provides the ability to control the current, limit the current and/or increase the current. A target current may be determined such that current control, current limiting, and/or current boost is implemented.

Поток мощности через систему электропитания может управляться посредством управления и/или воздействия на сдвиг фаз между напряжением AC-входа (т.е., напряжением на AC-входе) и напряжением AC-выхода (т.е., напряжением на AC-выходе, прикладываемым по меньшей мере к одному электроду). Этот сдвиг фаз может регулироваться посредством управления по меньшей мере одним элементом преобразователя.The flow of power through the power supply system can be controlled by controlling and/or influencing the phase shift between AC input voltage (i.e., AC input voltage) and AC output voltage (i.e., AC output voltage, applied to at least one electrode). This phase shift can be controlled by controlling at least one converter element.

Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно содержит: определение пульсации на AC-входе системы электропитания; и управление элементом преобразователя, так что пульсация уменьшается. Пульсация может активно управляться с помощью схемы преобразователя. Следовательно, компенсирующий преобразователь (такой как описанный выше и ниже, может быть пропущен или по меньшей мере может быть уменьшен в размере).According to an embodiment of the invention, the method further comprises: determining ripple at the AC input of the power supply system; and controlling the transducer element so that the ripple is reduced. The ripple can be actively controlled by the converter circuitry. Therefore, a compensating transducer (such as those described above and below may be omitted or at least reduced in size).

Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно содержит: во время запуска системы электропитания, обход элемента преобразователя посредством замыкания обходного переключателя; и, после снабжения энергией трансформатора, соединенного между AC-входом и AC-выходом, управление элементом преобразователя для регулирования тока электрода и размыкание обходного переключателя. Таким образом, выбросы тока, создаваемые трансформатором, при соединении системы электропитания с электрической сетью, могут быть обойдены, и элемент преобразователя может быть защищен во время запуска.According to an embodiment of the invention, the method further comprises: during startup of the power supply system, bypassing the converter element by closing the bypass switch; and, after energizing the transformer connected between the AC input and the AC output, operating the converter element to regulate the electrode current and opening the bypass switch. In this way, current surges generated by the transformer when the power system is connected to the mains can be bypassed and the converter element can be protected during startup.

Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно содержит: обнаружение перенапряжения и/или выброса тока в схеме преобразователя; и защиту схемы преобразователя, когда обнаруживается перенапряжение и/или выброс тока, посредством переключения схемы преобразователя в состоянии обхода. Состояние обхода может быть состоянием, в котором элемент преобразователя или по меньшей мере компоненты элемента преобразователя, такие как конденсатор элемента, обходятся.According to an embodiment of the invention, the method further comprises: detecting an overvoltage and/or current surge in the converter circuit; and protecting the converter circuit when an overvoltage and/or current surge is detected by switching the converter circuit to a bypass state. The bypass state may be a state in which the converter element, or at least components of the converter element, such as the element capacitor, are bypassed.

Согласно варианту осуществления изобретения, схема преобразователя переключается в состояние обхода посредством переключения элемента преобразователя в состояние обхода. В состоянии обхода конденсатор элемента может быть отсоединен от входов элемента преобразователя.According to an embodiment of the invention, the converter circuit is switched to the bypass state by switching the converter element to the bypass state. In the bypass state, the element capacitor can be disconnected from the converter element inputs.

Согласно варианту осуществления изобретения, схема преобразователя переключается в состояние обхода посредством замыкания и/или размыкания обходного переключателя. Обходной переключатель может быть использован для защиты схемы преобразователя против перенапряжения и/или выбросов тока, например, во время запуска и/или работы в неустановившемся режиме. Напряжение и/или ток в схеме преобразователя могут быть измерены посредством контроллера, который также может сравнивать эти значения с пороговыми значениями, которые указывают перенапряжение и/или выброс тока. Когда соответствующие значения превышают пороговое значение, функция защиты может быть активизирована. Например, обходной переключатель может быть замкнут, чтобы уменьшать напряжение на концах элемента преобразователя и опциональных последовательно соединенных реакторах и/или чтобы уменьшать ток через эти компоненты. Когда ситуация короткого замыкания заканчивается, обходной переключатель может быть возвращен в свое первоначальное состояние.According to an embodiment of the invention, the converter circuit is switched to the bypass state by closing and/or opening the bypass switch. The bypass switch may be used to protect the converter circuit against over voltage and/or current surges, for example during startup and/or transient operation. The voltage and/or current in the converter circuit can be measured by the controller, which can also compare these values with threshold values that indicate overvoltage and/or current surge. When the corresponding values exceed the threshold value, the protection function can be activated. For example, the bypass switch may be closed to reduce voltage at the ends of the converter element and optional series connected reactors and/or to reduce current through these components. When the short circuit situation ends, the bypass switch can be returned to its original state.

Дополнительный аспект изобретения относится к электродуговой печи, которая содержит систему электропитания, как описано выше и в последующем.A further aspect of the invention relates to an electric arc furnace that includes a power supply system as described above and hereinafter.

Согласно варианту осуществления изобретения, электродуговая печь дополнительно содержит резервуар для приема металлического материала и/или питающие электроды для плавления металлического материала, когда снабжаются током от системы электропитания. Питающие электроды также могут иметь механический механизм, который приспосабливается для регулирования расстояния электродов до металлического материала.According to an embodiment of the invention, the electric arc furnace further comprises a reservoir for receiving the metallic material and/or supply electrodes for melting the metallic material when energized from the power supply system. The supply electrodes may also have a mechanical mechanism that is adapted to control the distance of the electrodes from the metallic material.

Электродуговая печь также может содержать контроллер для системы электропитания, приспособленный для выполнения способа, как описано выше и ниже. Контроллер системы электропитания может также управлять механическим механизмом для перемещения электродов для регулирования импеданса системы, содержащей электроды и металлический материал. Предполагаются меньшее использование переключателя ответвлений и/или меньшие перемещения электродов. Переключатели ответвлений могут даже быть устранены.The electric arc furnace may also include a controller for the power supply system adapted to carry out the method as described above and below. The power system controller may also control a mechanical mechanism for moving the electrodes to adjust the impedance of the system containing the electrodes and the metallic material. Less tap changer use and/or less electrode movement is contemplated. Tap changers can even be eliminated.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.These and other aspects of the invention will be apparent and explained with reference to the embodiments described below.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Предмет изучения изобретения будет объяснен более подробно в последующем тексте со ссылкой на примерные варианты осуществления, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах.The subject matter of the invention will be explained in more detail in the following text with reference to exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings.

Фиг. 1 показывает принципиальную электрическую схему дуговой печи согласно варианту осуществления изобретения.Fig. 1 shows a circuit diagram of an arc furnace according to an embodiment of the invention.

Фиг. 2 показывает принципиальную электрическую схему дуговой печи согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.Fig. 2 shows a circuit diagram of an arc furnace according to a further embodiment of the invention.

Фиг. 3 показывает принципиальную электрическую схему для схемы преобразователя для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 3 shows a circuit diagram for the converter circuit for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 4 показывает принципиальную электрическую схему для дополнительной схемы преобразователя для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 4 shows a circuit diagram for the additional converter circuit for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 5 показывает принципиальную электрическую схему последовательно соединенных элементов преобразователя для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 5 shows a circuit diagram of the series-connected elements of the converter for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 6 показывает принципиальную электрическую схему трансформатора со схемой преобразователя для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 6 shows the electrical circuit diagram of the transformer with the converter circuit for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 7 показывает принципиальную электрическую схему компенсирующего преобразователя для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 7 shows the circuit diagram of the compensating converter for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 8 показывает принципиальную электрическую схему активного индуктивного реактора для дуговой печи на фиг. 1 и 2.Fig. 8 shows a circuit diagram of the active induction reactor for the arc furnace of FIG. 1 and 2.

Фиг. 9 показывает блок-схему последовательности операций способа управления дуговой печью на фиг. 1 и 2.Fig. 9 shows a flowchart of the method for controlling the arc furnace in FIG. 1 and 2.

Ссылочные символы, используемые на чертежах, и их значения, перечисляются в краткой форме в списке ссылочных символов. В принципе, идентичные части снабжаются одинаковыми ссылочными символами на чертежах.The reference symbols used in the drawings and their meanings are listed in brief form in the list of reference symbols. In principle, identical parts are provided with the same reference symbols in the drawings.

Подробное описание примерных вариантов осуществленияDetailed Description of Exemplary Embodiments

Фиг. 1 и 2 показывают дуговую печь 10 с системой 12 электропитания, которая снабжает электроды 14 дуговой печи 10 электрической мощностью. Электроды 14 могут быть предусмотрены в резервуаре 16, который является приспособленным для размещения металлического материала. Когда электроды 14 снабжаются током, формируется электрическая дуга, и металлический материал плавится. Электроды могут перемещаться в резервуаре с помощью механических актуаторов 18. Таким образом, длина дуги может регулироваться.Fig. 1 and 2 show an arc furnace 10 with a power supply system 12 that supplies the electrodes 14 of the arc furnace 10 with electrical power. The electrodes 14 may be provided in a reservoir 16 which is adapted to receive metallic material. When the electrodes 14 are energized, an electric arc is formed and the metal material is melted. The electrodes can be moved in the tank by mechanical actuators 18. Thus, the length of the arc can be adjusted.

Система 12 электропитания соединяется с помощью AC-входа 20 с электрической сетью 22 и питает с помощью AC-выхода 24 электроды 14. AC-вход 20 и AC-выход 24 гальванически разделяются трансформатором 26, при этом первичная обмотка 26a трансформатора соединяется с AC-входом 20, а вторичная обмотка 26b трансформатора 26 соединяется с AC-выходом 24. Трансформатор 26 преобразует среднее AC-напряжение из электрической сети 22 в низкое AC-напряжение на AC-выходе 24. Оба напряжения могут иметь частоту 50 Гц или 60 Гц.The power supply system 12 is connected via the AC input 20 to the electrical network 22 and supplies the electrodes 14 via the AC output 24. The AC input 20 and the AC output 24 are galvanically separated by the transformer 26, while the primary winding 26a of the transformer is connected to the AC input 20, and the secondary winding 26b of the transformer 26 is connected to the AC output 24. The transformer 26 converts the medium AC voltage from the mains 22 to a low AC voltage at the AC output 24. Both voltages can be 50 Hz or 60 Hz.

Как показано на фиг. 1 и 2, система 12 электропитания может быть трехфазной системой. Напряжение на AC-входе может иметь три компонента, и система 12 электропитания может иметь три фазы 28a, 28b, 28c на первичной обмотке 26a со средним напряжением трансформатора 26. Как показано, система 12 электропитания может также иметь три фазы 30a, 30b, 30c на вторичной обмотке 26b с низким напряжением трансформатора 26. Однако, также является возможным, что различное количество фаз присутствует как на первичной обмотке 26a, так и на вторичной обмотке 26b. Также является возможным, что количества фаз различаются на обеих обмотках 26a, 26b, например, когда трансформатор 26 проектируется с более чем тремя обмотками на вторичной стороне 26b.As shown in FIG. 1 and 2, power supply system 12 may be a three-phase system. The AC input voltage may have three components, and the power supply system 12 may have three phases 28a, 28b, 28c on the primary winding 26a with the average voltage of the transformer 26. As shown, the power supply system 12 may also have three phases 30a, 30b, 30c on the secondary winding 26b with low voltage transformer 26. However, it is also possible that a different number of phases are present on both primary winding 26a and secondary winding 26b. It is also possible that the numbers of phases differ on both windings 26a, 26b, for example when the transformer 26 is designed with more than three windings on the secondary side 26b.

Может быть, что активный индуктивный реактор 32 и/или компенсирующий преобразователь 34 взаимосвязываются и/или соединяются с AC-входом 20, который используется для управления пульсацией, которая формируется дуговой печью 10. Активный индуктивный реактор 32 и/или компенсирующий преобразователь 34 могут быть соединены параллельно с AC-входом 20. Компоненты 32, 34 будут описаны более подробно ниже относительно фиг. 7 и 8.It may be that the active inductive reactor 32 and/or the compensating converter 34 are interconnected and/or connected to the AC input 20, which is used to control the pulsation that is generated by the arc furnace 10. The active inductive reactor 32 and/or the compensating converter 34 can be connected in parallel with AC input 20. Components 32, 34 will be described in more detail below with respect to FIG. 7 and 8.

Кроме того, фильтр 36 гармоник может быть взаимосвязан и/или соединен с AC-входом 20. Фильтр 36 гармоник может быть соединен параллельно AC-входу 20. Фильтр 36 гармоник может содержать несколько компонентов 36a, 36b, 36c, 36d фильтра, каждый из которых приспосабливается, чтобы отфильтровывать конкретную гармонику высшего порядка из AC-напряжения на AC-входе 20. Например, компоненты 36a, 36b, 36c, 36d фильтра могут быть приспособлены для фильтрации гармоники 5-го, 7-го, 11-го и 13-го высшего порядка. Каждый из компонентов 36a, 36b, 36c, 36d фильтра может быть LC-фильтром и может содержать конденсатор 38 и индукционную катушку 40, которые могут быть соединены последовательно. В настоящем случае системы с тремя фазами 28a, 28b, 28c каждый из компонентов 36a, 36b, 36c, 36d фильтра может содержать для каждой фазы конденсатор 38 и индукционную катушку 40, которые соединены звездой.In addition, the harmonic filter 36 may be interconnected and/or connected to the AC input 20. The harmonic filter 36 may be connected in parallel with the AC input 20. The harmonic filter 36 may comprise several filter components 36a, 36b, 36c, 36d, each of which adapted to filter out a particular higher order harmonic from the AC voltage at AC input 20. For example, filter components 36a, 36b, 36c, 36d can be adapted to filter out the 5th, 7th, 11th and 13th harmonics. higher order. Each of the filter components 36a, 36b, 36c, 36d may be an LC filter and may include a capacitor 38 and an induction coil 40 that may be connected in series. In the present case of systems with three phases 28a, 28b, 28c, each of the filter components 36a, 36b, 36c, 36d may comprise, for each phase, a capacitor 38 and an induction coil 40 which are connected in a star.

Также может быть, что присутствует линейный фильтр 42, который соединяется последовательно с AC-входом 20, причем этот линейный фильтр 42 может содержать индукционную катушку 44, которая последовательно соединяется с каждой фазой 28a, 28b, 28c.It may also be that there is a line filter 42 which is connected in series with the AC input 20, and this line filter 42 may comprise an induction coil 44 which is connected in series with each phase 28a, 28b, 28c.

Как показано на фиг. 1, система 12 электропитания, кроме того, может содержать схему 46a, 46b, 46c преобразователя, которая последовательно соединена с каждой фазой 28a, 28b, 28c первичной обмотки. Как показано на фиг. 2, альтернативно или дополнительно, схема 46a, 46b, 46c преобразователя может быть последовательно соединена с каждой фазой 30a, 30b, 30c вторичной обмотки. Схемы 46a, 46b, 46c преобразователя используются для ограничения тока, повышения тока и/или регулирования мощности и будут описаны более подробно относительно фиг. 3-5.As shown in FIG. 1, power supply system 12 may further comprise a converter circuit 46a, 46b, 46c that is connected in series with each primary phase 28a, 28b, 28c. As shown in FIG. 2, alternatively or additionally, the converter circuit 46a, 46b, 46c may be connected in series with each secondary phase 30a, 30b, 30c. Converter circuits 46a, 46b, 46c are used for current limiting, current boosting and/or power control and will be described in more detail with respect to FIG. 3-5.

Может быть возможным, что пассивный фильтр/реактор 48 подключается между схемами 46a, 46b, 46c и трансформатором 26, и/или что пассивный фильтр/реактор 50 подключается между трансформатором 26 и AC-выходом 24. Такой пассивный фильтр/реактор 48 (или 50) может содержать три соединенных звездой индукционных катушки 52, каждая из которых соединяется с фазой 28a, 28b, 28c (или 30a, 30b, 30c) первичной обмотки (или вторичной обмотки) системы 12 электропитания.It may be possible that a passive filter/reactor 48 is connected between circuits 46a, 46b, 46c and transformer 26, and/or that a passive filter/reactor 50 is connected between transformer 26 and AC output 24. Such a passive filter/reactor 48 (or 50 ) may comprise three star-connected induction coils 52 each connected to a phase 28a, 28b, 28c (or 30a, 30b, 30c) of the primary (or secondary) of the power supply system 12.

Фиг. 1 и 2 также показывают контроллер 54 для управления дуговой печью и системой 12 электропитания. Контроллер 54 может принимать измеренные значения напряжений и/или токов в системе 12 электропитания, такие как напряжение на AC-входе, ток на AC-входе, промежуточное напряжение и промежуточный ток между схемами 46a, 46b, 46c преобразователя и трансформатором, напряжение на AC-выходе и ток на AC-выходе. Все эти величины могут быть многофазными величинами.Fig. 1 and 2 also show a controller 54 for controlling the arc furnace and power supply system 12. The controller 54 can receive measured values of voltages and/or currents in the power supply system 12, such as voltage at the AC input, current at the AC input, intermediate voltage and intermediate current between converter circuits 46a, 46b, 46c of the converter and the transformer, voltage at the AC- output and AC output current. All of these quantities can be multi-phase quantities.

На основе этих измеренных значений и номинальных величин, таких как номинальный ток электрода, номинальная мощность, подаваемая к электродам 14, максимальная пульсация и т.д., контроллер может управлять перемещением электродов 14, т.е., механическими актуаторами 18, активным индуктивным реактором 32, компенсирующим преобразователем 34 и схемами 46a, 46b, 46c преобразователя. Это будет также описано более подробно ниже.Based on these measured values and nominal values, such as the nominal current of the electrode, the nominal power supplied to the electrodes 14, the maximum ripple, etc., the controller can control the movement of the electrodes 14, i.e., mechanical actuators 18, active inductive reactor 32, a compensating converter 34, and converter circuits 46a, 46b, 46c. This will also be described in more detail below.

Фиг. 3 показывает одну из схем 46a, 46b, 46c преобразователя, которые могут быть одинаково спроектированы. Схема 46a, 46b, 46c преобразователя содержит вход 56 схемы и выход 58 схемы, с помощью которых она соединяются с соответствующей фазой 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c.Fig. 3 shows one of the converter circuits 46a, 46b, 46c, which may be similarly designed. The converter circuit 46a, 46b, 46c has a circuit input 56 and a circuit output 58, through which it is connected to the corresponding phase 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c.

Схема 46a, 46b, 46c преобразователя может содержать обходной переключатель 60, элемент 64 преобразователя и опциональную индукционную катушку 66, соединенную параллельно с элементом 64 преобразователя. Обходной переключатель 60 и элемент 64 преобразователя параллельно соединяются между входом 56 и выходом 58. Следует отметить, что обходной переключатель 60 является опциональным, и что схема преобразователя может содержать лишь элемент 64 преобразователя опционально вместе с индукционной катушкой 66. Переключатели элементов преобразователя могут реализовывать функциональность обхода и/или состояние обхода для элемента 64 преобразователя.The transducer circuit 46a, 46b, 46c may include a bypass switch 60, a transducer element 64, and an optional inductor 66 connected in parallel with the transducer element 64. Bypass switch 60 and transducer element 64 are connected in parallel between input 56 and output 58. It should be noted that bypass switch 60 is optional, and that the transducer circuit can only include transducer element 64 optionally along with induction coil 66. Transducer element switches may implement bypass functionality. and/or a bypass state for transducer element 64.

В общем, обходной переключатель 60 может быть управляемым, двухсторонним переключателем. Контроллер 54 может управлять обходным переключателем 60 для размыкания (проведения тока) или замыкания (изолирования).In general, bypass switch 60 may be a controllable, two-way switch. Controller 54 may control bypass switch 60 to open (conduct current) or close (isolate).

Фиг. 3 показывает механический обходной переключатель. На фиг. 4 обходной переключатель состоит из полупроводниковых переключателей 68. Обходной переключатель 68 может состоять из двух встречно-параллельных тиристоров 68. Кроме того, показано, что индукционная катушка 62 может быть последовательно соединена с обходным переключателем 60. Индукционная катушка 62 может иметь индуктивность, по меньшей мере, в 10 раз меньше по сравнению с индукционной катушкой 66.Fig. 3 shows a mechanical bypass switch. In FIG. 4, the bypass switch is comprised of semiconductor switches 68. The bypass switch 68 may be comprised of two anti-parallel thyristors 68. In addition, it is shown that induction coil 62 may be connected in series with bypass switch 60. Induction coil 62 may have an inductance of at least , 10 times less compared to the induction coil 66.

Фиг. 5 показывает последовательно соединенные элементы 64 преобразователя, которые могут быть последовательно соединены между входом 56 и выходом 58 схемы 46a, 46b, 46c преобразователя. Также, последовательное соединение элементов 64 преобразователя может быть последовательно соединено с индукционной катушкой 66. Элементы 64 преобразователя также могут иметь тип трехуровневого полного моста и/или могут содержать трехуровневые полные мосты. Кроме того, последовательное соединение может быть соединено параллельно с обходным переключателем 60 и/или индукционной катушкой 62, как показано на фиг. 3 и 4.Fig. 5 shows series-connected converter elements 64 that can be connected in series between input 56 and output 58 of converter circuitry 46a, 46b, 46c. Also, the series connection of the converter elements 64 may be connected in series with the induction coil 66. The converter elements 64 may also be of the three-level full bridge type and/or may contain three-level full bridges. In addition, a series connection may be connected in parallel with bypass switch 60 and/or induction coil 62, as shown in FIG. 3 and 4.

Каждый элемент 64 преобразователя может содержать полный мост 100, который состоит из двух параллельных полумостов 102. Каждый полумост 102 содержит два последовательно соединенных полупроводниковых переключателя 104, такие как IGBT и/или IGCT, например, с встречно-параллельным диодом. Средняя точка 106 предусматривается между полупроводниковыми переключателями 104 каждого полумоста 102. Средние точки 106 элемента 64 преобразователя соединяются с токовой цепью между входом 56 и выходом 58. Конденсатор 108 элемента преобразователя соединяется параллельно полумостам 102. Посредством управления контроллера 54 полупроводниковые переключатели 104 могут быть переключены, чтобы отсоединять конденсатор 108 от средних точек 106 и соединять конденсатор в двух направлениях с этими средними точками 106. Дополнительно, полупроводниковые переключатели 104 могут переключаться, чтобы выбирать два избыточных нулевых состояния, которые обходят конденсатор 108. Эти нулевые состояния могут рассматриваться как состояние обхода элемента 64 преобразователя.Each converter element 64 may comprise a complete bridge 100, which consists of two parallel half-bridges 102. Each half-bridge 102 contains two semiconductor switches 104 in series, such as an IGBT and/or IGCT, for example, with an anti-parallel diode. A midpoint 106 is provided between the semiconductor switches 104 of each half-bridge 102. The midpoints 106 of the converter element 64 are connected to the current circuit between the input 56 and the output 58. The capacitor 108 of the converter element is connected in parallel with the half-bridges 102. Through the control of the controller 54, the semiconductor switches 104 can be switched to disconnect the capacitor 108 from the midpoints 106 and connect the capacitor in two directions to these midpoints 106. Additionally, the semiconductor switches 104 can be switched to select two redundant zero states that bypass the capacitor 108. These zero states can be considered as a bypass state of the converter element 64 .

Следует отметить, что элемент 64 преобразователя на фиг. 3 и 4 может быть спроектирован аналогично одному из элементов 64 преобразователя на фиг. 5.It should be noted that the transducer element 64 in FIG. 3 and 4 may be designed similarly to one of the transducer elements 64 in FIG. 5.

Фиг. 6 показывает дополнительные варианты осуществления того, как схемы 46a, 46b, 46c преобразователя могут быть соединены с источником 12 питания. Фиг. 6 показывает первичную обмотку 26a или альтернативно вторичную обмотку 26b трансформатора 26. Первичная обмотка 26a или вторичная обмотка 26b трансформатора 26 содержит три обмотки 110, которые соединяются звездой через нейтральную точку 112 звезды. На фиг. 6 каждая обмотка 110 соединяется через схему 46a, 46b, 46c преобразователя с нейтральной точкой 112 звезды. Схемы 46a, 46b, 46c преобразователя на фиг. 6 могут быть спроектированы аналогично схемам преобразователя на фиг. 3-5. Фиг. 7 показывает активный индуктивный реактор 32 и/или компенсирующий преобразователь 34 более подробно. В случае активного индуктивного реактора 32 каждая ветвь 70 может быть такой, как показано на фиг. 5. Ветви 70 могут быть соединены звездой на одном конце и соединены с одной из фаз 28a, 28b, 28c другим концом.Fig. 6 shows additional embodiments of how converter circuits 46a, 46b, 46c can be connected to power supply 12. Fig. 6 shows the primary winding 26a or alternatively the secondary winding 26b of the transformer 26. The primary winding 26a or the secondary winding 26b of the transformer 26 comprises three windings 110 which are connected in star through the star neutral point 112. In FIG. 6, each winding 110 is connected via converter circuitry 46a, 46b, 46c to star point 112. Converter circuits 46a, 46b, 46c in FIG. 6 can be designed similarly to the converter circuits of FIG. 3-5. Fig. 7 shows the active inductive reactor 32 and/or the compensating transducer 34 in more detail. In the case of an active inductive reactor 32, each leg 70 may be as shown in FIG. 5. Legs 70 may be star connected at one end and connected to one of the phases 28a, 28b, 28c at the other end.

В случае компенсирующего преобразователя 34, каждая ветвь 70 может быть преобразователем (таким как активный управляемый мостовой преобразователь) с внутренним хранилищем энергии, например, в форме конденсатора. Ветви 70 могут формировать статический регулируемый компенсатор, который может управляться посредством контроллера 54.In the case of a compensating converter 34, each leg 70 may be a converter (such as an active controlled bridge converter) with internal energy storage, such as in the form of a capacitor. Legs 70 may form a static adjustable compensator that may be controlled by controller 54.

Фиг. 8 показывает фазу активного индуктивного реактора 32. Активный индуктивный реактор 32 содержит вход 72 и выход 74. Обходной переключатель 76 и индукционная катушка 78 последовательно соединяются между входом 72 и выходом 74. Обходной переключатель 76 является управляемым, двухсторонним переключателем, который состоит из двух встречно-параллельных тиристоров 82.Fig. 8 shows the phase of the active inductive reactor 32. The active inductive reactor 32 includes an input 72 and an output 74. Bypass switch 76 and induction coil 78 are connected in series between input 72 and output 74. Bypass switch 76 is a controllable, two-way switch that consists of two counter- parallel thyristors 82.

Фиг. 9 показывает блок-схему последовательности операций способа, который может выполняться автоматически контроллером 54.Fig. 9 shows a flowchart of a method that may be performed automatically by the controller 54.

На этапе S10, во время запуска системы 12 электропитания, элементы 64 преобразователя схем 46a, 46b, 46c преобразователя обходятся посредством замыкания обходного переключателя 60. Система 12 электропитания соединяется своим AC-входом 20 с электрической сетью 22 и снабжается энергией. После подачи энергии на трансформатор 26, которая, например, может быть измерена посредством измерения токов и/или напряжений на стороне AC-входа системы 12 электропитания, обходной переключатель 60 может быть разомкнут, и/или элементы 64 преобразователя могут управляться для регулирования тока электрода.In step S10, during start-up of the power supply system 12, the converter elements 64 of the converter circuits 46a, 46b, 46c are bypassed by closing the bypass switch 60. The power supply system 12 is connected by its AC input 20 to the electrical network 22 and supplied with power. After power is supplied to the transformer 26, which, for example, can be measured by measuring currents and/or voltages on the AC input side of the power supply system 12, the bypass switch 60 can be opened and/or the converter elements 64 can be controlled to regulate the electrode current.

На этапе S12 контроллер 54 измеряет один или более токов и/или одно или более напряжений в системе 12 электропитания. Эти напряжения или токи могут быть напряжением на AC-входе, током на AC-входе, промежуточным напряжением и/или промежуточным током между схемами 46a, 46b, 46c преобразователя и трансформатором 26, напряжением на AC-выходе и/или током на AC-выходе.In step S12, the controller 54 measures one or more currents and/or one or more voltages in the power supply system 12. These voltages or currents may be AC input voltage, AC input current, intermediate voltage and/or intermediate current between converter circuits 46a, 46b, 46c and transformer 26, AC output voltage and/or AC output current. .

Из измеренных величин может быть определен ток электрода, подаваемый к электродам 14. Например, ток электрода может быть непосредственно измерен как ток на AC-выходе или может быть оценен из других измеренных величин.From the measured values, the electrode current supplied to the electrodes 14 can be determined. For example, the electrode current can be directly measured as an AC output current or can be estimated from other measured values.

Элементы 64 преобразователя схем 46a, 46b, 46c преобразователя управляются, так что ток электрода регулируется до номинального тока. Номинальный ток может быть предоставлен посредством внешнего контура управления или может быть определен самим контроллером 54, например, в зависимости от рабочего состояния и/или мощности, которая должна быть подана к электродам 14.Converter elements 64 of converter circuits 46a, 46b, 46c are controlled so that the electrode current is adjusted to the rated current. The rated current may be provided by an external control loop or may be determined by the controller 54 itself, for example depending on the operating condition and/or power to be supplied to the electrodes 14.

На этапе S14 перенапряжение и/или выброс тока в схеме 46a, 46b, 46c преобразователя обнаруживается контроллером на основе измеренных величин. В случае, таком, когда обнаруживается пробой, контроллер 54 защищает схему 46a, 46b, 46c преобразователя с помощью обходного переключателя 60, размыкая и/или замыкая обходной переключатель 60.In step S14, overvoltage and/or current surge in the converter circuit 46a, 46b, 46c is detected by the controller based on the measured values. In the event that a breakdown is detected, controller 54 protects converter circuitry 46a, 46b, 46c with bypass switch 60 by opening and/or closing bypass switch 60.

На этапе S16 контроллер 54 также определяет значение пульсации из измеренных величин, например, из напряжения на AC-входе. Активный индуктивный реактор 32 и/или компенсирующий преобразователь 34 затем могут управляться посредством контроллера 54, чтобы минимизировать значение пульсации.In step S16, the controller 54 also determines the ripple value from the measured values, for example, from the voltage at the AC input. Active inductive reactor 32 and/or compensating transducer 34 can then be controlled by controller 54 to minimize the ripple value.

Также может быть, что дополнительной целью управления схемами 46a, 46b, 46c преобразователя является минимизация пульсации, и схема 46a, 46b, 46c преобразователя и их элементы 64 преобразователя могут управляться соответственно. В этом случае, управление пульсацией может выполняться только с помощью схем 46a, 46b, 46c преобразователя.It may also be that an additional goal of driving the converter circuits 46a, 46b, 46c is to minimize ripple, and the converter circuit 46a, 46b, 46c and their converter elements 64 can be controlled accordingly. In this case, ripple control can only be performed by converter circuits 46a, 46b, 46c.

В то время как изобретение было иллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а указание единственного числа не исключает множества. Один процессор или контроллер или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, чтобы комбинация этих мер не может быть использована с выгодой. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие рамки.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and in the foregoing description, such illustration and description are to be considered illustrative or exemplary and not restrictive; the invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations in the disclosed embodiments may be understood and made by those skilled in the art practicing the claimed invention from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indication of the singular does not exclude the plurality. One processor or controller or other unit may perform the functions of several elements listed in the claims. The mere fact that certain measures are mentioned in different dependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference characters in the claims are not to be construed as limiting boxes.

Список ссылочных символовList of reference characters

10 дуговая печь10 arc furnace

12 система электропитания12 power supply system

14 электрод14 electrode

16 резервуар16 tank

18 механический актуатор18 mechanical actuator

20 AC-вход20 AC input

22 электрическая сеть22 electrical network

24 AC-выход24 AC output

26 трансформатор26 transformer

26a первичная обмотка26a primary winding

26b вторичная обмотка26b secondary winding

28a фаза первичной обмотки28a primary phase

28b фаза первичной обмотки28b primary phase

28c фаза первичной обмотки28c primary phase

30a фаза вторичной обмотки30a secondary phase

30b фаза вторичной обмотки30b secondary phase

30c фаза вторичной обмотки30c secondary phase

32 активный индуктивный реактор32 active inductive reactor

34 компенсирующий преобразователь34 compensating converter

36 фильтр гармоник36 harmonic filter

36a компонент фильтра36a filter component

36b компонент фильтра36b filter component

36c компонент фильтра36c filter component

36d компонент фильтра36d filter component

38 конденсатор фильтра38 filter capacitor

40 индукционная катушка фильтра40 filter induction coil

42 линейный фильтр42 line filter

44 индукционная катушка фильтра44 filter induction coil

46a схема преобразователя46a converter circuit

46b схема преобразователя46b converter circuit

46c схема преобразователя46c converter circuit

48 пассивный фильтр и/или реактор48 passive filter and/or reactor

50 пассивный фильтр и/или реактор50 passive filter and/or reactor

52 индукционная катушка фильтра52 filter induction coil

54 контроллер54 controller

56 вход схемы56 circuit input

58 выход схемы58 circuit output

60 обходной переключатель60 bypass switch

62 индукционная катушка62 telecoil

64 элемент преобразователя64 transducer element

66 индукционная катушка66 telecoil

68 тиристор68 thyristor

70 ветвь70 branch

72 вход72 input

74 выход74 exit

76 обходной переключатель76 bypass switch

78 индукционная катушка78 telecoil

82 тиристор82 thyristor

100 полный мост100 complete bridge

102 полумост102 half bridge

104 полупроводниковый переключатель104 semiconductor switch

106 средняя точка106 middle point

108 конденсатор элемента108 element capacitor

110 обмотка трансформатора110 transformer winding

112 нейтральная точка звезды112 neutral point star

Claims (50)

1. Система (12) электропитания для электродуговой печи (10), причем система (12) электропитания содержит:1. The power supply system (12) for the electric arc furnace (10), the power supply system (12) comprising: AC-вход (20), соединяемый с электрической сетью (22), и AC-выход (24) для питания по меньшей мере одного токового электрода (14) дуговой печи (10), при этом AC-вход (20) имеет по меньшей мере две фазы (28a, 28b, 28c) и AC-выход (24) имеет по меньшей мере две фазы (30a, 30b, 30c);AC input (20) connected to the electrical network (22), and AC output (24) for powering at least one current electrode (14) of the arc furnace (10), while the AC input (20) has at least at least two phases (28a, 28b, 28c) and the AC output (24) has at least two phases (30a, 30b, 30c); схемы (46a, 46b, 46c) преобразователя, соединенные между AC-входом (20) и AC-выходом (24), при этом схема (46a, 46b, 46c) преобразователя соединена в каждой фазе (28a, 28b, 28c) AC-входа (20) или в каждой фазе (30a, 30b, 30c) AC-выхода (24);converter circuits (46a, 46b, 46c) connected between AC input (20) and AC output (24), with converter circuit (46a, 46b, 46c) connected in each phase (28a, 28b, 28c) of AC- input (20) or in each phase (30a, 30b, 30c) AC output (24); трансформатор (26), соединенный между AC-входом (20) и AC-выходом (24);transformer (26) connected between AC input (20) and AC output (24); при этом каждая схема (46a, 46b, 46c) преобразователя содержит по меньшей мере один элемент (64) преобразователя с конденсатором (108) и полупроводниковыми переключателями (104) для последовательного соединения конденсатора между входом (56) схемы и выходом (58) схемы в схеме (46a, 46b, 46c) преобразователя;each circuit (46a, 46b, 46c) of the converter contains at least one element (64) of the converter with a capacitor (108) and semiconductor switches (104) for series connection of the capacitor between the input (56) of the circuit and the output (58) of the circuit in diagram (46a, 46b, 46c) of the converter; при этом система электропитания выполнена с возможностью переключения каждой схемы (46a, 46b, 46c) преобразователя в состояние обхода во время запуска системы (12) электропитания посредством замыкания обходного переключателя, который соединен параллельно по меньшей мере с одним элементом (64) преобразователя схемы преобразователя и который выполнен с возможностью соединения и разъединения входа (56) схемы и выхода (58) схемы; wherein the power supply system is configured to switch each converter circuit (46a, 46b, 46c) into a bypass state during power supply system (12) startup by closing a bypass switch that is connected in parallel with at least one converter element (64) of the converter circuit and which is configured to connect and disconnect the input (56) of the circuit and the output (58) of the circuit; при этом система электропитания выполнена с возможностью управления элементом (64) преобразователя для регулирования тока электрода и размыкания обходного переключателя после подачи энергии на трансформатор (26). wherein the power supply system is configured to control the element (64) of the converter to regulate the current of the electrode and open the bypass switch after power is supplied to the transformer (26). 2. Система электропитания по п. 1,2. The power supply system according to claim 1, при этом полупроводниковые переключатели (104) элемента (64) преобразователя формируют два параллельно соединенных полумоста (102), средние точки (106) которых соединены между входом (56) схемы и выходом (58) схемы;the semiconductor switches (104) of the element (64) of the converter form two parallel-connected half-bridges (102), the midpoints (106) of which are connected between the input (56) of the circuit and the output (58) of the circuit; при этом конденсатор (108) соединен параллельно с полумостами (102).wherein the capacitor (108) is connected in parallel with the half-bridges (102). 3. Система электропитания по п. 1 или 2,3. The power supply system according to claim 1 or 2, при этом каждая схема (46a, 46b, 46c) преобразователя содержит множество элементов (64) преобразователя, соединенных последовательно между входом (56) схемы и выходом (58) схемы.wherein each converter circuit (46a, 46b, 46c) comprises a plurality of converter elements (64) connected in series between circuit input (56) and circuit output (58). 4. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов,4. Power supply system (12) according to one of the preceding claims, при этом обходной переключатель состоит из полупроводниковых переключателей (68).wherein the bypass switch consists of semiconductor switches (68). 5. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов,5. Power supply system (12) according to one of the preceding claims, при этом обходная функциональность реализована посредством полупроводниковых переключателей элемента (64) преобразователя.while the bypass functionality is implemented by means of semiconductor switches of the element (64) of the converter. 6. Система (12) электропитания по одному из пп. 1-3,6. System (12) power according to one of paragraphs. 1-3, при этом обходной переключатель (60) является механическим переключателем.wherein the bypass switch (60) is a mechanical switch. 7. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов,7. Power supply system (12) according to one of the preceding claims, при этом индукционная катушка (66) соединена последовательно по меньшей мере с одним элементом (64) преобразователя.wherein the induction coil (66) is connected in series with at least one element (64) of the transducer. 8. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов,8. Power supply system (12) according to one of the preceding claims, при этом дополнительная индукционная катушка (62) соединена последовательно с обходным переключателем между входом (56) схемы и выходом (58) схемы.wherein the additional induction coil (62) is connected in series with the bypass switch between the input (56) of the circuit and the output (58) of the circuit. 9. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов,9. Power supply system (12) according to one of the preceding claims, при этом трансформатор (26) соединен между AC-входом (20) и схемой (46a, 46b, 46c) преобразователя; илиwherein the transformer (26) is connected between the AC input (20) and the converter circuit (46a, 46b, 46c); or при этом трансформатор (26) соединен между схемой (46a, 46b, 46c) преобразователя и AC-выходом (24); илиwherein the transformer (26) is connected between the converter circuit (46a, 46b, 46c) and the AC output (24); or при этом трансформатор (26) содержит обмотки (110), соединенные с нейтральной точкой (112) звезды на первичной стороне и/или вторичной стороне, при этом схема (46a, 46b, 46c) преобразователя соединена в нейтральной точке (112) звезды.wherein the transformer (26) contains windings (110) connected to the neutral point (112) of the star on the primary side and/or the secondary side, while the circuit (46a, 46b, 46c) of the converter is connected to the neutral point (112) of the star. 10. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая:10. Power supply system (12) according to one of the preceding paragraphs, further comprising: фильтр (36) гармоник, соединенный с AC-входом (20);harmonic filter (36) connected to AC input (20); при этом фильтр (36) гармоник содержит по меньшей мере два компонента (36a, 36b, 36c, 36d) фильтра, каждый из которых содержит конденсатор (38) фильтра и индукционную катушку (40) фильтра и каждый из которых приспособлен для другой гармоники высшего порядка напряжения на AC-входе.wherein the harmonic filter (36) contains at least two filter components (36a, 36b, 36c, 36d), each of which contains a filter capacitor (38) and a filter induction coil (40), and each of which is adapted for a different higher-order harmonic voltage at the AC input. 11. Система (12) электропитания по одному из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая:11. Power supply system (12) according to one of the preceding paragraphs, further comprising: активный индуктивный реактор (32), соединенный с AC-входом (20), при этом активный индуктивный реактор (32) содержит обходной переключатель (76) и индукционную катушку (78), соединенную с AC-входом (20); и/илиan active inductive reactor (32) connected to the AC input (20), wherein the active inductive reactor (32) comprises a bypass switch (76) and an induction coil (78) connected to the AC input (20); and/or компенсирующий преобразователь (34), соединенный с AC-входом (20);compensating converter (34) connected to AC input (20); при этом активный индуктивный реактор (32) и/или компенсирующий преобразователь (34) управляются, чтобы минимизировать пульсацию на AC-входе (20).while the active inductive reactor (32) and/or the compensating converter (34) are controlled to minimize the ripple at the AC input (20). 12. Способ управления системой (12) электропитания по одному из предыдущих пунктов, причем способ содержит этапы, на которых:12. A method for controlling the power supply system (12) according to one of the preceding paragraphs, the method comprising the steps of: определяют ток электрода, подаваемый по меньшей мере к одному электроду (14);determine the electrode current supplied to at least one electrode (14); управляют по меньшей мере одним элементом (64) преобразователя, так что ток электрода регулируется до определенного тока;control at least one element (64) of the converter, so that the current of the electrode is adjusted to a certain current; во время запуска системы (12) электропитания обходят элемент (64) преобразователя, замыкая обходной переключатель;during start-up of the system (12), the power supplies bypass the converter element (64), closing the bypass switch; после снабжения энергией трансформатора (26), соединенного между AC-входом (20) и AC-выходом (24), управляют элементом (64) преобразователя для регулирования тока электрода и размыкают обходной переключатель;after supplying power to the transformer (26) connected between the AC input (20) and the AC output (24), control the converter element (64) to regulate the electrode current and open the bypass switch; при этом схема (46a, 46b, 46c) преобразователя переключается в состояние обхода по меньшей мере посредством одного из переключения элемента (64) преобразователя в состояние обхода и замыкания обходного переключателя.wherein the converter circuit (46a, 46b, 46c) is switched to the bypass state by at least one of switching the converter element (64) to the bypass state and closing the bypass switch. 13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этапы, на которых:13. The method of claim 12, further comprising the steps of: определяют пульсацию на AC-входе (20) системы (12) электропитания;determining the ripple at the AC input (20) of the power supply system (12); управляют элементом (64) преобразователя, так что пульсация уменьшается.control element (64) of the converter, so that the ripple is reduced. 14. Способ по одному из пп. 12-13, дополнительно содержащий этапы, на которых:14. The method according to one of paragraphs. 12-13, further comprising the steps of: обнаруживают перенапряжение и/или выброс тока в схеме (46a, 46b, 46c) преобразователя;detecting overvoltage and/or current surge in the converter circuit (46a, 46b, 46c); защищают схему (46a, 46b, 46c) преобразователя, когда обнаруживается перенапряжение и/или выброс тока, переключая схему (46a, 46b, 46c) преобразователя в состояние обхода. protect the converter circuit (46a, 46b, 46c) when an overvoltage and/or current surge is detected by switching the converter circuit (46a, 46b, 46c) to a bypass state. 15. Электродуговая печь (10), содержащая:15. Electric arc furnace (10), containing: систему (12) электропитания по одному из пп. 1-11;power supply system (12) according to one of paragraphs. 1-11; контроллер (54), выполненный с возможностью выполнения способа по одному из пп. 12-14;controller (54), configured to perform the method according to one of paragraphs. 12-14; резервуар (16) для приема металлического материала;a reservoir (16) for receiving metallic material; токовые электроды (14) для плавления металлического материала, когда снабжаются током из системы (12) электропитания.current electrodes (14) for melting the metallic material when supplied with current from the power supply system (12).

Images