用于电弧炉的供电装置及供电方法与流程

用于电弧炉的供电装置及供电方法
1.本技术是申请号为201510597108.8、申请日2015年9月17日、发明名称“用于供电予一电弧炉的装置及其方法”的分案申请。
技术领域
2.本发明关于用于给一电弧炉供电的一种装置及其方法，特别是允许在一电弧炉中，在所述融化步骤中控制所述电弧。
3.优选地，用于给所述电弧炉供电的所述装置以及方法允许执行由所述融化电弧提供能量的至少两种调整模式。


背景技术：

4.用于融化金属的供电予一电弧炉的所述电极的装置是习知的。
5.所述电极被放入所述电炉以及可以被移动进去所述电炉，靠近/远离所述金属盆，用于调节整体融化的所述固体金属。
6.现有技术的电力启动装置包括用于调节所述电极的位置，允许相对所述金属去抬高或降低所述电极，为了去更改所述电弧的长度。然而，所述电极的位置的调整是相当缓慢的，当在电量或在电弧的产生意外的改变时，无法允许去执行快速的修正。
7.事实上，如果所述电弧变得较长，换句话说，假如所述电极是较远离于所述用于融化的金属，为了去支持以及避免所述电极关闭，所施加的电压必须增加；如果所述电弧变得较短，电流会增加，因此通过所述电弧提供的功率会产生无法控制的增加，可能造成炉或顶部的损坏。
8.所述电弧电压以及给予的电流是与所述电极以及所述用于融化的物质之间的距离呈等比例的。因此，对于给定的运转状态，它提供到达所述电弧的一参考电流，一稳定的电弧状态在相对于功率电压的特性曲线下，是通过调节所述电极和所述物质之间的距离而得到。
9.现有种类的启动装置一般包括一多阀转接器用于转换通过一电力供应网络提供的电压。
10.通过所述转换器的阀，可以调节所述电弧的电压以及长度，用以调节所述融化功率。
11.这些类型的启动装置有个缺点，连接到瞬时吸收能量，这是从电力网络和其发生在熔化的开始由于由电弧的不稳定和废料的滑动产生的频繁短路。在一些情况下，这会引起在网络电压的波动(这种现象也被称为闪烁)。
12.在现有技术的情况下，用于电弧炉的启动装置包括一直流矫正电路，用于转换通过所述电力网络提供的交流电流为直流电流，以及用于启动所述电极的一转换器电路。
13.使用这种类型的现有技术的配置来驱动电弧炉的一个解决方案是在美国专利申请案2007/0247079a1和美国专利申请案us6421366 b1中所述的例子。
14.然而，存在于这些启动装置的转换器电路不允许补偿从电弧送出以及影响到电力
网络的干扰。确实，转换器电路，因为所执行的电流的调制，当在电流中产生谐波进入所述电力网络中可能是有害的。
15.本发明的目的在于得到允许有效率地调整功率的一种用于供电予一电弧炉的一种装置及其方法。
16.本发明的另一目的是用于得到一装置以及实施允许去调节所述电弧电压以及所述电弧电流以保证在融化时所述电弧的稳定度的一方法。
17.本发明的另一目的是用于得到降低相较于一现有技术的类型的装置影响所述电力网络中的干扰。
18.本技术人已经设计，试验和实施了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些和其它目的和优点。


技术实现要素：

19.本发明阐述和表示特征在独立权利要求，同时从属权利要求描述其他特征或对所述主要发明构思的变量。
20.按照上述目的，用于供电给一电弧炉的一装置包括至少一上方电极，优选为二个或三个，其可以连接至一电力网络以提供所述电极电能，用以产生一电弧，以融化一金属块。
21.所述装置包括一电力调节单元，其插入所述电力网络以及所述电极之间并与所述电力网络以及所述电极连接，并用于调节供电给所述电极的至少一电量。
22.按照本发明的一目的，所述装置包括插介于所述电极以及所述电力调节单元之间用于侦测所述电量的至少一侦测装置；一定位装置用于移动所述至少一电极靠近/远离欲融化的所述金属块。
23.按照本发明的另一目的，所述装置包括连接至所述电力调节单元、所述电力网络以及所述定位装置的一控制与命令单元，所述控制与命令单元被配置为在入口接收供给电流、供给电压、所述电弧电流、所述电弧电压以及参考电源ps，并计算用来操控所述电力调节单元的调整的至少一参考电流数值以及操控所述定位装置的调整的一参考电压数值，并通过将所述参考电流作动在所述电力调节单元以实施所述电弧的一第一控制，以及通过将所述参考电压作动在所述定位装置以实施所述电弧的一第二控制，其中，
24.所述第一控制通过电量的调整，管理相应于所需的熔化能力的电量，小振幅变动的快速动态特性；所述第二控制通过所述电极的移动，管理较大的振幅变动的缓慢动态特性。
25.以这种方式，可以实现一混合控制装置，其中，相应于所需的熔化能力的电量，小振幅变动的快速动态特性通过所述第一控制管理，即，通过电量的调整而进行管理，而较大的振幅变动的缓慢动态特性通过所述第二控制管理，即通过所述电极的移动而进行管理。本发明的实施方式的形式还涉及一种给一电弧炉供电的电力供应方法，所述方法提供以通过一电力网络供电给至少一电极从而产生一电弧，并通过插入并连接至所述电力网络以及连接至所述电极之间的一电力调节单元来调节用于供电给所述电极的至少一电量。
26.依照实施例的某些形式，使用插入在介于所述电极以及所述电力调节单元之间的侦测装置去侦测电弧电流和电弧电压；利用一定位装置移动所述至少一电极靠近/远离欲
融化的金属块；及使用一控制与命令单元控制所述电力调节单元和所述定位装置，所述控制与命令单元在入口接收供给电流、供给电压、所述电弧电流、所述电弧电压以及参考电源ps，并计算用来操控所述电力调节单元的调整的至少一参考电流数值以及操控所述定位装置的调整的一参考电压数值，以通过所述参考电流作动在所述电力调节单元来实施所述电弧的一第一控制以及通过所述参考电压作动在所述定位装置来实施所述电弧的一第二控制，其中，所述第一控制通过电量的调整，管理相应于所需的熔化能力的电量，小振幅变动的快速动态特性；所述第二控制通过所述电极的移动，管理较大的振幅变动的缓慢动态特性。
附图说明
27.本发明的这些和其它特点将从对后续实施例的一些形式的描述中变得显而易见，作为伴随附图的非限制性的范例，其中:
28.图1，绘示依照这里描述的某些形式的实施例的用于一电弧炉的电力供应装置的示意图；
29.图2，绘示在图1中依照这里描述的某些形式的实施例的详细示意图。
30.为了便于理解，相同的参考代码已被使用，在可能的情况，用于定义在附图中相同的一般组件。应当理解的是，实施例的一种形式中的特性和组件可以方便地结合至其它形式的实施例，而无需进一步的澄清。
具体实施方式
31.我们现在将详细参考本发明的实施例的各种形式的，其中一个或多个范例表示于附图中。每一个实例通过本发明的说明的方式提供的，不应被理解为限制本发明。例如，表示的特征或因此描述作为它们的实施例的一种形式的部分可以被采用的或相关联的，其它形式的实施方案，以产生实施例的另一种形式的特征。可以理解的是，本发明应当包括所有这些修改和变更。
32.依照本发明，本发明关于一种用于给一电弧炉60供电的装置10。
33.所述电弧炉60包括一个或多个电极62，在这种情况下，例如以一个电极62为例，可以被提供电力以提供用于融化一金属块所需要的能量。
34.依照实施例的一些形式，可以有两个、三个或多于三个电极62。
35.所述装置10连接至一电力网络50，例如，一个三相电力网络，在图2中用三相r.s.t表示。
36.所述电力网络50向所述电极62供应融化所需要的电量。
37.优选地，一供给电流ii以及一供给电压ui可以从所述电力网络50获得，通过所述装置10适当地供电给所述电极62。
38.依照实施例的一些形式，所述装置10包括侦测装置24，26，其设置于去侦测通过所述电力网络50提供的各别对应所述供给电流ii以及所述供给电压ui的数值。
39.所述侦测装置24可以是，例如，一安培计或一互感式安培计，设置用于侦测所述供给电流ii的强度，同时所述侦测装置26可以是，例如，一伏特计或一互感式伏特计，设置用于侦测电压差异，即所述供给电压ui。
40.依照实施例的一些形式，所述装置10包括插入以及连接至所述电力网络50以及所述电极62的一电力调节单元12，用于调节供电给所述电弧炉60的所述一个或多个电极62的至少一电量，并保证所述电弧的稳定度。
41.依照本发明的一可能的规划，所述电量的调整用于提供所述电力供给电流的强度以及频率。
42.依照一可能的变形例，所述电量的调整用于去调整所述供给电压的频率、波型以及振幅，允许去控制所述电流供应以及必然地控制所述融化能量。
43.依照实施例的一些形式，所述电力调节单元12包括一转换装置18，设置用于转换所述电力网络50的所述供给电流ii以及所述供给电压ui为所述电弧的电流数值ia以及所述电弧的电压数值ua以供电给所述电极62。
44.依照实施例的一些形式，所述转换装置18包括复数个模块34，每个模块34包括一相位次模块34r，34s，34t用于所述供给电流的所述项位电流r，s，t。
45.所述些模块34彼此并联连接并与所述电力网络50连接，每个模块34设置用于转换所述供给电流ii以及所述供给电压ui。
46.所述相位次模块34r，34s，34t允许去管理对每一个相位r，s，t的供给电流ii以及供给电压ui。
47.即使模块的数量可以多于或少于三个，依照图1提供三个模块34。
48.依照实施例的一些形式(图2)，每一个相位次模块34r，34s，34t包括一直流矫正电路36，设置用于直流矫正以及或者调整通过所述电力网络50提供的各自的相位电流。
49.所述直流矫正电路36能够通过一受控制的二极管桥接或晶体闸流管桥接的手段来实现。
50.依照使用图2所描述的实施例的一些形式，每一个相位次模块34r，34s，34t包括在直流的一中间电路38,也称作直流链(dc-link)，设置用于储存能量以及创造介于所述外部的电力网络50以及所述电极62之间的一分隔，以及一反相电路40,设置用于在出口处反转电流、调整频率以及可能的交流电流的基本的振幅。
51.对于供电给同相位的电极侧的每一个反相电路40而言，一中间电路38的存在允许去补偿来自所述电弧的干扰，进而限制了在电源网络50上的负面影响。
52.依照实施例的一些形式，所述反相电路40是一个多脉冲整流电路。在可能的实施方式中，所述反相电路40可以提供一个12个脉冲的调整，或者是12的倍数，例如24或36脉冲。
53.这允许相当程度的降低不需要的高于基频的谐波的贡献，一般而言，50赫兹或60赫兹，造成效能的损失。甚者，高于基频的谐波可以在所述电力网络中产生干扰，进而可能对其他连接到所述电力网络的使用者应用有损害。
54.依照实施例的一些形式，所述个别的供电相位次模块34r，34s，34t的虚线中间是连接到彼此以及中性线n。在这种情况下，即使一相位次模块34r，34s，34t不导通，可能在任何情况下有伴随所述预期数量的脉冲的一调整。相反地，假如所述个别的供电相位次模块34r，34s，34t的虚线中间没有连接到彼此，如果他们其中之一不导通或者有故障，便会失去脉冲的来源。
55.依照实施例的一些形式，所述反相电路40包括复数从半导体、二极管、例如硅控整
流器(scr)、交流硅控闸流体(triac)、双向闸流体(gt0)、基体闸换向闸流体(igct)、金属氧化半导体控制闸流体(mct)的闸流体以及例如双极接面晶体管(bjt)、金属氧化物半导体场效晶体管(m0sfet)、绝缘闸双极晶体管(igbt)的晶体管之中选择的装置。
56.依照实施例的一些形式，一个或多个模块34针对每个相位r，s，t提供电力予所述直流矫正电路36、所述中间电路38以及所述反相电路40。
57.依照实施例的一些形式，可以提供以及并联的设置用于每个相位r，s，t的许多反相电路。
58.半导体装置的使用允许在任何时刻去控制电流，即使非常快速地通过转换所述装置开启以及关闭。
59.依照实施例的一些形式，没有绘示于图中，所述反相电路40可以提供对于瞬间干扰的保护，藉以保护所述半导体装置以及因此保护所述反相电路40本身。
60.依照实施例的一些形式，每一个相位次模块34r，34s，34t可以包括一直流矫正电路36以及四个单元，每个单元由一中间电路38以及一反相电路40组成。
61.依照实施例的一些形式，对于每一个所述模块，所述直流矫正电路以及所述反相电路是相同的，为了去最小化需要提供的备品数量，使可能的替换以及维修容易。
62.进一步，对于所述电力网络50，所述模块34看来就像是平衡的三相负载。
63.依照实施例的一些形式(图1)，被插入在介于所述电极62以及所述电力调节单元12之间的至少一侦测装置是用于侦测所述电量，在这种情况下两个侦测装置，换句话说，个别地一电流侦测装置20用于侦测所述电弧电流ia，以及用于供给所述电弧电力的一电压侦测装置用于侦测电弧电压ua。
64.所述电流侦测装置20可以例如是一安培计或一互感式安培计，设置用于侦测所述电弧电流ia的强度，即通过所述电力调节单元12提供给所述电极62的电流的强度。所述电压侦测装置22例如可以是一伏特计或一互感式伏特计，设置用于侦测电压差异，即，所述电极62的电弧电压ua，所述电弧电压ua依照所述电极62相对于所述用于融化的金属块的距离而定。
65.依照实施例的一些形式(图1)，所述装置10包括一控制与命令单元16，其连接至所述电力调节单元12以及所述电力网络50，且设置用于计算被送至所述电力调节单元12并用于决定在所述电炉60中的所述电弧的一稳定状态的至少一参考电流数值ir。
66.所述控制与命令单元16也可以设置用于计算所述电弧的强度的其他调整的一参考电压ur，会在后续说明。
67.所述控制与命令单元16设置用于至少在由所述外部电力网络50在入口提供的所述供给电流ii以及所述供给电压ui，以及通过所述侦测装置20，22侦测的所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua的基准上决定所述参考电流ir以及参考电压ur的参考数值。
68.优选地，所述控制与命令单元16调整所述电力调节单元12的功能因此所述电量(所述电弧电压ua以及电弧电流ia)达到一振幅以及相对的相位偏移以保证所述电弧是维持的以及有降低损失到最小数值的一操作频率。
69.依照图1的解决方案，所述控制与命令单元16包括连接在所述电力网络50以及所述电力调节单元12之间的一功率调整器27。
70.所述功率调整器27设置用于计算所述参考电流ir、参考电压ur以及所述波形的频
率。
71.—参考电源ps，例如一设定的功率，例如可以通过依使用者被设定在所述功率调整器27中。
72.依照实施例的一些形式，所述参考电压ur是以所述融化/工作步骤的一方程式计算而得，以及必然地所述参考电流ir被设定，用以追踪所述参考电源ps。
73.依照实施例的一些形式，所述控制与命令单元16也可包括连接至所述功率调整器27、所述侦测装置20,22且用于基于相对于所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua的入口参数，以决定所述电弧的数学模型，以及去决定最佳的功能状态，以在所述保证所述电弧的稳定度，以及基于所述参考电源ps去调整最佳可能的功率提供的一处理单元28。
74.依照一可能的实施方式，所述处理单元28可以设置用于计算出相对于所述电弧的最佳功能状态的用于提供给所述功率调整器去决定所述参考电流ir以及所述参考电压的至少一理想电流数值i0以及一理想电压数值u0。
75.依照实施例的一些形式，在这种情况下，介在所述侦测装置22,24分别的所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua以及所述控制与命令单元16之间，所述处理单元28可以提供信号调控组件30,32。每一个信号调控组件30,32被设置用于基于必须被考虑的一参考数值去放大以及稳定有关所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua的所述信号。所述参考数值可以是平均数值、瞬间数值或实际数值。
76.每一个信号调控组件30，32允许在出口得到稳定以及适合被所述处理单元28处理的一个稳定的电流数值以及一个稳定的电压数值ia’，ua’。
77.依照实施例的可能的变化形式，未图标，所述信号调控组件30,32可以被整合至所述控制与命令单元16中。
78.依照实施例的一些形式(图1)，所述电力调节单元12包括介于所述控制与命令单元16以及所述转换装置18以及设置用于在入口处接收通过所述控制与命令单元16计算的所述参考电流数值ir—用于调节电流的装置42。
79.依照实施例的可能形式，所述电流调节装置42可以是允许去调节所述反相器的切换频率以及使用带宽以及可以允许降低所述设备损耗的一迟滞稳压器或一脉冲宽度调变(pwm)稳压器。所述电流调节装置42特别用于决定必须要输入至所述电极62的所述电弧电流ia的波形。
80.依照实施例的一些形式，所述电流调节装置42可以决定所述转换装置18的一调整，具有用于提供每个电极62具有相同波形的一单一电流调节。
81.依照实施例的一些形式绘示如图1，所述电流调节装置42也连接至所述信号调控组件30，32，用以在入口接收不只所述参考电流ir的数值还有所述稳定的电流ia’以及所述稳定的电压ua’的所述放大的以及稳定的数值，以及处理他们已决定一个被传送至所述转换装置18的一控制信号。
82.依照可能的变量，所述电流调节装置42可以决定所述转换装置18的一调整具有用于提供每个电极62具有相同波形的一独立的电流调节。
83.依照本发明的一个目的，所述装置10包括设置用于移动所述至少一电极62靠近/远离用于融化的所述金属块，以这种方式去调节所述融化功率。
84.在所述电极62相对于所述金属块的位置的变化决定所述电弧的电压的本质，以及
进而所述电弧电压ua的状态式通过所述电压侦测装置22测量得知。
85.通过管理所述电极62的位置，也可能去实施在产生所述电弧以及提供所述融化功率的一控制。
86.依照实施例的一些可能形式，所述定位装置46可以连接至一电极控制装置44，用于控制所述电极的位置，以及因此操控所述定位装置46,以便所述电弧是稳定的。
87.所述电极控制装置44至少被连接至所述电压侦测装置22，用以管理所述电极62的位置。
88.依照实施例的一可能解决方案，所述电极控制装置44也连接至所述控制与命令单元16,用于去操控所述定位装置46以如同所述电弧电压ua以及由所述控制与命令单元16计算的所述参考电压ur两者之一的方程式进行作动。
89.优选地，所述电极控制装置44调整所述定位装置46取得所述电弧电压ua至所述参考电压ur。
90.依照图1的实施例的形式，所述电极控制装置44可以连接至所述调控组件32，已接收从关于所述电弧电压ua的所述稳定的电压数值ua’以及当作所述后者的一方程式以用于操控所述定位装置46。
91.依照本发明的可能的实施方法，所述定位装置46可以从一群组包括一机械制动器、一电力制动器、一气动制动器、一水力制动器、一铰接结构、一机械结构、相似以及适合相比的组件或一个上述中可能的组合的至少一种被选择出来。
92.依照实施例的可能变化的形式，未图示，所述电极控制装置44可以整合至所述控制与命令单元16中。
93.依照实施例的一些形式，所述控制与命令单元16在入口接收所述供给电流ii、所述供给电压ui、所述电弧电流ia、所述电弧电压ua以及可能的所述参考功率ps的数值。
94.所述控制与命令单元16处理接收的数据以及决定参考电流ir以及参考电压ur的数值，进而个别传送至所述电力调节单元12以及所述电压调节单元14。
95.既然如此，所述控制与命令单元16执行回馈供应电力给所述电极62的所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua两者的一控制，进而允许对其相对所述理想电流数值i0以及所述理想电压数值u0进行补偿可能的偏差。
96.依照实施例的一些形式，此外，所述控制与命令单元16比较所述设定的参考功率ps数值与所述实际供给电流ii、所述供给电压ui、所述电弧电流ia以及所述电弧电压ua，计算所述参考电流ir、所述参考电压ur以及两者波形的频率，用以优化对所述电极62的供电。
97.既然如此，所述参考电流ir以及所述参考电压ur的数值可以被独立的使用，以个别实施通过作动在所述电力调节单元12以实施所述电弧的一第一控制，以及通过作动在所述定位装置46以实施所述电弧的一第二控制。
98.优选地，所述第一控制可以实施以补偿所述电弧的所述电流的意外的变动进而避免对于电子组件可能的损害，而所述第二控制允许在一较低的频率下调整所述电弧，随着时间推移，在所述电弧电压上补偿的变化是逐渐以及可预测的，基于标准功能状态下决定范例。
99.此双重控制允许解决负载的不稳定的问题，尤其是在一开始的启动阶段，当负载是永远不平衡的，简化所述电弧的维护以及允许去补偿无法在事前被预知的不标准功能状
态。
100.此解决方案也避免所述电弧炉60的墙壁的损害，例如，因为温度差异造成的短路，会随着所述电极62被插入的时间会降低其耐用度。这允许降低必须被实施在所述装置10以及所述电弧炉60的维护的频率。
101.显而易见地，组件的修改及/或添加可以被施加制所述装置以及方法如同到此的描述，在不脱离本发明的领域和范围。
102.同样显而易见地，虽然本发明已经被通过伴随一些特定的范例进行描述，对于熟悉本技术领域的技术人员，在前述的申请专利范围的技术特征下，必然可以完成许多其他同等形式的装置以及方法，这些也应视为本发明的保护范围。