專利名稱：由可控電流饋電的直接電弧爐及對(duì)直接電弧爐饋以可控電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及饋以可控電流的三相直接電弧電爐，也涉及將可控電流饋給三相直接電弧電爐的方法。
本發(fā)明被用于為熔煉金屬，特別是鐵和合金的三相電弧爐。
直接電弧爐目前主要被用于熔煉和精煉鋼，并且差不多全是三相爐子。
在近二十年中，每只爐子的功率得到極大的提高，從單機(jī)功率16MW和20MVA增到大于85MW和120MVA。
這樣大的功率給供電電網(wǎng)帶來(lái)電壓擾動(dòng)(波動(dòng))，以及由于電感性負(fù)載所導(dǎo)致的相當(dāng)大的相位移等大問(wèn)題。
為校正由此電感性負(fù)載造成的相位差和減少電壓波動(dòng)，現(xiàn)代補(bǔ)償技術(shù)使用了各種帶有可控二極管一起運(yùn)行的無(wú)功功率補(bǔ)償器。
調(diào)節(jié)原理示于

圖1及以下三個(gè)電感器和三相中壓線并聯(lián)布置，該線是作為強(qiáng)電感負(fù)載的爐子供電點(diǎn);這些電感器通過(guò)晶閘管T被供電，其導(dǎo)電角由裝置SI檢測(cè)的電流為基礎(chǔ)來(lái)控制的。
此調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持恒定并在由爐子需用的總無(wú)功功率為零處平衡，電感器L1和L2和若干組功率因數(shù)校正電容器CR都聯(lián)到中壓電源線上。
若干組功率因數(shù)校正電容器CR加上適當(dāng)?shù)碾姼衅饕部赏瓿蔀V除由爐子及補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波。
借助于適當(dāng)?shù)囊簤貉b置GI改變電極高度，以試圖保持電弧的電阻為常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)爐子電弧的有功功率。
為了克服這種對(duì)所吸取的電流的間接調(diào)節(jié)型式帶來(lái)的困難和一些缺點(diǎn)，近來(lái)生產(chǎn)出了直接電弧電爐，這種型式有一個(gè)單電極，電流的返回靠爐子外殼。
電弧的供電電流，由可控二極管或晶閘管組成的整流裝置提供。這個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)重大缺點(diǎn)。一方面它難于獲得電流的返回路徑，同時(shí)另一方面整流系統(tǒng)產(chǎn)生很強(qiáng)的奇次諧波。
為了消除這兩種電弧爐的這些嚴(yán)重缺點(diǎn)，本申請(qǐng)人設(shè)計(jì)、試驗(yàn)并實(shí)施了本發(fā)明，它以前述目的作為其目標(biāo)。
本發(fā)明饋以可控電流的三相直接電弧電爐，可有利地但非基本地用于鐵基合金，該電爐包括用于借助對(duì)電極高度作用來(lái)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度的裝置，包括用于電弧爐的至少一條中壓線、一個(gè)變壓器的電爐電源，在每一相連接中壓線和變壓器的那一部分內(nèi)包括的調(diào)節(jié)電弧電流的裝置，以及包括至少一個(gè)電感器和一個(gè)用于測(cè)量被電弧吸取的電流強(qiáng)度的裝置，該電爐特征在于至少一個(gè)晶閘管控制的閥(T)被包括于和至少是第一電感器(L1)的一部分并聯(lián)。
將可控電流饋給用于熔煉金屬，以及雖屬有利但非基本的用于熔煉鐵基合金的三相直接電弧電爐的方法，其特征在于一個(gè)控制裝置(GC)直接作用于爐子的電弧電流并使等效串聯(lián)電抗整體數(shù)值改變。
根據(jù)本發(fā)明，控制機(jī)構(gòu)直接作用于爐子的電弧電流以決定運(yùn)行點(diǎn)并減少擾動(dòng)，這與現(xiàn)有技術(shù)不同，它讓爐子內(nèi)電流自由地生成，且只用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度來(lái)控制，而抗波動(dòng)控制系統(tǒng)隨后試圖調(diào)節(jié)主電源側(cè)的狀態(tài)。
現(xiàn)在的三相電弧爐通常連接到獨(dú)立工作的和爐子并聯(lián)的補(bǔ)償系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的爐子的三個(gè)電弧，按照其解決辦法的一種構(gòu)思給每一電弧施加一由第一電感器LI限制的第一基本電流。第二電流被第二電感器L2疊加到第一電流上，第二電流借助于具有傳輸功能的晶閘管T，由經(jīng)分析第一基本電流的值和/或其初始斜率或趨勢(shì)來(lái)考慮電弧運(yùn)行狀態(tài)的傳遞函數(shù)來(lái)操作和調(diào)節(jié)。
根據(jù)另一種方案，除了分析其值和/或初始斜率，還要分析工廠各處需要討論的電量，特別是變壓器有載抽頭變換器的位置的狀態(tài)。
根據(jù)解決辦法的構(gòu)思的又一方案，飽和電抗器RS可以適當(dāng)?shù)赜脕?lái)代替電感器L1和L2和晶閘管T。
根據(jù)本發(fā)明，功率因數(shù)校正電容器也被用作吸收由電爐對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波的濾波器，以和現(xiàn)有技術(shù)完全類(lèi)似的方式安置成并聯(lián)在中壓匯流排上，但電容量數(shù)值要小得多。
參考作為非限制性例子提供的附圖，圖1表示現(xiàn)有技術(shù)。
圖2表示本發(fā)明，并使發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別得以了解。圖3和4表示解決辦法構(gòu)思的各種方案。
現(xiàn)在來(lái)詳細(xì)看看現(xiàn)有技術(shù)和發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同處在中壓線和電爐變壓器之間的部分。
圖1中，電感器L1具有這樣的目的，使電爐關(guān)于可用的變換功率，電弧長(zhǎng)度，電流強(qiáng)度和輻射指數(shù)的運(yùn)行點(diǎn)優(yōu)化，以及用精選它的值使其更有適應(yīng)性。
電感器L1的選定通過(guò)決定工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該工作點(diǎn)對(duì)保證適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換功率和對(duì)熔煉過(guò)程工藝要求來(lái)說(shuō)有足夠高的電弧電流，以及同時(shí)要限制在電極短路時(shí)的峰值電流等這些相反的要求保持平衡。
選取電感器L1間接地影響電弧熱輻射，它必需在考慮生產(chǎn)效率所需的最小值和因耐火襯壁磨損的限制及保持相關(guān)的安全極限所定的最大值之間變動(dòng)。
因而補(bǔ)償由電爐吸取的電感性無(wú)功功率是重要的。
必需的電容性無(wú)功補(bǔ)償功率通過(guò)把固定的功率因數(shù)校正電容器組CR并聯(lián)到中壓線(通常是中點(diǎn)絕緣或接地的星形連接)，以及用固定的電感器L2和晶閘管操作的閥T(由晶閘管控制的電感器)得到的可變電感來(lái)獲得，電感器L2的接法是三角接法。
電感器LF也被用作濾波器并被安置成與晶閘管T和電容器CR相串聯(lián)。
可變補(bǔ)償?shù)男枨?，使在電源點(diǎn)讓平均功率因數(shù)比供電當(dāng)局規(guī)定的要高的要求并不能滿足得那么好。反而對(duì)于吸取的與電網(wǎng)里電壓波動(dòng)相應(yīng)的無(wú)功功率峰值，可極快地補(bǔ)償?shù)目赡苄缘挂獫M足得好些。
電容器組CR和電感器L2的選定根據(jù)由爐子要求的最大無(wú)功功率(等于爐子短路功率)來(lái)實(shí)行，該無(wú)功功率用一個(gè)由于所述的補(bǔ)償裝置(CR+L2+T)不完全補(bǔ)償之故而大于1的系數(shù)來(lái)校正。
電感器LF也還有濾波任務(wù)并安置得晶閘管T和電容器CR串聯(lián)。
被電爐每個(gè)供電相所吸取的無(wú)功功率的測(cè)量用裝置S1逐相地進(jìn)行，該裝置產(chǎn)生電弧電流控制系統(tǒng)反饋信號(hào)。
在所有時(shí)間內(nèi)由電容器組CR吸取的容性電流必須同被電爐和被由晶閘管T控制的電感器L2吸取的感性電流相平衡。
圖中標(biāo)GI的第二調(diào)節(jié)裝置與控制電弧電阻的電路構(gòu)成相關(guān)。
已知，例如適當(dāng)?shù)囊簤菏剿欧C(jī)構(gòu)GI安排得垂直地移動(dòng)電極，使電爐阻抗保持恒定。
機(jī)械調(diào)節(jié)其時(shí)間常數(shù)明顯地慢于上述電調(diào)節(jié)型式，因而對(duì)電干擾的作用不太有效。
下面轉(zhuǎn)到簡(jiǎn)要地示于圖2的本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)電感器L1實(shí)現(xiàn)圖1中所示現(xiàn)有技術(shù)里包含的類(lèi)似元件的同樣作用。
可變的電感器用固定電感器L2和晶閘管操作的閥T來(lái)獲得，且和電感器L1并聯(lián)安置，因而提供可和電爐電源串聯(lián)的可變電感。
裝置S1測(cè)量由電弧吸取的電流的強(qiáng)度，并且發(fā)出一個(gè)信號(hào)去驅(qū)動(dòng)晶閘管T的控制系統(tǒng)。
有可能以這種方式保持被電爐吸取的電流在很寬的限度內(nèi)為常數(shù)，因而得到一個(gè)可控電流的電源。
電弧阻抗的變動(dòng)被串聯(lián)安排的等效電感器阻抗相反的變動(dòng)所補(bǔ)償，此等效電感器由L1和L2并聯(lián)構(gòu)成。
例如，假使電弧趨向于消失，則減小電感來(lái)增加電流。
反之，假使電極被熔煉的廢料所短路，電感器的電感變到最大值以便限制電網(wǎng)中造成的電壓降。就是說(shuō)，存在一種趨勢(shì)，校正電網(wǎng)中擾動(dòng)的起因，而不象現(xiàn)有技術(shù)那樣用靜態(tài)可變補(bǔ)償器校正其后果。
等效串聯(lián)電感的自動(dòng)控制，依賴于電弧電流，因而形成所示構(gòu)形的革新的內(nèi)容。
所闡明的控制也可以和電弧長(zhǎng)度的液壓調(diào)節(jié)GI一起工作。
雖然兩種型式的控制按其目的能在爐子側(cè)維持恒定阻抗，但它們有一些差別。作用于電弧長(zhǎng)度的影響電極位置的位置調(diào)節(jié)GI可以改變的僅僅是阻抗的電阻部分，其中等效串聯(lián)電感(L1，L2并聯(lián))的電調(diào)節(jié)直接改變電抗部分，通過(guò)作用于弧電流，也對(duì)等效電阻起作用。
然而，時(shí)間常數(shù)很不一樣，因?yàn)樵谝环N情況下涉及機(jī)械式的作用，而另一種情況只包含電的作用。
逐相地進(jìn)行的等效串聯(lián)電抗的調(diào)節(jié)也能使在電爐次級(jí)電路構(gòu)成(從電爐變壓器輸出到電弧)中的固有阻抗不平衡被校正，三個(gè)相中的電流可保持恒定，因而克服了所謂的“冷相”(cold phase)和“狂相”(wild phase)問(wèn)題。
現(xiàn)有技術(shù)中和在這里提出的技術(shù)中用晶閘管T控制的電感器根據(jù)從監(jiān)視器S1來(lái)的信號(hào)來(lái)操縱，這些信號(hào)由一控制裝置GC處理。
這里提出的技術(shù)中，此控制裝置GC也能接受反映電路各部分中其他電量變化的信號(hào)。因此它能例如借助于變壓器TV接受中壓線來(lái)的測(cè)量信號(hào)，又例如，可接受通過(guò)控制GC而得到的電極位置信號(hào)，也能接受其他來(lái)源的信號(hào)，例如，變壓器有載轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)位置的或其他設(shè)定的信號(hào)。
然而，控制裝置GC用消除通過(guò)電感器的電流中連續(xù)分量來(lái)阻止其飽和。
功率因數(shù)校正電容器CR接到中壓線，它有把被電爐吸取的功率的無(wú)功分量的功率因數(shù)校正到供電當(dāng)局給定范圍內(nèi)之任務(wù)。
如在圖1，2中可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成提供了通常的構(gòu)成中已被包括的那些同樣的成分。但這些成分功能上以不同的方式被利用。
最后，有不同的選定值的各成分不同的應(yīng)用造成若干重要的結(jié)構(gòu)上節(jié)省。
可以在爐子的有效功率相等以及在電網(wǎng)中產(chǎn)生的波動(dòng)擾動(dòng)相等條件下進(jìn)行兩種解決辦法的對(duì)比。
電感器L1，盡管有較大的電抗，通常在本發(fā)明中只被注入部分爐子運(yùn)行電流。就其功率而言，從而其價(jià)格來(lái)說(shuō)并計(jì)及由于短路過(guò)載的安全因數(shù)大約是圖1構(gòu)成所要求的30-40%。
功率因數(shù)校正電容器CR也減少很多。事實(shí)上，在圖1情況下，正如我們已經(jīng)注意到的，容性無(wú)功功率被選定在比在電極上短路功率還要大的值上。在圖2情況，只需校正在運(yùn)行點(diǎn)被爐子吸取的一部分無(wú)功功率的功率因數(shù)，結(jié)果減少約為70-80%。
由晶閘管T操作的閥控制的電感器L2的值在理論上能取為零，所以可允許得到爐子串聯(lián)電抗最大范圍的調(diào)節(jié)。
與熔煉過(guò)程和閥T的實(shí)例相連系的工藝上的理由，使得與圖1實(shí)例比較，假如考慮了預(yù)防因素的話，其減少可達(dá)約80-90%。
閥T本身，根據(jù)本發(fā)明選在低電壓及不太大電流，選定量降低的系數(shù)大約為40-50%。此值用計(jì)算加到閥T上的最大電壓乘以通過(guò)它的最大電流的乘積來(lái)獲得。
除了結(jié)構(gòu)上在各組成成分方面獲得的節(jié)省外，還必需計(jì)及工作費(fèi)用方面的改進(jìn)，此改進(jìn)主要由于降低了電弧電氣上變化所得。
實(shí)際上，電流增加穩(wěn)定性及三個(gè)相上的均衡性獲得較高的生產(chǎn)過(guò)程效率，電極和耐火襯壁較小的磨損，以及在短路發(fā)生時(shí)較小的電動(dòng)應(yīng)力。
由于本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)是自動(dòng)控制串聯(lián)在爐子側(cè)電路中電抗，可以提出若干不同方式的控制的變化方案。
圖3a是第一種這種變化方案，取消了電感器L2但保留由晶閘管T操作的閥;如我們?cè)谇耙岩?jiàn)到，包括電感器L2并非實(shí)質(zhì)性的，實(shí)際上是由于工藝上的理由。
圖3b是另一種變化方案，它提出調(diào)節(jié)是非連續(xù)的，而是分步的。從電感器L1分出若干中間激勵(lì)抽頭通到晶閘管操作的開(kāi)關(guān)去，此方案使較簡(jiǎn)單的控制成為可能，但不允許爐側(cè)阻抗，從而相電流的細(xì)調(diào)節(jié)。
圖4的方案提出應(yīng)用飽和電抗器RS代替L1，L2和T。
飽和電抗器由適當(dāng)?shù)?、由控制電路GC供電的恒定直流激勵(lì)，具有可提供比爐子額定電流IN低的小電流下為低電抗，而在高的電流時(shí)為高電抗的特性。
這樣可得到相當(dāng)大地限制過(guò)電流因而限制電壓波動(dòng)的結(jié)果。
此解決辦法優(yōu)點(diǎn)是不需復(fù)雜的控制系統(tǒng)GC，事實(shí)上，當(dāng)相應(yīng)于爐子運(yùn)行點(diǎn)的IN的直流電已設(shè)定時(shí)，飽和電抗器自動(dòng)地限制過(guò)電流。
控制電路GC根據(jù)電爐運(yùn)行點(diǎn)確定飽和電抗器的激勵(lì)電流。
為得此功能，調(diào)節(jié)器GC同電極高度調(diào)節(jié)器GI以及電爐變壓器有載電壓抽頭變換器聯(lián)接。
根據(jù)一個(gè)方案，調(diào)節(jié)器GC不僅參照來(lái)自調(diào)節(jié)器GI的信號(hào)，也分析設(shè)備內(nèi)各不同位置所包含的電量的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.將可控電流饋給用于熔煉金屬，以及雖屬有利但非基本的用于熔煉鐵基合金的三相直接電弧電爐的方法，該電爐包括電極高度的位置調(diào)節(jié)裝置(GI)，包括供給電爐用電的至少一條中壓線和一個(gè)變壓器的電爐電源，包括在每一相內(nèi)連接中壓線和變壓器的部分中的調(diào)節(jié)電弧電流的元件，包括至少一個(gè)電感器(L1)和一個(gè)裝置(S1)用于測(cè)量被電弧吸取的電流的強(qiáng)度，該方法的特征在于一個(gè)控制裝置(GC)直接作用于爐子的電弧電流并使等效串聯(lián)電抗整體數(shù)值改變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中等效串聯(lián)電抗整體數(shù)值通過(guò)通聯(lián)于第一電感器(L1)安置一個(gè)由晶閘管(T)控制的第二電感器(L2)(圖2)來(lái)改變。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中等效串聯(lián)電抗整體數(shù)值通過(guò)晶閘管(T)旁路第一電感器(L1)來(lái)改變。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中等效串聯(lián)電抗整體數(shù)值用晶閘管(T)和中間抽頭對(duì)第一電感器(L1)的一部分進(jìn)行聯(lián)接或不聯(lián)接來(lái)逐級(jí)地改變。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)電弧電流的元件由飽和電抗器(RS)組成，該元件的電抗用對(duì)連續(xù)的極化電流起作用的辦法來(lái)改變。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中就由控制裝置(GC)供給穩(wěn)定直流電流所激勵(lì)的飽和電抗器的行為來(lái)說(shuō)等效串聯(lián)電抗的變化使電爐電流變化是本質(zhì)的。
7.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)至少要分析一些其他有關(guān)電量(電壓變換器，設(shè)定信號(hào)等)的狀態(tài)。
8.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)要分析并計(jì)及變壓器有載下的抽頭變穩(wěn)器的狀態(tài)。
9.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)也分析電弧電流的初始斜率(趨勢(shì))。
10.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)也分析控制電極位置的液壓系統(tǒng)(GI)的狀態(tài)。
11.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)決定各相之間電不平衡的補(bǔ)償。
12.上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中控制裝置(GC)用消除通過(guò)它的電流中的連續(xù)分量來(lái)防止電感器的飽和。
13.饋以可控電流的三相直接電弧電爐，可有利地但非基本地用于鐵基合金，該電爐包括用于借助對(duì)電極高度作用來(lái)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度的裝置(GI)，包括用于電弧爐的至少一條中壓線、一個(gè)變壓器的電爐電流，在每一相連接中壓線和變壓器的那一部分包括的調(diào)節(jié)電弧電流的裝置，以及包括至少一個(gè)電感器(L1)和一個(gè)用于測(cè)量被電弧吸取的電流強(qiáng)度的裝置(S1)，該電爐特征在于至少一個(gè)晶閘管控制的閥(T)被包括于和至少是第一電感器(L1)的一部分并聯(lián)。
14.如權(quán)利要求13所述的電爐，包括和晶閘管控制的閘(T)相串聯(lián)的第二電感器(L2)。
15.如權(quán)利要求13所述的電爐，其中，調(diào)節(jié)電弧電流的裝置包括至少一個(gè)飽和電抗器(RS)。
16.如權(quán)利要求13-15中任一個(gè)所述的電爐，其中晶閘管控制的閥(T)由控制裝置(GC)所操縱。
17.如權(quán)利要求15所述的電爐，其中飽和電抗器由控制裝置(GC)所操縱。
18.如權(quán)利要求13到17中任一個(gè)所述的電爐，其中控制裝置(GC)處理電量信號(hào)(S1，TV，設(shè)定信號(hào)等)。
19.如權(quán)利要求13到18中任一個(gè)所述的電爐，其中控制裝置(GC)接到變壓器有載下的抽頭變換器。
20.如權(quán)利要求13到19中任一個(gè)所述的電爐，其中控制裝置(GC)也控制機(jī)械量信號(hào)(GI)。
全文摘要
饋可控電流于三相直接電弧電爐的方法和用于熔煉金屬及用于鐵基合金的這樣饋電的電爐，它包括調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度的裝置；供電給電爐的至少一條中壓線和一個(gè)變壓器的爐子電源；在每一相調(diào)節(jié)電弧電流的元件由包括至少一個(gè)電感器、一個(gè)晶閘管控制的閥或由至少并聯(lián)于部分電感器的飽和電抗器組成的調(diào)節(jié)元件所組成，它和裝置(S1)一起測(cè)量電弧電流強(qiáng)度并和裝置(GC)一起工作，后者靠作用于等效串聯(lián)電抗數(shù)值控制爐子電弧電流。
文檔編號(hào)H05B6/06GK1052585SQ9010955
公開(kāi)日1991年6月26日 申請(qǐng)日期1990年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月30日
發(fā)明者杰阿尼·根斯尼, 露西亞恩·莫利奧, 杰微尼·考阿尼, 里咖爾多·菲拉杰考姆 申請(qǐng)人:丹尼利機(jī)械廠聯(lián)合股票公司