CN1108756A

CN1108756A - 直流电弧炉的调节方法

Info

Publication number: CN1108756A
Application number: CN94120147A
Authority: CN
Inventors: O·高普
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1995-09-20
Also published as: EP0660647A1; DE4343899A1; US5610937A; BR9405181A; JPH07211452A; CA2136521A1

Abstract

直流电弧炉(8)在工作中产生无功功率波动，这尤其在2Hz至20Hz之间的频率范围内引起不希望的闪烁现象。为了减少该闪烁现象，在受整流器(5， 5′)控制的直流电弧炉(8)的慢速电流调节上叠加了一个相对快速的无功功率调节。由此省略了平衡无功功率波动的无功功率补偿器。

Description

本发明涉及一种直流电弧炉的调节方法，其中的电弧炉的电弧电流强度与可预给它的电流给定值及电弧电弧电压有关地被调节。

本发明上述现有技术如已由EP0068108B1公知了。在那里设置了与消除闪烁现象2无关的调节回路，并设置了具有一个变流器作为调节机构的电流调节回路及具有一个电极调节装置作为调节机构的电压调节回路，其中电流调节器的输出信号与作为预控制值的直流电压给定值相加。

一个电网换流的整流器的无功功率消耗量与工作点有关，负载变化的调整更加导致不希望的无功功率并由此导致电网电压的波动。这种电压波动引起了照明装置光强度的变动（闪烁），它起到干扰的作用。

在US-A-5，155，740中给出了一种用于直流电弧炉的闪烁补偿装置，其中变流器的调节仅与检测的电弧炉无功功率有关地实现。

然而其缺点为需要相对昂贵的无功功率补偿器。在小电极电流时炉的无功功率可能太小。利用固定装设的电容组将导致对其的过补偿，这往往是电网操作人员不能接受的。

本发明是解决这样的任务，即对导言部分所述类型的直流电弧炉的调节方法进一步地发展，以使得闪烁电平减小，而不降低平均的熔化功率。

本发明的优点在于可以放弃使用昂贵的无功功率补偿器和/或平滑电抗器。

以下将借助于一个实施例对本发明详细说明。附图为：

图1：具有一电流调节回路、一电极调节回路及一无功功率调节回路的直流电弧炉;

图2：标称化的闪烁幅值与频率的关系;

图3：在各种工作条件时的干扰频率特性曲线;

图4：对于恒定无功功率的整流特性曲线;及

图5：一个整流器的有功/无功功率的曲线图。

图1表示具有一个电极或阴极（7）的直流电弧炉（8），它通过两个扼流圈或电抗器线圈（6.6′）的并联支路与一个具有33KV交流电压的交流电网（1）相连接，在每个并联支路中每个扼流圈与一个整流器（5、5′）及一个具有多个开关级的电炉变压器（2，2′）相串联。一个设在电弧炉（8）底部区域中的第二电极或阳极（12）与整流器（5、5′）的正极相连接（未示出）。在阴极（7）的下端与待熔化的物件或废铁（9）、及与一个熔化体（11）或熔化池的表面之间燃着一个电弧（10）。

交流电网（1）与用于容性无功功率的滤波支路（4，4′）相连接，并再经由一高压变压器及一开关在电网连接点（A）处与具有额定交流电压（U_N）为132KV的三相高压电网（3）相连接。相连接。在电压连接点（A）上的电网电压用（U_A）来表示。

在电极（7）的电流导线中的电流互感器（13）检测直流电流（id）或电弧电流强度;它的输出侧经由第一低通滤波器（14）与第一加法环节或加法器（D22）的反向输出端相连接。该低通滤波器（14）具有的传递函数为：ü₁₄＝K_Fi（1+P.T_Fi），式中K_Fi是一常数，P为拉普拉斯算子，代表一复数频率，而T_Fi是一预定滤波时间常数，其优选值为2.5ms。

在第1加法器（22）的正向输入端输入一个可预给定的给定电流强度（i_dN）或电弧（10）的给定电流值信号;该加法器的输出侧经由一个具有PI特性的电流调节器（23）与第二加法器（24）形成电连接。该电流调节器（23）具有的传递函数为：

U₂₃＝Ki（1+P.Ti）/（P.T_i），式中Ki为常数，其优选值为0.2，P为拉普拉斯算子，表示一复数频率，而Ti为可预给定的时间常数，其优选值为30ms。

第二加法器（24）的输出侧经由一个具有可预给定触发角边界值优选为15°及140°电角度的触发角限值器（25）与一个后面的反余弦（arccos）函数发送器（26）相连接，该函数发送器的输出侧将一个相应于触发角的整流调节器调节值信号（α）传送给一个触发脉冲变换器（27），该变换器的输出端对整流器（5，5′）进行控制。

与电极（7）的电流导线电连接的电压互感器（15）测量直流电弧炉（8）的直流电压或电弧电压（Ud）;它的输出侧通过第二低通滤波器（16）与加法器（24）的正向输入端相连接，并还与一函数发送器（29）的输入端、第三低通滤波器（30）的输入端及第三加法器（17）的反向输入端相连接。第二低通滤波器（16）具有的传递函数为：ü₁₆＝Ku/（1+P.Tu），其中Ku为一常数，P是拉普拉斯算子，表示一复数频率，而Tu表示可预给定的滤波时间常数，其优选值为1ms。第三低通滤波器（30）具有的传递函数为：U₃₀＝K_Q/（1+P.T_Q），式中K_Q为一常数，其优选值为1，P为拉普拉斯算子，表示一复数频率，而T_Q表示可预给定的滤波时间常数，其优选值为1ms。

函数发送器（29）的输入侧还接受第三低通滤波器（30）的输出信号U_f，给定电流强度信号（i_dN）及给定直流电压信号（U_dN），及根据下式计算一个无功功率调节回路的调节值（△i_Q）：

△i_Q＝Kq.i_dN.｛[（1-Uf₂）_/（1-Uist2/U_dN ²）]^0.5-1｝，式中Kq是一可预给定系数，U_ist＝电弧炉（8）被滤波后的电弧电压。

该无功功率调节回路的调节值（△i_Q）输入到第二加法器（24）的一个正向输入端。

该调节值（△i_Q）也可不输入到第二加法器（24），而改变输入到第一加法器（22）的正向输入端，如图中虚线所表示的。

第三加法器（17）的正向输入端输入给定值直流电压信号（U_dN），它相当于15°-50°区域中的、最好为25°-35°区域中的触发角给定值。加法器（17）的输出侧与具有正比例特性的一电极调节器（18）相连接，后者的输出侧经由一阀放大器（19）作用在一个电极调节装置（21）的阀（20）上。电极调节装置（21）例如为具有一调节机构及一电极速度调节器的液压泵，它与阴极（7）机械地连接，并可对其高度调节;该装置作为一阶延时元件工作。

电极调节比电流调节大约工作慢一倍。阴极（7）的高度调节这样实现，即使得整流器（5.5′）工作在例如25°电角度控制值的平均值上，而与炉变压器（2.2′）的次级电压及设定的电流给定值（i_dN）无关。为了简明起见，将数值与其对应的信号同时描述。

根据本发明的电流调节具有一个基本电流调节回路，它在相对慢的时间间隔0.5s-1s中使电流平均值保持恒定，及一个叠加的快速无功功率调节回路，它以约0.1s的时间范围使无功功率的波动减至最小。该无功功率调节回路出于快速的原因具有超前调节，其中将根据测量的炉电压或电弧电压（Ud）计算无功功率的恒定工作点。该计算值将从触发角限值器（25）前面或是从电流调节值（i_dN）上施加到电流调节回路中。

根据本发明的调节象一个调定在频率为9Hz上的拒滤波器。

图2中表示人眼对高压电网（3）闪烁敏感度的曲线，其中在纵座标上表示标准化的闪烁幅值（K），在横座标上表示单位为Hz的频率（f），由其中可看出，9 Hz的闪烁具有最大的干扰。

图3表示对于不同工作条件的干扰频率过程，其中纵座标表示电网连接点（A）上的额定交流电压（U_N）与电网电压（U_A）的数值差与额定交流电压（U_N）的比，横座标表示单位为Hz的频率。曲线（31）表示每个电抗器线圈的电感量为21μH并仅用电流调节时的干扰频率过程。曲线（32）表示对于同样的电感量但接通了电压控制，其中第二低通滤波器（16）的输出信号输入到第二加法器（24），但未用无功功率回路的调节值（△i_Q）的情况。曲线（33）则是根据本发明附加地接通无功功率调节回路调节值（△i_Q）的情况。这里可以看出在9 Hz时起到很强的滤波作用。

曲线（34）及（35）表示用于对比的干扰频率响应，这时每个电抗器线圈（6.6′）的电感量为514μH并仅用电流调节或用43°电角度的整流器调节值信号（α）控制。对此的缺点是需占用较大的位置及高成本的电抗器线圈（6.6′）。

图4表示对于恒定无功功率（Q）的整流器特性曲线，其中纵座标是电弧电压（U_d）与给定直流电压（U_dN）之比，而横座标代表直流电流（i_d）与给定电流强度（i_dN）之比。由该曲线图可看出，在负载电压变化时可以控制工作点具有同样的无功功率消耗量。此外可看到，在电压下降时直流电流（i_d）减小，并反过来，电压升高时直流电流应增大，以使得无功功率消耗量保持恒定。相对于恒流调节应实行过调节。

为了保证所要求的熔化功率，直流电流（i_d）的平均值必须与整器（5，5′）的额定电流相对应。为了避免半导体元件超出计算参数，必须使电流调节时间适合于半导体的热时间常数（秒的范围）。

图5表示整流器的有功/或无功功率的曲线图，该图的纵座标表示有功功率（P）与额定有功功率（P_N）之比，横座标表示无功功率（Q）与额定无功功率（Q_N）之比。箭头指示直流电流强度（i_d）增加的方向或触发角（α）增加的方向。圆弧状的线表示恒定电流。如果在该曲线图上从一个点（P1）移动到与此不同的但具有相同直流电流强度（i_d）的另一点（P2）时，则可以用根据调节曲线（36）的纯电流调节，根据调节曲线（37）的附加电压调节的接通，及根据调节曲线（38）的再附加接通无功功率调节回路调节值（△i_Q）的根据本发明的方式来实现。可以看出，这三条调节曲线（36，37，38）中，调节曲线（38）对于过渡过程需要最小的无功功率（Q）。

Claims

1、直流电弧炉(8)的调节方法，

a)电弧炉的电弧电流强度(i_d)与一个可预给定的电流给定值(i_dn)有关地及

b)与电弧电压(U_d)有关地被调节，

其特征在于：在电流调节上叠加了一个与直流电弧炉(8)的无功功率有关的调节。

2、根据权利要求1的调节方法，其特征在于：一个基本的电流调节回路在0.55-1s的时间间隔中至少近似地使电流强度（i_d）的平均值保持恒定。

3、根据权利要求1或2的调节方法，其特征在于：与无功功率（Q）有关的调节在250ms之内使无功功率的波动减至最小。

4、根据权利要求1或2的调节方法，其特征在于：与无功功率（Q）有关的调节在180ms之内使无功功率的波动减至最小。

5、根据权利要求1至4中一项的调节方法，其特征在于：与无功功率（Q）有关的调节将一个调节值（△i_Q）接通到用于至少一个整流器（5，5′）的触发角限值器（25）上。

6、根据权利要求1至4中一项的调节方法，其特征在于：与无功功率（Q）有关的调节将一个调节值（△i_Q）接通到电流给定值（i_dN）上。

7、根据权利要求5或6之一项的调节方法，其特征在于：一个无功功率调节回路或与无功功率（Q）有关的调节的调节值（△i_Q）根据下式来构成：

△i_Q＝Kq.i_dN.｛[（1-Uf_{2）/（1-Uist2}/U_dN ²）]^0.5-1｝,

式中：Kq＝可预定给定的系数，idN＝电弧炉的给定电流强度，Uf＝1/（1+p.T_Q），P＝复数频率，T_Q＝无功功率时间常数，Uist＝被滤波后的电弧电压，及U_dN＝电弧炉（8）的给定直流电流。

8、根据权利要求7的调节方法，其特征在于：

a）无功功率时间常数（T_Q）位于60ms≤T_Q≤250ms的时间范围中，

b）尤其是在10ms≤T_Q≤180ms的范围中。