(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気アーク炉（６０）の給電装置であって、該給電装置は、少なくとも１つの電極（６２）を備え、かつ電力網（５０）に接続されて前記電極（６２）に、電気エネルギーを供給することにより電気アークを発生させて金属塊を溶融させることができ、前記給電装置は、前記電力網（５０）と前記電極（６２）との間に配置され、かつ前記電力網（５０）及び前記電極（６２）に接続される電力調整ユニット（１２）を備え、該電力調整ユニット（１２）は、前記電極（６２）に給電される少なくとも１種類の電力の大きさを調整するように構成され、
前記給電装置は、前記電極（６２）と前記電力調整ユニット（１２）との間に配置されて前記電力の大きさを検出する少なくとも１つの検出デバイス（２０，２２）と、前記少なくとも１つの電極（６２）を、溶融対象の前記金属塊に、より近づくように／前記金属塊から離れるように移動させるように構成される位置決めデバイス（４６）と、前記電力調整ユニット（１２）に、前記電力網（５０）に、そして前記位置決めデバイス（４６）に接続されることにより、前記電力調整ユニット（１２）を制御してそれぞれ、前記電力の大きさを調整するために、前記電気アークに対する第１制御を、前記電力調整ユニット（１２）に作用させることにより行い、そして前記電極（６２）を移動させるために、前記電気アークに対する第２制御を、前記位置決めデバイス（４６）に作用させることにより行う制御指令ユニット（１６）と、を備え、
前記電力調整ユニット（１２）が、前記電力網（５０）の電気エネルギーを前記電極（６２）を給電することに変換するように構成された変換デバイス（１８）を備え、
前記変換デバイス（１８）は互いに並列に接続され、かつ前記電力網（５０）に接続された複数のモジュール（３４）を備え、
各モジュール（３４）は前記電力網（５０）の位相Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ対応した位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）を備え、
各位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）は、前記電力網（５０）から供給されるそれぞれの位相電流を直線的に変化させ調整するように構成された整流回路（３６）と、エネルギーを蓄積して外部電力網（５０）と電極（６２）との間の分離を行うように構成された中間回路（３８）と、電流を反転させて出力の交流電流の基本波の周波数及び振幅を調整するように構成されたインバータ回路（４０）と、を備え、
前記インバータ回路（４０）が多重インパルス転流回路であることを特徴とする、給電装置。
【請求項２】
各位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）はスター接続され、個々の位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）のスター接続の中点は互いに接続されて中性点（Ｎ）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記中間回路（３８）がＤＣ−リンクであることを特徴とする請求項１又は２に記載の給電装置。
【請求項４】
前記インバータ回路（４０）が、半導体、ダイオード、サイリスタ、及びトランジスタから選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の給電装置。
【請求項５】
前記整流回路（３６）が、ダイオードブリッジ又はサイリスタブリッジを制御することによって実現できることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の給電装置。
【請求項６】
前記制御指令ユニット（１６）は、少なくとも１つの基準電流値（ＩＲ）を計算して、前記電力調整ユニット（１２）による調整を指示し、かつ少なくとも１つの基準電圧値（ＵＲ）を計算して、前記位置決めデバイス（４６）による調整を指示するように構成されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の給電装置。
【請求項７】
前記給電装置は、アーク電流（ＩＡ）を検出する電流検出デバイス（２０）と、アーク電圧（ＵＡ）を検出する電圧検出デバイス（２２）と、を備え、前記電流検出デバイス（２０）及び前記電圧検出デバイス（２２）は前記制御指令ユニット（１６）に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の給電装置。
【請求項８】
前記変換デバイス（１８）は、前記電力網（５０）の給電電流（Ｉｉ）及び給電電圧（Ｕｉ）を、前記アークの電流値（ＩＡ）及び前記アークの電圧値（ＵＡ）に変換して前記電極（６２）に給電するように構成され、
電流調整デバイス（４２）が、前記制御指令ユニット（１６）と前記変換デバイス（１８）との間に配置され、かつ入力において、前記制御指令ユニット（１６）により計算される前記基準電流値（ＩＲ）を受信するように構成されることを特徴とする、請求項７に記載の給電装置。
【請求項９】
前記位置決めデバイス（４６）は電極制御デバイス（４４）に接続され、該電極制御デバイス（４４）は、前記位置決めデバイス（４６）に指示して、前記電気アークを安定させるように構成され、前記電極制御デバイス（４４）は、少なくとも前記電圧検出デバイス（２２）に接続されて、前記位置決めデバイス（４６）の作動を、前記アーク電圧（ＵＡ）及び前記基準電圧（ＵＲ）に応じて指示することを特徴とする、請求項８に記載の給電装置。
【請求項１０】
電気アーク炉（６０）の給電方法であって、
電気アークを、少なくとも１つの電極（６２）に電力網（５０）から給電することにより発生させ、前記電極（６２）に給電される少なくとも１種類の電力の大きさを、前記電力網（５０）と前記電極（６２）との間に配置され、かつ前記電力網（５０）及び前記電極（６２）に接続される電力調整ユニット（１２）により調整し、
前記電力の大きさを、前記電極（６２）と前記電力調整ユニット（１２）との間に配置される少なくとも１つの検出デバイス（２０，２２）で検出し、前記少なくとも１つの電極（６２）を位置決めデバイス（４６）で、溶融対象の金属塊に、より近づくように／該金属塊から離れるように移動させ、そして前記電力調整ユニット（１２）及び前記位置決めデバイス（４６）を制御してそれぞれ、前記電気アークに対する第１制御を、前記電力調整ユニット（１２）に作用させることにより行い、そして前記電気アークに対する第２制御を、前記位置決めデバイス（４６）に作用させることにより行い、
変換デバイス（１８）が前記電力網（５０）の電気エネルギーを前記電極（６２）を給電することに変換し、前記変換デバイス（１８）は互いに並列に接続され、かつ前記電力網（５０）に接続された複数のモジュール（３４）を備え、
各モジュール（３４）は前記電力網（５０）の位相Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ対応した位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）を備え、
各位相サブモジュール（３４Ｒ，３４Ｓ，３４Ｔ）では、整流回路（３６）が前記電力網（５０）から供給されるそれぞれの位相電流を直線的に変化させ調整し、中間回路（３８）がエネルギーを蓄積して外部電力網（５０）と電極（６２）との間の分離を行い、インバータ回路（４０）が電流を反転させて出力の交流電流の基本波の周波数及び振幅を調整することを特徴とする、給電方法。
【請求項１１】
前記制御を行っている間に、少なくとも１つの基準電流値（ＩＲ）を計算して、前記電力調整ユニット（１２）による調整を指示し、かつ少なくとも１つの基準電圧値（ＵＲ）を計算して、前記位置決めデバイス（４６）による調整を指示することを特徴とする、請求項１０に記載の給電方法。
【請求項１２】
前記検出を行っている間に、アーク電流（ＩＡ）及びアーク電圧（ＵＡ）を検出することを特徴とする、請求項１１に記載の給電方法。
【請求項１３】
前記位置決めデバイス（４６）の作動は、電極制御デバイス（４４）によって、受信される前記アーク電圧（ＵＡ）及び前記基準電圧（ＵＲ）に応じて指示されることを特徴とする、請求項１２に記載の給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク炉に給電することにより、アークを溶融工程中に電気アーク炉内で制御することができる装置及び方法に関するものである。
【０００２】
具体的には、炉に給電する装置及び方法では、少なくとも２つの調整モードを溶融アークにより供給される電力に対して実行することができる。
【背景技術】
【０００３】
電気アーク炉の電極群に給電して金属を溶融させる装置が知られている。
【０００４】
これらの電極は、電気炉内に置かれて、電気炉の内部を金属浴に向かって／金属浴から離れて移動することにより、固体金属を溶融させる処理の全体を調整することができる。
【０００５】
公知の給電装置は、電極群の位置を調整するデバイス群を備え、これらのデバイスによって、これらの電極を金属に対して上昇させるか、又は降下させて、アークの長さを変化させることができる。しかしながら、電極群の位置の調整は、かなり遅く行われ、電極群の位置を調整すると、急激な変化が電気アーク電力量又は電気アーク発生量に生じる場合に修正を迅速に行うことができない。
【０００６】
実際、アークがより長く引き延ばされる場合、すなわち電極が溶融対象の塊状物からより遠く離れる場合、印加電圧を大きくして、アークを維持し、かつアークが遮断されるのを防止する必要がある；アークが短くなる場合、電流が増えることにより、アークの発生電力の増加を制御できなくなって、炉又は屋根部を損傷する可能性がある。
【０００７】
アーク電圧は、同じ電流が流れるとした場合に、電極と溶融対象の塊状物との間の距離に比例する。従って、アークの基準電流に達することができる所定の放電状態である場合、安定したアーク状態は、電極と溶融対象の塊状物との間の距離を、給電電圧の特性曲線に対して調整することにより得られる。
【０００８】
既知の種類の給電装置は普通、複数の取り出し電極を有するトランスを備え、このトランスは、電力網から供給される電圧、普通、平均電圧を、電極群に給電するために適する電圧に変換する。
【０００９】
トランスの取り出し電極群を介して、アーク電圧を、従ってアーク長を調整することにより、溶融電力を調整することができる。
【００１０】
これらの種類の給電装置は、電力網から取り出されるエネルギーが瞬時に吸収される現象が不連続的に発生することに関連する不具合を有し、この現象は、アークが不安定になってスクラップが崩落することにより短絡が頻繁に生じるので、溶融の開始時に特に発生する。幾つかの場合では、これによって揺らぎが電力網の電圧に生じてしまう（この現象は、フリッカーとも呼ばれている）。
【００１１】
電気アーク炉の給電装置も公知であり、これらの給電装置は、電力網から供給される交流電流を直流電流に変換する整流回路と、電極群に給電するコンバータ回路と、を備える。
【００１２】
この種類の一般的な構成を使用して電気アーク炉に給電する１つの解決策が、例えば米国特許出願公開第２００７／０２４７０７９号、及び米国特許第６，４２１，３６６号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２４７０７９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４２１，３６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、これらの給電装置に設けられるコンバータ回路は、アークに起因し、かつ電力網に影響を与える外乱を打ち消すことができない。実際、コンバータ回路では、電流の変調が行われるので、電力網に流れ込む場合に有害となり得る高調波が電流の高調波成分となる。
【００１５】
本発明の１つの目的は、電気アーク炉に給電することにより、電気アーク炉の溶融電力を効率的に調整することができる装置及び方法を実現することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、アーク電圧及びアーク電流の特性を調整して電気アークの安定性を溶融中に確保することができるような装置を実現し、かつ方法を実行することにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、電力網に生じる外乱を、既知の種類の装置よりも低減させる給電装置を実現することにある。
【００１８】
本出願人は、最先端技術の不具合を解決し、かつこれらの目的及び利点、及び他の目的及び利点を実現する本発明を考案し、試み、そして具体的に実施した。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明が、独立請求項に記載され、かつ特徴付けられているのに対し、従属請求項は、本発明の他の特徴、又は本発明による主要なアイデアの変形例の他の特徴を記述している。
【００２０】
上記目的によれば、電気アーク炉の給電装置は、少なくとも１つの上部電極、好ましくは２つ、又は３つの上部電極を備え、かつ電力網に接続されて前記電極に、電気エネルギーを供給することにより電気アークを発生させる。
【００２１】
前記装置は、前記電力網と前記電極との間に配置され、かつ前記電力網及び前記電極に接続される電力調整ユニットを備え、該電力調整ユニットは、前記電極に給電される少なくとも１種類の電力量を調整するように構成される。
【００２２】
本発明の１つの態様によれば、前記装置は、前記電極と前記電力調整ユニットとの間に配置されて前記電力量を検出する少なくとも１つの検出デバイスと、前記少なくとも１つの電極を、溶融対象の前記金属塊に、より近づくように／前記金属塊から離れるように移動させるように構成される位置決めデバイスと、を備える。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、前記装置は、前記電力調整ユニットに、前記電力網に、そして前記位置決めデバイスに接続されることにより、前記電力調整ユニット及び前記位置決めデバイスを制御してそれぞれ、前記電気アークに対する第１制御を、前記電力調整ユニットに作用させることにより行い、そして前記電気アークに対する第２制御を、前記位置決めデバイスに作用させることにより行う制御指令ユニットを備える。
【００２４】
このようにして、混合制御装置を実現することができ、混合制御装置では、必要溶融電力に対応する微小な振幅揺らぎによる電力量の急激な動力学的変化が、第１制御により制御される、すなわち電力量の調整により制御されるのに対し、振幅がより大きくて遅い動力学的変化は、第２制御により制御される、すなわち電極群の移動により制御される。
【００２５】
また、本発明の種々実施形態は、電気アーク炉の給電方法に関するものであり、該給電方法では、電気アークを、少なくとも１つの電極に電力網から給電することにより発生させ、前記電極に給電される少なくとも１種類の電力量を、前記電力網と前記電極との間に配置され、かつ前記電力網及び前記電極に接続される電力調整ユニットにより調整する。
【００２６】
幾つかの実施形態によれば、前記方法では、前記電力量を、前記電極と前記電力調整ユニットとの間に配置される少なくとも１つの検出デバイスで検出し、前記少なくとも１つの電極を位置決めデバイスで、溶融対象の金属塊に、より近づくように／該金属塊から離れるように移動させ、そして前記電力調整ユニット及び前記位置決めデバイスを制御してそれぞれ、前記電気アークに対する第１制御を、前記電力調整ユニットに作用させることにより行い、そして前記電気アークに対する第２制御を、前記位置決めデバイスに作用させることにより行う。
【００２７】
本発明のこれらの特徴、及び他の特徴は、非限定的な例として与えられる幾つかの実施形態についての以下の説明から、添付の図面を参照することにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本明細書において説明される幾つかの実施形態による電気アーク炉に給電する装置の概略図である。
【図２】本明細書において説明される幾つかの実施形態による図１の概略図の詳細である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
理解を容易にするために、同じ参照番号を出来る限り使用して、同一かつ共通の構成要素群をこれらの図面の中に特定することができるようにしている。１つの実施形態の構成要素及び特徴は便宜上、他の実施形態に、説明を付け加えることなく組み込まれ得ることを理解されたい。
【００３０】
次に、本発明の種々実施形態について詳細に説明するが、これらの実施形態の１つ以上の例が、添付の図面に図示されている。各例は、本発明の例示として与えられるのであり、本発明を限定するものとして理解されてはならない。例えば、特徴が１つの実施形態の一部であるとして図示される、又は記載されるこれらの特徴は、他の実施形態に取り入れるか、又は関連付けることにより、別の実施形態を形成することができる。本発明は、このような変形例及び変更例の全てを含むものであることを理解されたい。
【００３１】
本発明に基づく説明によれば、本発明は、電気アーク炉６０に給電する装置１０に関するものである。
【００３２】
電気アーク炉６０は、１つ以上の電極６２、この場合は例えば、１つの電極６２を備え、この電極６２に給電して、金属塊を溶融させるために必要な電力を供給することができる。
【００３３】
幾つかの実施形態によれば、２つ、３つ、又は３つよりも多くの電極６２を設けることができる。
【００３４】
装置１０は、電力網５０、例えば図２に三相Ｒ、Ｓ、Ｔを有するものとして図示される三相電力網に接続される。
【００３５】
電力網５０は、電極６２に溶融に必要な電力を供給する。
【００３６】
具体的には、給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉは、電力網５０から取り出すことができ、給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉは電極６２に装置１０によって適切に供給される。
【００３７】
幾つかの実施形態によれば、装置１０は、電力網５０から供給される給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉにそれぞれ対応する電力量を検出するように構成される検出デバイス２４，２６を備える。
【００３８】
検出デバイス２４が、例えば給電電流Ｉｉの密度を検出するように構成される電流計又は電流トランスとすることができるのに対し、検出デバイス２６は、例えば電力差、すなわち給電電圧Ｕｉを検出するように構成される電圧計又は電圧トランスとすることができる。
【００３９】
幾つかの実施形態によれば、装置１０は、電力網５０と電極６２との間に配置され、かつ電力網５０及び電極６２に接続される電力調整ユニット１２を備え、電力調整ユニット１２は、電気アーク炉６０の１つ以上の電極６２の少なくとも１種類の電力量を調整して、電気アークの安定性を確保するように構成される。
【００４０】
本発明の適用可能な方式によれば、電力量の調整を行って、給電電流の密度及び周波数を調整することができる。
【００４１】
適用可能な変形例によれば、電力量の調整を行って、給電電圧の周波数、波形、及び振幅を調整することにより、供給電流、従って溶融電力を制御することができる。
【００４２】
幾つかの実施形態によれば、電力調整ユニット１２は、電力網５０の給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉをアーク電流値Ｉａ及びアーク電圧値ＵＡに変換して電極６２に給電するように構成される変換デバイス１８を備える。
【００４３】
幾つかの実施形態によれば、変換デバイス１８は複数のモジュール３４を備え、各モジュール３４は、位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔを、給電電流の位相Ｒ、Ｓ、Ｔの各位相に対応して備えている。
【００４４】
これらのモジュール３４は、互いに並列に接続され、かつ電力網５０に接続され、そしてそれぞれ、給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉを変換するように構成される。
【００４５】
位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、及び３４Ｔにより、給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉの変換を各相Ｒ、Ｓ、及びＴについて制御することができる。
【００４６】
図１によれば、３つのモジュール３４は、モジュール群の数を３つよりも少なくするか、又は多くすることができる場合でも配設される。
【００４７】
幾つかの実施形態（図２）によれば、各位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔは、電力網５０から供給されるそれぞれの位相電流を直線的に変化させ、場合によっては調整するように構成される整流回路３６を備える。
【００４８】
整流回路３６は、例えばダイオードブリッジ又はサイリスタブリッジを制御することにより実現することができる。
【００４９】
図２を用いて説明される幾つかの実施形態（図２）によれば、各位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔは、直流電流が流れるＤＣ−リンクとも呼ばれ、かつエネルギーを蓄積して、外部電力網５０と電極６２との間の分離を行うように構成される中間回路３８と、電流を反転させて出力の交流電流の基本波の周波数、及び場合によっては振幅を調整するように構成されるインバータ回路４０と、を備える。
【００５０】
中間回路３８を、電極側に同相に給電する各インバータ回路４０に対応して設けることにより、アーク期間中の外乱を打ち消すことができるので、外乱が電力網５０に与える悪影響を抑制することができる。
【００５１】
幾つかの実施形態によれば、インバータ回路４０は、多重インパルス転流回路（ｍｕｌｔｉ−ｉｍｐｕｌｓｅ  ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ）である。適用可能な実施形態では、インバータ回路４０は、１２インパルス変調、又は１２の整数倍のインパルス変調、すなわち例えば２４インパルス変調又は３６インパルス変調を行うことができる。
【００５２】
これにより、基本波、普通５０Ｈｚ又は６０Ｈｚよりも高い周波数の高調波によって生じる効率損失による不所望な影響を大幅に低減することができる。更に、基本波よりも高い周波数の高調波から外乱が電力網に発生してしまい、この外乱は、他のユーザが使用している可能性があり、かつ電力網に接続される電化製品に有害な影響を及ぼしてしまう。
【００５３】
基本波よりも高い周波数の高調波は、有効電力の伝送に影響を及ぼすことはないが、高調波による外乱が電力網に発生してしまい、従って、高調波を出来る限り抑えることができれば一層良好である。
【００５４】
幾つかの実施形態によれば、個々の位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔのスター接続の中点は互いに接続されて中性点Ｎに接続される。このようにして、位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔが通電遮断される場合でも、とにかく、予測個数のインパルス変調を行うことができる。これとは異なり、位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔのスター接続の中点が互いに接続されない場合、これらの位相サブモジュールのうちの１つの位相サブモジュールが通電遮断されるか、又は誤動作する場合に、インパルス源が破損する。
【００５５】
幾つかの実施形態によれば、インバータ回路４０は、半導体、ダイオード、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ：シリコン制御整流器）、トライアック（ｔｒｉａｃ）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＣＴ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ−Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：一体型ゲート整流サイリスタ）、ＭＣＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：金属酸化物半導体制御用サイリスタ）のようなサイリスタ、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：バイポーラ接合トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなトランジスタから選択される複数のデバイスを備える。
【００５６】
幾つかの実施形態によれば、１つ以上のモジュール３４には整流回路３６、中間回路３８、及びインバータ回路４０が、給電される位相Ｒ、Ｓ、及びＴの各位相に対応して設けられる。
【００５７】
幾つかの実施形態によれば、幾つかのインバータ回路４０を各位相Ｒ、Ｓ、及びＴに対応して、互いに並列に配置されるように設けることができる。
【００５８】
半導体デバイスを使用すると、当該デバイスに通電し、そして当該デバイスを遮断することにより、電流をどの時点においても極めて迅速に制御することができる。
【００５９】
これらの図面には図示していない幾つかの実施形態によれば、これらのインバータ回路４０に対して、即座に遮断する保護を行うことにより、半導体デバイスを保護することができるのでインバータ回路４０自体を保護することができる。
【００６０】
幾つかの実施形態によれば、各位相サブモジュール３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔは、整流回路３６と、４つのユニットと、を備えることができ、各ユニットは、中間回路３８及びインバータ回路４０からなる。
【００６１】
幾つかの実施形態によれば、これらの整流回路、及びこれらのインバータ回路は、モジュール群３４の各モジュールについて同じであるので、入手しておく必要がある予備の部品の点数を最小限に抑えることにより、起こり得る置き換え、及びメンテナンスを容易にする。
【００６２】
更に、電力網５０の方に向かって、モジュール群３４は、三相負荷が平衡しているように見える。
【００６３】
幾つかの実施形態（図１）によれば、電力量を検出する少なくとも１つの検出デバイスは、電極６２と電力調整ユニット１２との間に配置され、この場合は２つの検出デバイス、すなわちアーク電流ＩＡを検出する１つの電流検出デバイス２０、及びアーク電圧ＵＡを検出する１つの電圧検出デバイス２２が配置されて電気アークを駆動する。
【００６４】
電流検出デバイス２０は、例えばアーク電流ＩＡの密度を検出する、すなわち電極群６２に電力調整ユニット１２から供給される電流の密度を検出するように構成される電流計又は電流トランスとすることができる。電圧検出デバイス２２は、電極群６２の電位差、すなわち、溶融対象の金属塊に対する電極群６２の距離に応じて異なる電極群６２のアーク電圧ＵＡを検出するように構成される電圧計又は電圧トランスとすることができる。
【００６５】
幾つかの実施形態（図１）によれば、装置１０は、電力調整ユニット１２に、かつ電力網５０に接続される制御指令ユニット１６を備え、そして少なくとも１つの基準電流値ＩＲを計算して、電力調整ユニット１２に送信することにより、電気アーク炉６０内の電気アークの安定状態を判定するように構成される。
【００６６】
以下に説明するように、制御指令ユニット１６は更に、基準電圧値ＵＲを計算して、他の調整を電気アークの強度に対して行うように構成することができる。
【００６７】
制御指令ユニット１６は、基準電流ＩＲ及び基準電圧ＵＲの基準値を、外部電力網５０から入力に供給される給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉ、及び検出デバイス２０及び２２により検出されるアーク電流ＩＡ及びアーク電圧ＵＡに少なくとも基づいて決定するように構成される。
【００６８】
具体的には、制御指令ユニット１６は、電力調整ユニット１２の作動状態を調整することにより、電力量−アーク電圧ＵＡ及びアーク電流ＩＡ−が或る絶対値及び相対位相シフト量に達して、アークが維持され、かつ損失を最小限に低減する動作周波数を有する状態が確保されるようにする。
【００６９】
図１の解決策によれば、制御指令ユニット１６は、電力網５０と電力調整ユニット１２との間に接続される電力調整装置２７を備える。
【００７０】
電力調整装置２７は、波形の基準電流ＩＲ、基準電圧ＵＲ、及び周波数を計算するように構成される。
【００７１】
電力基準値ＰＳ、例えば設定値の電力値は、電力調整装置２７で、例えばユーザが設定することができる。
【００７２】
幾つかの実施形態によれば、基準電圧ＵＲは、溶融／作用段階に応じて計算されるので、基準電流ＩＲは、設定電力基準値ＰＳに追従するように設定される。
【００７３】
幾つかの実施形態によれば、制御指令ユニット１６は更に、電力調整装置２７及び検出デバイス２０，２２に接続される処理ユニット２８を備えることができ、処理ユニット２８は、アーク電流ＩＡ及びアーク電圧ＵＡを表す入力パラメータ群に基づいて、電気アークの数式モデルを導出して最適な放電状態を保つことにより、アークの安定性を確保して、最良の適用可能な方法で、供給電力を電力基準値ＰＳに基づいて調整するように構成される。
【００７４】
適用可能な実施形態によれば、処理ユニット２８は、電気アークの最適な放電状態に対応する少なくとも１つの理想電流値Ｉ０、及び少なくとも１つの理想電圧値Ｕ０を計算するように構成することができ、これらの理想電流値Ｉ０及び理想電圧値Ｕ０を電力調整装置に供給して、基準電流ＩＲ及び基準電圧ＵＲを決定することができる。
【００７５】
幾つかの実施形態によれば、アーク電流ＩＡ及びアーク電圧ＵＡそれぞれの検出デバイス２０，２２と、制御指令ユニット１６、この場合は処理ユニット２８との間には、信号調整器３０，３２を設けることができる。各信号調整器３０，３２は、アーク電流ＩＡ又はアーク電圧ＵＡを表す信号を、考慮に入れる必要がある基準値に基づいて増幅して安定させるように構成される。基準値は、平均値、瞬時値、又は実際値とすることができる。
【００７６】
各信号調整器３０，３２により、処理ユニット２８で処理するために安定かつ適正な安定電流値ＩＡ’及び安定電圧値ＵＡ’を取得することができる。
【００７７】
適用可能な不図示の変形実施形態によれば、信号調整器３０，３２は、制御指令ユニット１６に一体的に設けることができる。
【００７８】
幾つかの実施形態（図１）によれば、電力調整ユニット１２は、制御指令ユニット１６と変換デバイス１８との間に配置されて電流を調整するデバイス４２を備え、当該デバイス４２は、入力で、制御指令ユニット１６により計算される基準電流値ＩＲを受信するように構成される。
【００７９】
適用可能な実施形態によれば、電流調整デバイス４２はヒステリシス調整機構又はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）調整機構とすることができ、当該調整機構により、これらのインバータのスイッチング周波数、及び帯域占有率を調整することができ、更には、装置の電力消費量を減らすことができる。電流調整デバイス４２は具体的に、電極６２に供給される必要があるアーク電流ＩＡの波形を決定する。
【００８０】
幾つかの実施形態によれば、電流調整デバイス４２は、変換デバイス１８による調整を行うことを決定して、電流変調を各電極６２に対して同じ波形で１回だけ行うことができる。
【００８１】
図１を使用して説明される幾つかの実施形態によれば、電流調整デバイス４２は更に、信号調整器３０，３２に接続されて、入力において、基準電流値ＩＲだけでなく、安定電流ＩＡ’及び安定電圧ＵＡ’の増幅後の安定値を受信して、これらの安定値を処理することにより、変換デバイス１８に送信される指令信号を決定することができる。
【００８２】
適用可能な変形例によれば、電流調整デバイス４２は、変換デバイス１８による調整を行うことを決定して、電流変調を電極群６２の各電極に対して個別に行うことができる。
【００８３】
本発明の１つの態様によれば、装置１０は、少なくとも１つの電極６２を、溶融対象の金属塊に一層近づくように／金属塊から離れるように、このようにして移動させて溶融電力を調整するように構成される位置決めデバイス４６を備える。
【００８４】
金属塊に対する電極６２の位置の変化によって、電気アークの実質的な電圧が決定されるので、電圧検出デバイス２２により検出されるアーク電圧ＵＡを調整する。
【００８５】
従って、電極６２の位置を制御することにより、制御を、発生する電気アーク、及び供給される溶融電力に対して行うこともできる。
【００８６】
適用可能な実施形態によれば、位置決めデバイス４６は、電極群の位置を制御することにより、位置決めデバイス４６に指示して、電気アークを安定させるように構成される電極制御デバイス４４に接続することができる。
【００８７】
電極制御デバイス４４は少なくとも、電圧検出デバイス２２に接続されて電極６２の位置決めを制御する。
【００８８】
適用可能な解決策によれば、電極制御デバイス４４は更に、制御指令ユニット１６に接続されて、位置決めデバイス４６の作動を、制御指令ユニット１６により計算されるアーク電圧ＵＡ、及び更には、基準電圧ＵＲの両方の電圧に応じて指示する。
【００８９】
具体的には、電極制御デバイス４４は、位置決めデバイス４６を調整してアーク電圧ＵＡが基準電圧ＵＲを採るようにする。
【００９０】
図１の実施形態によれば、電極制御デバイス４４は、調整器３２に接続されて調整器３２から、アーク電圧ＵＡを表す安定電圧値ＵＡ’を受信することができ、そしてアーク電圧ＵＡに応じて、位置決めデバイス４６を制御することができる。
【００９１】
本発明の適用可能な実施形態によれば、位置決めデバイス４６は、機械式アクチュエータ、電気式アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、関節運動機構、機械運動機構、同様かつ同等の部材、又はこれまでに列挙した部材を組み合わせた適用可能な複合部材のうちの少なくとも１つを含むグループから選択することができる。
【００９２】
適用可能な不図示の変形実施形態によれば、電極制御デバイス４４は、制御指令ユニット１６に一体的に設けることができる。
【００９３】
幾つかの実施形態によれば、制御指令ユニット１６は、入力において、給電電流値Ｉｉ、給電電圧値Ｕｉ、アーク電流値ＩＡ、アーク電圧値ＵＡ、及び場合によっては、電力基準値ＰＳを受信する。
【００９４】
制御指令ユニット１６は、受信データを処理して、基準電流値ＩＲ及び基準電圧値ＵＲを求め、そしてこれらの基準値をそれぞれ、電力調整ユニット１２及び電圧調整ユニット１４に送信する。
【００９５】
このようにして、制御指令ユニット１６は、フィードバック制御を、電極群６２に給電されるアーク電流ＩＡ及び更には、アーク電圧ＵＡの両方に対して行うことにより、理想電流値Ｉ０及び理想電圧値Ｕ０に対して生じ得るアーク電流及びアーク電圧の変位を補正することができる。
【００９６】
幾つかの実施形態によれば、更に、制御指令ユニット１６は、設定値の電力基準値ＰＳを実際の給電電流Ｉｉ及び給電電圧Ｕｉ、及びアーク電流ＩＡ及びアーク電圧ＵＡと比較して、波形の基準電流ＩＲ、基準電圧ＵＲ、及び基準電流ＩＲ及び基準電圧ＵＲの両方についての波形の周波数を計算することにより、電極群６２への電力供給を最適化する。
【００９７】
このようにして、基準電流値ＩＲ及び基準電圧値ＵＲを個別に使用してそれぞれ、第１制御を電気アークに対して、電力調整ユニット１２に作用させることにより行い、第２制御を電気アークに対して、位置決めデバイス４６に作用させることにより行うことができる。
【００９８】
具体的には、第１制御を行って、電気アークの電流の急激な変化を補正して、電気部品群に対して与え得る損傷を防止することができるのに対し、第２制御により、電気アークをより低い周波数に調整して、経時的に徐々に起こることを予測することができ、かつ例えば、定常的な放電状態に基づいて判断されるアーク電圧の変化を補正することができる。
【００９９】
この２重制御により、負荷の不安定性の問題を、特に初期始動段階における負荷の不安定性の問題を、負荷が常に不平衡になっている場合に解決することができるので、電気アークの維持を簡易化することができ、かつ前もって予測することができない異常な放電状態を元に戻すことができる。
【０１００】
この解決策によって更に、例えば温度差に起因する短絡によって生じる電気アーク炉６０の壁に対する損傷が防止される。解決策によって更に、電極群６２に経時的に生じる損耗が低減される。これにより、装置１０及び電気アーク炉６０に対して行う必要のあるメンテナンスの頻度を減らすことができる。
【０１０１】
構成要素群の変更及び／又は追加は、本発明の分野及び範囲から逸脱しない限り、これまで説明してきた装置及び方法に対して行うことができることは明らかである。
【０１０２】
また、本発明は、幾つかの特定の例を挙げて説明されてきたが、この技術分野の当業者であれば、これらの請求項に記載されているような、従って請求項により規定される保護範囲に全て収まるような他の多くの等価な構成の装置及び方法を確実に実現することができることは明らかである。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  給電装置
１２  電力調整ユニット
１６  制御指令ユニット
１８  変換デバイス
２０，２２  電流検出デバイス
２４，２６  検出デバイス
２７  電力調整装置
２８  処理ユニット
３０，３２  信号調整器
３４  モジュール
３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔ  位相サブモジュール
３６  整流回路
３８  中間回路
４０  インバータ回路
４２  電流調整デバイス
４４  電極制御デバイス
４６  位置決めデバイス
５０  電力網
６０  電気アーク炉、電気炉
６２  電極
Ｉ０  理想電流値
ＩＡ  アーク電流、アーク電流値
ＩＡ’  安定電流値、安定電流
Ｉａ  アーク電流値
Ｉｉ  給電電流、給電電流値
ＩＲ  基準電流値、基準電流
Ｎ  中性点
ＰＳ  電力基準値
Ｒ、Ｔ、Ｓ  位相
Ｕ０  理想電圧値
ＵＡ  アーク電圧値、アーク電圧
ＵＡ’  安定電圧値、安定電圧
Ｕｉ  給電電圧、給電電圧値
ＵＲ  基準電圧値、基準電圧
【要約】      （修正有）【課題】電気アーク炉に給電することにより、電気アーク炉の溶融電力を効率的に調整することができる装置及び方法を実現する。【解決手段】電気アーク炉６０の給電装置は、少なくとも１つの電極６２を備え、かつ電力網５０に接続されて電極に、電気エネルギーを供給することにより電気アークを発生させて金属塊を溶融させることができる。給電装置は、電力網と電極との間に配置され、かつ電力網及び電極に接続される電力調整ユニット１２を備え、電力調整ユニットは、電極に給電される少なくとも１種類の電力量を調整するように構成される。給電装置は、電極と電力調整ユニットとの間に配置されて電力量を検出する少なくとも１つの検出デバイス２０，２２と、少なくとも１つの電極を、溶融対象の金属塊に、より近づくように金属塊から離れるように移動させるように構成される位置決めデバイス４６と、制御指令ユニット１６と、を備える。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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