(57)【要約】  本発明は、電極（１４) を有する交流誘導炉（１５) 用の制御設備に関する。この制御設備は、変圧器（１１) 及び制御されたエネルギーを交流誘導炉（１５) 内に供給する制御システム（１）を有する。この制御システムは、電極（１４) 用の調整装置（１７) を制御する。この場合。制御装置は、制御可能な電子式パワー交流スイッチ（１３) をさらに有する。これらの交流スイッチ（１３) は、二次側で大電流導体に接続されていてかつ点弧導線（１６) を介して制御点弧パルスを供給する制御システム（１）に接続されている。この場合、電気パラメータの短期間の変動が、交流スイッチだけによって調整されるように、この制御装置は構成されている。
2008522132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極（１４) を有する交流誘導炉（１５) 用の制御設備にあって、この制御設備は、変圧器（１１) 及び制御されたエネルギーを交流誘導炉（１５) 内に供給する制御システム（１）を有し、この制御システムは、電極（１４) 用の調整装置（１７) を制御する制御装置において、
制御装置は、制御可能な電子式パワー交流スイッチ( １３) をさらに有し、これらの交流スイッチ（１３) は、二次側で大電流導体に接続されていてかつ点弧導線（１６) を介して制御点弧パルスを供給する制御システム（１）に接続されていて、この場合、電気パラメータの短期間の変動が、交流スイッチだけによって調整されるように、この制御装置は構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
制御システム（１）は、二次電流（Ｉsec ）の実効値を無段式に制御する電力半導体（１３）の位相制御部（４）を有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
制御システム（１）が、誘導炉の二次電流（Ｉsec ）の実効値をナップザック回路で制御するように、この制御系（１）は構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
電力半導体（３）は、逆並列接続された複数組のサイリスタを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
電力半導体の位相制御が、炉工程の電気パラメータの変動に迅速に応答して炉出力を安定にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
目標値から大きくずれ、電極が消耗した場合の湯槽電圧の電圧状況が調整されるように、電極（１４) 用の調整装置（１６) が構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
電流制御部（３）と電圧制御部（５）とが、十分に分離されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
誘導炉（１５）の大電流システムの電極（１４）が、対になって星形に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
１つの三相変圧器又は３つの単相変圧器（１１）を有する誘導炉（１５）の大電流システムの電極（１４) が、ナップザック回路に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
誘導炉の大電流システムの電極が、Δ形に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
個々の電極電流（ＩE ）が、ソダーバーグ電極の焼成のために制限可能であるように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１２】
変圧器電流が、過電流による損傷を阻止するために特に電力折点の下の電圧範囲内で制限可能であるように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１３】
変圧器出力が、変圧器（１１）の過温度を阻止するために特に電流折点の上の電圧範囲内で制限可能であるように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１４】
無効電力が、力率（COS φ）に対する保証値を保持するために制限可能であるように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１５】
電力スイッチ（８）及び負荷時タップ切換器が、ほぼ無通電状態に切替可能であるように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１６】
さらに起こる無駄時間及び／又はヒステリシスが、電極（１４) の調整時に提供されているように、制御システム（１）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極を有する交流誘導炉用の制御設備に関する。この制御設備は、変圧器及び制御されたエネルギーを交流誘導炉内に供給する制御システムを有する。この制御システムは、電極用の調整装置を制御する。
【背景技術】
【０００２】
ナップザック回路又は星形回路内に２つで一組になって接続されている６つの電極を有し得るか又は３つの電極を有し得るこのような電気誘導炉は、非鉄金属，鉄合金及びプロセススラグの生産に使用される。
【０００３】
電気エネルギーを誘導炉内に供給することは、既に電極を油圧で調整することによって制御される。この場合、溶湯抵抗は、装入物内への電極の浸入深さを変更することによって及び／又はアーク運転時では電極の下の抵抗状況によって影響される。この場合、測定される電極電流，それぞれの電極電流及び電極電圧から算出されたインピーダンス又は電気量の一次側の測定に基づいて計算された抵抗が、制御値として使用される。電極電圧が、負荷時タップ切換器を用いて変圧器の巻線の変圧比を変更することによってステップ状に調整される。
【０００４】
この電極制御の場合、炉の出力が、沈められた電極の近くの溶湯抵抗を連続処理で変更することによって及び／又は電極を沈めないアーク運転時の抵抗状況を変更することによって引き起こされる強い影響下にある。電流，電圧及び電力のこれらの恒常的な変動によって、電気エネルギーが、炉内に不均質に供給される。
【０００５】
さらに非鉄金属及び鉄合金を生産するための異なる工程が、電極の下の反応空間の形成を必要とする。電気パラメータを制御するための機械式の電極の頻繁な移動が、これらの反応室を妨害して冶金溶解工程及び還元工程を妨害する。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第43 09 640 号明細書中には、電流回路の下に接続された電圧回路を有する直流アーク炉が記されている。この場合、電圧制御器に対する実際値が、整流器に入力する電圧から生成される。目標値が、電流制御器の出力電圧から生成される。フリッカー周波数に調整されたフィルタが、電圧制御器に後続接続されている。直流アーク炉は、供給電源が弱い場合でも−すなわち短絡容量が小さい供給電源でも−フリッカー運転を可能にしなければならない。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第41 35 059 号明細書は、電圧を連続して電気制御する装置に関する。この装置は、制御される電圧中の高調波成分を低減しなければならない。しかも、負荷電圧をより細かく調節することができかつ変化するインピーダンスに迅速に適合することができる。電圧制御に使用される交流制御器が、負荷の全出力を算定する必要がない；例えば電気誘導炉で、変動する不安定なアーク動作及び−負荷変動に起因した−変化する無効電力を発生させうる電流の中断が、負荷通電中に起こらない。この装置は、特にアーク炉の運転に適する。この運転の場合、一定なアーク電流で、負荷電圧を迅速に変化させる必要がある。この負荷電圧は、溶解の開始に対する100 Ｖから十分な溶解時の500 〜700 Ｖを通過して強いアークに対する1.2 ｋＶまで変動する。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許第35 08 323 号明細書は、主変圧器及び付加変圧器によって単相又は多相の電熱炉の１つ又は多数の電極に給電する装置を記す。この装置は、僅かな電源帰還(Netzrueckwirkung)及びより良好な定電流保持を可能にし、−多電極炉の場合は−電極の有効電力の個々の制御も可能にする。二次巻線の電流が、相ごとに測定され、整流され、電流の実際値として加算器に供給される。電流の目標値と電流の実際値との差が、この加算器内で生成される；制御偏差が、制御器に供給される。この制御器の出力信号が、制御パルス生成器に供給される。この制御パルス生成器は、サイリスターチョッパー用の対応する点弧パルスを生成する。この場合、このチュッパーは、主変圧器の中間巻線と付随する一次巻線とに直列接続されている。このような装置は、アーク炉及び還元炉に使用可能である。
【０００９】
陰極として接続される１つ又は多数の電極及び陽極として接続される１つ又は多数の床電極を有する直流アーク炉用の制御配置が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第34 39 097 号明細書から公知である。この制御配置の場合、三相交流を整流するサイリスタが、６パルス式ブリッジ回路又は12パルス式ブリッジ回路内に配置されている。これによって、電流の速くて短い変動が、電流制御によって調整され、電極用の調整装置に起因した遅くて及び／又は長期間の変動が、電圧制御によって調整される。サイリスタ装置が、電極電流の電流目標値と実際値との差に応じて電流を制御し、電極電圧の電圧目標値及び実際値に応じて電圧を制御する。この場合、電圧制御が電流制御より遅く、電極が調整される。
この制御配置は、鋼を製造する直流アークの要件に対して改良された。この鋼の製造の場合、全電力が、アークの形態で溶解工程に対して炉内に供給される。
【００１０】
直流炉で必要な床電極が、炉容器の床内の問題のある配置に起因して極度の負荷に曝されている。この床電極は、炉の弱い箇所であり、経費がかかりかつ確実な冷却を必要とする。還元炉の場合、床電極の交換に非常に時間とコストがかかる。
【００１１】
直流アーク炉の広い大電流ループが、磁束の電流によって実現される。この磁束は、アークに対して電気力学的な力を生成する。この力は、アークを供給に対して逆方向に偏向させる（アーク偏向）。還元炉の炉内壁の片側だけが、このアーク偏向によって大きく磨耗する。
【００１２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第28 27 875 号明細書は、単相のアーク炉及びこのアーク炉の制御に関する。変圧器の二次側の制御に必要な値が、炉湯に関して測定される二次相電圧を除いた特定の一次側の測定及び／又は二次側の測定から測定されて計算される。この場合、二次巻線のインダクタンス状況が、アーク炉のその他の変動の間に予測可能であり、計算された制御値が、運転による炉変数に応じた特定の限界条件の制約を受けると仮定した下で、これらの希望する制御値が計算される。このような装置は、全ての多電極炉で使用可能である。一次側の相電圧及び節点電流(Stern-Stroeme) が測定される；−少なくとも多くの場合で−二次側の値が、より良好な制御に対して使用され得るように、これらの二次側の値が導き出される。
【００１３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第20 34 874 号明細書では、中電圧又は高電圧の交流電源から給電する配置が開示されている。アーク炉の電極が、炉変圧器及び非接触式に制御可能な電子スイッチを介して交流電源に接続されている。これらのスイッチは、炉電流を制御し、−過電流の場合に−遮断する。多相系の場合、制御部が、供給電源の非対称な負荷を回避することを助ける。これらの非接触式に制御可能な電子スイッチは、炉変圧器のタップ切換器及び中間切換器の双方を代用する。
【００１４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第20 17 203 号明細書では、スラグ電気溶解方法用の３〜15Ｈｚの電流で磨耗する電極を有する電気炉が記されている。この場合、サイリスタ−直流交流変換器，三相交流変圧器，電極及び内壁を有する炉回路並びに単相変圧器を有する中間回路が、電気回路を構成する。
【００１５】
ヨーロッパ特許第0 589 544 号明細書は、直列接続されたチョーク及びこのチョークに並列接続された制御可能なブリッジスイッチとしての三相交流サイリスタブリッジを有する三相アーク炉設備に関する。この場合、電子式データ処理装置に接続されている制御部が、電流，電圧，高調波成分及びフリッカーのような電気データに加えてプロセスデータも処理し、目標データと実際データの調整にしたがって作動する。
【００１６】
直流アーク炉の電極を制御する方法及び電極制御装置並びに設備が、ヨーロッパ特許第 0 498 239号明細書から公知である。この場合、電極制御に対する目標値の計算が実行される。この目標値では、整流電圧の代わりに、制御角に比例する信号が、電流制御器から取り出される。この信号が、減衰部によって供給される。この減衰部は、信号適合に加えて限界値も監視し、希望しない周波数を濾波する。この目標値は、整流器の平均制御に相当する。希望する電流が、プリセットされている制御が、整流器で得られるように、アークの長さが、電圧の変化に関係なく適応される；常に十分な制御範囲が、電流の一定の保持に対して確保される。整流器の一定な制御に調整することによって、一定な平均力率も、供給電源内で得られる。
【００１７】
ヨーロッパ特許出願公開第 0 429 774号明細書は、制御電流によって多相アーク炉に給電する、三相交流電源，制御される直列リアクタンス，三相炉変圧器及び油圧作動電極制御系を有するアーク炉から構成された装置及び方法を開示する。ブランチ電流が、変流器によって測定され、制御装置を有するサイリスタ制御されるインダクタに供給される。この制御装置は、直列接続にある直列リアクタンスに同様に作用する。その他の影響する測定信号値は、電極の位置及び変圧器の電圧である。
【００１８】
国際特許出願公開第02/28146号明細書では、力率の直接制御に基づく自動電極制御装置及び炉変圧器を有する電気アーク炉用の方法が記されている。この自動電極制御装置は、電極の作動電流及び電圧を測定する変圧器，電極の有効電力を計算する変換器，電極の無効電力を計算する変換器，電極の力率を計算してプリセットされている目標値に調整するプログラミング可能な制御装置並びに電極の高さ調節装置及び測定装置から構成される。この測定装置は、制御装置に信号技術的に接続されていて、実際の力率が、目標値にほぼ近づくように、電極が移動する。
【００１９】
電気誘導炉の電気パラメータが、電極の油圧式の上昇又は下降によって可能な限り一定に保持される。しかしながらこれらのパラメータは、電極を沈めた場合の湯槽の抵抗の変化によって及び／又は電極を沈めないで炉を運転するアーク運転の場合の抵抗の状況によって恒常的に変動する。このため、電気エネルギーが、炉内に不均質に供給される。炉内の応答空間の形成が、部分的に非常に大きい電極の移動によって妨げられる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第43 09 640 号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第41 35 059 号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許第35 08 323 号明細書
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第34 39 097 号明細書
【特許文献５】ドイツ連邦共和国特許出願公開第28 27 875 号明細書
【特許文献６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第20 34 874 号明細書
【特許文献７】ドイツ連邦共和国特許出願公開第20 17 203 号明細書
【特許文献８】ヨーロッパ特許第0 589 544 号明細書
【特許文献９】ヨーロッパ特許第0 498 239 号明細書
【特許文献１０】ヨーロッパ特許出願公開第0 429 774 号明細書
【特許文献１１】国際特許出願公開第02/28146号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の課題は、電気誘導炉内への電力供給が安定し、これによってエネルギー供給及び生産が向上するように、冒頭で述べた種類の制御装置を構成することにある。さらに、応答空間が妨げられずに形成できるように、電極の移動を最小限に低減しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この課題は、本発明により、制御装置が制御可能な電子式パワー交流スイッチをさらに有し、これらの交流スイッチは二次側で大電流導体に接続されていてかつ点弧導線を介して制御点弧パルスを供給する制御系に接続されていて、この場合、電気パラメータの短期間の変動が交流スイッチだけによって調整されるように、制御装置が構成されていることによって解決される。これによって、エネルギー供給が、電極の位置を変更するだけによって制御されるのではなくて、主に制御可能な電子式パワースイッチによって制御される。このスイッチは、二次側で大電流導体に接続される。電力半導体の位相制御によって、二次電流の実効値を無段式に制御することを問題なく実現する。電力半導体の位相制御は、電極の従来の機械式の調整に比べて非常に速い。これによって、工程の電気パラメータの変動に迅速に応答され得、したがって炉出力が安定になる。
【００２２】
電極の機械式の調整の課題は、目標値から大きくずれ、電極の消耗を調整する場合の湯槽電圧の電圧状況の調整に限定される。
【００２３】
制御系が、二次電流の実効値を無段式に制御する電力半導体の位相制御部を有することが好ましいと実証されている。
【００２４】
好適な方法では、制御系が、誘導炉の二次電流の実効値をナップザック回路で制御するように、この制御系が構成され得る。
【００２５】
本発明によれば、電力半導体が、逆並列接続された複数組のサイリスタを有してもよい。その結果、三相交流の位相制御が実施される。
【００２６】
電極の機械式の調整とは違って、電力半導体の位相制御が、炉工程の電気パラメータの変動に迅速に応答でき、炉出力が安定になる。
【００２７】
好ましい方法では、目標値から大きくずれ、電極が消耗した場合の湯槽電圧の電圧状況が調整されるように、電極用の調整装置が構成され得る。電流制御部と電圧制御部とが十分に分離されている場合、最適な制御が実現される。
【００２８】
誘導炉の大電流システムの電極が対になって星形に接続されていることが好ましいと実証されている。この代わりに、１つの三相変圧器又は３つの単相変圧器を有する誘導炉の大電流システムの電極をナップザック回路で接続してもよい。本発明によれば、誘導炉の大電流システムの電極をΔ形に接続することも可能である。
【００２９】
特に好適な方法では、個々の電極電流が、ソダーバーグ電極(Soederberg-Elektroden) の焼成（ベーク）のために制限可能であるように、制御系が構成され得る。
【００３０】
本発明によれば、変圧器電流が、過電流による損傷を阻止するために特に電力折点の上の電圧範囲内で制限可能であるあるか、又は、変圧器出力が、過温度を阻止するため、すなわち変圧器の寿命を大きくするために特に電流折点の上の電圧範囲内で制限可能であるように、制御系が構成され得る。
【００３１】
本発明によれば、無効電力が、力率に対する保証値を保持するために制限可能であるように、制御系を構成することも可能である。
【００３２】
電力スイッチ及び負荷時タップ切換器がほぼ無通電状態に切替可能であるように、制御系が構成されている場合に、電力スイッチ及び負荷時タップ切換器の寿命が向上する。
【００３３】
さらに起こる無駄時間及び／又はヒステリシスが、電極の調整時に提供されているように、制御系が構成されている場合、冶金学的な反応空間に対する妨害が最小限に抑えられる。これらの電極は、これらの電極の下の反応空間の形成を支援する。電気パラメータを制御する機械式電極の頻繁な移動が、これらの反応空間を妨害し、冶金学的な溶解工程及び還元工程を妨げる。
【００３４】
以下に、本発明を図中に示された実施の形態を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１中には、本発明の制御システム１が、監視部２，電流制御部３，位相制御部４及び電圧制御部５を有することが示されている。制御するため、例えばパーソナルコンピュータ６（ＰＣ）が接続されている。
【００３６】
しかしながら図１中には、三相系のうちの１つの経路だけが示されている。
【００３７】
炉スイッチ８が、切替線７を通じて電動機９によって以下で説明する炉を供給電圧１０に接続する。このとき、この供給電圧１０は、炉変圧器１１の一次側に入力される。この炉変圧器１１の負荷時タップ切換器を制御システム１を通じて調整装置１２を用いて制御することができる。
【００３８】
電子式交流スイッチである電力半導体１３が、炉変圧器１１の二次側に接続されている。この電力半導体１４は、電極１４に接続されている。この電極１４は、アースされた炉１５の湯槽内に浸漬され得る。
【００３９】
電力半導体１３は、逆並列接続された２つの電子式パワースイッチを有し得る。この場合、数ＭＶＡの大電力に起因して、特にサイリスタや制御可能な電力トランジスタも、半導体素子として使用可能である。点弧パルスが、制御システム１によって点弧線１６を通じて通電のために電力半導体１３に供給される。
【００４０】
油圧系統１７が、遅い電極制御に作用する。その結果、目標値から大きくずれて電極が消耗する場合、湯槽電圧の電圧状況を調整することができる。測定装置１８が、電極１４の位置に対応する信号を制御システム１に供給する。
【００４１】
電気量に関する測定装置及び監視装置１９が、制御システム１に接続されている。一次側電圧ＵPRI 及び一次電流ＩPRI に相当する測定値が、これらの測定装置及び監視装置１９に供給される。これらの測定装置及び監視装置１９は、これらの測定値から制御システム１に必要な値を計算する。アース端子監視部２０が、炉スイッチ８の前方で供給電圧１０に接続されている。アース端子監視部２０は、その測定値を同様に制御システム１に供給する。
【００４２】
本発明に基づく制御システム１は、記憶装置にプログラミング可能な制御部  （ＰＬＳ），パーソナルコンピュータ（ＰＣ）６又はその他のコンピュータ保護されたシステムで実現され得る。電気量に関する一次側及び二次側の測定装置及び監視装置１９が、制御システム１用の入力値として使用され、負荷時タップ切換器又は星形スイッチ及びΔ形スイッチの位置ができる限り存在する。オプションでは、電極位置の測定部を制御・調整システム１内に一緒に組み込んでもよい。
【００４３】
制御システム１の出力値は、電極１４を上下させる油圧弁に対する調整値及び電力半導体１３の位相制御部４の制御電子機器に対する調整量である。
【００４４】
必要な制御角αを限界内に保持するため、及びアーク運転及び部分負荷時の電流の遮断を阻止するため、制御システム１は、炉変圧器１１の負荷時タップ切換器の自動調整だけ拡張され得る。
【００４５】
図２〜４中には、大電流側の三相交流の回路図が示されている。図２は、対に接続された６つの電極１４を有する炉１５を有する。これらの電極１４は、電力半導体１３を介して炉変圧器１１の二次側の相Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。
【００４６】
図３中には、３つの電極１４を有する炉１５が示されている。この炉１５は、ナップザック回路内の三相変圧器に接続されている。
【００４７】
図４中に示された大電流システムの構成は、120 °だけ移相した３つの単相変圧器，交流整流器，大電流線の角度対称的な敷設及び電極経路の配置を示す。それぞれのインピーダンスの同じ状況が、この一貫して対称な構成が得られる。これらの同じ状況は、還元炉内への可能な限り均質な電力供給を容易にし、負荷が大電源に可能な限り均質にかかる。工程による非対称な負荷が、本発明によって良好に制御され得る。
【００４８】
ナップザック回路は、３つの電極を有する電気誘導炉で使用される。これらの電極の場合、炉変圧器の二次巻線の端子が、敷設され、最初に３つの電極に接続されてΔ形回路を構成する。これらの３つの電極が、炉槽と共に星形負荷を構成する。この場合、炉槽は、節点(Sternpunkt)を作る。炉のリアクタンスが、大電流導体の磁場を補償する配置によって減少する。これによって、変圧器の出力に比べて大きい有効電力が、炉内に供給され得る。その結果、より良好な力率cos φが得られる。
【００４９】
この場合、単相の制御可能な交流整流器がそれぞれ、単相の炉変圧器に接続されているか、又は、三相の制御可能な交流整流器が、三相の炉変圧器に接続されている。電流を制御する交流整流器の出力の一部が、相ごとに２つずつ逆並列接続された電子式パワースイッチによって実現される。数ＭＶＡの大電力に起因して、特にサイリスタが、半導体素子として使用されている。しかしながら制御可能な電力トランジスタの使用も考えられる。      
【００５０】
図３及び４中に示されたナップザック回路には、電場の補償効果による大電流線のリアクタンスのない回路の利点がある。これによって、還元炉の生成された無効電力成分が低減され得る。しかしながら、大電流線に敷設された３つの二次端子によって変圧器の二次巻線がΔ形に接続される回路も可能である。これらの二次端子は、例えば鋼を製造するアーク炉で一般的であるように、電極経路及び湯槽によって星形に接続される。
【００５１】
本発明の上述した主な課題に加えて、さらにその他の以下で説明する利点が得られる。１．ソダーバーグ電極の焼成に対する個々の電極電流の制限
炉の起動又は炉のブリッジ後に、電極電流ＩE を焼成の進行に応じて制限し、損傷を阻止することが重要である。最適な電極電流Ｉが、交流整流器によってプリセットされている焼成プログラムに応じて電極１４に通電し、過電流による電極１４の損傷が阻止される。「未焼成」のソダーバーグ電極の新たな破損を阻止するため、電極１４の機械式の調整が確定され得る。
２．特に電力の折点の下の電圧範囲内での過電流による損傷を阻止する変圧器電流の制限  変圧器１１が、過電流リレーによって保護される。この過電流リレーは、炉スイッチ８を過電流時に起動して生産運転を遮断する。付随する最大変圧器電流が、それぞれの電圧段に応じて本発明の制御システム１によって制限され得、過電流による変圧器の遮断が防止され得る。図５中に示された直線の曲線部分２０が、二次電圧に応じた電流制限を示す。図５中には、曲線群が示されている。この曲線群は、二次電圧と二次電流との互いの依存性を具体的に説明する。
３．特に電流折点の上の電圧範囲内で過温度を阻止し、同時に変圧器の寿命を長くする変圧器の出力の制限
僅かな湯槽抵抗によって最大許容皮相電力を超えると、炉変圧器１１が、過温度によって損傷されうるか又は炉変圧器１１の寿命が短縮されうる。炉変圧器１１の皮相電力が、インバータによって交流調整期を通じて最大値に制限され得る。このことは、例えば図５中の第２曲線部分２１から読み取れるようにそれぞれの電圧段に応じた電流制限によって実現される。
４．力率に対する保証値を保持するための無効電力の制限
多くの場合、経営者とエネルギー供給者との間で契約上取り決めた力率cos φに対する限界値は守る必要がある。限界値の下回りが、制御システムによって炉の出力を簡単に低減して阻止され得る。
５．供給大電源の炉の構造及び工程による非対称な負荷の阻止及び制限
例えば長方形の炉のような炉の幾何構造及び／又は整列した電極１４の配置及び／又は１つの三相変圧器若しくは整列配置された３つの単相変圧器の使用によって、大電流導体の敷設時の不可避な非対称，異なる損失抵抗及び無効抵抗が発生する。非対称な負荷が、還元炉内の湯槽の工程による異なる抵抗状況によっても発生する。これらの望まない非対称な電源負荷は、制御システム１によって良好に校正され得る。
６．ほぼ無通電状態に切り替えることによる電力スイッチ及び負荷時タップ切換器の寿命の延長
一般には、電気動作手段の寿命が、炉スイッチ８及び電圧段スイッチを負荷の下で切り替えることによって低下する。また弱い電源の場合、大きい遮断容量に起因したフリッカーが発生する。電力半導体１３が、本発明の制御システム１によって炉スイッチ８又はタップ切換器の切り替え前に遮断され得る。その結果、電力スイッチが、ほぼ無通電状態に操作され得る。変圧器１１の無負荷電流だけを切り替えれば済む。
【００５２】
さらに、改良された制御及び電極電流を炉１５の起動時に制限する可能性に起因して、さもなければ多数になる電圧段が低減される。
【００５３】
本発明の制御装置は、床電極の必要性なしに３つ又は６つの電極を有する三相交流炉の運転を可能にする。複数組のサイリスタが、逆並列接続される。この場合、移相形態の三相交流が得られる。
【００５４】
本発明に基づく制御装置は、特に電気還元炉用の工程要求に調整されている。この制御装置の場合、電極の移動が、可能な限り省略される。何故なら、電極の移動は、冶金学的な溶解工程及び還元工程を妨害するように作用するからである。電極の油圧式の調整は、実際には電極の消耗だけを補整し、より大きい電圧の偏差だけに応答すべきである。
【００５５】
ナップザック回路を有する炉の場合の二次電流は、電極の経路電流に等しくないので、この場合は本発明の制御システム１によって可能になる特別な制御方法が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】単相構造用の本発明の制御システムを示す。
【図２】対に接続された電極を有する６電極炉を示す。
【図３】三相変圧器を有する３電極炉をナップザック回路(Knappsack-Schaltung) で示す。
【図４】３つの単相変圧器を有する対称に構成された３電極誘導炉をナップザック回路で示す。
【図５】本発明の利点を説明する曲線群を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１          制御システム
２          監視部
３          電流制御部
４          位相制御部
５          電圧制御部
６          パーソナルコンピュータ
７          切替線
８          炉スイッチ
９          電動機
１０        供給電圧
１１        炉変圧器
１２        調整装置
１３        電力半導体
１４        電極
１５        炉
１６        点弧線
１７        油圧系統
１８        電極位置の測定装置
１９        電気量に関する測定装置及び監視装置
２０        アース端子監視部
２１        直線の曲線部分
２２        第２の曲線部分
ＺT         変圧器のインピーダンス
ＺH         インピーダンス
ＺE         電極のインピーダンス
ＺB         溶湯のインピーダンス
ＰＣ        パーソナルコンピュータ
ＰＬＳ      処理メインシステム
ＳＰＳ      記憶装置にプログラミング可能な制御部
Ａ          電流／次元
ＡＣ        交流（交流電流）
Ｅn         測定点
ｆ          電源周波数
Ｉ          電流
ＩEn        電流
Ｉpri       一次側電流
Ｉsec       二次側電流
Ｉ+/-n      ストランド電流
ｍ          10-3（ミリ）／数値係数
ｋ          103 （キロ）／数値係数
Ｍ          106 （メガ）／数値係数
Ｍ          電動機の符号／符号
ｎ          整数
Ｐ          有効電力
Ｑ          無効電力
Ｓ          皮相電力
ＳN         定格皮相電力
ＳSC        皮相電力
ＳＡＦ      ？
ｔap        時間
Ｕ          電圧
Ｕk         短絡電圧
ＵN         電源電圧
Ｕpri       一次側電圧
Ｕsec       二次側電圧
Ｕ，Ｖ，Ｗ  相電気系統
ＶＡ        ボルトアンペア／次元
Ｖ          電圧／次元
Ｖａｒ      ボルトアンペア／次元
Ｗ          電力
Ｗ          ワット／次元
Ｗｈ        ワット時
ＺBn        インピーダンスに関する抵抗
ＺEn        インピーダンス
ＺH+/-n     インピーダンス
ＺTn        インピーダンス
α          制御角，位相角
cos φ      力率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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