BR102015023945B1

BR102015023945B1 - Aparelho e método para fornecimento de energia elétrica para um forno a arco elétrico

Info

Publication number: BR102015023945B1
Application number: BR102015023945-9A
Authority: BR
Inventors: Antonello Mordeglia; Enzo Gigante
Original assignee: Danieli Automation Spa
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2023-03-07
Also published as: SI3518622T1; AU2015227470A1; HUE054041T2; ES2859698T3; HUE043306T2; DK3518622T3; CN114980397A; JP2017033911A; MY175365A; MX354920B; TWI610054B; CY1121620T1; JP6002823B1; MX2015013293A; ES2725911T3; CN113639564A; MA47024A; TW201704707A; BR102015023945A2; TR201906577T4

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA UM FORNO A ARCO ELÉTRICO. A presente invenção trata de um aparelho de energia elétrica para um forno a arco elétrico (60) que compreende pelo menos um eletrodo (62) e é conectável a uma rede de alimentação (50) para fornecer ao eletrodo (62) a energia elétrica para gerar um arco elétrico para fundir uma massa de metal. O aparelho compreende uma unidade de regulação elétrica (12) interposta e conectada à rede de alimentação (50) e ao eletrodo (62) e configurado para regular pelo menos uma quantidade elétrica para alimentar o eletrodo (62). O aparelho compreende pelo menos um dispositivo de detecção (20, 22) para detectar a quantidade elétrica, interposto entre o eletrodo (62) e a unidade de regulação elétrica (12), um dispositivo de posicionamento (46) para mover o pelo menos um eletrodo (62) mais próximo a/mais longe da massa de metal a ser fundida e uma unidade de controle e comando (16).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho para alimentar eletricamente um forno a arco elétrico que permite controlar o arco durante as etapas de fusão em um forno a arco elétrico.

[0002] Em particular, o aparelho e método para alimentar eletricamente o forno permitem realizar pelo menos dois modos de regulação da energia fornecida pelo arco de fusão.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[0003] Aparelhos para alimentar eletricamente os eletrodos de um forno a arco elétrico para fundir metal são conhecidos.

[0004] Os eletrodos são colocados no forno elétrico e podem ser movidos no interior do mesmo, em direção/na direção contrária a partir do banho de metal, para regular a entidade de fusão dos metais sólidos.

[0005] Aparelhos de energia elétrica conhecidos compreendem dispositivos para regular a posição dos eletrodos que permitem levantar ou abaixar os eletrodos com relação ao metal para modificar o comprimento do arco. Entretanto, a regulagem da posição dos eletrodos é bem lenta, e não permite realizar correções rápidas se houver alterações súbitas nas quantidades de energia elétrica ou na geração do arco elétrico.

[0006] Na realidade, se o arco se tornar mais longo, isto é, se o eletrodo ficar mais distante a partir da massa a ser fundida, a voltagem aplicada tem de ser aumentada para suportar o mesmo e evitar que o mesmo desligue; se o arco for encurtado, a corrente aumenta e, portanto, há um aumento descontrolado na energia fornecida pelo arco, com possível dano ao forno ou teto.

[0007] A voltagem de arco, dada a mesma corrente, é proporcional à distância entre o eletrodo e a massa a ser fundida. Portanto, para uma dada condição de funcionamento, que provê atingir uma corrente de referência do arco, uma condição de arco estável é obtida por regular a distância entre o eletrodo e a massa a ser fundida, em relação a uma curva característica de voltagem de alimentação.

[0008] Aparelhos de energia do tipo conhecido compreendem, em geral, um transformador de multiderivações que transforma a voltagem fornecida por uma rede de alimentação elétrica, em geral voltagem média, em uma voltagem adequada para alimentar os eletrodos.

[0009] Através das derivações do transformador é possível regular a voltagem do arco e consequentemente sua extensão para regular a energia de fusão.

[0010] Esses tipos de aparelhos de energia têm uma desvantagem ligada à descontinuidade de absorção instantânea de energia, que é tirada da rede de alimentação e que ocorre particularmente no início de fusão devido aos curtos-circuitos frequentes causados pela instabilidade do arco e deslizamento do refugo. Em alguns casos, isso pode abranger flutuações na voltagem de rede (esse fenômeno também é chamado oscilação).

[0011] Aparelhos de energia para fornos de arco elétrico são também conhecidos que compreendem um circuito alisador, que transforma a corrente alternada fornecida pela rede de alimentação em corrente contínua, e um circuito de conversores para alimentar os eletrodos.

[0012] Uma solução que usa uma configuração geral desse tipo para alimentar um forno de arco elétrico é descrita, por exemplo, no pedido de Patente US2007/0247079A1 e na Patente U.S. 6.421.366 B1.

[0013] Entretanto, os circuitos conversores presentes nesses aparelhos de energia não permitem a compensação das interferências que chegam do arco e que afetam a rede de alimentação. Realmente, os circuitos conversores, devido à modulação da corrente que é realizada, geram harmônica na corrente que pode ser prejudicial se introduzida na rede de alimentação.

[0014] Uma finalidade da presente invenção é obter um aparelho e método para alimentar um forno a arco elétrico que permite regular a energia de fusão do mesmo de modo eficiente.

[0015] Outra finalidade da presente invenção é obter um aparelho e implementar um método que permita regular as características da voltagem de arco e a corrente de arco para assegurar a estabilidade do arco elétrico durante a fusão.

[0016] Outra finalidade da presente invenção é obter um aparelho de energia que reduza as interferências induzidas na rede de alimentação em comparação com aparelhos de um tipo conhecido.

[0017] O Requerente idealizou, testou e incorporou a presente invenção para superar as desvantagens do estado da técnica e obter essas e outras finalidades e vantagens.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0018] A presente invenção é exposta e caracterizada nas reivindicações independentes, enquanto as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção ou variantes do conceito inventivo principal.

[0019] De acordo com as finalidades acima, um aparelho de energia elétrica para um forno a arco elétrico compreende pelo menos um eletrodo superior, vantajosamente dois ou três, e é conectável a uma rede de alimentação para fornecer ao eletrodo a energia elétrica para gerar um arco elétrico.

[0020] O aparelho compreende uma unidade de regulação elétrica, interposta e conectada à rede de alimentação e ao eletrodo e configurada para regular pelo menos uma quantidade elétrica para alimentar o eletrodo.

[0021] De acordo com um aspecto da presente invenção, o aparelho compreende pelo menos um dispositivo de detecção para detectar a quantidade elétrica, disposta entre o eletrodo e a unidade de regulação elétrica, e um dispositivo de posicionamento configurado para mover o pelo menos um eletrodo mais próximo a/mais longe da massa de metal a ser fundida.

[0022] De acordo com outro aspecto da invenção, o aparelho compreende uma unidade de controle e comando conectada à unidade de regulação elétrica, à rede de alimentação, e ao dispositivo de posicionamento para controlar a unidade de regulação elétrica e o dispositivo de posicionamento e realizar um primeiro controle do arco elétrico, ao atuar sobre a unidade de regulação elétrica, e respectivamente, um segundo controle do arco elétrico ao atuar sobre o dispositivo de posicionamento.

[0023] Desse modo, é possível obter um aparelho de controle misturado no qual a dinâmica rápida, com uma pequena amplitude de flutuação, da quantidade elétrica, correspondendo à energia de fusão necessária, é controlada pelo primeiro controlador, isto é, com uma modulação da quantidade elétrica, enquanto a dinâmica lenta, com maior amplitude, é controlada pelo segundo controle, isto é, pelo movimento dos eletrodos.

[0024] Formas de modalidade da presente invenção também se referem a um método de fornecimento de energia para um forno a arco elétrico que provê a geração de um arco elétrico por pelo menos um eletrodo alimentado por uma rede de alimentação, e regular pelo menos uma quantidade elétrica para alimentar o eletrodo por meio de uma unidade de regulação elétrica interposta e conectada à rede de alimentação e ao eletrodo.

[0025] De acordo com algumas formas de modalidade, o método compreende detectar a quantidade elétrica com pelo menos um dispositivo de detecção interposto entre o eletrodo e a unidade de regulação elétrica, mover o pelo menos um eletrodo mais próximo a/mais longe da massa de metal a ser fundida com um dispositivo de posicionamento, e controlar a unidade de regulação elétrica e o dispositivo de posicionamento para realizar um primeiro controle do arco elétrico ao atuar sobre a unidade de regulação elétrica e respectivamente um segundo controle do arco elétrico ao atuar sobre o dispositivo de posicionamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] Essas e outras características da presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição de algumas formas de modalidade, dadas como exemplo não restritivo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0027] A Figura 1 é um diagrama de um aparelho para alimentar um forno a arco elétrico de acordo com algumas formas de modalidade aqui descritas.

[0028] A Figura 2 é um detalhe do diagrama na Figura 1 de acordo com algumas formas de modalidade aqui descritas.

[0029] Para facilitar a compreensão, os mesmos números de referência foram usados, onde possível, para identificar elementos comuns idênticos nos desenhos. Entende-se que elementos e características de uma forma de modalidade possam ser convenientemente incorporados em outras formas de modalidade sem esclarecimentos adicionais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS FORMAS DE MODALIDADE

[0030] Os requerentes se referirão agora em detalhe as várias formas de modalidade da presente invenção, das quais um ou mais exemplos são mostrados no desenho em anexo. Cada exemplo é fornecido como ilustração da invenção e não será entendido como uma limitação da mesma. Por exemplo, as características mostradas ou descritas em tanto quanto fazem parte de uma forma de modalidade podem ser adotadas em, ou em associação a, outras formas de modalidade para produzir outra forma de modalidade. Entende-se que a presente invenção incluirá todas essas modificações e variantes.

[0031] De acordo com a presente descrição, a invenção refere-se a um aparelho 10 para alimentar um forno a arco elétrico 60.

[0032] O forno a arco elétrico 60 compreende um ou mais eletrodos 62, nesse caso como exemplo um eletrodo 62, que pode ser alimentado eletricamente para fornecer a energia necessária para fundir uma massa de metal.

[0033] De acordo com algumas formas de modalidade, pode haver dois, três ou mais e três eletrodos 62.

[0034] O aparelho 10 é conectado a uma rede de alimentação 50, por exemplo, uma rede elétrica trifásica, indicada na Figura 2 com as três fases R, S, T.

[0035] A rede de alimentação 50 fornece ao eletrodo 62 a energia elétrica necessária para fusão.

[0036] Em particular, uma corrente de alimentação (power current) Ii e uma voltagem de alimentação Ui são disponíveis a partir da rede de alimentação 50, que são adequadamente fornecidas ao eletrodo 62 por meio do aparelho 10.

[0037] De acordo com algumas formas de modalidade, o aparelho 10 compreende dispositivos de detecção 24, 26, configurados para detectar as quantidades correspondendo, respectivamente, à corrente de alimentação Ii e à voltagem de alimentação Ui fornecidas pela rede de alimentação 50.

[0038] O dispositivo de detecção 24 pode ser, por exemplo, um amperímetro, ou um transformador amperímetro, configurado para detectar a intensidade da corrente de alimentação Ii, enquanto o dispositivo de detecção 26 pode ser, por exemplo, um voltímetro, ou um transformador de voltímetro, configurado para detectar a diferença de energia, isto é, a voltagem de alimentação Ui.

[0039] De acordo com algumas formas de modalidade, o aparelho 10 compreende uma unidade de regulação elétrica 12 interposta e conectada à rede de alimentação 50 e ao eletrodo 62 e configurado para regular pelo menos uma quantidade de energia elétrica de um ou mais eletrodos 62 do forno a arco elétrico 60, e assegurar a estabilidade do arco elétrico.

[0040] De acordo com uma formulação possível da presente invenção, a regulação da quantidade elétrica provê a regulagem da intensidade e a frequência da corrente de alimentação elétrica.

[0041] De acordo com uma variante possível, a regulação da quantidade elétrica provê a regulação da frequência, da forma de onda e da amplitude da voltagem de alimentação, permitindo controlar a corrente fornecida e consequentemente a energia de fusão.

[0042] De acordo com algumas formas de modalidade, a unidade de regulação elétrica 12 compreende um dispositivo conversor 18 configurado para converter a corrente de alimentação Ii e a voltagem de alimentação Ui da rede de alimentação 50 em valores de corrente de arco Ia e valores de voltagem de arco UA para alimentar o eletrodo 62.

[0043] De acordo com algumas formas de modalidade, o dispositivo conversor 18 compreende uma pluralidade de módulos 34 cada compreendendo um submódulo de fase 34R, 34S, 34T para cada das fases R, S, T da corrente de alimentação.

[0044] Os módulos 34 são conectados em paralelo entre si com a rede de alimentação 50 e são individualmente configurados para converter a corrente de alimentação Ii e a voltagem de alimentação Ui.

[0045] Os submódulos de fase 34R, 34S e 34T permitem controlar a conversão de corrente de alimentação Ii e voltagem de alimentação Ui para cada fase R, S e T.

[0046] De acordo com a Figura 1, três módulos 34 são fornecidos mesmos se o número de módulos puder ser menor ou maior que três.

[0047] De acordo com algumas de modalidade (Figura 2), cada submódulo de fase 34R, 34S, 34T compreende um circuito de alisamento 36, configurado para endireitar e possivelmente regular a respectiva corrente de fase fornecida pela rede de alimentação 50.

[0048] O circuito de alisamento 36 pode ser obtido, por exemplo, por meio de uma ponte de diodo controlado ou ponte de tiristor.

[0049] De acordo com algumas formas de modalidade descritas utilizando a Figura 2, cada submódulo de fase 34R, 34S, 34T compreende um circuito intermediário 38 em corrente contínua, também chamado DC-link configurado para armazenar energia e criar uma separação entre a rede de alimentação externa 50 e o eletrodo 62, e um circuito inversor 40, configurado para inverter a corrente regulando a frequência e possivelmente a amplitude do fundamental da corrente alternada na saída.

[0050] A presença de um circuito intermediário 38 para cada circuito inversor 40 que aciona a mesma fase no lado de eletrodo permite compensar as interferências vindas do arco, limitando seu efeito negativo na rede de alimentação 50.

[0051] De acordo com algumas formas de modalidade, o circuito inversor 40 é um circuito de comutação de multi-impulsos. Em possíveis implementações, o circuito inversor 40 pode fornecer uma modulação de doze impulsos, ou múltiplos de doze, isto é, vinte e quatro ou trinta e seis impulsos, por exemplo.

[0052] Isso permite reduzir consideravelmente a contribuição indesejável de harmônica mais elevada que o fundamental, genericamente 50H ou 60 Hz, e isso causa perda de eficiência. Além disso, harmônica mais elevada que o fundamental pode induzir interferências na rede de alimentação que podem ser prejudiciais possivelmente para aparelhos de outros usuários conectados à rede de alimentação.

[0053] Harmônica mais elevada que o fundamental não contribui para a transferência de energia ativa pode gerar interferências na rede de alimentação, e consequentemente é melhor se for reduzido o máximo possível.

[0054] De acordo com algumas formas de modalidade, os centros de estrela dos submódulos de fase de energia individuais 34R, 34S, 34T são conectados entre si ao neutro N. desse modo, mesmo se um submódulo de fase 34R, 34S, 34T desligar, é possível em qualquer caso ter uma modulação com o número esperado de impulsos. Ao contrário, se os centros de estrela dos submódulos de fase 34R, 34S, 34T não forem conectados entre si, se um deles desligar, ou tiver defeito, uma fonte de impulsos é perdida.

[0055] De acordo com algumas formas de modalidade, o circuito inversor 40 compreende uma pluralidade de dispositivos escolhidos a partir de semicondutores, diodos, tiristores como SCR (retificador controlado por silício), triac, GTO (tiristor de desligar porta), IGCT (Tiristor comutado por porta integrada), MCT (tiristor controlado por semicondutor de óxido de metal), transistores como BJT (transistor de junção bipolar), MOSFET (transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal), IGBT (transistor bipolar de porta isolada).

[0056] De acordo com algumas formas de modalidade, um ou mais módulos 34 são fornecidos do circuito de alisamento 36, do circuito intermediário 38 e do circuito inversor 40 para cada das fases R, S e T a ser acionada.

[0057] De acordo com algumas formas de modalidade, vários circuitos inversores 40 para cada fase R, S e T podem ser fornecidos, localizados em paralelo entre si.

[0058] O uso de dispositivos semicondutores permite controlar a corrente em qualquer momento, mesmo muito rapidamente, por ligar e desligar o dispositivo.

[0059] De acordo com algumas formas de modalidade, não mostradas nos desenhos, os circuitos inversores 40 podem ser dotados de proteção que interferem instantaneamente, protegendo os dispositivos semicondutores e, portanto, o próprio circuito inversor 40.

[0060] De acordo com algumas formas de modalidade, os circuitos de alisamento (straightening circuits) e os circuitos inversores são iguais para cada dos módulos 34, de modo a minimizar o número de peças sobressalentes que necessitam estar disponíveis, facilitando possíveis substituições e manutenção.

[0061] Além disso, em direção à rede de alimentação 50, os módulos 34 aparecem como cargas trifásicas equilibradas.

[0062] De acordo com algumas formas de modalidade (Figura 1), pelo menos um dispositivo de detecção para detectar a quantidade elétrica é interposto entre o eletrodo 62 e a unidade de regulação elétrica 12, nesse caso dois dispositivos de detecção, isto é, respectivamente um dispositivo de detecção de corrente 20, para detectar a corrente de arco IA, e um dispositivo de detecção de voltagem 22 para detectar a voltagem de arco UA para alimentar o arco elétrico.

[0063] O dispositivo de detecção de corrente 20 pode ser um amperímetro ou um transformador de amperímetro, por exemplo, configurado para detectar a intensidade da corrente de arco IA, isto é, a intensidade da corrente fornecida aos eletrodos 62 pela unidade de regulação elétrica 12. O dispositivo de detecção de voltagem 22 pode ser um voltímetro, ou um transformador de voltímetro, configurado para detectar a diferença em potencial, isto é, a voltagem de arco UA dos eletrodos 62, que depende da distância dos eletrodos 62 com relação à massa de metal a ser fundida.

[0064] De acordo com algumas formas de modalidade (Figura 1), o aparelho 10 compreende uma unidade de controle e comando 16 conectada à unidade de regulação elétrica 12 e à rede de alimentação 50 e é configurada para calcular pelo menos um valor de corrente de referência IR a ser enviado para a unidade de regulação elétrica 12 para determinar uma condição estável do arco elétrico no forno elétrico 60.

[0065] A unidade de controle e comando 16 também pode ser configurada para calcular um valor de voltagem de referência UR para outros ajustes da intensidade do arco elétrico, como será explicado a seguir.

[0066] A unidade de controle e comando 16 é configurada para determinar os valores de referência da corrente de referência IR e voltagem de referência UR pelo menos com base na corrente de alimentação Ii e a voltagem de alimentação Ui fornecida na entrada pela rede de alimentação externa 50 e da corrente de arco IA e voltagem de arco UA detectada pelos dispositivos de detecção 20 e 22.

[0067] Em particular, a unidade de controle e comando 16 regula o funcionamento da unidade de regulação elétrica 12 de modo que as quantidades elétricas - a voltagem de arco UA e a corrente de arco IA - atinjam um deslocamento de fase relativa e amplitude de modo a assegurar que o arco seja mantido e tenha uma frequência operacional que reduza perdas a um mínimo.

[0068] De acordo com a solução na Figura 1, a unidade de controle e comando 16 compreende um regulador de energia 27 conectado entre a rede de alimentação 50 e a unidade de regulação elétrica 12.

[0069] O regulador de energia 27 é configurado para calcular a corrente de referência IR, voltagem de referência UI e a frequência da forma de onda.

[0070] Um valor de referência de energia PS, por exemplo, um valor de energia de ponto de ajuste, pode ser ajustado no regulador de energia 27, por exemplo, por um usuário.

[0071] De acordo com algumas formas de modalidade, a voltagem de referência UR é calculada como uma função da etapa de fusão/trabalho e consequentemente a corrente de referência IR é ajustada de modo a rastrear o ajuste PS de referência de energia.

[0072] De acordo com algumas formas de modalidade, a unidade de controle e comando 16 pode compreender também uma unidade de processamento 28 conectada ao regulador de energia 27 e aos dispositivos de detecção 20, 22 e configurada para determinar, com base nos parâmetros de entrada referentes à corrente de arco IA e a voltagem de arco UA, um modelo matemático do arco elétrico e determinar condições de funcionamento ótimo para assegurar a estabilidade do arco e regular no modo possível a energia fornecida com base no PS de referência de energia.

[0073] De acordo com uma implementação possível, a unidade de processamento 28 pode ser configurada para calcular pelo menos um valor de corrente ideal IO e um valor de voltagem ideal IO correspondendo a condições de funcionamento ótimo do arco elétrico e que pode ser fornecido ao regulador de energia para determinar a corrente de referência IR e a voltagem de referência UR.

[0074] De acordo com algumas formas de modalidade, entre os dispositivos de detecção 22, 24 respectivamente da corrente de arco IA e voltagem de arco UA e a unidade de controle e comando 16, nesse caso a unidade de processamento 28, elementos de condicionamento de sinal 30, 32 podem ser fornecidos. Cada elemento de condicionamento de sinal 30, 32 é configurado para amplificar e estabilizar o sinal referente à corrente de arco IA ou à voltagem de arco UA com base em um valor de referência que deve ser considerado. O valor de referência pode ser o valor médio, o valor instantâneo ou o valor efetivo.

[0075] Cada elemento de condicionamento de sinal 30, 32 permite a obtenção na saída de um valor de corrente estabilizada e um valor de voltagem estabilizada IA’, UA’, estáveis e adequados para serem processados pela unidade de processamento 28.

[0076] De acordo com possíveis formas variantes de modalidades, não mostradas, os elementos de condicionamento de sinal 30, 32 podem ser integrados na unidade de controle e comando 16.

[0077] De acordo com algumas formas de modalidade (Figura 1), a unidade de regulação elétrica 12 compreende um dispositivo para regular a corrente 42 posicionada entre a unidade de controle e comando 16 e o dispositivo conversor 18, e configurada para receber na entrada o valor de corrente de referência IR calculado pela unidade de controle e comando 16.

[0078] De acordo com formas possíveis de modalidade, o dispositivo de regulação de corrente 42 pode ser um regulador de histerese, ou um regulador PWM (modulação de largura de pulso), que permite regular a frequência de comutação dos inversores e a ocupação de banda, e também permite reduzir a dissipação do aparelho. O dispositivo de regulação de corrente 42 em particular determina a forma de onda da corrente de arco IA que deve ser alimentada para o eletrodo 62.

[0079] De acordo com algumas formas de modalidade, o dispositivo de regulação de corrente 42 pode determinar uma regulação do dispositivo conversor 18 para ter uma única modulação de corrente com a mesma forma de onda para cada eletrodo 62 fornecido.

[0080] De acordo com algumas formas de modalidade descritas utilizando a Figura 1, o dispositivo de regulação de corrente 42 pode ser também conectado aos elementos de condicionamento de sinal 30, 32, para receber na entrada não somente o valor da corrente de referência IR, mas também os valores amplificados e estabilizados da corrente estabilizada IA’ e voltagem estabilizada UA’, e processar os mesmos para determinar um sinal de comando a ser enviado para o dispositivo conversor 18.

[0081] De acordo com uma variante possível, o dispositivo de regulação de corrente 42 pode determinar uma regulação do dispositivo conversor 18 para ter uma modulação de corrente independente para cada dos eletrodos 62 fornecidos.

[0082] De acordo com um aspecto da presente invenção, o aparelho 10 compreende um dispositivo de posicionamento 46 configurado para mover o pelo menos um eletrodo 62 mais próximo a/mais longe da massa de metal a ser fundida e desse modo regular a potência de fusão.

[0083] A variação na posição do eletrodo 62 com relação à massa de metal determina a entidade de voltagem do arco elétrico e, portanto condiciona a voltagem de arco UA que é detectada pelo dispositivo de detecção de voltagem 22.

[0084] Ao controlar a posição do eletrodo 62, é, portanto possível também realizar controle sobre o arco elétrico gerado e a potência de fusão fornecida.

[0085] De acordo com formas possíveis de modalidade, o dispositivo de posicionamento 46 pode ser conectado a um dispositivo de controle de eletrodo 44, configurado para controlar a posição dos eletrodos e, portanto, comandar o dispositivo de posicionamento 46 de modo que o arco elétrico seja estável.

[0086] O dispositivo de controle de eletrodo 44 é conectado pelo menos ao dispositivo de detecção de voltagem 22 para controlar o posicionamento do eletrodo 62.

[0087] De acordo com uma solução possível, o dispositivo de controle de eletrodo 44 também é conectado à unidade de controle e comando 16 para comandar a ativação do dispositivo de posicionamento 46 como uma função tanto da voltagem de arco UA como também da voltagem de referência UR calculada pela unidade de controle e comando 16.

[0088] Em particular, o dispositivo de controle de eletrodo 44 regula o dispositivo de posicionamento 46 para levar a voltagem de arco UA para a voltagem de referência UR.

[0089] De acordo com a forma de modalidade na Figura 1, o dispositivo de controle de eletrodo 44 pode ser conectado ao elemento de condicionamento 32 para receber a partir daí o valor de voltagem estabilizada UA’ referente à voltagem de arco UA e como uma função da última controlar o dispositivo de posicionamento 46.

[0090] De acordo com implementações possíveis da presente invenção, o dispositivo de posicionamento 46 pode ser escolhido a partir de um grupo compreendendo pelo menos um de um acionador mecânico, um acionador elétrico, um acionador pneumático, um acionador hidráulico, um mecanismo articulado, um cinematismo mecânico, elementos similares e comparáveis ou uma combinação possível dos mesmos.

[0091] De acordo com formas variantes possíveis de modalidade, não mostrada, o dispositivo de controle de eletrodo 44 pode ser integrado na unidade de controle e comando 16.

[0092] De acordo com algumas formas de modalidade, a unidade de controle e comando 16 recebe na entrada os valores da corrente de alimentação Ii, a voltagem de alimentação Ui, a corrente de arco IA, a voltagem de arco UA e possivelmente o valor de referência de energia PS.

[0093] A unidade de controle e comando 16 processa os dados recebidos e determina os valores de corrente de referência IR e voltagem de referência UR, e envia os mesmos respectivamente para a unidade de regulação elétrica 12 e a unidade de regulação de voltagem 14.

[0094] Desse modo, a unidade de controle e comando 16 executa um controle em realimentação tanto da corrente de arco IA como também da voltagem de arco UA acionando os eletrodos 62, permitindo compensar possíveis desvios dos mesmos com relação ao valor de corrente ideal IO e valor de voltagem ideal UO.

[0095] De acordo com algumas formas de modalidade, além disso, a unidade de controle e comando 16, comparando o valor de energia de ponto de ajuste PS com a corrente de alimentação efetiva Ii e a voltagem de alimentação UI e a corrente de arco IA e a voltagem de arco UA, calcula a corrente de referência IR, a voltagem de referência UR e a frequência da forma de onda para ambos, de modo a otimizar o fornecimento de energia para os eletrodos 62.

[0096] Desse modo, os valores da corrente de referência IR e a voltagem de referência UR podem ser usados independentemente para realizar respetivamente um primeiro controle no arco elétrico ao atuar sobre a unidade de regulação elétrica 12, e um segundo controle no arco elétrico ao atuar sobre o dispositivo de posicionamento 46.

[0097] Em particular, o primeiro controle pode ser realizado para compensar variações súbitas na corrente do arco elétrico e evitar dano possível aos componentes elétricos, enquanto o segundo controle permite regular o arco elétrico em uma frequência mais baixa, compensando variações na voltagem de arco que são graduais e previsíveis ao longo do tempo, determinado, por exemplo, com base em condições de funcionamento padrão.

[0098] Esse controle duplo permite resolver problemas de instabilidade da carga, especialmente na etapa de partida inicial, quando a carga é sempre desequilibrada, simplificando a manutenção do arco elétrico e permitindo compensar condições de funcionamento não padrão que não podem ser previstas antecipadamente.

[0099] Essa solução também evita dano às paredes do forno de arco elétrico 60, por exemplo, causado por curtos-circuitos devido a diferenças de temperatura; também reduz desgaste ao qual os eletrodos 62 são submetidos ao longo do tempo. Isso permite reduzir a frequência de manutenção que tem de ser realizada no aparelho 10 e no forno de arco elétrico 60.

[00100] É evidente que modificações e/ou adições de partes podem ser feitas ao aparelho e método como descrito anteriormente, sem se afastar do campo e escopo da presente invenção.

[00101] Também é evidente que embora a presente invenção tenha sido descrita, com referência a alguns exemplos específicos, uma pessoa versada na técnica certamente será capaz de obter muitas outras formas equivalentes de aparelho e método, tendo as características como expostas nas reivindicações e consequentemente tudo sendo compreendido no campo de proteção assim definido.

Claims

1. Aparelho para fornecimento de energia elétrica para um forno a arco elétrico (60) compreendendo pelo menos um eletrodo (62) e conectável a uma rede de alimentação (50) para fornecer ao eletrodo (62) a energia elétrica para gerar um arco elétrico para fundir uma massa de metal, o aparelho compreendendo uma unidade de regulação elétrica (12) interposta e conectada à rede de alimentação (50) e ao eletrodo (62) e configurada para regular pelo menos uma quantidade elétrica para alimentar o eletrodo (62), dito aparelho (60) compreendendo ainda pelo menos um dispositivo de detecção (20, 22) para detectar a quantidade elétrica interposta entre o eletrodo (62) e a unidade de regulação elétrica (12), um dispositivo de posicionamento (46) configurado para mover o pelo menos um eletrodo (62) para mais próximo/mais longe da massa de metal a ser fundida, e uma unidade de controle e comando (16) conectada à unidade de regulação elétrica (12), à rede de alimentação (50) e ao dispositivo de posicionamento (46) para controlar a unidade de regulação elétrica (12) e o dispositivo de posicionamento (46), caracterizado pelo fato de que a unidade de regulação elétrica (12) compreende um dispositivo conversor (18) configurado para converter a energia elétrica da rede de alimentação (50) em energia elétrica para alimentar dito eletrodo (62), e dotado de uma pluralidade de módulos (34) conectados em paralelo entre si e com a rede de alimentação (50), sendo que cada módulo (34) compreende três submódulos de fase (34R, 34S, 34T), um para cada uma das fases (R, S, T) da rede de alimentação (50), cada submódulo de fase (34R, 34S, 34T) compreendendo um circuito de alisamento (36), configurado para endireitar e regular a respectiva corrente de fase fornecida pela rede de alimentação (50), um circuito intermediário (38), em corrente contínua, configurado para armazenar energia e criar uma separação entre a rede de alimentação externa (50) e o eletrodo (62), e um circuito inversor (40), configurado para inverter a corrente regulando a frequência e a amplitude do fundamental da corrente alternada na saída.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada submódulo de fase (34R, 34S, 34T) é conectado a uma conexão de estrela, e os centros de estrela dos submódulos de fase de energia individuais (34R, 34S, 34T) são conectados entre si ao neutro (N).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido circuito intermediário (38) é um DC-link.

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido circuito inversor (40) é escolhido entre semicondutores, diodos, tiristores e transistores.

5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido circuito de alisamento (36) é obtido por meio de uma ponte de diodo controlado ou uma ponte de tiristor.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle e comando (16) é configurada para calcular pelo menos um valor de corrente de referência (IR) para comandar a regulação da unidade de regulação elétrica (12) e um valor de voltagem de referência (UR) para comandar a regulação do dispositivo de posicionamento (46).

7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de detecção de corrente (20) para detectar uma corrente de arco (IA) e um dispositivo de detecção de voltagem (22) para detectar uma voltagem de arco (UA), o dispositivo de detecção de corrente (20) e o dispositivo de detecção de voltagem (22) sendo conectados à unidade de controle e comando (16).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo conversor (18) é configurado para converter uma corrente de alimentação (Ii) e uma voltagem de alimentação (Ui) da rede de alimentação (50) em valores de corrente do arco (IA) e valores de voltagem do arco (UA) para alimentar o eletrodo (62), sendo que um dispositivo de regulação de corrente (42), posicionado entre a unidade de controle e comando (16) e o dispositivo conversor (18), é configurado para receber na entrada o valor de corrente de referência (IR) calculado pela unidade de controle e comando (16).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de posicionamento (46) é conectado a um dispositivo de controle de eletrodo (44), dito dispositivo de controle de eletrodo (44) sendo conectado pelo menos ao dispositivo de detecção de voltagem (22) para comandar a ativação do dispositivo de posicionamento (46) como uma função da voltagem de arco (UA) e da voltagem de referência (UR).

10. Método para fornecimento de energia elétrica para um forno a arco elétrico (60) para gerar um arco elétrico por pelo menos um eletrodo (62) alimentado por uma rede de alimentação (50), dita rede de alimentação (50) sendo uma rede elétrica trifásica, com três fases (R, S, T), e para regular pelo menos uma quantidade elétrica para alimentar o eletrodo (62) por meio de uma unidade de regulação elétrica (12) interposta e conectada à rede de alimentação (50) e ao eletrodo (62), dito método compreendendo detectar a quantidade elétrica com pelo menos um dispositivo de detecção (20, 22) interposto entre um eletrodo (62) e a unidade de regulação elétrica (12), mover o pelo menos um eletrodo (62) para mais próximo/mais longe da massa de metal a ser fundida com um dispositivo de posicionamento (46), e controlar a unidade de regulação elétrica (12) e o dispositivo de posicionamento (46) para realizar um primeiro controle do arco elétrico ao atuar sobre a unidade de regulação elétrica (12) e respectivamente um segundo controle do arco elétrico ao atuar sobre o dispositivo de posicionamento (46), caracterizado por compreender converter a energia elétrica da rede de alimentação (50) em energia elétrica para alimentar dito eletrodo (62), com um dispositivo conversor (18) dotado de uma pluralidade de módulos (34) conectados em paralelo entre si e com a rede de alimentação (50), cada módulo (34) compreendendo três submódulos de fase (34R, 34S, 34T), um para cada uma das fases (R, S, T) da rede de alimentação (50), sendo que cada submódulo de fase (34R, 34S, 34T) compreende um endireitamento e uma regulação da respectiva corrente de fase fornecida pela rede de alimentação (50), com um circuito de alisamento (36), um armazenamento temporário de energia, uma separação entre a rede de alimentação externa (50) e o eletrodo (62), com um circuito intermediário (38), em corrente contínua, e uma inversão da corrente, regulando a frequência e a amplitude do fundamental da corrente alternada na saída, com um circuito inversor (40).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que durante o controle, provê o cálculo de pelo menos um valor de corrente de referência (IR) para comandar a regulação da unidade de regulação elétrica (12) e um valor de voltagem de referência (UR) para comandar a regulação do dispositivo de posicionamento (46).

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que durante a detecção, provê a detecção de uma corrente de arco (IA) e uma voltagem de arco (UA).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteri zado pelo fato de que a ativação do dispositivo de posicionamento (46) é comandada por um dispositivo de controle de eletrodo (44) como uma função da voltagem de arco (UA) e da voltagem de referência (UR) recebida.