CN101060730A - 电弧炉馈电装置 - Google Patents

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CN101060730A CNA2007100983525A CN200710098352A CN101060730A CN 101060730 A CN101060730 A CN 101060730A CN A2007100983525 A CNA2007100983525 A CN A2007100983525A CN 200710098352 A CN200710098352 A CN 200710098352A CN 101060730 A CN101060730 A CN 101060730A
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徐庸硕
李龙中
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Abstract

说明了一种电弧炉馈电装置，其具有整流器(1)，所述整流器(1)交流电压侧能与交流电压电网(2)相连而直流电压侧与直流电压电路(3)相连。此外，电弧炉馈电装置还包括逆变器(4)，所述逆变器(4)直流电压侧与直流电压电路(3)相连而交流电压侧与至少一个电弧电极(5)相连。为了改进电弧的稳定性和电弧的均匀燃烧，所述逆变器(4)构造为将矩形的交流电压施加到所述电弧电极(4)上的逆变器。

Description

电弧炉馈电装置
技术领域
本发明涉及电弧炉的领域。本发明从根据独立权利要求的前序部分所述的电弧炉馈电装置出发。
背景技术
今天，电弧炉主要用于加热和熔化金属、特别是钢或者铝。为此，这种电弧炉具有用于容纳被加热物或被熔化物的坩锅。这种电弧炉典型地由电弧炉馈电装置提供用于加热或用于熔化的能量。合适的电弧炉馈电装置在EP 1 174 004 B1中说明。其中，电弧炉馈电装置具有整流器，该整流器交流电压侧能与交流电压电网相连。直流电压侧，整流器与直流电压电路相连。此外，电弧炉馈电装置包括逆变器，该逆变器直流电压侧与直流电压电路相连而交流电压侧与至少一个电弧电极相连。此外，EP 1 174 004B1的逆变器还构造为将正弦交流电压施加到所述电弧电极上的逆变器。
上面描述的电弧炉馈电装置的问题是，通过借助逆变器将正弦交流电压施加到电弧炉电极上，由此产生的在电弧电极上的电弧会变得不稳定并且因此不再以所希望的方式均匀地燃烧。而由此不再保证充分且均匀地加热待加热物或者充分且均匀地熔化待熔化物。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种电弧炉馈电装置，利用该电弧炉馈电装置能产生稳定且均匀的电弧。该任务通过权利要求1所述的特征来解决。在从属权利要求中说明了本发明的一些有利的改进方案。
根据本发明的电弧炉馈电装置包括整流器，该整流器交流电压侧能与交流电压电网相连。整流器在直流电压侧与直流电压电路相连。此外，电弧炉馈电装置还具有逆变器，该逆变器直流电压侧与直流电压电路相连而交流电压侧与至少一个电弧电极相连。根据本发明，该逆变器构造为将矩形的交流电压施加到电弧电极上的逆变器。通过借助逆变器施加到电弧电极上的矩形交流电压，显著地减小在电弧电极电流的过零点时的电弧电阻并且提高在电弧电极电流的过零点时的电流梯度di/dt，由此能够有利地使电弧稳定并且由此更均匀地燃烧。
从以下结合附图对本发明的优选实施形式的详细说明中，本发明的所述或者其它任务、优点和特征将变得显而易见。
附图说明
其中：
图1示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第一实施形式，
图2示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第二实施形式，
图3示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第三实施形式，
图4示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第四实施形式。
附图中所使用的参考标记以及其意义总结性地列在参考标记表中。基本上，在这些图中相同的部分标有相同的参考标记。所描述的实施形式对本发明的主题是示例性的而不具有限制的作用。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第一实施形式。其中，电弧炉馈电装置包括整流器1，该整流器在交流电压侧可以与交流电压电网2相连。该连接可以直接通过出于清楚的原因而未示出的网络开关和/或通过一个或者多个具有相应电压等级的变压器来实现。直流电压侧，整流器1根据图1与直流电压电路3相连。直流电压电路3可以通过一个或者多个电容性储能器构成，如图1中示例性所示的那样。此外，电弧炉馈电装置还具有逆变器4，该逆变器4直流电压侧与直流电压电路3相连而交流电压侧与至少一个电弧电极5相连，其中在图1中示例性地设置有三个与逆变器4相连的电弧电极5。根据本发明，逆变器4构造为将矩形交流电压施加到电弧电极上的逆变器。因此，这样地构造逆变器4，使得该逆变器产生矩形的交流电压，接着将该交流电压施加到电弧电极5上。通过借助逆变器4施加到电弧电极5上的矩形交流电压显著地减小了电弧电极电流过零点时的电弧电阻并且提高了在电弧电极电流过零点时的电流梯度di/dt，由此能有利地使电弧稳定并且由此更均匀地燃烧。
优选地，矩形交流电压的频率基本上与交流电压电网2的交流电压频率相应，由此能实现特别稳定且均匀燃烧的电弧。
根据图1，对每个电弧电极5，逆变器4都具有一个所属的逆变器支路对6，其中每个逆变器支路对具有两个串联连接的可控双向功率半导体开关S1、S2，并且相应的电弧电极5与两个串联连接的可控双向功率半导体开关S1、S2的连接点相连。在多个电弧电极5的情况下，所属逆变器支路对6并联地连接。此外，每个逆变器支路对并联地与直流电压电路3相连。特别是，相应的可控双向功率半导体开关S1、S2由可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)或者通过绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者通过集成门极换向晶闸管(IGCT)以及通过与可关断晶闸管或者双极晶体管或者门极换向晶闸管反并联连接的二极管构成。但是，也可考虑，将上面所述可控双向功率半导体开关S1、S2例如实施为具有附加反并联连接的二极管的功率MOSFET。有利地，借助相应的逆变器支路对6可以在幅度和相位情况方面调节所属电弧电极5上的矩形交流电压，并且由此相应地影响电弧的稳定性和均匀的燃烧。补充地，在按照图4的根据本发明的电弧炉馈电装置的第四实施形式中，示例性地设置有六个与逆变器4相连的电弧电极5，使得因此存在六个逆变器支路对6。
根据图1和图4，整流器1对交流电压电网2的每个相R、S、T都具有由两个可控单向功率半导体开关S3、S4构成的串联电路。在此，相应的串联电路并联连接并且与直流电压电路3并联相连。特别是，相应的可控单向功率半导体开关S3、S4由可关断晶闸管或者通过绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者通过集成门极换向晶闸管(IGCT)构成。但是，也可考虑，将上面所述可控单向功率半导体开关S3、S4例如构造为功率MOSFET。
在图2中示出了根据本发明的电弧炉馈电装置的第二实施形式。不同于根据图1的第一实施形式，逆变器1对交流电压电网2的每个相R、S、T都具有由两个可控双向功率半导体开关S5、S6构成的串联电路。特别是，相应的可控双向功率半导体开关S5、S6由可关断晶闸管或者通过绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者通过集成门极换向晶闸管(IGCT)以及通过与可关断晶闸管或者双极晶体管或者门极换向晶闸管反并联连接的二极管构成。但是，也可考虑，将上面所述可控双向功率半导体开关S5、S6例如实施为具有附加反并联连接的二极管的功率MOSFET。在交流电压侧和直流电压侧上，这种通过前面所述的可控双向功率半导体开关S5、S6实现的整流器1有利地生成关于交流电压电网2的交流电压的仅仅很小的谐波，使得可以附加地在宽的范围中调节直流电压电路3上的电压。
对根据图1和图2的实施形式替换地，在按照图3的根据本发明的电弧炉馈电装置的第三实施形式中，整流器1对交流电压电网2的每个相R、S、T都具有由两个无源不可控的单向功率半导体开关S7、S8构成的串联电路。特别是，相应的无源不可控单向功率半导体开关S7、S8由二极管构成。根据图3实现的整流器1为极其健壮的解决方案，因为在功率半导体开关S7、S8方面丝毫不存在控制开销和调节开销。如果想要可以调节直流电压电路3上的电压和电流，则根据图3附加可选择地设置有整流器1的调节单元7，用于调节直流电压电路3的电压和电流，如图3中示例性地示出的那样。如果没有设置这种调节单元7，则由相应两个无源不可控的单向功率半导体开关S7、S8构成的串联电路并联地连接并且此外还并联地与直流电压电路3相连。
必须提及，用于电弧电极4的有利的矩形交流电压也可以借助可与交流电压电网2相连的矩阵变流器来实现。
有利地，上面参照图1至图4详细描述的根据本发明的电弧炉馈电装置应用在电弧炉中。
参考标记表
1         整流器
2         交流电压电网
3         直流电压电路
4         逆变器
5         电弧电极
6         逆变器支路对
7         调节单元
S1，S2    可控双向功率半导体开关
S3，S4    可控单向功率半导体开关
S5，S6    可控双向功率半导体开关
S7，S8    无源不可控单向功率半导体开关

Claims (9)

1.一种电弧炉馈电装置，其具有整流器(1)和逆变器(4)，所述整流器(1)在交流电压侧能与交流电压电网(2)相连而直流电压侧与直流电压电路(3)相连，所述逆变器(4)直流电压侧与直流电压电路(3)相连而交流电压侧与至少一个电弧电极(5)相连，
其特征在于，所述逆变器(4)构造为将矩形的交流电压施加到所述电弧电极(5)上的逆变器。
2.根据权利要求1所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述矩形的交流电压的频率基本上与所述交流电压电网(2)的交流电压的频率相应。
3.根据权利要求1或者2所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述逆变器(4)对每个电弧电极(5)都具有所属逆变器支路对(6)，其中每个逆变器支路对(6)具有两个串联连接的可控双向功率半导体开关(S1，S2)，并且所述相应的电弧电极(5)与两个串联连接的可控双向功率半导体开关(S1、S2)的连接点相连。
4.根据权利要求3所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，在多个电弧电极(5)的情况下并联连接所属的逆变器支路对(6)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述整流器(1)对所述交流电压电网(2)的每个相(R、S、T)都具有由两个可控单向功率半导体开关(S3，S4)构成的串联电路。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述整流器(1)对所述交流电压电网(2)的每个相(R、S、T)都具有由两个可控双向功率半导体开关(S5，S6)构成的串联电路。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述整流器(1)对所述交流电压电网(2)的每个相(R，S，T)都具有由两个无源不可控单向功率半导体开关(S7，S8)构成的串联电路。
8.根据权利要求7所述的电弧炉馈电装置，其特征在于，所述整流器(1)具有用于调节所述直流电压电路(3)的电流和电压的调节单元(7)。
9.一种电弧炉，其具有根据权利要求1至8中的任一项所述的电弧炉馈电装置。
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