CN114946114A - 具有转换器电路的电弧炉电源 - Google Patents

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Abstract

一种用于电弧炉(10)的电源系统(12)包括能够被连接到电网(22)的AC输入(20)和用于为电弧炉(10)的至少一个电源电极(14)供电的AC输出(24)。电源系统(12)还包括被互连在AC输入(20)与AC输出(24)之间的转换器电路(46a、46b、46c)。转换器电路(46a、46b、46c)包括具有电容器(108)和半导体开关(104)的至少一个转换器单元(64)，半导体开关(104)用于将电容器串联连接在转换器电路(46a、46b、46c)的电路输入(56)与电路输出(58)之间。

Description

具有转换器电路的电弧炉电源
技术领域
本发明涉及电弧炉领域。特别地，本发明涉及一种用于电弧炉的电源系统、一种用于控制电源系统的方法以及一种具有这种电源系统的电弧炉。
背景技术
电弧炉通常经由变压器被直接连接到AC电网。因此，在操作期间可能难以限制电极电流，这可能限制电极的使用和生产率。此外，变压器可能需要昂贵的有载分接开关系统，有载分接开关系统经常被使用并且电弧炉可能在AC电网中生成闪烁。因此，可能需要附加的静态无功补偿器来减轻闪烁问题。
在EP 0 589 544B1和US 6 603 795B2中，示出了电弧炉电源，该电弧炉电源适于通过具有或不具有并联电感器的串联连接的反并联晶闸管来削减电极电流。以这种方式，可以提高电弧炉的生产率。然而，通过削减电流，电弧炉的内阻可能增加到不必要的程度，这会降低电弧炉的效率。
US 2011/176 575A1涉及一种用于具有由整流器和逆变器组成的AC-AC转换器的三相电弧炉的电源系统。整流器和逆变器包括具有单元电容器的串联连接的转换器单元。
EP 2 947 766A1还涉及一种用于电弧炉的电源。电源包括具有转换器单元的转换器系统，每个转换器单元包括由串联连接的转换器单元组成的主要模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种电极电流可控并且效率高的电弧炉电源。
该目的通过独立权利要求的主题实现。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述显而易见。
本发明的第一方面涉及一种用于电弧炉的电源系统。电弧炉可以是一种适于借助于由电流产生的电弧来熔化或熔炼金属材料的设备。电流由电源系统产生，该电源系统可以被连接在中等AC电网与电弧炉的电极之间。电源系统还可以包括变压器，该变压器将中等AC输入电压转换为低AC输出电压，该AC输出电压被提供给电极。
中压可以是在1kV至20kV之间的电压。低压可以是低于1kV的电压。应当注意的是，通过电极的电流可能高于1000A。
电源系统可以是多相系统，该多相系统具有若干相，诸如三个相。输入电压可以是三相电压，例如具有50Hz或60Hz。
根据本发明的实施例，电源系统包括AC输入和AC输出，AC输入能够连接到电网，AC输入可以包括一个或多个相，AC输出可以包括一个或多个相，AC输出用于为电弧炉的至少一个电源电极供电。AC输入可以包括三个相。此外，AC输出可以包括三个相。AC输入具有至少两个相，诸如三个相，和/或AC输出具有至少两个相，诸如三个相。
根据本发明的实施例，电源系统包括互连AC输入和AC输出的转换器电路。转换器电路可以是电压源逆变器或者可以包括电压源逆变器，即，以电容器作为能量存储的转换器。上文和下文中描述的转换器电路在AC输入或AC输出的每个相中互连。在多相系统的情况下，在变压器之前或之后在电源侧的每个相都可以提供有转换器电路。
每个转换器电路可以包括至少一个转换器单元，该至少一个转换器单元具有电容器和半导体开关，该半导体开关用于将电容器串联连接在转换器电路的电路输入与电路输出之间。转换器单元可以是被互连到电源系统的相中的浮置转换器单元。
每个转换器电路和/或转换器单元可以是电压源逆变器，该电压源逆变器可以适于处理电源系统的主功率的大约10％至15％。
利用转换器电路和/或转换器单元，可以控制通过电源系统的功率流并且可选地可以限制短路电流。特别地，通过电源设备的电流可以被控制和/或调节到特定限定电流，该电流可以低于和/或高于电源系统可以生成的最大电流。电流升高可以生成较高电流。
根据本发明的实施例，转换器单元的半导体开关形成两个并联连接的半桥，该半桥的中点被连接在电路输入与电路输出之间。半桥可以包括两个串联连接的半导体开关，两个串联连接的半导体开关在它们之间提供中点。两个并联的半桥可以被看作是全桥。半导体开关可以是IGCT和/或IGBT。
根据本发明的实施例，电容器被并联连接到半桥。以这种方式，电容器可以与电路输入与电路输出之间的电流路径断开连接和/或可以被连接到该电流路径。此外，电容器可以被反向连接到该电流路径。
根据本发明的实施例，每个转换器电路包括被串联连接在电路输入与电路输出之间的多个转换器单元。这些转换器单元中的每个转换器单元可以如上文和下文所述来设计。以这种方式，可以提高转换器电路的额定电压。
根据本发明的实施例，每个转换器电路包括可控旁路开关，该可控旁路开关与至少一个转换器单元并联连接并且适于将电路输入和电路输出连接和断开连接。当旁路开关断开时，仅通过转换器电路的电流可以从电路输入通过至少一个转换器单元流到电路输出，反之亦然。在旁路开关闭合的情况下，电流也可以从电路输入通过旁路开关流到电路输出，反之亦然。通过旁路开关，转换器单元可以被旁路和/或被保护以免于过电流和/或过电压。
根据本发明的实施例，旁路开关由半导体开关组成。例如，旁路开关可以包括一个或多个晶体管或晶闸管，诸如IGBT、IGCT等。旁路功能可以通过转换器单元的半导体开关(诸如IGCT)来实现，因此可以不需要单独的旁路。
根据本发明的实施例，旁路开关是双向开关。这可以通过连接彼此反平行的两个单向半导体开关来实现。
根据本发明的实施例，旁路开关包括两个反并联半导体开关，诸如两个反并联晶闸管。晶闸管适于切换电弧炉的电源中通常存在的高电流。
根据本发明的实施例，旁路开关是机械开关。机械开关可以包括由驱动器致动以断开其输入的连接的机械部件。
根据本发明的实施例，电感器可以与至少一个转换器单元串联连接。通常，可选的一个或多个无源电抗(诸如电容器、电感器和/或电抗器)可以与转换器单元串联连接和/或与旁路开关并联连接。
根据本发明的实施例，另外的电感器可以与旁路开关串联连接在电路输入与电路输出之间。当旁路开关断开时，另外的电感器可以与通过转换器电路的电流解耦。
根据本发明的实施例，另外的电感器与至少一个转换器单元和/或无源电抗(诸如电感器、电容器等)并联连接，该无源电抗与至少一个转换器单元串联连接。当旁路开关闭合时，通过旁路开关的电流也可以流经另外的电感器。
根据本发明的实施例，与至少一个转换器单元串联连接的电感器具有作为另外的电感器更高电感。例如，电感器的电感可以是另外的电感器的至少10倍。
根据本发明的实施例，电源系统还包括变压器，该变压器被互连在电源系统的AC输入与AC输出之间。如已经描述的，可以是多相变压器的变压器可以将较高AC输入电压转换为较低AC输出电压。
根据本发明的实施例，变压器可以被互连在AC输入与转换器电路之间。换言之，转换器电路可以在具有较高电压的电源系统侧和/或变压器的初级侧被提供。
根据本发明的实施例，变压器可以被互连在转换器电路与AC输出之间。换言之，转换器电路可以在具有低压的电源系统侧和/或变压器的次级侧被提供。
根据本发明的实施例，变压器具有在初级侧和/或次级侧被连接到星形点的绕组，其中转换器电路被连接到星形点中。转换器电路可以包括三相部件，该三相部件在一端被星形连接并且在另一端被连接到绕组。这些相部件中的每个相部件可以被设计成如上文和下文中描述的单相转换器电路。
总之，转换器电路可以被连接到变压器的初级侧、被连接到变压器的次级侧、被连接在变压器的初级侧中和/或在变压器的次级侧中。
根据本发明的实施例，电源系统还包括被互连在AC输入中的谐波滤波器。使用谐波滤波器，可以滤除可以由电弧炉的部件生成的AC输入电压中的高次谐波。谐波滤波器可以包括至少两个滤波器部件，每个滤波器部件包括滤波电容器和滤波电感器，并且每个滤波器部件适用于电源电压的另一高次谐波，即，AC输入电压。
谐波滤波器可以是与AC输入并联连接的电容和/或电感滤波器。在多相系统的情况下，谐波滤波器部件可以星形连接AC输入的各相。应当注意的是，串联连接的滤波器也可以被互连到AC输入中。
根据本发明的实施例，电源系统还包括被互连到AC输入中的有源电感电抗器，其中有源电感电抗器包括旁路开关和被连接到AC输入的电感器。有源电感电抗器的旁路开关可以被设计为转换器电路的旁路开关，例如具有两个反并联晶闸管。在多相系统的情况下，有源电感电抗器可以具有电抗器支路，该电抗器支路星形连接AC输入的各相。
根据本发明的实施例，电源系统还包括被互连到AC输入中的补偿转换器。补偿转换器可以是基于电压源的STATCOM。在多相系统的情况下，补偿转换器可以具有转换器支路，该转换器支路星形连接AC输入的各相。
有源电感电抗器和/或补偿转换器可以由电源系统的控制器控制和/或可以用于补偿通过电源系统的功率流的变化和/或用于补偿AC输入中的电压变化。
根据本发明的实施例，有源电感电抗器和/或补偿转换器被控制以最小化AC输入中的闪烁。在电弧炉与电网的公共连接点处的闪烁可以被最小化。除了控制到电弧炉的功率流之外，减少闪烁可以是第二控制目标。然而，附加地和/或备选地，也可以利用转换器电路的至少一个转换器单元来控制闪烁。
电网中的闪烁可以是电网的电压的波动，并且可以基于AC输入中的电压测量来确定。标准IEC 61000-4-15提供了用于估计闪烁的方法和/或公式。
本发明的另外的方面涉及一种用于控制如上文和下文中描述的电源系统的方法和控制器。应当理解的是，在上文和下文中描述的方法的特征可以是如上文和下文中描述的控制器和/或电源系统的特征。控制器可以适于自动执行该方法。
根据本发明的实施例，该方法包括：确定提供给至少一个电极的电极电流；以及控制至少一个转换器单元，使得电极电流被调节到限定电流，诸如标称电流。通过电源系统的电流可以由控制器在输入侧和/或输出侧测量。由此，可以确定电极电流。根据需要提供给电极的功率，该功率例如可以取决于熔化过程的阶段和/或被熔化材料的量，可以提供限定电流并且控制器可以将电极电流调节为该电流。限定电流可以由控制器例如基于电源系统中的测量来提供。该方法允许电流控制、电流限制和/或电流提升。可以确定限定电流，从而实现电流控制、电流限制和/或电流提升。
可以通过控制和/或影响AC输入电压(即，AC输入处的电压)与AC输出电压(即，施加到至少一个电极的AC输出处的电压)之间的相移来控制通过电源系统的功率流。该相移可以通过控制至少一个转换器单元来调节。
根据本发明的实施例，该方法还包括：确定电源系统的AC输入中的闪烁；以及控制转换器单元，使得闪烁减少。可以用转换器电路主动控制闪烁。因此，补偿转换器(诸如上文和下文描述的)可以省略或至少可以缩小尺寸。
根据本发明的实施例，该方法还包括：在电源系统的启动期间，通过闭合旁路开关来旁路转换器单元；并且，在被连接在AC输入与AC输出之间的变压器的通电之后，控制换流器单元以调节电极电流并且断开旁路开关。以这种方式，当将电源系统连接到电网时由变压器生成的浪涌电流可以被旁路并且转换器单元可以在启动期间受到保护。
根据本发明的实施例，该方法还包括：检测转换器电路中的过电压和/或浪涌电流；以及当检测到过电压和/或浪涌电流时，通过将转换器电路切换到旁路状态来保护转换器电路。旁路状态可以是这样一种状态，其中转换器单元或转换器单元的至少部件(诸如单元电容器)被旁路。
根据本发明的实施例，通过将转换器单元切换到旁路状态来将转换器电路切换到旁路状态。在旁路状态下，单元电容器可以与转换器单元的输入断开连接。
根据本发明的实施例，通过闭合和/或断开旁路开关来将转换器电路切换到旁路状态。旁路开关可以用于保护转换器电路免受过电压和/或浪涌电流的影响，例如在启动和/或瞬态操作期间。转换器电路中的电压和/或电流可以由控制器测量，控制器还可以将这些值与指示过电压和/或浪涌电流的阈值进行比较。当对应值超过阈值时，保护功能可以被激活。例如，旁路开关可以闭合以降低跨转换器单元和可选的串联连接的电抗器的电压和/或降低通过这些部件的电流。当故障情况结束时，旁路开关可以返回到其初始状态。
本发明的另一方面涉及一种电弧炉，该电弧炉包括如上文和下文中描述的电源系统。
根据本发明的实施例，电弧炉还包括用于接收金属材料的容器和/或用于在从电源系统被提供电流时熔化金属材料的电源电极。电源电极还可以具有适于调节电极与金属材料的距离的机械机构。
电弧炉还可以包括用于电源系统的控制器，该控制器适于执行如上文和下文中描述的方法。电源系统的控制器还可以控制用于移动电极的机械机构以调节包括电极和金属材料的系统的阻抗。预计较少使用抽头变换器和/或较少电极移动。甚至可以取消抽头变换器。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得很清楚并且被阐明。
附图说明
在下文中将参考在附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明的主题。
图1示出了根据本发明的实施例的电弧炉的示意性电路图。
图2示出了根据本发明的另一实施例的电弧炉的示意性电路图。
图3示出了用于图1和图2的电弧炉的转换器电路的示意性电路图。
图4示出了用于图1和图2的电弧炉的另一转换器电路的示意性电路图。
图5示出了用于图1和图2的电弧炉的串联连接的转换器单元的示意性电路图。
图6示出了用于图1和图2的电弧炉的带有转换器电路的变压器的示意性电路图。
图7示出了用于图1和图2的电弧炉的补偿转换器的示意性电路图。
图8示出了用于图1和图2的电弧炉的有源电感电抗器的示意性电路图。
图9示出了用于控制图1和图2的电弧炉的方法的流程图。
附图中使用的附图标记及其含义在附图标记列表中以概要形式列出。原则上，相同的部件在图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1和图2示出了具有电源系统12的电弧炉10，该电源系统12为电弧炉10的电极14供电。电极14可以在适于容纳金属材料的容器16中被提供。当电极14通电时，电弧被生成并且金属材料被熔化。电极可以在机械致动器18的帮助下在容器中移动。以这种方式，可以控制电弧的长度。
电源系统12通过AC输入20被连接到电网22，并且通过AC输出24向电极14供电。AC输入20和AC输出24通过变压器26被电流隔离，其中变压器的初级侧26a被连接到AC输入20并且变压器26的次级侧26b被连接到AC输出24。变压器26将来自电网22的中等AC电压转换成AC输出24处的低AC电压。这两种电压的频率都可以为50Hz或60Hz。
如图1和图2所示，电源系统12可以是三相系统。AC输入电压可以具有三个分量并且电源系统12可以在变压器26的初级中压侧26a具有三个相28a、28b、28c。如图所示，电源系统12在变压器26的次级低电压侧26b也可以具有三个相30a、30b、30c。然而，初级侧26a和次级侧26b也可以存在不同数目的相。例如，当变压器26被设计为在次级侧26b具有多于三个绕组时，两侧26a、26b的相数也可以不同。
有源电感电抗器32和/或补偿转换器34可以被互连到和/或被连接到用于控制由电弧炉10生成的闪烁的AC输入20。有源电感电抗器32和/或补偿转换器34可以被并联连接到AC输入20。下面将关于图7和图8更详细地描述部件32、34。
此外，谐波滤波器36可以被互连到和/或被连接到AC输入20。谐波滤波器36可以被并联连接到AC输入20。谐波滤波器36可以包括若干滤波器部件36a、36b、36c、36d，每个滤波器部件适于从AC输入20处的AC电压中滤除特定高次谐波。例如，滤波器部件36a、36b、36c、36d可以适于滤除第5、第7、第11和第13高次谐波。滤波器部件36a、36b、36c、36d中的每个滤波器部件可以是LC滤波器并且可以包括可以串联连接的电容器38和电感器40。在具有三个相28a、28b、28c的系统的当前情况下，滤波器部件36a、36b、36c、36d中的每个滤波器部件可以针对每个相包括星形连接的电容器38和电感器40。
也可以存在被串联连接到AC输入20中的线路滤波器42，该线路滤波器42可以包括电感器44，该电感器44被串联连接到每个相28a、28b、28c中。
如图1所示，电源系统12还可以包括被串联连接到初级侧的每个相28a、28b、28c中的转换器电路46a、46b、46c。如图2所示，备选地或附加地，转换器电路46a、46b、46c可以被串联连接到次级侧的每个相30a、30b、30c中。转换器电路46a、46b、46c用于电流限制、电流提升和/或功率控制，并且将参考图3至图5更详细地描述。
无源滤波器/电抗器48可以被连接在电路46a、46b、46c与变压器26之间，和/或无源滤波器/电抗器50可以被连接在变压器26与AC输出24之间。这样的无源滤波器/电抗器48(或50)可以包括三个星形连接的电感器52，每个电感器52被连接到电源系统12的初级侧(或次级侧)的相28a、28b、28c(或30a、30b、30c)。
图1和图2还示出了用于控制电弧炉和电源系统12的控制器54。控制器54可以从电源系统12中的电压和/或电流接收测量值，诸如AC输入电压、AC输入电流、转换器电路46a、46b、46c与变压器之间的中间电压和中间电流、AC输出电压和AC输出电流。所有这些量都可以是多相量。
基于这些测量值和标称量，诸如标称电极电流、提供给电极14的标称功率、最大闪烁等，控制器可以控制电极14的移动，即，机械致动器18、有源电感电抗器32、补偿转换器34和转换器电路46a、46b、46c。这也将在下面更详细地描述。
图3示出了可以被相同地设计的转换器电路46a、46b、46c中的一个。转换器电路46a、46b、46c包括在相应相28a、28b、28c、30a、30b、30c中与其互连的电路输入56和电路输出58。
转换器电路46a、46b、46c可以包括旁路开关60、转换器单元64和与转换器单元64串联连接的可选电感器66。旁路开关60和转换器单元64被并联连接在输入56与输出58之间。应当注意的是，旁路开关60是可选的，并且转换器电路可以单独包括转换器单元64，可选地连同电感器66。转换器单元开关可以实现转换器单元64的旁路功能和/或旁路状态。
通常，旁路开关60可以是可控的双向开关。控制器54可以控制旁路开关60断开(导通)或闭合(隔离)。
图3示出了机械旁路开关。在图4中，旁路开关由半导体开关68组成。旁路开关68可以由两个反并联晶闸管68组成。此外，示出了电感器62可以与旁路开关60串联连接。电感器62可以具有为电感器66的至少1/10的电感。
图5示出了可以被串联连接在转换器电路46a、46b、46c的输入56与输出58之间的串联连接的转换器单元64。此外，转换器单元64的串联连接可以与电感器66串联连接。转换器单元64也可以是三级全桥类型和/或可以包括三级全桥。此外，串联连接可以与旁路开关60和/或电感器62并联连接，如图3和图4所示。
每个转换器单元64可以包括由两个并联半桥102组成的全桥100。每个半桥102包括两个串联连接的半导体开关104，诸如IGBT和/或IGCT，例如具有反并联二极管。在每个半桥102的半导体开关104之间提供有中点106。转换器单元64的中点106互连到输入56与输出58之间的电流路径中。转换器单元电容器108被并联连接到半桥102。经由控制器54的控制，半导体开关104可以切换以将电容器108与中点106断开连接，并且将电容器在两个方向上被连接到这些中点106。此外，半导体开关104可以切换以选择两个冗余零状态，这两个冗余零状态旁路电容器108。这些零状态可以被视为转换器单元64的旁路状态。
应当注意的是，图3和图4的转换器单元64可以被设计成类似于图5中的转换器单元64中的一个。
图6示出了转换器电路46a、46b、46c如何互连到电源12中的另外的实施例。图6示出了变压器26的初级侧26a或者替代地示出了变压器26的次级侧26b。变压器26的初级侧26a或次级侧26包括经由星形点112星形连接的三个绕组110。在图6中，每个绕组110经由转换器电路46a、46b、46c与星形点112连接。图6的转换器电路46a、46b、46c可以被设计成与图3至图5中的转换器电路类似。图7更详细地示出了有源电感电抗器32和/或补偿转换器34。在有源电感电抗器32的情况下，每个支路70可以如图5所示。支路70可以在一端被星形连接并且在另一端被连接到相28a、28b、28c中的一个。
在补偿转换器34的情况下，每个支路70可以是具有内部能量存储的转换器(诸如有源可控桥式转换器)，例如以电容器的形式。支路70可以形成可以由控制器54控制的静态无功补偿器。
图8示出了有源电感电抗器32的相。有源电感电抗器32包括输入72和输出74。旁路开关76和电感器78被串联连接在输入72与输出74之间。旁路开关76是由两个反并联晶闸管82组成的可控的双向开关。
图9示出了可以由控制器54自动执行的方法的流程图。
在步骤S10中，在电源系统12的启动期间，转换器电路46a、46b、46c的转换器单元64通过闭合旁路开关60而被旁路。电源系统12与其AC输入20一起被连接到电网22并且被通电。在变压器26通电(这例如可以通过测量电源系统12的AC输入侧的电流和/或电压来测量)之后，旁路开关60可以断开和/或转换器单元64可以被控制以调节电极电流。
在步骤S12中，控制器54测量电源系统12中的一个或多个电流和/或一个或多个电压。这些电压或电流可以是AC输入电压、AC输入电流、转换器电路46a、46b、46c与变压器26之间的中间电压和/或中间电流、AC输出电压和/或AC输出电流。
根据所测量的量，可以确定提供给电极14的电极电流。例如，电极电流可以作为AC输出电流直接测量或者可以从其他测量量中估计。
转换器电路46a、46b、46c的转换器单元64被控制，使得电极电流被调节为标称电流。标称电流可以由外部控制回路提供或者可以由控制器54本身确定，例如，具体取决于操作条件和/或应当提供给电极14的功率。
在步骤S14中，由控制器基于所测量的量检测转换器电路46a、46b、46c中的过电压和/或浪涌电流。在诸如检测到故障等情况下，控制器54通过断开和/或闭合旁路开关60来保护具有旁路开关60的转换器电路46a、46b、46c。
在步骤S16中，控制器54还根据所测量的量(例如，根据AC输入电压)来确定闪烁值。有源电感电抗器32和/或补偿转换器34然后可以由控制器54控制以最小化闪烁值。
转换器电路46a、46b、46c的另外的控制目标也可以是最小化闪烁，并且转换器电路46a、46b、46c及其转换器单元64可以被相应地控制。在这种情况下，闪烁控制可以仅用转换器电路46a、46b、46c来执行。
虽然已经在附图和前述说明中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员通过实践所要求保护的发明可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或控制器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
附图标记列表
10 电弧炉
12 电源系统
14 电极
16 容器
18 机械致动器
20 AC输入
22 电网
24 AC输出
26 变压器
26a 初级侧
26b 次级侧
28a 初级侧相
28b 初级侧相
28c 初级侧相
30a 次级侧相
30b 次级侧相
30c 次级侧相
32 有源电感电抗器
34 补偿转换器
36 谐波滤波器
36a 滤波器部件
36b 滤波器部件
36c 滤波器部件
36d 滤波器部件
38 滤波电容器
40 滤波电感器
42 线路滤波器
44 滤波电感器
46a 转换器电路
46b 转换器电路
46c 转换器电路
48 无源滤波器和/或电抗器
50 无源滤波器和/或电抗器
52 滤波电感器
54 控制器
56 电路输入
58 电路输出
60 旁路开关
62 电感器
64 转换器单元
66 电感器
68 晶闸管
70 支路
72 输入
74 输出
76 旁路开关
78 电感器
82 晶闸管
100 全桥
102 半桥
104 半导体开关
106 中点
108 单元电容器
110 变压器绕组
112 星形点。

Claims (14)

1.一种用于电弧炉(10)的电源系统(12)，所述电源系统(12)包括：
AC输入(20)和AC输出(24)，所述AC输入(20)能够被连接到电网(22)，所述AC输出(24)用于为所述电弧炉(10)的至少一个电源电极(14)供电，其中所述AC输入(20)具有至少两个相(28a、28b、28c)并且所述AC输出(24)具有至少两个相(30a、30b、30c)；
转换器电路(46a、46b、46c)，被互连在所述AC输入(20)与所述AC输出(24)之间，其中转换器电路(46a、46b、46c)被互连在所述AC输入(20)的每个相(28a、28b、28c)中或被互连在所述AC输出(24)的每个相(30a、30b、30c)中；
其中每个转换器电路(46a、46b、46c)包括具有电容器(108)和半导体开关(104)的至少一个转换器单元(64)，所述半导体开关(104)用于将所述电容器串联连接在所述转换器电路(46a、46b、46c)的电路输入(56)与电路输出(58)之间；
其中所述电源系统适于通过以下至少一项来将每个转换器电路(46a、46b、46c)切换到旁路状态：将所述转换器电路的所述至少一个转换器单元(64)切换到旁路状态、以及闭合旁路开关(60)，所述旁路开关(60)与所述转换器电路的所述至少一个转换器单元(64)并联连接并且适于将所述电路输入(56)和所述电路输出(58)连接和断开连接。
2.根据权利要求1所述的电源系统，
其中所述转换器单元(64)的所述半导体开关(104)形成两个并联连接的半桥(102)，所述半桥(102)的中点(106)被连接在所述电路输入(56)与所述电路输出(58)之间；
其中所述电容器(108)被并联连接到所述半桥(102)。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，
其中每个转换器电路(46a、46b、46c)包括被串联连接在所述电路输入(56)与所述电路输出(58)之间的多个转换器单元(64)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，
其中所述旁路开关(60)由半导体开关(68)组成或者所述旁路开关(60)是机械开关。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，
其中电感器(66)与所述至少一个转换器单元(64)串联连接。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，
其中另外的电感器(62)与所述旁路开关(60)串联连接在所述电路输入(56)与所述电路输出(58)之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，还包括：
变压器(26)，被互连在所述AC输入(20)与所述转换器电路(46a、46b、46c)之间；或者
变压器(26)，被互连在所述转换器电路(46a、46b、46c)与所述AC输出(24)之间；或者
变压器(26)，具有在初级侧和/或次级侧被连接到星形点(112)的绕组(110)，其中所述转换器电路(46a、46b、46c)被连接在所述星形点(112)中。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，还包括：
谐波滤波器(36)，被互连在所述AC输入(20)中；
其中所述谐波滤波器(36)包括至少两个滤波器部件(36a、36b、36c、36d)，所述至少两个滤波器部件(36a、36b、36c、36d)中的每个滤波器部件包括滤波电容器(38)和滤波电感器(40)，并且所述至少两个滤波器部件(36a、36b、36c、36d)中的每个滤波器部件适用于AC输入电压的另一高次谐波。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)，还包括：
有源电感电抗器(32)，被互连到所述AC输入(20)中，其中所述有源电感电抗器(32)包括旁路开关(76)和被连接到所述AC输入(20)的电感器(78)；和/或
补偿转换器(34)，被互连到所述AC输入(20)；
其中所述有源电感电抗器(32)和/或所述补偿转换器(34)被控制以使所述AC输入(20)中的闪烁最小化。
10.一种用于控制根据前述权利要求中的任一项所述的电源系统(12)的方法，所述方法包括：
确定被提供给所述至少一个电极(14)的电极电流；
控制所述至少一个转换器单元(64)，使得所述电极电流被调节到限定电流，
其中所述转换器电路(46a、46b、46c)通过以下至少一项被切换到旁路状态：将所述转换器单元(64)切换到旁路状态、以及闭合旁路开关(60)。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
确定所述电源系统(12)的所述AC输入(20)中的闪烁；
控制所述转换器单元(64)，使得所述闪烁减少。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括：
在所述电源系统(12)的启动期间，通过闭合所述旁路开关(60)来旁路所述转换器单元(64)；
在被连接在所述AC输入(20)与所述AC输出(24)之间的变压器(26)的通电之后，控制所述转换器单元(64)以调节所述电极电流并且断开所述旁路开关(60)。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，还包括：
检测所述转换器电路(46a、46b、46c)中的过电压和/或浪涌电流；
当检测到过电压和/或浪涌电流时，通过将所述转换器电路(46a、46b、46c)切换到旁路状态来保护所述转换器电路(46a、46b、46c)。
14.一种电弧炉(10)，包括：
根据权利要求1至10中的任一项所述的电源系统(12)；
控制器(54)，适于执行根据权利要求11至13中的任一项所述的方法；
容器(16)，用于接收金属材料；
电源电极(14)，用于当从所述电源系统(12)被提供电流时熔化所述金属材料。
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