DE102018218439A1

DE102018218439A1 - Leitungssteuerschaltungskonfiguration

Info

Publication number: DE102018218439A1
Application number: DE102018218439.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Morgan CAMPBELL; Yan ELKSNIS; Dong Shen
Original assignee: Hatch Ltd
Current assignee: Hatch Ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-05-02
Also published as: CA3022716A1; CA3022716C; US11146067B2; US20190131791A1; BR102018072464A2; WO2019084674A1

Abstract

Eine Konfiguration von Schaltern, die zu einer Leitungssteuerschaltung hinzugefügt wird, ermöglicht das Hin- und Herschalten zwischen einer Konfiguration, in der ein Thyristorschalter und eine Drossel in Serie geschaltet sind, und einer Konfiguration, in der ein Thyristorschalter und eine Drossel parallel geschaltet sind. Das Schalten der Drossel in Serie mit dem Thyristorschalter ermöglicht eine gesteuerte Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz, die besonders gut für das Hochfahren von kalten Öfen und Ofenleerläufe geeignet ist. Auf diese Weise besteht weniger Bedarf an einer Ausrüstung, wie zusätzlichen Hochfahrtransformatoren, alternativen Niedrigspannung-Energieversorgungskonfigurationen und temporären elektrischen Spezialvorrichtungen für das Hochfahren von kalten Öfen.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Lichtbogenöfen und im Speziellen das Rekonfigurieren der Leitungssteuerschaltungskonfiguration für solche Öfen.
HINTERGRUND
Bei einem Lichtbogenofen handelt es sich um eine Vorrichtung, in der eingeladenes Material mithilfe eines Lichtbogens erwärmt werden kann. Lichtbogenöfen werden in einer Vielzahl von Anwendungen in einem großen Größenordnungsbereich, von ein paar Dutzend Gramm bis zu hunderten Tonnen, eingesetzt. Eine Anwendung für Lichtbogenöfen ist die Sekundärstahlerzeugung. Eine weitere Anwendung ist das Schmelzen von eisenfreien Erzen. Letztere wird oft als Gasumhüllte-Lichtbogen-Schmelzanwendung von Lichtbogenöfen bezeichnet.
Ein Wechselstrom- (AC-) Lichtbogenofen nutzt einen Ofentransformator, um Strom von einem Stromnetz zu einem Lichtbogen an zwei oder mehr Elektrodenspitzen zu leiten. Ein Gleichstrom- (DC-) Lichtbogenofen nutzt einen Gleichrichtertransformator und einen Gleichrichter, um Strom vom Stromnetz zu einem Lichtbogen an zwei oder mehr Elektrodenspitzen zu leiten.
Wie für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verständlich, kann ein bestimmter Lichtbogenofen in unterschiedlichen Modi betrieben werden. Diese Modi umfassen einen offenen Lichtbogen, gasumhüllten Lichtbogen und verdeckten Lichtbogen.
In der Stahlerzeugungsanwendung verursachen Variationen der Last, die im Stromnetz, das dem Lichtbogenofen Elektrizität liefert, auftreten wird, einen sogenannten „Stromnetzflicker“. Unglücklicherweise wurde gezeigt, dass ein Stromnetzflicker eine Fehlfunktion von empfindlicher Beleuchtung verursachen kann. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass ein Stromnetzflicker andere Konsumenten am gleichen Stromnetz stören kann. Ferner können übermäßige Stromnetzflicker einen Stromvertrag verletzen, den der Betreiber des Lichtbogenofens abgeschlossen hat.
Figurenliste
Im Folgenden wird als Beispiel auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, die beispielhafte Ausführungen zeigen; und in denen:

1 ein System des Stands der Technik veranschaulicht, das einen Drehstrom-AC-Lichtbogenofen (mit drei Elektroden oder sechs Elektroden, wobei nur eine dargestellt ist) in Kombination mit einer Flickersteuerung in Form einer variablen Seriendrossel auf einer Primärseite eines Transformators umfasst;
2 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einer Anzapfdrossel und einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist;
3 das System aus 2 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt;
4 das System aus 2 veranschaulicht, das eine zweite Schalterkonfiguration einsetzt;
5 das System aus 2 veranschaulicht, das die variable Seriendrossel auf einer Sekundärseite des Transformators aufweist;
6 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einer Anzapfdrossel und einer Vielzahl von Schaltern auf ähnliche Weise wie bei der Erweiterung in 2 erweitert ist, wobei die Anzapfdrossel und die Vielzahl von Schaltern in Bezug auf 2 etwas anders angeordnet sind;
7 das System aus 6 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt;
8 das System aus 6 veranschaulicht, das eine zweite Schalterkonfiguration einsetzt;
9 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einer Anzapfdrossel und einer Vielzahl von Schaltern auf ähnliche Weise wie bei der Erweiterung in 2 erweitert ist, wobei die Anzapfdrossel und die Vielzahl von Schaltern in Bezug auf 2 etwas anders angeordnet sind;
10 das System aus 9 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt;
11 das System aus 9 veranschaulicht, das eine zweite Schalterkonfiguration einsetzt;
12 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist;
13 das System aus 12 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt;
14 das System aus 12 veranschaulicht, das eine zweite Schalterkonfiguration einsetzt;
15 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist;
16 das System aus 15 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt;
17 das System aus 1 veranschaulicht, das mit einem Drosselpaar und einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist;
18 das System aus 17 veranschaulicht, das eine erste Schalterkonfiguration einsetzt; und
19 das System aus 17 veranschaulicht, das eine zweite Schalterkonfiguration einsetzt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Üblicherweise kann ein Stromnetzflicker (oder einfach „Flicker“) durch das Einbauen von Nebenschlusswiderstand-Blindleistungskompensationsanlagen abgeschwächt werden. Beispiele für Blindleistungskompensationsanlagen umfassen einen traditionellen statischen Blindleistungskompensator (SVC) oder einen statischen Synchronkompensator (STATCOM) auf Basis eines weiter fortgeschrittenen Leistungswandlers. Eine weitere bewährte Technologie zur Flickerreduktion ist eine intelligente prädiktive Netzstromsteuerung (SPLC), die mit einer schwankenden Last seriengeschaltet sein kann. Für ein Beispiel einer bekannten Flickerreduktionsstrategie siehe US-Patent Nr. 6.573.691 , dessen Inhalte hiermit durch Verweis hierin aufgenommen sind.
Bei der Übertragung und Verteilung von elektrischer Leistung handelt es sich bei Voltampere Reaktiv (VAR) um eine Einheit, mit der die Blindleistung in einem elektrischen Wechselstrom- (AC-) Leistungssystem ausgedrückt wird. Blindleistung besteht in einem AC-Schaltkreis, wenn Strom und Spannung nicht phasengleich sind.
Ein SVC besteht aus einer Nebenschlusswiderstand-verbundenen harmonischen Filterbank und einer Nebenschlusswiderstand-verbundenen thyristorgesteuerten Drossel. Die Filterbank und die thyristorgesteuerte Drossel arbeiten in Abstimmung, um Spannungsflicker zu senken oder einen konstanten Ofenleistungsfaktor beizubehalten. Der SVC wird durch eine Nebenschlusswiderstandinjektion von entweder kapazitiver oder induktiver Blindleistung betrieben und behält dadurch eine konstante Spannung bei, indem der Gesamtblindleistungsverbrauch (MVAR) des Ofens bei null gehalten wird (d.h. weder induktiv noch kapazitiv). SVCs weisen üblicherweise aufgrund von Thyristorkommutierungsanforderungen eine Zeitverzögerung von einem halben Zyklus auf. Ein Beispiel eines frühen SVC ist in US-Patent Nr. 3.936.727 ersichtlich.
SVC-basierte Lichtbogenofensteuerungen liefern dynamisch Blindleistung durch die gesteuerte Summierung von konstantem kapazitivem MVAR und variablem induktivem MVAR. Die Steuerung vergleicht Lastblindleistung mit einem Blindleistungssollwert, der vom Leistungsfaktorsollwert abgeleitet ist, und steuert den summierten MVAR dynamisch in Bezug auf den Sollwert. Da es bei einem Lichtbogenofen oft zu Kurzschlüssen und Unterbrechungen an der Oberfläche der Ofenelektroden kommt, variieren die Ofenblindleistungsschwankungen von null bis 200 % der Ofentransformatornennleistung. Ein SVC ist normalerweise auf 125 % bis 150 % der Ofennennleistung dimensioniert und reduziert Flicker üblicherweise um etwa 40 % bis 50 %. Manche SVCs nutzen einen Spannungssollwert und passen eine Nebenschlusswiderstandsdrossel so an, dass eine Versorgungsspannung mit der Sollwertspannung übereinstimmt.
Eine SPLC besteht aus einer thyristorgesteuerten Drossel, die zwischen der Versorgungshauptleitung und einer Elektrode des Lichtbogenofens verbunden ist. Eine SPLC fungiert als eine dynamisch gesteuerte Seriendrossel, die prädiktive Software nutzt, um die Wirkleistung oder den Wirkstrom an einem Lichtbogenofen zu stabilisieren. Die SPLC reduziert Flicker, indem die Lichtbogenstromschwankungen in den Leistungssystemen gesenkt werden. Wenn Lichtbogenstromschwankungen auf eine Nulllinie gebracht werden, wird der Spannungsflicker reduziert. Ein Beispiel einer SPLC ist in US-Patent Nr. 5.991.327 , ausgegeben am 23. November 1999, ersichtlich.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines Dreiphasen-AC-Lichtbogenofens (EAF) 140. Dreiphasenleistung wird dem Lichtbogenofen 140 von einer lokalen Versorgungshauptleitung 110 bereitgestellt. Die Versorgungshauptleitung 110 ist verbunden, um Strom von einer Netzstromversorgung über eine Übertragungsleitung und einen Abspanntransformator (nicht gezeigt) oder alternativ dazu von einem lokalen Kraftwerk (nicht gezeigt) zu erhalten. Der Lichtbogenofen 140 umfasst drei Elektroden oder sechs Elektroden (in Paaren angeordnet) 142 (nicht einzeln dargestellt), wobei jede der drei Elektroden oder jedes der drei Elektrodenpaare 142 einer der drei Stromphasen zugeordnet ist. Die Lichtbogenenden der Elektroden 142 sind in einem Ofengefäß 144 angeordnet, um beispielsweise ein Arbeitsmaterial, wie Metallschrott, zu schmelzen, und können so angebracht sein, dass ihre Position im Ofengefäß 144 angepasst werden kann. Die Elektroden 142 sind mit einer Ofenseite (Sekundärwicklungen) eines Stufenofentransformators 106 verbunden.
Eine variable Seriendrossel 132 ist mit dem Stufenofentransformator 106 zwischen dem Lichtbogen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet. Jede der drei Phasen der variablen Seriendrossel 132 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine Serienschaltung einer variablen Drossel 134 und einer Festwertdrossel 136, die eine entsprechende Phase einer Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 mit einer entsprechenden Phase der Versorgungshauptleitung 110 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die repräsentative variable Drossel 134 eine Drossel 137, die parallel mit einem Thyristorschalter 139 geschaltet ist. Jeder Thyristorschalter 139 umfasst vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die variable Seriendrossel 132 weist einen Regelbereich auf. Der Thyristorschalter 139 kann als spezifische Ausführung eines statischen Schalters der Leistungselektronik betrachtet werden. Das System aus 1 umfasst ferner eine Zündwinkelsteuerungsvorrichtung 150, die für die Steuerung des Zündwinkels des Thyristorschalters 139 ausgebildet ist.
Eine innovative Schalterkonfiguration, die dem System aus 1 hinzugefügt wurde, wie in 2 dargestellt, ermöglicht das Hin- und Herschalten zwischen einer Konfiguration, in der ein Thyristorschalter und eine Drossel in Serie geschaltet sind, und einer Konfiguration, in der ein Thyristorschalter und eine Drossel parallel geschaltet sind. Das Schalten der Drossel in Serie mit dem Thyristorschalter ermöglicht eine gesteuerte Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz, die besonders gut für das Hochfahren von kalten Öfen und Ofenleerläufe geeignet ist. Auf diese Weise besteht weniger Bedarf an einer Ausrüstung, wie zusätzlichen Hochfahrtransformatoren, alternativen Niedrigspannung-Energieversorgungskonfigurationen und temporären elektrischen Spezialvorrichtungen für das Hochfahren von kalten Öfen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Leitungssteuerungsschaltung bereitgestellt. Die Leitungssteuerungsschaltung umfasst einen Thyristorschalter und eine Vielzahl von Schaltern. Die Vielzahl von Schaltern ermöglicht das Schalten zwischen einer ersten Konfiguration, in der eine Parallelschaltung des Thyristorschalters und einer ersten Reaktanz in Serie mit einer zweiten Reaktanz angeordnet ist, und einer zweiten Konfiguration, in der der Thyristorschalter in Serie mit einer dritten Reaktanz geschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine angepasste Seriendrossel bereitgestellt (siehe 2). Die angepasste Seriendrossel umfasst einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist, einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last, eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist, einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist, einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, eine Anzapfdrossel, die an einem ersten Anzapfdrosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die Anzapfdrossel ein zweites Anzapfdrosselende und einen Anzapfdrosselselektor aufweist, einen Anzapfdrosselpfadschalter, der zwischen dem zweiten Anzapfdrosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, und einen Selektorpfadschalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem Anzapfdrosselselektor verbunden ist, und an einem zweiten Selektorpfadschalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist. Die angepasste variable Seriendrossel weist eine erste Konfiguration auf, die dadurch definiert ist, dass der Selektorpfadschalter in einem offenen Zustand ist, der Anzapfdrosselpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist und der Thyristorpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist. Die angepasste Seriendrossel weist eine zweite Konfiguration auf, die dadurch definiert ist, dass der Selektorpfadschalter in einem geschlossen Zustand ist, der Anzapfdrosselpfadschalter in einem offenen Zustand ist und der Thyristorpfadschalter in einem offenen Zustand ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zu Umwandlung einer angepassten variablen Seriendrossel aus einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration bereitgestellt, wobei die angepasste Seriendrossel Folgendes umfasst: einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist, einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last, eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist, einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist, einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, eine Anzapfdrossel, die an einem ersten Anzapfdrosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die Anzapfdrossel ein zweites Anzapfdrosselende und einen Anzapfdrosselselektor aufweist, einen Anzapfdrosselpfadschalter, der zwischen dem zweiten Anzapfdrosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, und einen Selektorpfadschalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem Anzapfdrosselselektor verbunden ist, und an einem zweiten Selektorpfadschalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist. Das Verfahren umfasst das Schalten des Selektorpfadschalters von einem offenen zu einem geschlossenen Zustand, das Schalten des Anzapfdrosselpfadschalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand und das Schalten des Thyristorpfadschalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand.
Gemäß einem wiederum weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine angepasste variable Seriendrossel bereitgestellt. Die angepasste variable Seriendrossel umfasst einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist, einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last, eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist, einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist, einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, eine weitere Drossel, die an einem ersten weiteren Drosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die weitere Drossel ein zweites weiteres Drosselende aufweist, einen unteren Schalter, der zwischen dem zweiten weiteren Drosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, und einen mittleren Schalter, der an einem ersten mittleren Schalterende mit dem zweiten weiteren Drosselende verbunden ist, und an einem zweiten mittleren Schalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist. Die angepasste variable Seriendrossel weist eine erste Konfiguration auf, die dadurch definiert ist, dass der mittlere Schalter in einem offenen Zustand ist, der untere Schalter in einem geschlossenen Zustand ist und der Thyristorpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist. Die angepasste variable Seriendrossel weist eine zweite Konfiguration auf, die dadurch definiert ist, dass der mittlere Schalter in einem geschlossenen Zustand ist, der untere Schalter in einem offenen Zustand ist und der Thyristorpfadschalter in einem offenen Zustand ist.
Gemäß einem wiederum weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zu Umwandlung einer angepassten variablen Seriendrossel aus einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration. Die angepasste variable Seriendrossel umfasst einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist, einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last, eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist, einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist, einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, eine weitere Drossel, die an einem ersten weiteren Drosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die weitere Drossel ein zweites weiteres Drosselende aufweist, einen unteren Schalter, der zwischen dem zweiten weiteren Drosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist, und einen mittleren Schalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem zweiten weiteren Drosselende verbunden ist, und an einem zweiten mittleren Schalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist. Das Verfahren umfasst das Schalten des mittleren Schalters von einem offenen zu einem geschlossenen Zustand, das Schalten des unteren Schalters von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand und das Schalten des Thyristorpfadschalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand.
Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung in Anbetracht der folgenden Beschreibung von spezifischen Ausführungen der Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ersichtlich.
Grundsätzlich ermöglichen Schalter in einer Leitungssteuerschaltung, dass eine Drossel in Serie mit dem Thyristorschalter 139 konfiguriert werden kann, im Gegensatz zur Konfiguration aus 1, in der die Drossel 137 mit dem Thyristorschalter 139 parallel geschaltet ist. Das Konfigurieren der Drossel für eine Serienschaltung mit dem Thyristorschalter 139 ermöglicht, dass der Thyristorschalter 139 die Ofenstromstärke in einem Bereich von beinahe null Ampere bis zu einem neuen Serienmaximum mit hoher Impedanz steuert. Die Steuerung der Ofenstromstärke erfolgt durch die Zündwinkelsteuerungsvorrichtung 150, über eine computerisierte Steuerung des Thyristorzündwinkels im Thyristorschalter 139. Es kann beobachtet werden, dass die relativ hohe Impedanz der Drossel den Kurzschlussstrom an Ofen 140 während des Hochfahrens einschränkt. Während Hochstromzustände reduziert werden, kann davon ausgegangen werden, dass die Konfiguration, in der die Drossel mit dem Thyristorschalter 139 in Serie geschaltet ist, die Spannung bei einem relativ hohen Pegel hält.
2 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Anzapfdrossel und einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 2 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren der Schaltung aus 1 zu einer Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz.
In der Schaltung aus 2 wurde die mit dem Thyristorschalter 139 parallelgeschaltete Drossel 137 (siehe 1) durch eine Anzapfdrossel 237 ersetzt.
Bei der Anzapfdrossel 237 handelt es sich um eine Vorrichtung mit drei Verbindungspunkten.
Dementsprechend stellt 2 eine angepasste variable Seriendrossel 232 dar, die mit dem Stufenofentransformator 106 zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 seriengeschaltet ist. Jede der drei Phasen der angepassten variablen Seriendrossel 232 (von denen nur eine Phase abgebildet ist) umfasst eine Serienschaltung einer angepassten variablen Drossel 234 und der Festwertdrossel 136, die eine entsprechende Phase einer Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 mit einer entsprechenden Phase der Versorgungshauptleitung 110 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die repräsentative variable Drossel 234 die Anzapfdrossel 237, die in einer schaltbaren Konfiguration mit dem Thyristorschalter 139 verbunden ist. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 232 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 232 weist einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110 auf. Die angepasste variable Seriendrossel 232 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 auf.
Die erwähnte schaltbare Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dadurch implementiert werden, dass der angepassten variablen Drossel 234 drei Schalter hinzugefügt werden.
Ein Anzapfdrosselpfadschalter 251 ist zwischen der Anzapfdrossel 237 und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 232 angeordnet.
Die Anzapfdrossel 237 weist einen ersten Verbindungspunkt auf, der mit der Festwertdrossel 136 verbunden ist, einen zweiten Verbindungspunkt, der mit dem Anzapfdrosselpfadschalter 251 verbunden ist, und einen dritten Verbindungspunkt (einen Selektor), der mit einem Selektorpfadschalter 252 verbunden ist. Der Selektorpfadschalter 252 ist zwischen dem Selektor der Anzapfdrossel 237 und der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 angeordnet.
Ein Thyristorpfadschalter 253 ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139, an der der Selektorpfadschalter 252 angeschlossen ist, und der Festwertdrossel 136 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration, die in 3 dargestellt wird, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 232 als Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der Anzapfdrosselpfadschalter 251 geschlossen, der Selektorpfadschalter 252 offen und der Thyristorpfadschalter 253 geschlossen. Dementsprechend wird der Thyristorschalter 139 parallel mit der Anzapfdrossel 237 betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration, die in 4 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 232 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration ist der Anzapfdrosselpfadschalter 251 offen, der Selektorpfadschalter 252 geschlossen und der Thyristorpfadschalter 253 offen. Dementsprechend wird der Thyristorschalter 139 in Serie mit einem ausgewählten Teil der Anzapfdrossel 237 betrieben.
Praktischerweise kann es durch die angepasste variable Seriendrossel 232 in der zweiten Schalterkonfiguration als einfache Aufgabe betrachtet werden, einen relativ niedrigen und relativ gut kontrollierten Hochfahrstrom bereitzustellen. Zusätzlich dazu kann davon ausgegangen werden, dass die angepasste variable Seriendrossel 232 in der zweiten Schalterkonfiguration den Strom beschränken kann, auf den der Ofen 140 in einer Kurzschlusssituation zurückgreifen kann. Es kann davon ausgegangen werden, dass Konsequenzen daraus ein verringertes Risiko eines Anlageschadens, eine verringerte Hochfahrzeit und eine Verringerung von Überstromauslösern umfassen.
Oft wird ein Ofen leerlaufen gelassen, das bedeutet, dass das Ofengefäß 144 voller geschmolzenem Metall belassen wird, ohne dass das Produkt für einen nachgelagerten Vorgang freigegeben wird. Insbesondere enthält das Ofengefäß 144 Einspeismaterial (z.B. eine kalzinierte Verbindung), Schlacke und geschmolzenes Metall. Das Leerlaufen dient dazu, die Ofenbadtemperatur (Schlacke und geschmolzenes Metall) aufrechtzuerhalten. Während des Leerlaufs wird kein neues Einspeismaterial in das Ofengefäß 144 zugeführt. Bei der Sekundärstahlerzeugung wird üblicherweise von einer Leerlaufdauer von ein paar Minuten ausgegangen. In Erzschmelz-/Raffinerieöfen kann die Dauer des Leerlaufs Tage bis Wochen dauern.
Ein typischer Ofenbetrieb kann in Bezug auf Leistungsverbrauch gemessen werden. Komponenten des Leistungsverbrauchs umfassen eine Lichtbogenleistungskomponente, P_arc, die sich auf das Erzeugen eines Lichtbogens im Ofengefäß 144 bezieht, und eine Badleistungskomponente, P_bath, die sich auf das Beibehalten von geschmolzenem Metall im Ofengefäß 144 bezieht.
Die Badleistungskomponente steht insbesondere mit dem Widerstand des Bads, R_bath,in einer hinreichend bekannten Beziehung: $P_{b a t h} = I^{2} R_{b a t h}$
wobei der Strom zur Elektrode 142 durch I dargestellt wird. Ähnlich dazu steht die Lichtbogenleistungskomponente mit dem Widerstand des Lichtbogens, R_arc, in einer hinreichend bekannten Beziehung: $P_{a r c} = I^{2} R_{a r c}$
Es ist bekannt, dass I von der Spannung, R_bath und R_arc abhängt.
Idealerweise kommt es zu keiner Lichtbogenbildung, wenn sich der Ofen 140 im Leerlauf befindet. Besonders beim Leerlaufenlassen des Ofens 140 darf kein geschmolzenes Metall das Ofengefäß 144 verlassen und kein neues Material wird durch eine Lichtbogenbildung von Elektrode 142 geschmolzen. Dementsprechend bleibt der Widerstand des Bads, R_bath, unverändert.
Wenn es gewünscht ist, den Ofen 140 leerlaufen zu lassen, folgt daraus, dass für das Beibehalten von geschmolzenem Metall im Ofengefäß 144 die Badleistungskomponente ungleich null ist.
Traditionellerweise wurde angenommen, dass R_arc im Leerlauf > 0 sein muss, sodass I für P_bath passt. Es kann überlegt werden, dass wenn I für P_bath „passt“, I ausreicht, um zu verhindern, dass das geschmolzene Metall im Ofengefäß 144 im Ofengefäß 144 friert/erstarrt. Das geschmolzene Metall soll sich zu jeder Zeit im geschmolzen Zustand befinden, damit die optimale Leistung, die durch Versuche ermittelt werden kann, ausreichend hoch ist, um das geschmolzene Metall daran zu hindern, zu erstarren jedoch nicht so hoch, dass Leistung in Form von übermäßiger Hitze oder einem Lichtbogen verschwendet wird. Das Aufrechterhalten von R_arc > 0 kann jedoch als Leistungsverschwendung im Lichtbogen betrachtet werden. Solch eine verschwendete Leistung verschwendet in der Folge Elektrizität, die aus der Versorgungshauptleitung bezogen wird, und die monetär gemessen werden kann. Wenn eine Leistung, P_loss, die an die Umgebungskühlung des geschmolzenen Metalls verloren wird, bekannt ist, kann ein Schätzwert für I gefunden werden, der $Folgendes erfüllt: I = \sqrt{\frac{P_{l o s s}}{R_{b a t h}}} .$
Die angepasste variable Seriendrossel 232 in der zweiten Schalterkonfiguration ermöglicht, dass R_arc = 0 ist, während die angepasste variable Seriendrossel 232 trotzdem die Spezifikationen von I für den Leerlauf erfüllt.
Es kann davon ausgegangen werden, dass das Aufrechterhalten der Badleistungs das geschmolzene Metall am Abkühlen und Erstarren hindert. Unglücklicherweise müssen Teile des Ofens unter Umständen ersetzt werden, wenn das geschmolzene Metall im Bad abkühlt und erstarrt.
Auf Systemebene kann die Funktion der Zündwinkelsteuerungsvorrichtung 150 in der Konfiguration aus 1 und der Konfiguration aus 2 als ähnlich betrachtet werden. In 2 ist es einem Betreiber möglich zwischen dem Betrieb des Ofens 140 in entweder einem Stromstärkensteuermodus oder einem Leistungssteuermodus zu wählen. Der Betreiber wählt Sollwerte für die Stromstärke oder Leistung auf Basis von Leerlauf- oder Produktionsanforderungen. Intern ist die Zündwinkelsteuerungsvorrichtung 150 mit einem unterschiedlichen Satz an Berechnungen und Kriterien gestaltet, um die in 4 dargestellte Konfiguration sicher und verlässlich zu erzielen. Der Betreiber kann die Konfiguration auf einer maximalen Schaltungsspannungsphase, einem Dreiphasenleitfenster und Grenzbedingungen bezüglich annehmbarer Zündwinkelbereiche basieren, die sich von den Zündwinkelbereichen unterscheiden, die bei einem Betrieb in der in 3 dargestellten Konfiguration genutzt werden.
5 veranschaulicht das System aus 2 mit der variablen Seriendrossel 232 auf einer Sekundärseite des Ofentransformators 106.
6 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Anzapfdrossel und einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 6 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren einer Schaltung zwischen zumindest zwei Schaltungskonfigurationen.
In der Schaltung aus 6, in einer angepassten variablen Seriendrossel 632, ist die Drossel 137 mit dem Thyristorschalter 139, wie in 1, parallelgeschaltet. Die Festwertdrossel 136, die die angepasste variable Seriendrossel 632 mit der Versorgungshauptleitung (siehe 1) verbindet, wurde durch eine Anzapfdrossel 636 ersetzt.
Dementsprechend stellt 6 die angepasste variable Seriendrossel 632 dar, die mit dem Stufenofentransformator 106, zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet ist. Jede dieser drei Phasen der angepassten variablen Seriendrossel 632 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine schaltbare Kombination aus der Anzapfdrossel 636, dem Thyristorschalter 139 und der Drossel 137. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 632 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 632 weist einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110 auf. Die angepasste variable Seriendrossel 632 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 auf.
Die erwähnte schaltbare Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mithilfe von vier Schaltern umgesetzt werden.
Ein unterer Festwertdrosselpfadschalter 651 ist zwischen der Drossel 137 und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 632 angeordnet.
Die Anzapfdrossel 636 weist einen ersten Verbindungspunkt, der mit der Versorgungshauptleitung 110 verbunden ist, einen zweiten Verbindungspunkt, der mit einem Anzapfdrosselpfadschalter 652 verbunden ist, und einen dritten Verbindungspunkt (ein Selektor), der mit einem Selektorpfadschalter 654 verbunden ist, auf. Der Selektorpfadschalter 654 ist zwischen dem Selektor der Anzapfdrossel 636 und der Versorgungshauptleitungseite des Thyristorschalters 139 angeordnet.
Ein oberer Festwertdrosselpfadschalter 653 ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 und der Drossel 137 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration für die Schaltung aus 6, die in 7 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 632 als Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der untere Festwertdrosselpfadschalter 651 geschlossen, der Anzapfdrosselpfadschalter 652 offen, der obere Festwertdrosselpfadschalter 653 geschlossen und der Selektorpfadschalter 654 geschlossen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 parallel mit der Drossel 137 betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration für die Schaltung aus 6, die in 8 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 632 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration ist der untere Festwertdrosselpfadschalter 651 offen, der Anzapfdrosselpfadschalter 652 geschlossen, der obere Festwertdrosselpfadschalter 653 offen und der Selektorpfadschalter 654 offen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit einem ausgewählten Teil der Anzapfdrossel 636 in Serie betrieben.
Mit dem Hinweis, dass 5 das System aus 2 mit der variablen Seriendrossel 232 auf einer Sekundärseite des Ofentransformators 106 veranschaulicht, ist außerdem bemerkenswert, wenn auch nicht abgebildet, dass die variable Seriendrossel 632, im Gegensatz zur Konfiguration aus 6, an der Sekundärseite des Ofentransformators 106 angeordnet sein kann.
9 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Sekundärdrossel und einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 9 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren einer Schaltung zwischen zumindest zwei Schaltungskonfigurationen.
In der Schaltung aus 9, in einer variablen Seriendrossel 932, ist die Drossel 137 mit dem Thyristorschalter 139, wie in 1, parallel geschaltet. Zusätzlich dazu wurde die Festwertdrossel 136, die die variable Seriendrossel 932 mit der Versorgungshauptleitung (siehe 1) verbindet, durch eine zweite Drossel 936 erweitert.
Dementsprechend veranschaulicht 9 die angepasste variable Seriendrossel 932, die mit dem Stufenofentransformator 106, zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet ist. Jede der drei Phasen der angepassten variablen Seriendrossel 932 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine schaltbare Kombination aus der ersten Drossel 136, der zweiten Drossel 936, dem Thyristorschalter 139 und der Festwertdrossel 137. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 932 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 932 weist zwei Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkte zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110 auf. Die angepasste variable Seriendrossel 932 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 auf.
Die erwähnte schaltbare Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mithilfe von drei Schaltern umgesetzt werden.
Ein Festwertdrosselpfadschalter 951 ist zwischen der Festwertdrossel 137 und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 932 angeordnet.
Die erste Drossel 136 weist einen ersten Verbindungspunkt, der mit der Versorgungshauptleitung 110 verbunden ist, und einen zweiten Verbindungspunkt, der mit einem ersten Drosselpfadschalter 952A verbunden ist, auf. Der erste Drosselpfadschalter 952A ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 und der ersten Drossel 136 angeordnet.
Die zweite Drossel 936 weist einen ersten Verbindungspunkt, der mit der Versorgungshauptleitung 110 verbunden ist, und einen zweiten Verbindungspunkt, der mit einem zweiten Drosselpfadschalter 952B verbunden ist, auf. Der zweite Drosselpfadschalter 952B ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 und der zweiten Drossel 936 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration für die Schaltung aus 9, die in 10 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 932 als ein Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der Festwertdrosselpfadschalter 951 geschlossen, der erste Drosselpfadschalter 952A geschlossen und der zweite Drosselpfadschalter 952B offen. Dementsprechend wird der Thyristorschalter 139 mit der Drossel 137 parallel betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration für die Schaltung aus 9, die in 11 dargestellt wird, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 932 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration ist der Festwertdrosselpfadschalter 951 offen, der erste Drosselpfadschalter 952A offen und der zweite Drosselpfadschalter 952B geschlossen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der zweiten Drossel 936 in Serie betrieben.
Mit dem Hinweis, dass 5 das System aus 2 mit der variablen Seriendrossel 232 an einer Sekundärseite des Ofentransformators 106 veranschaulicht, ist außerdem bemerkenswert, wenn auch nicht abgebildet, dass die variable Seriendrossel 932, im Gegensatz zur Konfiguration aus 9, an der Sekundärseite des Ofentransformators 106 angeordnet sein kann.
12 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 12 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren der Schaltung aus 1 zu einer Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz. Teilweise kann die in 12 dargestellte Schaltung von der in 2 dargestellten Schaltung insofern unterschieden werden, als dass es sich bei der Drossel aus der in 12 dargestellten Schaltung nicht um eine Anzapfdrossel handelt.
In der Schaltung aus 12 ermöglichen die Schalter, dass die Drossel 137 mit dem Thyristorschalter 139 selektiv parallel oder in Serie geschaltet ist.
Dementsprechend veranschaulicht 12 eine angepasste variable Seriendrossel 1232, die mit dem Stufenofentransformator 106, zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet ist. Jede der drei Phasen der angepassten variablen Seriendrossel 1232 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine Serienschaltung einer angepassten variablen Drossel 1234 und der Festwertdrossel 136, die eine entsprechende Phase einer Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 mit einer entsprechenden Phase der Versorgungshauptleitung 110 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die repräsentative angepasste variable Drossel 1234 die Drossel 137, die in einer schaltbaren Konfiguration mit dem Thyristorschalter 139 verbunden ist. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 1232 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 1232 weist einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110 auf. Die angepasste variable Seriendrossel 1232 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 auf.
Die erwähnte Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mithilfe von drei Schaltern umgesetzt werden, die der angepassten variablen Drossel 1234 hinzugefügt werden.
Ein oberes Ende der Drossel 137 ist mit dem Ende der Festwertdrossel 136 verbunden, das nicht mit der Versorgungshauptleitung 110 verbunden ist. Die Drossel 137 weist ein unteres Ende auf. Ein unterer Schalter 1251 ist zwischen dem unteren Ende der Drossel 137 und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 1232 angeordnet.
Ein mittlerer Schalter 1252 ist zwischen dem unteren Ende der Drossel 137 und der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 angeordnet.
Ein Thyristorpfadschalter 1253 ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139, an der der mittlere Schalter 1252 angeschlossen ist, und der Festwertdrossel 136 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration, die in 13 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1232 als ein Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der untere Schalter 1251 geschlossen, der mittlere Schalter 1252 offen und der Thyristorpfadschalter 1253 geschlossen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der Drossel 137 parallel betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration, die in 14 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1232 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration ist der untere Schalter 1251 offen, der mittlere Schalter 1252 geschlossen und der Thyristorpfadschalter 1253 offen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der Drossel 137 und der Festwertdrossel 136 in Serie betrieben.
15 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 15 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren der Schaltung aus 1 zu einer Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz. Teilweise kann die in 15 dargestellte Schaltung von der in 2 dargestellten Schaltung insofern unterschieden werden, als dass es sich bei der Drossel aus der in 15 dargestellten Schaltung nicht um eine Anzapfdrossel handelt.
In der Schaltung aus 15 ermöglichen die Schalter, dass die Drossel 137 mit dem Thyristorschalter 139 selektiv parallel oder mit der Schaltung überhaupt nicht verbunden wird.
Dementsprechend veranschaulicht 15 eine angepasste variable Seriendrossel 1532, die mit dem Stufenofentransformator 106 zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet ist. Jede der drei Phasen der angepassten variablen Seriendrossel 1532 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine Serienschaltung einer angepassten variablen Drossel 1234 und der Festwertdrossel 136, die eine entsprechende Phase einer Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 mit einer entsprechenden Phase der Versorgungshauptleitung 110 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die repräsentative angepasste variable Drossel 1534 die Drossel 137, die in einer schaltbaren Konfiguration mit dem Thyristorschalter 139 verbunden ist. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 1532 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 1532 weist einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110. Die angepasste variable Seriendrossel 1532 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106.
Die erwähnte Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mithilfe von Schaltern umgesetzt werden, die der angepassten variablen Drossel 1534 hinzugefügt werden.
Die Drossel 137 weist ein oberes und ein unteres Ende auf.
Ein oberer Schalter 1552 ist zwischen dem oberen Ende der Drossel 137 und der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 angeordnet. Ein unterer Schalter 1551 ist zwischen dem unteren Ende der Drossel 137 und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 1532 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration, die in 16 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1532 als ein Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der untere Schalter 1551 geschlossen und der obere Schalter 1552 ist ebenfalls geschlossen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der Drossel 137 parallel betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration, die in 15 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1532 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration sind der untere Schalter 1551 offen und der obere Schalter 1552 offen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der Drossel 137 und der Festwertdrossel 136 in Serie betrieben.
17 veranschaulicht das System aus 1, das mit einer Vielzahl von Schaltern erweitert ist. Wie in 17 dargestellt, betreffen Aspekte der vorliegenden Anmeldung das selektive Rekonfigurieren der Schaltung aus 1 zu einer Schaltungskonfiguration mit hoher Impedanz. Teilweisel kann die in 17 dargestellte Schaltung von der in 2 dargestellten Schaltung insofern unterschieden werden, dass die in 17 dargestellte Schaltung, anstelle der Anzapfdrossel 237, ein Drosselpaar nutzt.
In der Schaltung aus 17 ermöglichen die Schalter, dass ein Drosselpaar 1737A, 1737B selektiv als Serienschaltung von Drosseln 1737A, 1737B parallel mit der Thyristorschalter 139 verbunden wird oder eine ausgewählte Drossel aus dem Drosselpaar 1737A, 1737B mit dem Thyristorschalter 139 in Serie verbunden wird.
Dementsprechend veranschaulicht 17 eine angepasste variable Seriendrossel 1732, die mit dem Stufenofentransformator 106, zwischen dem Lichtbogenofen 140 und der Versorgungshauptleitung 110 in Serie geschaltet ist. Jede der drei Phasen der angepasste variable Seriendrossel 1732 (von denen nur eine Phase dargestellt ist) umfasst eine Serienschaltung einer angepassten variablen Drossel 1734 und der Festwertdrossel 136, die eine entsprechende Phase einer Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 mit einer entsprechenden Phase der Versorgungshauptleitung 110 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die repräsentative angepasste variable Drossel 1734 das Drosselpaar 1737A, 1737B, das in einer schaltbaren Konfiguration mit dem Thyristorschalter 139 verbunden ist. Wie hierin bereits angemerkt, umfasst jede Phase des Thyristorschalters 139 vorzugsweise ein Thyristorpaar oder Thyristorgruppenpaare, die in einer zueinander entgegengesetzten Polarität angeordnet sind. Die angepasste variable Seriendrossel 1732 weist einen Regelbereich auf, der auf der schaltbaren Konfiguration basiert.
Die angepasste variable Seriendrossel 1732 weist einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase der Versorgungshauptleitung 110 auf. Die angepasste variable Seriendrossel 1732 weist außerdem einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit der Versorgungsseite (Primärwindungen) des Ofentransformators 106 auf.
Die erwähnte Konfiguration kann in einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mithilfe von drei Schaltern umgesetzt werden, die der angepassten variablen Drossel 1734 hinzugefügt werden.
Das Drosselpaar 1737A, 1737B kann so betrachtet werden, dass es eine erste Drossel 1737A und eine zweite Drossel 1737B umfasst.
Das obere Ende der ersten Drossel 1737A ist mit dem Ende der Festwertdrossel 136 verbunden, das nicht mit der Versorgungshauptleitung 110 verbunden ist. Die erste Drossel 1737A weist ein unteres Ende auf.
Ein mittlerer Schalter 1752 ist zwischen dem unteren Ende der ersten Drossel 1737A und der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139 angeordnet.
Die zweite Drossel 1737B weist ein oberes Ende, das mit dem unteren Ende der ersten Drossel 1737A verbunden ist, und ein unteres Ende auf. Ein unterer Schalter 1751 ist zwischen dem unteren Ende der zweiten Drossel 1737B und dem Transformatorverbindungspunkt der angepassten variablen Seriendrossel 1732 verbunden.
Ein Thyristorpfadschalter 1753 ist zwischen der Versorgungshauptleitungsseite des Thyristorschalters 139, an der der mittlere Schalter 1752 angeschlossen ist, und der Festwertdrossel 136 angeordnet.
Eine erste Schalterkonfiguration, die in 18 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1732 als ein Ofenstabilisator mit hoher Leistung und hoher Stromstärke und zwar auf eine Weise, die mit der variablen Seriendrossel 132 aus 1 übereinstimmt. In der ersten Schalterkonfiguration ist der untere Schalter 1751 geschlossen, der mittlere Schalter 1752 offen und der Thyristorpfadschalter 1753 geschlossen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit einer Serienschaltung der ersten Drossel 1737A und der zweiten Drossel 1737B parallel betrieben.
Eine zweite Schalterkonfiguration, die in 19 dargestellt ist, ermöglicht den Betrieb der angepassten variablen Seriendrossel 1732 als Ofenstabilisator mit niedriger Leistung und niedriger Stromstärke. In der zweiten Schalterkonfiguration ist der untere Schalter 1751 offen, der mittlere Schalter 1752 geschlossen und der Thyristorpfadschalter 1753 offen. Demzufolge wird der Thyristorschalter 139 mit der ersten Drossel 1737A und der Festwertdrossel 136 in Serie betrieben.
Mit dem Hinweis, dass 5 das System aus 2 mit der variablen Seriendrossel 232 auf einer Sekundärseite des Ofentransformators 106 veranschaulicht, ist außerdem bemerkenswert, wenn auch nicht abgebildet, dass die variablen Seriendrosseln 932, 1232, 1532, 1732, im Gegensatz zur Konfiguration aus 9, 12, 15 und 17, an der Sekundärseite des Ofentransformators 106 angeordnet werden können.
Die eben beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Anmeldung sollen lediglich Beispiele darstellen. Änderungen, Modifikationen und Variationen können von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung an bestimmten Ausführungen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Anmeldung zu verlassen, der durch die beiliegenden Patentansprüche definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6573691 [0007]
US 3936727 [0009]
US 5991327 [0011]

Claims

Leitungssteuerschaltung, die Folgendes umfasst: einen Thyristorschalter; eine Vielzahl von Schaltern; wobei die Vielzahl von Schaltern das Schalten zwischen Folgendem ermöglicht: eine erste Konfiguration, in der eine Parallelschaltung des Thyristorschalters und einer ersten Reaktanz in Serie mit einer zweiten Reaktanz angeordnet ist; und eine zweite Konfiguration, in der der Thyristorschalter in Serie mit einer dritten Reaktanz geschaltet ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Last einen Lichtbogenofen umfasst.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei der Lichtbogenofen drei Elektroden umfasst.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 3, wobei der Lichtbogenofen sechs Elektroden umfasst.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die erste Konfiguration einen Ofenstabilisator mit relativ hoher Leistung und relativ hoher Stromstärke bereitstellt.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Reaktanz von einer ersten Drossel bereitgestellt ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 6, wobei die zweite Reaktanz von einer zweiten Drossel bereitgestellt ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 7, wobei die dritte Reaktanz von einer Kombination aus zumindest einem Teil der ersten Drossel und zumindest einem Teil der zweiten Drossel bereitgestellt ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 7, wobei die dritte Reaktanz von einer von der ersten Drossel und zweiten Drossel unabhängigen dritten Drossel bereitgestellt ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 7, wobei die dritte Reaktanz von der zweiten Drossel bereitgestellt ist.
Leitungssteuerschaltung nach Anspruch 7, wobei die dritte Reaktanz von einer Serienschaltung der ersten Drossel und der zweiten Drossel bereitgestellt ist.
Angepasste variable Seriendrossel, die Folgendes umfasst: einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist; einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last; eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist; einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist; einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; eine Anzapfdrossel, die an einem ersten Anzapfdrosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die Anzapfdrossel ein zweites Anzapfdrosselende und einen Anzapfdrosselselektor aufweist; einen Anzapfdrosselpfadschalter, der zwischen dem zweiten Anzapfdrosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; und einen Selektorpfadschalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem Anzapfdrosselselektor und an einem zweiten Selektorpfadschalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist; wobei die angepasste variable Seriendrossel eine erste Konfiguration aufweist, die dadurch definiert ist, dass: der Selektorpfadschalter in einem offenen Zustand ist; der Anzapfdrosselpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist; und der Thyristorpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist; und die angepasste variable Seriendrossel eine zweite Konfiguration aufweist, die dadurch definiert ist, dass: der Selektorpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist; der Anzapfdrosselpfadschalter in einem offenen Zustand ist; und der Thyristorpfadschalter in einem offenen Zustand ist.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 12, wobei die Last einen Lichtbogenofen umfasst.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 13, wobei der Lichtbogenofen drei Elektroden umfasst.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 14, wobei der Lichtbogenofen sechs Elektroden umfasst.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 13, wobei die erste Konfiguration einen Ofenstabilisator mit relativ hoher Leistung und relativ hoher Stromstärke bereitstellt.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 12, wobei die zweite Konfiguration einen Ofenhochfahr- und Leerlaufmechanismus mit relativ niedriger Leistung und relativ niedriger Stromstärke bereitstellt.
Angepasste variable Seriendrossel nach Anspruch 12, die ferner eine Zündwinkelsteuerungsvorrichtung umfasst, die für die Steuerung eines Zündwinkels für Thyristoren im Thyristorschalter ausgebildet ist.
Verfahren zum Umwandeln einer angepassten variablen Seriendrossel aus einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration, wobei die angepasste variable Seriendrossel Folgendes umfasst: einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist; einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last; eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist; einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist; einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; eine Anzapfdrossel, die an einem ersten Anzapfdrosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die Anzapfdrossel ein zweites Anzapfdrosselende und einen Anzapfdrosselselektor aufweist; einen Anzapfdrosselpfadschalter, der zwischen dem zweiten Anzapfdrosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; und einen Selektorpfadschalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem Anzapfdrosselselektor und an einem zweiten Selektorpfadschalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Schalten des Selektorpfadschalters von einem offenen zu einem geschlossenen Zustand; das Schalten des Anzapfdrosselpfadschalter von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand; und das Schalten des Thyristorpfadschalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand.
Angepasste variable Seriendrossel, die Folgendes umfasst: einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist; einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last; eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist; einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist; einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; eine weitere Drossel, die an einem ersten weiteren Drosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die weitere Drossel ein zweites weiteres Drosselende aufweist; einen unteren Schalter, der zwischen dem zweiten weiteren Drosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; und einen mittleren Schalter, der an einem ersten mittleren Schalterende mit dem zweiten weiteren Drosselende und an einem zweiten mittleren Schalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist; wobei die angepasste variable Seriendrossel eine erste Konfiguration aufweist, die dadurch definiert ist, dass: der mittlere Schalter in einem offenen Zustand ist; der untere Schalter in einem geschlossenen Zustand ist; und der Thyristorpfadschalter in einem geschlossenen Zustand ist; und die angepasste variable Seriendrossel eine zweite Konfiguration aufweist, die dadurch definiert ist, dass: der mittlere Schalter in einem geschlossenen Zustand ist; der untere Schalter in einem offenen Zustand ist; und der Thyristorpfadschalter in einem offenen Zustand ist.
Verfahren für das Umwandeln einer angepassten variablen Seriendrossel aus einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration, wobei die angepasste variable Seriendrossel Folgendes umfasst: einen Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer Phase einer Versorgungshauptleitung, die eine Vielzahl von Phasen aufweist; einen Transformatorverbindungspunkt zum Verbinden mit einem Transformator für eine elektrische Last; eine Festwertdrossel, die an einem ersten Festwertdrosselende mit dem Versorgungshauptleitungs-Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Festwertdrossel ein zweites Festwertdrosselende aufweist; einen Thyristorpfadschalter, der an einem ersten Thyristorpfadschalterende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei der Thyristorpfadschalter ein zweites Thyristorpfadschalterende aufweist; einen Thyristorschalter, der an einem ersten Thyristorschalterende mit dem zweiten Thyristorpfadschalterende verbunden ist, wobei der Thyristorschalter ein zweites Thyristorschalterende aufweist, das mit dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; eine weitere Drossel, die an einem ersten weiteren Drosselende mit dem zweiten Festwertdrosselende verbunden ist, wobei die weitere Drossel ein zweites weiteres Drosselende aufweist; einen unteren Schalter, der zwischen dem zweiten weiteren Drosselende und dem Transformatorverbindungspunkt verbunden ist; und einen mittleren Schalter, der an einem ersten Selektorpfadschalterende mit dem zweiten weiteren Drosselende und an einem zweiten mittleren Schalterende mit dem ersten Thyristorschalterende verbunden ist; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Schalten des mittleren Schalters von einem offenen zu einem geschlossenen Zustand; das Schalten des unteren Schalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand; und das Schalten des Thyristorpfadschalters von einem geschlossenen zu einem offenen Zustand.