ES2137335T5 - Procedimiento de mando de un convertidor de potencia para la alimentacion con corriente continua de un horno electrico de arco. - Google Patents
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Abstract
ESTE DISPOSITIVO COMPRENDE AL MENOS UN TRANSFORMADOR (9, 10, 11) ALIMENTADO EN SU PRIMARIA (9) POR UNA CORRIENTE ALTERNA TRIFASICA Y QUE SUMINISTRA SOBRE AL MENOS UNA SECUNDARIA (10, 11) UNA CORRIENTE TRIFASICA APLICADA A MEDIOS RECTIFICADORES QUE EMITEN EN SALIDA A LA CARGA UNA TENSION Y UNA CORRIENTE RECTIFICADA, SIENDO ESTOS MEDIOS DEL TIPO QUE COMPRENDE, PARA CADA SECUNDARIA SEMICONDUCTORES CONTROLADOS (15, 16). SEGUN LA INVENCION, LOS MEDIOS RECTIFICADORES COMPRENDEN UN CIRCUITO DE RUEDA LIBRE (19), SIENDO DICHOS SEMICONDUCTORES CONTROLADOS DISPARADOS CON ANGULOS DE CEBADO ESENCIALMENTE VARIABLES, MODIFICADOS DE MANERA A AUMENTAR LA DURACION DE CONDUCCION EN EL CIRCUITO DE RUEDA LIBRE A LA VEZ QUE DISMINUYE LA DURACION DE CONDUCCION EN LOS SEMICONDUCTORES DISPARADOS, E INVERSAMENTE, PERMITIENDO ASI SUMINISTRAR A LA CARGA UNA POTENCIA ACTIVA O UNA POTENCIA REACTIVA SENSIBLEMENTE CONSTANTE A PESAR DE LAS VARIACIONES DE IMPEDANCIA DE LA CARGA.
Description
Procedimiento de mando de un convertidor de
potencia para la alimentación con corriente continua de un horno
eléctrico de arco.
La invención se refiere a un procedimiento de
mando de un convertidor de potencia para la alimentación con
corriente continua de un horno eléctrico de arco.
Tales hornos de arco eléctrico se utilizan
principalmente para fundir y después refinar chatarra.
La invención se aplica más particularmente a la
alimentación con corriente continua de dichas cargas, cuyos
parámetros eléctricos son susceptibles de variar frecuentemente y en
proporciones importantes.
La técnica más antigua para la alimentación de
los hornos de arco se ilustra en la figura 1.
Consiste en alimentar directamente los
electrodos con corriente alterna trifásica: un primer transformador
reductor de tensión 1 alimenta un juego de barras 2 que distribuye
la corriente a uno o varios transformadores individuales ajustables
3, que disminuyen la tensión al nivel deseado y que alimentan
directamente el horno 4. Este último está formado por una cuba 5
que recibe en su parte inferior la chatarra 6 y está provisto de
tres electrodos móviles 7 conectados, cada uno, a una de las fases
del circuito secundario del transformador reductor de tensión 3,
produciendo así la aparición de un arco 8 entre los electrodos 7 y
la chatarra 6, y provocando la fusión y después el refinado de esta
última.
Las figuras 2 y 3 muestran las características
de funcionamiento de un horno de corriente alterna de este tipo,
respectivamente la característica tensión (U_{arco})/corriente
(I_{arco}) y potencia reactiva (Q)/potencia activa (P) para los
diferentes puntos de funcionamiento (correspondiendo CC al punto de
funcionamiento en cortocircuito, F al régimen correspondiente a la
fusión de la chatarra, y A al refinado de ésta).
Como se puede constatar, un horno de este tipo
alimentado en alterna entrega una potencia prácticamente constante
(\DeltaP muy pequeño) pero presenta grandes variaciones de la
potencia reactiva (\DeltaQ) y de la intensidad (\DeltaI),
siendo el funcionamiento prácticamente a potencia activa constante
menos en las situaciones de cortocircuito. En particular, las
grandes variaciones de la potencia reactiva son susceptibles de
generar grandes fluctuaciones de tensión sobre la red previa,
reinyectando en ésta perturbaciones eléctricas, en particular en
forma de "centelleo", es decir, fluctuaciones de tensión en la
banda 0-30 Hz que ocasionan un "parpadeo" de
la iluminación.
Desde hace varios años, se tiende a la
sustitución de esta alimentación con corriente alterna por una
alimentación con corriente continua, con interposición de un
convertidor de alterna/continua entre el transformador de aguas
abajo y los electrodos.
La alimentación con corriente continua presenta
en efecto dos ventajas esenciales, de las que se derivan todas las
demás, a saber:
- que el polo positivo del arco está constituido
por la propia chatarra, sólida o fundida, constituyendo el
electrodo móvil (único o múltiple) el polo negativo. No siendo
lineal la disipación de energía a lo largo del arco y siendo
superior en el lado del polo positivo, se calienta más la chatarra
que el electrodo,
- que las sobreintensidades debidas a los
cortocircuitos de los arcos, muy frecuentes en la fase de encendido
y de fusión, son limitadas por el convertidor.
De ello resulta un menor consumo de electrodo,
una disminución de las perturbaciones eléctricas reinyectadas a la
red (principalmente del centelleo), así como una mejora de la
productividad del horno.
Los convertidores de corriente continua
utilizados hasta el presente son del tipo general mostrado
esquemáticamente en la figura 4.
El primario 9 del transformador de aguas abajo
alimenta a uno o varios secundarios 10, 11 conectados, cada uno, a
un respectivo puente rectificador 12 del tipo "puente de
Graetz" clásico de semiconductores controlados (tiristores). Uno
de los terminales de salida de cada puente está conectado a un
electrodo móvil común 7 y el otro terminal está conectado,
generalmente a través de una inductancia de alisado 13, a un
respectivo electrodo de solera 14 directamente en contacto con la
chatarra 6.
La estructura de un puente de Graetz,
representado con la referencia 12 en las figuras, se muestra con más
detalle en la figura 5.
Comprende dos series de tres tiristores 15, 16
montados en estructura "doble paralelo" (o "alternancia doble
trifásica") con, respectivamente, cátodo común y ánodo común y
atacados en su otro electrodo por un mismo sistema (en estrella o
triángulo) de tensiones polifásicas; cada serie de tiristores 15, 16
se pone en funcionamiento con un respectivo ángulo de encendido
común \alpha_{1} o \alpha_{2}.
Generalmente, para limitar los armónicos
inyectados a la red, se utiliza una pluralidad de puentes de Graetz
con seis impulsos, alimentados cada uno por secundarios desfasados.
En la figura 4 se representan también dos secundarios 10, 11
desfasados 30º por un acoplamiento
estrella-triángulo que alimenta dos puentes de
Graetz, pero la solución es generalizable a tres puentes de Graetz
(desfases de -20º, 0º y +20º), cuatro puentes de Graetz (desfases
de 0º, +15º, +30º y +45º), etc., constituyendo cada puente de Graetz
un convertidor elemental con seis impulsos.
A este respecto, aunque en lo que sigue no se
considerará más que un conjunto de dos rectificadores, por ejemplo
con dos puentes de Graetz, se comprenderá que la invención sea
perfectamente generalizable a un número mayor de rectificadores,
alimentados por secundarios desfasados.
Las figuras 6 y 7 son homólogas a las figuras 2
y 3, para el caso de un dispositivo a corriente continua.
Como puede verse, el dispositivo funciona con
corriente constante pero con una potencia activa muy variable, a
diferencia de lo que sucedía en el caso de corriente alterna. Se
constatan variaciones menores, aunque todavía notables, de la
potencia reactiva Q. Además, en valor medio, el consumo de energía
reactiva sigue siendo elevado, lo que implica generalmente la
presencia de un regulador de carga 17 para el transformador de aguas
abajo y la de una batería de compensación 18 relativamente
importante. En este punto, el dispositivo de corriente continua
apenas aporta mejoras notables en comparación con un dispositivo de
corriente alterna.
Las variaciones (\DeltaQ) de potencia reactiva
de un régimen de funcionamiento al otro son, sin embargo, menores
que en el caso de una alimentación con corriente alterna, con lo que
las fluctuaciones de tensión son más débiles en la red previa y se
produce una disminución del centelleo. Pero en el caso de redes de
alimentación insuficientemente dimensionadas, estas variaciones de
tensión, que son proporcionales a la potencia reactiva consumida e
inversamente proporcional a la potencia de cortocircuito de la red,
siguen siendo muchas veces excesivas, en particular a causa del
centelleo, y obligan a disponer de medios de corrección adicionales
muy costosos (dispositivos denominados "anticentelleo" o
"TCRs", reactancias controladas por tiristor), como la mayoría
de las veces para soluciones en corriente alterna.
En cambio, si se consideran los valores
instantáneos de las potencias reactivas consumidas, se observan
valores de pico netamente más bajos en corriente continua, pues la
regulación de corriente permitida por el convertidor es, en
general, lo suficientemente rápida como para limitar la
sobreintensidad en situación de cortocircuito a un valor
prácticamente despreciable.
Uno de los objetivos de la invención es resolver
los respectivos inconvenientes encontrados tanto en las soluciones
con corriente alterna como con corriente continua, proponiendo una
nueva estructura de convertidor de corriente continua que permita
una reducción importante del consumo de potencia reactiva y una
mejora notable de la característica tensión/corriente suministrada
al arco continuo, mientras se reduce el coste global del
convertidor, por simplificación del transformador de aguas abajo
(no siendo necesario el regulador) y una fuerte reducción del
dimensionamiento de la batería de compensación, típicamente a la
mitad.
Se verá en particular que el convertidor de
corriente continua de la invención permite funcionar a una potencia
activa prácticamente constante, como en el caso de un horno
alimentado directamente con corriente alterna, pero con una baja
potencia reactiva consumida, y sin sobredimensionamiento del
convertidor ni de su transformador asociado.
Se verá igualmente que, según las enseñanzas de
la invención, es posible influir de modo muy sencillo en la
característica potencia reactiva/potencia activa (Q/P) para
optimizar ésta en función del contexto de utilización del
horno.
Se podrá, por ejemplo, establecer una
característica que minimice el valor de la potencia reactiva
consumida para un punto de funcionamiento dado o, como variante,
una característica que minimice las variaciones de la potencia
reactiva alrededor de su valor medio, principalmente en el caso de
redes de alimentación mal dimensionadas, para las cuales la
disminución del centelleo es uno de los principales imperativos,
tanto desde el punto de vista de la eficacia (reducción al mínimo
de los parásitos reinyectados a la red) como del coste de
instalación (mediante la supresión de los dispositivos
"anticentelleo").
Además, se podrán elegir las características de
funcionamiento del horno de manera que el valor de la potencia
reactiva consumida permanezca prácticamente constante a pesar de las
eventuales variaciones de corriente, especialmente en el caso de
variación de la impedancia de carga.
El procedimiento que propone la invención es
descrito en la reivindicación 1. Realizaciones ventajosas son
descritas en las reivindicaciones dependientes.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán en la lectura de un ejemplo detallado de realización,
descrito con referencia a los dibujos adjuntos en los que las mismas
referencias designan elementos semejantes.
La figura 1, ya citada, muestra de forma
esquemática la configuración de un horno de arco con alimentación
directa en corriente alterna de la técnica anterior.
Las figuras 2 y 3, ya citadas, muestran,
respectivamente, las características tensión/corriente y potencia
reactiva/potencia activa de un horno de este tipo según la técnica
anterior alimentado con corriente alterna.
La figura 4, ya citada, muestra de forma
esquemática la configuración de un horno de arco con alimentación
en corriente continua mediante un convertidor de la técnica
anterior.
La figura 5 ilustra más en detalle la
estructura, en sí misma conocida, de un puente de Graetz.
Las figuras 6 y 7, ya citadas, ilustran,
respectivamente, las características tensión/corriente y potencia
reactiva/potencia activa de un horno de este tipo de la técnica
anterior alimentado con corriente continua.
La figura 8 muestra, de forma esquemática, la
configuración de un horno de arco con alimentación en corriente
continua mediante un convertidor realizado según las enseñanzas de
la invención.
Las figuras 9 a 11 muestran configuraciones, en
sí mismas conocidas, de asociaciones con desfase de varios
convertidores de la misma estructura.
Las figuras 12 y 13 muestran, respectivamente,
las características tensión/corriente y potencia reactiva/potencia
activa de un horno alimentado con corriente continua por un
convertidor realizado según las enseñanzas de la invención, estando
además indicada al pie de la figura 13 la ley de variación de los
ángulos de encendido de los puentes de Graetz.
La figura 14 ilustra diversas características
potencia reactiva/potencia activa que se pueden obtener mediante
una elección apropiada de las leyes de variación de los ángulos de
encendido, y que permiten adaptar el funcionamiento del horno a
diferentes contextos de utilización.
La figura 15 ilustra la familia de
características potencia reactiva/potencia activa obtenida cuando
varía la corriente rectificada como consecuencia de una reducción
de la impedancia de la carga.
La idea básica de la invención consiste en
asociar una estructura clásica de convertidor a tiristores a un
dispositivo de oscilación libre y en prever una ley de mando que se
corresponda prácticamente con una potencia activa constante, cuyo
valor se adapte, por una parte, a las características del arco (para
mejorar la eficacia del horno) y, por otra parte, a las
posibilidades propias del convertidor.
Un dispositivo de oscilación libre es, como se
sabe, un dispositivo que bloquea en un sentido y deja pasar en el
otro, polarizado de manera que permita a la energía eléctrica
acumulada en los elementos inductivos durante el periodo de
conducción de los tiristores del convertidor disiparse en la carga
durante el periodo de bloqueo que sigue a este periodo de
conducción.
El dispositivo de oscilación libre utilizado por
la invención es del tipo que permite una variación de la relación
cíclica de conducción de los tiristores principales (en función del
ángulo de encendido), aumentando la duración de conducción en el
dispositivo de oscilación libre conforme disminuye ésta en los
tiristores principales.
Según la invención, se utiliza un dispositivo de
oscilación libre de este tipo para aumentar la amplitud de la
corriente continua cuando disminuye la tensión continua (o
inversamente), aumentando el ángulo de encendido de los tiristores
y disminuyendo entonces la relación cíclica de conducción de los
tiristores de forma correlativa (y recíprocamente). Se obtiene así
un funcionamiento a potencia activa prácticamente constante sin
sobredimensionamiento de los tiristores ni del transformador.
En el ejemplo mostrado, que se refiere a un
horno de arco, el dispositivo de oscilación libre, preferentemente,
como se indica con 19 en la figura 8, está realizado con diodos 20
montados entre el punto medio del secundario 10 del transformador y
cada terminal de salida del puente de Graetz 12, estando el diodo
muy evidentemente polarizado en sentido inverso con relación al
sentido de paso de la corriente en los diodos del puente de
Graetz.
La elección de diodos, en lugar de tiristores,
para el dispositivo de oscilación libre convierte al convertidor en
no reversible en potencia.
Esta característica, que podría a primera vista
parecer un inconveniente más, constituye en realidad, en la
aplicación considerada, una ventaja destacable.
En efecto, en la solución del puente de Graetz
clásico, el convertidor es un convertidor "reversible en dos
cuadrantes" (corriente continua unidireccional, pero tensión
continua bidireccional), lo que permite a la regulación de
corriente ser particularmente eficaz en caso de cortocircuito de
arco, al mantener la sobreintensidad en un valor despreciable; esto
es, sin duda alguna, ventajoso para la red de aguas arriba, pero no
lo es para el cortocircuito de arco, que se desea ver desaparecer
lo más rápido posible por fusión de la chatarra que produce ese
cortocircuito (en la solución con alimentación directa en corriente
alterna, la sobreintensidad que sigue a un cortocircuito de arco
permitía al contrario fundir esta chatarra más deprisa; pero sin
embargo al precio de un pico de potencia reactiva muy
penalizante).
La invención permite, al hacer al convertidor no
reversible en potencia, compaginar felizmente estos dos aspectos:
en efecto, en el momento de un cortocircuito de arco, la
sobreintensidad debida al carácter no reversible de la estructura
permite fundir más rápidamente la chatarra que produce este
cortocircuito, sin generar por ello una punta de potencia reactiva
sobre la red de aguas arriba, pues la sobreintensidad en cuestión
sólo será soportada por los diodos de oscilación libre. Aún mejor,
esta sobreintensidad puede controlarse y optimizarse en función de
las características propias de los electrodos a fin de limitar el
desgaste.
Según otro aspecto de la invención, es ventajoso
prever para el transformador una pluralidad de secundarios tales
como 10 y 11 combinados según un montaje denominado
"desfasado", especialmente del tipo "desfasado paralelo",
permitiendo la combinación de los efectos de la oscilación libre y
del desfase, obtener una disminución muy importante de la potencia
reactiva consumida.
Con más precisión, la técnica del desfase, en sí
misma conocida e ilustrada por los esquemas de las figuras 9 a 11,
consiste en asociar al menos dos convertidores de la misma
estructura y en diferenciar sus órdenes de encendido de tal modo
que se actúe sobre la potencia reactiva consumida; se habla entonces
de "mando desfasado" o de "mando secuencial". Esta
técnica se utiliza habitualmente con una asociación en serie, en el
lado de continua, de dos puentes como muestra la figura 9 (montaje
denominado "desfasado serie").
En el caso presente, siendo la tensión continua
a suministrar al arco relativamente baja en comparación con las
posibilidades de los tiristores de alta potencia, un montaje
"desfasado serie" conduciría a una mala utilización
tecnológica de los tiristores. Se prefiere pues un montaje del tipo
"desfasado paralelo" del que las figuras 10 y 11 muestran dos
posibles variantes.
En el montaje "desfasado paralelo" de las
figuras 10 y 11 se asocian dos puentes de Graetz compuestos en
realidad cada uno por dos semipuentes desfasados que generan así
armónicos pares (contrariamente al puente de Graetz clásico), pero
con cruce del desfase interno de los dos puentes de manera que se
eliminen globalmente a la salida los armónicos pares.
Sin embargo, un montaje "desfasado paralelo
clásico", (luego sin oscilación libre) tal como el de las figuras
10 u 11 presenta el grave inconveniente de crear un riesgo de
"reconmutación" de los tiristores, especialmente en la
proximidad de una tensión continua nula. Para limitar este riesgo,
se había procedido hasta el presente a limitar la zona de excursión
de los ángulos de encendido, reduciendo así considerablemente la
ganancia de potencia reactiva.
Una ventaja destacable de la combinación,
propuesta por la invención, de un desfase y de una oscilación libre
es la supresión total de este riesgo de reconmutación, ya que la
oscilación libre es del tipo, especificado más arriba, que permite
una relación cíclica de conducción variable para los tiristores
principales. Se beneficia entonces plenamente de las ganancias
acumuladas de potencia reactiva, con una seguridad de funcionamiento
muy grande.
La figura 8 muestra el esquema completo
propuesto así obtenido, con un circuito de oscilación libre de
diodos con neutro y montaje en "desfasado paralelo".
En un primer modo de realización de la
invención, se busca, por una ley de mando apropiada, minimizar en
cada instante (es decir para un punto de funcionamiento dado) la
potencia reactiva Q consumida, y así también la energía reactiva.
Este caso de la figura corresponde a una situación en la que el
parámetro a optimizar con prioridad es el de la disminución de la
potencia reactiva media.
Con este fin, se va a actuar sobre los
parámetros de regulación \alpha_{1} y \alpha_{2} con objeto
de obtener un desfase máximo, es decir |\alpha_{1}-
\alpha_{2}| máximo. La otra regulación (puesto que se puede
actuar separadamente sobre los dos parámetros \alpha_{1} y
\alpha_{2}, es posible regular dos funciones) permite ajustar
la corriente continua (o la potencia activa) en carga.
Las figuras 12 y 13 muestran las características
de funcionamiento obtenidas con el esquema de la figura 8, en el
caso de este primer modo de realización (minimización de la potencia
reactiva media consumida).
La figura 12 muestra la característica
tensión/corriente, que está muy próxima a la obtenida con una
alimentación directa con corriente alterna, es decir un
funcionamiento a potencia constante (la zona sombreada representa
la mejora de los comportamientos en comparación con un convertidor
de continua de tipo clásico).
La figura 13 muestra la característica potencia
reactiva/potencia activa para un punto de funcionamiento dado, es
decir para una corriente continua de arco I_{arco} (o corriente
rectificada I_{d}) constante y una resistencia equivalente de
arco variable.
Esta característica muestra que la potencia
reactiva consumida permanece inferior a un tercio de la potencia
activa máxima, lo que constituye una mejora considerable en
comparación con la situación anterior, tanto si la alimentación era
en alterna como en continua (comparar con las figuras 3 y 7); se han
representado además, en la parte inferior de la figura 13, las
leyes de variación de los ángulos de encendido \alpha_{1} y
\alpha_{2} en función de la potencia entregada.
\newpage
Las ventajas proporcionadas por la invención
gracias a un esquema de este tipo son muy importantes, a saber:
- supresión del regulador (en carga o en vacío)
del transformador del convertidor,
- disminución muy importante de la potencia de
la batería de compensación/filtrado (división por dos
aproximadamente),
- mejora sensible de la productividad, en
duración y en cantidad,
- disminución de las fluctuaciones de tensión
sobre la red de aguas arriba,
- disminución del centelleo,
- disminución de las pérdidas del convertidor,
y
- disminución de los armónicos y de las
perturbaciones a altas frecuencias producidas por el
convertidor.
La única contrapartida, para la obtención de
estas ventajas, es el tener que añadir un dispositivo de oscilación
libre a diodos y el dimensionamiento apropiado de los enlaces
(inductancias de alisado, cables, electrodos) aguas abajo del
convertidor para dimensionarlos a las sobreintensidades permitidas
por la invención. Esto, en la práctica, conduce a la disminución
del coste de inversión del horno eléctrico de arco.
En un segundo modo de realización de la
invención, se elige la ley de mando, es decir, la ley de variación
de los ángulos de encendido \alpha_{1} y \alpha_{2}, en
función de la potencia entregada, de manera que no favorezca ya la
reducción de la potencia reactiva media consumida, sino la reducción
de las fluctuaciones de la potencia reactiva alrededor de su valor
medio, y así el nivel de centelleo, con peligro de consumir una
potencia reactiva media ligeramente superior.
Se dispone así de un convertidor apto para
controlar la potencia activa, mientras consume una potencia reactiva
constante, que se puede compensar entonces por una simple batería
de capacidades fijas (del tipo de la ilustrada con 18 en la figura
4), liberando totalmente de cualquier dispositivo costoso de tipo
"TCR" o "anticentelleo", incluso en presencia de una red
de alimentación muy débil.
De forma más precisa, en este segundo modo de
realización se conserva el esquema general de la figura 8 (es decir
un montaje en puente de Graetz y oscilación libre desfasado), con
una ley de mando de los parámetros \alpha_{1} y \alpha_{2}
en la que, a diferencia del caso anterior, no se buscará maximizar
el desfase |\alpha_{1} - \alpha_{2}|.
En la figura 14 se ha ilustrado la
característica potencia reactiva Q/potencia activa P para un punto
de funcionamiento dado, es decir para una corriente de arco
I_{arco} (o corriente rectificada I_{d}) constante y una
resistencia equivalente de arco variable. En esta figura:
- la característica I corresponde al esquema
clásico de un convertidor sin oscilación libre ni desfase (es decir
la característica de la figura 7);
- la característica II corresponde al esquema
con oscilación libre pero sin ningún desfase, es decir el esquema
de la figura 8, pero con \alpha_{1 }= \alpha_{2};
- la característica III corresponde al mismo
esquema, con desfase máximo, es decir |\alpha_{1} -
\alpha_{2}| máximo (característica mostrada en la figura
13).
Se comprenderá que, entre un desfase nulo y un
desfase máximo, es posible obtener una infinidad de características
diferentes, todas situadas en la zona sombreada comprendida entre
las características II y III.
Más concretamente, estas características se
determinan por las relaciones siguientes:
donde:
- P
- es la potencia activa,
- Q
- es la potencia reactiva,
- R
- es la resistencia equivalente de arco,
- I_{d}
- es la corriente rectificada,
- E_{d}
- es la tensión rectificada en carga,
- E_{do}
- es la tensión rectificada en vacío para un desfase nulo,
- f_{p}, f_{q}
- son funciones de los ángulos de encendido.
Así, para un punto de funcionamiento dado, es
decir R e I_{d} dados, P estará determinada pero Q será regulable
en un cierto margen.
Se puede por ejemplo imponer Q constante, lo que
corresponde a la característica IV, o incluso cualquier otra
característica incluida en la zona sombreada. Estando así I_{d}, P
y Q determinadas, \alpha_{1} y \alpha_{2} se deducen
directamente.
Por otro lado, si se supone, como se ha indicado
más arriba, que se busca mantener prácticamente constante la
potencia activa haciendo crecer la corriente I_{d} cuando decrece
la resistencia equivalente de arco (e inversamente), se tendrá un
desplazamiento del punto de funcionamiento, y por tanto un desfase,
sobre este diagrama, de la característica.
Supongamos ahora que la resolución del sistema
de dos ecuaciones con dos incógnitas dadas más arriba garantiza,
para un punto de funcionamiento a corriente constante dado, una
característica tal como la referenciada con V en la figura 14, es
decir una función Q = f(P) monótona creciente. En este caso,
cuando la corriente I_{d} varía, la característica V se desplaza
de la manera mostrada en la figura 15, definiendo así una familia
de características que corresponden, cada una, a un punto de
funcionamiento (corriente I_{d}) dado. Se puede elegir entonces
una ley de variación I_{d} = f(R) monótona decreciente tal
que Q permanezca constante a pesar de las variaciones de
I_{d}.
En este último caso, se dispone entonces de un
convertidor que presenta, en toda la zona de funcionamiento (o por
lo menos en la mayor parte de la misma), a la vez una potencia
reactiva Q y una potencia activa P prácticamente constantes.
Diversos perfeccionamientos pueden aportarse al
esquema general que se acaba de describir.
En primer lugar, puede ser ventajoso prever una
permutación cíclica de los sentidos de desfase de los dos puentes
(\alpha_{1}+ \alpha_{2} para un puente y \alpha_{2} +
\alpha_{1} para el otro), con vistas a equilibrar el
recalentamiento de los semiconductores y a limitar los riesgos de
aparición de una componente continua perjudicial para la inducción
magnética del transformador.
El periodo de esta permutación cíclica podrá
calcularse en función de la constante de tiempo térmica de los
semiconductores y de la componente continua límite admisible para el
transformador. En cuanto al instante de permutación en el periodo,
deberá elegirse de forma que minimice la amplitud del transitorio de
conmutación resultante, lado de la red o lado de continua, no
debiendo ser este transitorio mayor que los que resulten de las
fluctuaciones naturales del arco.
En segundo lugar, se puede prever por otro lado
una doble regulación en corriente, a saber: una regulación separada
de las corrientes de cada uno de los dos puentes de Graetz en
paralelo o, mejor, una regulación simultánea de la suma de las dos
corrientes y de su igualdad (regulación del tipo denominado
"multivariable diagonalizable").
En caso de desequilibrio entre los dos puentes,
aparece una mala compensación de los armónicos pares, y podrá ser
necesario limitar este desequilibrio (limitación de \alpha_{1}
- \alpha'_{1} y de \alpha_{2} - \alpha'_{2}) para
limitar los armónicos pares a un nivel aceptable. Dicho riesgo puede
presentarse especialmente cuando los dos puentes de Graetz no estén
perfectamente conectados en paralelo, especialmente cuando la
conexión se realice no al nivel de los terminales de aguas abajo de
las inductancias de unión, sino al nivel de los dos electrodos de
solera, que se consideran que están conectados eléctricamente por el
"pie de baño".
En tercer lugar, se pueden asociar entre sí
varios subconjuntos del mismo tipo, tales como los descritos en la
figura 9, alimentándolos por transformadores desfasados a fin de
reducir los armónicos. El desfase de los transformadores se efectúa
preferentemente al nivel de los primarios, por ejemplo con
enrollamientos del tipo "triángulo en zigzag" o "triángulo
con toma intermedia".
Claims (5)
1. Procedimiento de mando de un convertidor de
potencia para la alimentación con corriente continua de un horno de
arco (4), siendo este dispositivo del tipo que comprende al menos un
transformador (9, 10, 11) alimentado en su primario (9) por una
corriente alterna trifásica y que entrega, en al menos un
secundario, una corriente trifásica aplicada a medios
rectificadores que entregan a la salida, a la carga, una tensión
(V_{arco}) y una corriente (I_{arco}) rectificadas,
comprendiendo estos medios rectificadores un circuito de oscilación
libre y siendo del tipo que comprende, para cada secundario,
semiconductores controlados, caracterizados porque dichos
semiconductores controlados se ponen en funcionamiento con ángulos
de encendido (\alpha_{1}, \alpha_{2}) esencialmente
variables, simultánea y permanentemente, que son modificados de
manera que aumente la duración de la conducción en el circuito de
oscilación libre y que disminuya correlativamente la duración de la
conducción en los semiconductores puestos en funcionamiento, e
inversamente, de forma que entreguen a la carga una potencia activa
(P) y/o una potencia reactiva prácticamente constantes, a pesar de
las variaciones de impedancia de la carga, siendo variable la
corriente (Id) rectificada.
2. Procedimiento de mando de un convertidor de
acuerdo con la reivindicación 1, en el caso de un transformador que
comprende al menos dos secundarios (10, 11), caracterizado
porque los respectivos medios rectificadores alimentados por estos
secundarios están asociados entre sí según un montaje
"desfasado", con respectivos ángulos de mando de encendido
\alpha_{1} y \alpha_{2} tales que \alpha_{1 }\neq
\alpha_{2.}
3. Procedimiento de mando de un convertidor de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los
ángulos de mando de encendido \alpha_{1} y \alpha_{2} se
eligen, para un punto de funcionamiento dado, de manera que
minimicen el valor de la potencia reactiva consumida, siendo
entonces mínimo el valor medio resultante en un ciclo de
funcionamiento.
4. Procedimiento de control de un convertidor de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los
ángulos de mando de encendido \alpha_{1} y \alpha_{2} se
eligen, para una corriente rectificada (I_{d}) dada, de manera
que minimicen las variaciones, principalmente en forma de centelleo,
de la potencia reactiva alrededor de su valor medio (Q).
5. Procedimiento de mando de un convertidor de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque está
provisto de medios para permutar cíclicamente los sentidos de
desfase de los ángulos de control \alpha_{1} y \alpha_{2}
de los dos medios reductores respectivos.
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FG2A | Definitive protection |
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