JP2000234875A - アーク電気炉用の予測式ラインコントローラおよびアーク電気炉 - Google Patents

アーク電気炉用の予測式ラインコントローラおよびアーク電気炉

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク電気炉用での過剰なライン電流のエス
クカージョンを防止し、予測式制御アルゴリズムに基づ
いた直列形フリッカーコントローラを提供する。 【課題を解決するための手段】アーク電気炉は電圧を電
極に印加するための電源を備え、電極に電圧をかける
と、電極とスクラップ金属を溶解するためのコンテナの
間にアークが発生するように、電極は接地されたコンテ
ナから離れて配置される。アーク電気炉は、電源と電極
の中間にある複数のスイッチを備える予測式ラインコン
トローラ、および電圧をモニタし、その信号モデルを生
成するための中央コントローラを備える。中央コントロ
ーラは、複数のスイッチにゲート信号を生成、印加し、
ゲート信号は、アーク電気炉内のフリッカーを最小限に
抑えるように、スイッチに電圧をゲート制御させるため
に、そのモデルに基づくそれぞれ所定量だけ、遅延され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にアーク電気
炉に関し、さらに特定するとDCまたはACスクラップ
金属アーク電気炉内でフリッカーを低減するための方法
および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アーク電気炉は、リサイクルの目的でス
クラップ金属を溶解するためによく知られている。アー
ク電気炉は、その熱エネルギーが、炉内部にある1つま
たは複数のアークを通る電流の流れにより生じる発熱装
置である。
【0003】アーク電気炉に関連して1つの共通した問
題点とは、「フリッカー」(つまり、炉のある種の段階
の間、および最高25Hzの周波数で、負荷電流の大き
く急速な変動から生じる給電ネットワーク内での電圧の
乱れ)という問題である。フリッカーの重大度は、短絡
KVAから動作KVAの間の差の関数として見積もられ
ることがある。
【0004】過去において、DCシステムおよびACシ
ステム内でのフリッカーを低減するために、ソフトウェ
ア電圧制御が使用されて来た(1976年、米国電力会
議の議事録第38巻、1271−1286ページ、L.
GyugyiおよびR.H.Ottoによる「電圧フリ
ッカー低減および力率補正のための静的分路補償(St
atic Shunt Compensation f
or VoltageFlicker Reducti
on and Power FactorCorrec
tion)」および1991年、鋼製造会議議事録、7
49−756ページ、W.E.Staib、N.G.B
liss、およびR.B.Staibによる「アーク電
気炉のニューラルネットワーク交換(Neural N
etwork Conversion of the
Electric ArcFurnace)」を参照の
こと)。
【0005】分路型補償器(静的VAR補償器)が、フ
リッカーの低減のために提案されたが(1993年CE
A報告書第0427818m号、J.M.Wiksto
nによる「アーク電気炉からの電圧フリッカーの静的V
AR補償(Static VAR Compensat
ion of Voltage Flicker Fr
om Arc Furnaces)」を参照)、これは
フリッカーを排除する上でのこのようなシステムでの困
難を説明する。
【0006】これらの従来の技術によるシステムのどれ
も、直流での直列型A.C.電流制御または予測式制御
を提供しない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、過剰な
ライン電流のエクスカーション(excursion)
を防止するための,予測式制御アルゴリズムに基づいた
直列型フリッカーコントローラが提供される。好ましい
実施の形態によれば、ACアーク電気炉への高圧(H
V)給電を制御するために、複数のサイリスタが使用さ
れる。3つのAC相のそれぞれに、1対の並列接続式反
対極性サイリスタが使用される。精密ソフトウェア制御
が使用され、フリッカー低減を達成するためにサイリス
タのそれぞれに対する作動角度を予想する。
【0008】一般的には、本発明に従って、スクラップ
金属を受け入れるための接地されたコンテナから離れて
配置される少なくとも1つの電極に、少なくとも1つの
AC/DC電圧をかけるための電源を有するアーク電気
炉に改善がなされ、その場合少なくとも1つのAC/D
C電圧を少なくとも1つの電極に印加すると、電極とス
クラップ金属を溶解するためのコンテナの間でアークが
生じる。改善には、 a)電源と少なくとも1つの電極の中間にある複数のA
Cスイッチと、 b)少なくとも1つのAC/DC電圧をモニタし、その
システムモデルを生成し、それに応じて複数のゲート信
号を生成し、複数のACスイッチに印加するための中央
コントローラであって、ゲート信号が前記モデルに基づ
いてそれぞれの所定量だけ遅延され、アーク電気炉内の
フリッカーを最小限に抑えるように、複数のACスイッ
チに、本発明に従って少なくとも1つのAC/DC電圧
をゲート制御させる中央コントローラと、を備える、予
測式ラインコントローラが含まれる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1を見ると、90MVA低リア
クタンス(LR)アーク電気炉が図示されている。三相
電力は、230kV の高圧送電線1から受け取られ、
送電塔2およびモーター付き三相切断スイッチ3を介し
て内部プラント送電バス5に印加される。電力バス5
は、通常のように1つまたは複数の追加の三相切断スイ
ッチ7、8A、8Bなどを具備することがある。電力は
ローカルバス5から引き出され、以下でさらに詳細に説
明される本発明の予測式ACラインコントローラ11に
印加するために、電源変圧器9Aを介して電圧を下げら
れる。第2電源変圧器9Bが余分に具備される。必要な
場合には、比重計(hydro metering)が
具備されてもよい。切断スイッチ4、6、および10
は、変圧器9Aおよび9Bのどちらが炉に電力を給電す
るのかを制御するために使用される。サーキットブレー
カ13は、よく知られた方法で具備されてもよい。
【0010】本発明に従うと、3つの補足リアクタ15
A、15B、および15C(図3)が、故障電流を制限
し、それによって短絡がスイッチに接続されている場合
に、ACスイッチ19(後述される)を保護するため、
三相電力の相に1つづつ具備される。通常、三相コンデ
ンサバンク(three phase capacit
or bank)17(通常、35MVARで定格され
る)が、力率補正用に具備される。コンデンサバンク1
7は、無負荷で手動切断スイッチ18によって切り替え
られてもよい。
【0011】さらに詳細に後述されるように、複数のサ
イリスタスイッチ19(図3)(対Q1、Q4とQ3、
Q6、およびQ2,Q5で構成される)が、直流成分を
低減し、それによってフリッカーを低減するようにアー
ク電圧および電流を制御するために具備される。ACス
イッチ19は、インライン(in−line)で接続さ
れるか、あるいは手動スイッチ21、23、および25
を介して(つまり、無負荷状態のために)切断されても
よい。
【0012】高圧スイッチダンパー24は、ACスイッ
チ19の出力で46kV ACシステム電圧の高周波成
分を減衰するために具備される。このダンパーは、地下
ケーブル26の過熱を防止するために必要とされる。
【0013】三相電力は、スクラップ金属29を溶解す
るために、炉電極27A、27B、および27Cにかけ
られる。電力は、変圧器マンホール31を介して電極2
7A、27Bおよび27Cにかけられる。変圧器マンホ
ール31は、(1)電気炉変圧器39の付勢用真空スイ
ッチ33、(2)電気炉変圧器へのAC/DC電圧フィ
ーダー内に視覚的な中断を提供するためのモーター付き
切断スイッチ35、(3)真空スイッチ33および切断
スイッチ25が開放状態にある保守中に使用される入信
電圧フィーダーで接地を提供するための接地スイッチ3
7、および(4)46kV から780V への電圧の変換
を提供するための電気炉変圧器39を含む。必要とされ
る場合には、局所的な計量(local meteri
ng)が提供されてもよい。
【0014】さらに、変流器(CT)20A 、20B 、
20C 、22A 、22B 、22C 、24A 、24B 、2
4C 、30A 、30B 、30C 、32A 、32B および
32C 、ならびにルーフブッシュ26A 、26B 、26
C 、および28A 、28B 、28C が、図3に図示され
るように保護のために具備される。
【0015】ラインCT、20A 、20Bおよび20C
はライン電流をモニタし、ACスイッチ19を通る過剰
なピーク電流を検出するために使用される。避雷器C
T、22A、22Bおよび22Cは、ACスイッチ19
全体での過電圧のために、所定のスレッショルドを超え
る避雷器導通をモニタする。
【0016】次に図4を見ると、6つのサイリスタQ1
−Q6が、3対の反対極性スイッチとして接続され、示
されている。実際には、44個の空冷サイリスタから成
るスタックが、AC相ごとに直列に配置され、高電圧定
格を提供する。サイリスタQ1−Q6用のゲート信号
は、図5および図19〜27を参照してさらに詳しく後
述されるように、制御回路によって生成される。
【0017】図5を見ると、(MC68332のよう
な)マイクロコントローラ43用のコプロセッサとして
機能する(DSP56001のような)デジタル信号プ
ロセッサDSP41から成るコントローラが詳しく示さ
れている。(ゼロというカウントから始めてチャネル0
−15に対応する)最高16個のアナログ入力信号が、
最高16個のアナログ入力を同時にサンプリングし、保
持し、A/D変換を連続して実行し、DSP41との通
信を確立するために、アナログ/デジタル(A/D)変
換器47を介して受け取られる。
【0018】簡単に図4に戻ると、12個のアナログ入
力信号(チャネル0から11)が、図4に示され、また
図28〜32を参照してさらに詳しく後述されるように
炉計器から受け取られ、A/D変換器47に印加され
る。チャネル12および13は、図28〜32を参照し
て詳しく後述されるように、フリッカー電圧(VFLK
および最小アルファ(α)限界制御電圧(Vc)のため
に使用される。限界制御電圧Vcは、ACスイッチ19
をタップ切換器として制御することによってACシステ
ム電圧の制御を提供する。2つのチャネル(チャネル1
4と15)は使用されず、スペアとして確保される。ア
ーク電気炉から受信された12個のアナログ信号には、
ラインから接地に対して測定される3つの電極電圧V
arc,A 、Var c,B 、およびVarc,C 、3つのライン(一
次コイル)電流(IA 、IB 、およびIC )、3つの一
次コイルライン間ACシステム電圧VAB,prim 、V
BC,prim 、およびVCA,prim 、ならびに図4に図示され
たように、ライン仮想接地間で測定される3つの二次コ
イルACシステム電圧VA,sec 、VB,sec 、およびV
C,secが含まれる。
【0019】これらの12個のアナログ信号に加えて、
(図1に示される変圧器9Aおよび9Bから引き出され
る)2セットの3つの二次コイルACシステム電圧、お
よび変圧器9Aおよび9Bの一次コイル側での1つのラ
イン間電圧が、それぞれ中央コントローラの診断/保護
用、および同期用に提供される。
【0020】アナログ信号ごとに、1つの16ビットワ
ードが、DSP56001の同期シリアルインタフェー
ス(SSI)モードを使用してA/D変換器47によっ
てDSP41に転送される。成功したプロトタイプに従
うと、A/D変換器47は14ビット変換器であり、し
たがって16ビットワードのビット14と15は零充填
されている。双方向アナログ信号(つまり、+/−3ボ
ルト、全目盛で6ボルト)の場合、各ビットは1 LS
B(最下位ビット)=6/16,384=36.621
09mVという電圧を表す。
【0021】オンラインフーリエ解析は、アーク電気炉
から受信される信号上でDSP41によって実行され
る。アーク電気炉システムモデルを予測し、サイリスタ
Q1−Q6用のゲート信号の発生を制御するために、各
信号入力の基本成分および直流成分が計算され、使用さ
れる。この情報から、力率および炉に対する有効電力と
無効電力の入力も計算される。アーク電気炉パラメータ
は、ライン電流を調節するために必要とされる遅延角度
(α1−α6)にアクセスするために使用される。これ
らの遅延角度は、さらに詳しく後述されるように、事前
に計算され、マイクロコントローラ43がアクセスでき
るルックアップテーブル内に記憶される。遅延角度は、
マイクロコントローラ43によって使用され、サイリス
タQ1−Q6の実時間ゲートパターンを生成する。
【0022】それから、限度条件および診断が実行さ
れ、遅延角度(α1−α6)の必要なオーバーライドを
提供する。
【0023】(図14から17を参照してさらに詳しく
後述される)光ファイバゲートインタフェース基板90
2は、サイリスタゲート信号を、約1,200フィート
離れているマイクロコントローラ43から炉AC交換室
内のサイリスタQ1−Q6へ移送するために使用され
る。
【0024】マイクロコントローラ43内に記憶される
ルックアップテーブルは、6つの次元から成る。各変数
が1つの次元を構成する。これらの変数は、ライン間電
極電圧のそれぞれ直流成分、実数部、および虚数部の内
の2つである。連続離散フーリエ級数展開(RDFS)
が、(ライン仮想接地間で測定される3つの電極電圧V
arc,A 、Varc,B およびVarc,C から導き出される)2
つのライン間電極電圧Varc,ABおよびVarc,BCのそれぞ
れに印加される。RDFSの結果、2つのライン間電極
電圧のそれぞれに対して計算される1つの直流成分、1
つの実数部、および1つの虚数部が生じる。2つのライ
ン間電極電圧によって、三相アーク用の完全なモデルが
提供されるので、第3のライン間電圧は使用されない
(つまり、3つのライン間電圧の合計はつねにゼロであ
る)。
【0025】ACサイクルごとにN=32サンプルの場
合、
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】 基本成分(つまりn=1)の場合、台形数値積分法を使
用して、以下を示すことができる。
【数5】
【数6】
【数7】 ここで、
【数8】
【数9】 RDFSに付随した離散化エラーを最小限に抑えるた
め、データ取得システムのサンプリング時間は、周期
(T)の整数倍でなければならない。この要件は、オン
ライン周波数計算を提供し、ソフトウェア位相同期ルー
プを実現し、ACシステム周波数とサンプリングレート
の間の32という固定された整数率を維持するマイクロ
コントローラ43(MC68332)によって達成され
る。
【0026】マイクロコントローラ43内に記憶された
検索テーブルの連続アドレスロケーションには、各遅延
角度(α)が記憶される。例えば、Varc,ABの直流成分
の範囲が−100から+100ボルトであり、16個の
ステップだけが使用され、指数「i」がこの変数を表す
場合、50という値によって4という指数「i」が生じ
ることになる。同様に、それ以外の全変数の実際の値に
基づき、その他の指数「j」、「k」、「l」、
「m」、および「n」が計算される。これによって、対
応する事前に計算された遅延角度(α)が記憶される、
マイクロコンピュータ43の検索テーブル内のロケーシ
ョンアドレスが指定される。
【0027】したがって、2つのライン間電極電圧ごと
に直流成分、実数部、および虚数部が発生すると、指数
計算が実行され、計算された指数値がマイクロコントロ
ーラ43に伝送される。マイクロコントローラ43に送
られる6つの指数に加えて、詳細に後述されるように、
追加入力値が診断/保護のために伝送される。さらに特
定すると、マイクロコントローラ43のDSP41は、
RAMベースの記憶場所内にある一定のファイルに適切
な情報を追加する。オペレータインタフェース(図11
〜13のフローチャートに図示されるPC側符号)を通
して、システム動作情報が更新され、アーク電気炉オペ
レータによってアクセスすることができる。図4および
図5に関して前述された一般動作の記述は、図6から9
および図11〜13のフローチャート、ならびに図10
のタイミング図に関してさらに詳しく述べられる。マイ
クロコントローラ43が割込みを受け取るために待機し
ている間は、そのマイクロコントローラは診断/保護な
どのようなそれ以外の活動を実行するように、マイクロ
コントローラ43の動作が割込み駆動されることに注意
する必要がある。
【0028】図6および図7を見ると、プログラムフロ
ーは400で開始する。初期化および起動402後、マ
イクロコントローラ43の内部カウントレジスタがゼロ
にセットされる(ステップ404)。カウント=0は、
DSP41のチャネルゼロに相当し、カウント=1はチ
ャネル1に相当する等、カウント=15はDSP41の
チャネル15に相当する。
【0029】ステップ406では、図10に示されるよ
うに、サンプリング点(つまり60ヘルツサイクルごと
に32のサンプル)が発生するまで、プログラムループ
に入る。いったんサンプリング点が発生すると、A/D
変換器47が、ステップ408に示されるように、16
すべてのアナログチャネル(つまり、チャネル0−チャ
ネル15)を同時にサンプリングし、保持する。
【0030】次に、ステップ410では、DSP41と
A/D変換器47の間でSSI通信が確立される。それ
から、A/D変換器47のサンプリングおよび保持機能
はディスエーブル(disable)される。
【0031】ステップ412では、A/D変換が、カレ
ントアナログチャネルに関してA/D変換器47によっ
て実行される。前述されたように、A/D変換器は、1
4ビット解像度によって特徴付けられる。
【0032】ステップ414では、A/D変換が完了す
るまでプログラムループに入る。
【0033】A/D変換が完了すると、16ビットデジ
タルワードがA/D変換器47からDSP41に転送さ
れる(前述されたように、ビット14と15は零充填さ
れている)。
【0034】カウント値が1より少ない場合(ステップ
418)、カウント値は増分され(420)、プログラ
ムフローはステップ412に戻る。
【0035】カウント値が1以上である場合(ステップ
418)、カウント値が1に等しいのか、あるいは2に
等しいのかに関する決定が下される(ステップ42
2)。図示される実現例に従って、チャネルゼロは、仮
想接地(Varc,A )を基準にした相Aのアーク電気炉電
圧を含み、チャネル1は仮想接地(Varc,B )を基準に
したアーク電気炉電圧Bに相当し、チャネル2は仮想接
地(Varc,C )を基準にしたアーク電気炉電圧相Cに相
当する。
【0036】このようにして、カウントがステップ42
2で1に等しい場合、第1電極ライン間電圧Varc,AB
ステップ424で計算される。同様に、カウントがステ
ップ422で2に等しい場合には、第2ライン間電極電
圧Varc,BCがステップ424で計算される。
【0037】カウントがステップ422で3に等しいか
またはそれ以上の場合、プログラムフローは、DSP4
1を使用して電流アナログチャネル上で連続離散フーリ
エ級数展開(RDFS)を計算するために、ただちにス
テップ426に進む。
【0038】図示される実施の形態に従って、チャネル
3、4、および5は、それぞれ、さらに詳しく後述され
るように診断にも使用される相A、相Bおよび相Cの一
次コイル電流に対応する。チャネル6は、アーク電気炉
一次コイルライン間電圧VA B,primに対応し、チャネル
7はアーク電気炉一次コイルライン間電圧VBC,prim
相当し、チャネル8はアーク電気炉一次コイル電圧V
CA,prim に対応する。チャネル9、10、11は、アー
ク電気炉二次コイル側ライン仮想接地間電圧VA, sec
B,sec 、およびVC,sec を含む。
【0039】アーク電気炉モデルを特定するためには、
前述した理由のために、2つのライン間電極アーク電圧
(Varc,ABおよびVarc,BC)上のRDFSだけが必要と
される。ただし、ここに開示される発明の成功したプロ
トタイプに従うと、ライン仮想接地間は、制御システム
の柔軟性に備えるために測定される、電気炉変圧器の二
次コイルでの接地電圧である。これによって、柔軟なイ
ンダクタンス変動のオンラインでのモニタが可能にな
る。ステップ428では、再び、カウントが1に等しい
のか、2に等しいのかの決定が下される。イエスである
場合には、Varc, ABおよびVarc,BCの指数値が計算され
(ステップ429)、マイクロコントローラ43に伝送
される(ステップ430)。
【0040】指数値が、ライン間電極電圧のそれぞれに
印加されるRDFSの直流成分、実数部、および虚数部
から計算されると、他のいくつかのチャネルのRDFS
が、有効電力/無効電力計算、ならびにソフトウェアベ
ースの保護および診断(例えば、ソフトウェアベースの
過負荷電流保護)に必要とされる。
【0041】ステップ432では、カウント値が15よ
り少ないか、または等しいのかに関する決定が下され
る。イエスである場合には、カウントは増分され(ステ
ップ420)、ステップ412から430で述べられる
ように、A/D変換および指数値計算が次のチャネルで
実行される。前述したように、チャネル14および15
はスペアと見なされ、これらのチャネルに対応するアナ
ログ入力信号は存在しない。
【0042】ステップ432で、カウントが15より大
きいと決定されると、診断/保護が実行される(図11
〜13を参照のこと)。ステップ433では、診断/保
護に必要なデータがマイクロコントローラ43に伝送さ
れ、カウントがゼロにリセットされ、DSP41とA/
D変換器47の間のSSI通信がディスエーブルされ、
A/D変換器47のサンプリング/保持機能が再度イネ
ーブル(enable)される。
【0043】図5を見ると、マイクロコントローラ43
によって実行されるゲートサブルーチンが詳細に説明さ
れる。プログラムフローは、ステップ500で始まる。
【0044】初期化および起動後(ステップ502)、
ライン間電圧の第1ゼロ交差(VA B,prim)が検出され
る(ステップ504)。図10を簡単に見ると、前述さ
れたように、電源変圧器9A、9Bの一次コイルの共通
結合点でのライン間電圧(V AB,prim )の実際のゼロ交
差のπ/6後に発生する、第1ゼロ交差(ZC)が図示
される。
【0045】ステップ506では、図10(ZC)に図
示されるように、VAB,prim という次のゼロ交差が検出
される。
【0046】ステップ508では、マイクロコントロー
ラ43は、同期電圧信号VAB,primの周期を計算し、図
10の第2の線(S/H)で示されるように、適切なサ
ンプリング時間(つまり、60ヘルツサイクルごとに3
2個のサンプル)を生成する。
【0047】ステップ510では、マイクロコントロー
ラ43は、指数値を受け取るためにDSP41からの割
込みを待機する。いったん指数値が受け取られると(ス
テップ512)、ベースアドレスが、指数値からマイク
ロコントローラ43によって形成され、内部ルックアッ
プテーブルから6つのサイリスタ遅延角度(α1−α
6)を検索するために使用される。
【0048】ステップ514では、ゲートパターンが、
図10の第3〜第8の線に図示されるように、受け取ら
れた遅延角度α1−α6に基づき修正される。ステップ
514に述べられるようなゲートパターンの修正は、図
9のゲートサブルーチンに述べられるような割込み駆動
である。
【0049】ステップ516では、マイクロコントロー
ラ43は、診断/保護データを受け取るために、DSP
41からのさらなる割込みを待機する。マイクロコント
ローラ43がこのような割込みを受け取ると、プログラ
ムフローは、図11、図12、図13に関してさらに詳
しく後述されるように、受け取られたデータに基づく診
断/保護に関するステップ518に分岐する。診断/保
護データがDSP41から受け取られなかった場合に
は、プログラムフローは次のサンプリング周期を計算す
るためにステップ506に戻る。理解されるように、サ
ンプリング周期を頻繁に再計算し、指数値および遅延角
度の値を生成することによって、実時間予測式モデリン
グが、アーク電気炉内の正確なフリッカー低減を維持す
るために使用される。
【0050】図9を参照すると、マイクロコントローラ
43のゲートサブルーチンが描かれている。ステップ6
00で、サブルーチンに入る。遅延角度(α1−α6)
の内のどれかが低い場合、デジタル出力は「低α」で設
定される。
【0051】遅延角度が、スタックの各サイリスタスイ
ッチ全体で最小の陽極陰極間電圧(VAK)(約500ボ
ルト)を測定するために必要な一定の遅延を下回る場
合、遅延角度は「低」と見なされる。この「低アルフ
ァ」を下回る遅延角度の場合、(後述される)サイリス
タ「ACLC素子故障」は無効にされ、ゲート信号は阻
止されないだろう。
【0052】低遅延角度とは、ACスイッチ19がほと
んどオンのままであることを意味する。各サイリスタの
電圧が、ヒューズのとんだ(blown)素子に対する
保護のために連続して測定される。サイリスタのヒュー
ズがとぶと、短絡回路のように見える。したがって、「
低アルファ」 状況が保護回路(図22のゲートブロック
1130)に知らされない場合、ゲート信号は、故障に
関する間違った仮定のためにディスエーブルされるだろ
う。
【0053】ステップ620では、新しいゲートパター
ンのパラメータが計算される(図10を参照)。
【0054】ステップ630では、ゲートパターンが、
新規ゲートパラメータに基づいて実現される。ゲートパ
ターンのパラメータは図10に定義され、6個の遅延角
度(α1、α6)、ライン上で計算されたシステム周波
数、(ソフトウェアベースのオンライン位相同期ループ
によってオンライン上で発生する)オンライン適応サン
プル・保持(S/H)サンプリング信号を含む。
【0055】ステップ640では、マイクロコントロー
ラ43が、グローバル故障フラグがセットされているか
どうかを決定する。フラグがセットされている場合、ゲ
ートパターンがディスエーブルされ(ステップ65
0)、20アーク電気炉オペレータに、コントローラモ
ード信号の更新によって知らされる(ステップ66
0)。
【0056】サブルーチン割込みからステップ670に
戻る。
【0057】図11、図12、および図13は、簡単に
前述されたように、システム動作情報を更新するオペレ
ータインタフェースソフトウェアのPC側符号を示す。
オペレータインタフェース診断/保護サブルーチンはス
テップ800で開始する。
【0058】初期化および起動後(ステップ802)、
システムは、任意のキーが押され、その後にキャリッジ
リターンが続けて押されたかどうかを決定する(ステッ
プ804)。このループは、キーが押されたようなとき
まで続行する。
【0059】ステップ806では、「M」キーが押され
た場合、テーブルA( 表1)に示されるように、プログ
ラムフローがマスタウィンドウに進む(ステップ80
8)。
【0060】
【表1 】
【0061】それ以外の場合、システムは、「H」キー
または「MH」キーが押されたのかを決定する。イエス
の場合、プログラムフローが、テーブルB( 表2 )に示
されるように、ヘルプサブウィンドウ(ステップ81
2)に移動する。
【0062】
【表2】
【0063】それ以外の場合、システムは、「S」キー
または「MS」キーが押されたのかを決定する。イエス
の場合、プログラムフローは、テーブルC( 表3 )に示
されるように、システムステータスサブウィンドウ(ス
テップ816)に進む。
【0064】
【表3】
【0065】それ以外の場合、システムは、「F」キー
または「MF」キーが押されたのかを決定する。イエス
の場合、プログラムフローは、テーブルD( 表4)に示
されるように、故障サブウィンドウに進む(ステップ8
20)。
【0066】
【表4】
【0067】それ以外の場合、システムは、「A」キー
または「MA」キーが押されたのかどうかを決定する。
(ここに提示されるサブウィンドウに示される状態は例
にすぎず、通常の動作では、典型的には警報は発生しな
いことに注意する必要があるが)イエスの場合、プログ
ラムフローは、テーブルE( 表5 )に示されるように、
警報サブウィンドウに進む(ステップ824)。
【0068】
【表5】
【0069】それ以外の場合、プログラムは、「D」キ
ーまたは「MD」キーが押されたかどうかを決定する。
イエスの場合、プログラムフローは、テーブルF( 表6
)に示されるように、データロギングウィンドウに進
む(ステップ828)。
【0070】
【表6】
【0071】それ以外の場合、システムは、「E」キー
または「ME」キーが押されたかどうかを決定する。イ
エスの場合、プログラムフローは、テーブルG( 表7)
に示されるように、エラーサブウィンドウに進む(ステ
ップ832)。
【0072】
【表7】
【0073】それ以外の場合、システムは、「P」キー
または「MP」キーが押されたかどうかを決定する(図
12のステップ834)。イエスの場合、フローは、テ
ーブルH( 表8)に示されるように、電力回路構成サブ
ウィンドウに進む(ステップ836)。
【0074】
【表8】
【0075】それ以外の場合、システムは「W」キーま
たは「MW」キーが押されたのかどうかを決定する。イ
エスの場合、テーブルI( 表9)に示されるように、プ
ログラムフローは配線システムサブウィンドウに移動す
る(ステップ840)。
【0076】
【表9】
【0077】それ以外の場合、システムは「C」キーま
たは「MC」キーが押されたのかどうかを決定する。イ
エスの場合、プログラムフローは、テーブルJ( 表1
0)に示されるように、計算サブウィンドウに進む(ス
テップ844)。
【0078】
【表10】
【0079】それ以外の場合、システムは「R」キーま
たは「MR」キーが押されたかどうかを決定する。イエ
スの場合、システムはユーザのパスワードを要求する
(ステップ848)。パスワードが無効であると、シス
テムはパスワードに対する要求を繰り返す(ステップ8
48)。パスワードが有効であると、プログラムフロー
は、テーブルK( 表11)に示されるように、リセット
/セットアップサブウィンドウに進む(ステップ85
2)。
【0080】
【表11】
【0081】システムハードウェアおよびソフトウェア
の初期化は、一連のさらなるサブウィンドウ(簡略にす
るために、図8では図示されていない)を使用して実行
される。
【0082】適合キーエントリのどれも押されなかった
場合(つまり、ステップ846での「N」の決定)に
は、システムは「間違った選択」メッセージを印刷し、
有効な選択についてオペレータに知らせ、その後でキー
ボードポーリングモードに戻る(ステップ854)。
【0083】簡単に前述されたように、チャネル3−1
4は、本発明に従ったコントローラのオペレータ診断お
よび保護に使用される。
【0084】提供される保護には以下の2つのレベルが
ある。(1)結線による保護、および(2)プロセッサ
ベースモニタおよび保護。
【0085】結線による保護は、各スイッチスタック
(つまりサイリスタ19)上での過剰なピーク電圧、A
C切換えサイリスタを通る過電流、避雷器伝導、SCR
故障、および過剰な接地電流を検出するために提供され
る。
【0086】各ラインスイッチ全体でのピーク電圧およ
びAC切換えサイリスタを通るピークライン電流は、ハ
ードウェア保護基板によってモニタされる。相ごとに2
つ以上のスイッチが短絡すると、SCR故障が検出さ
れ、ゲート信号(g1−g6)が保護基板によってディ
スエーブルされる。最小遅延角度での動作が検出され、
故障SCRは、このような間隔の間に(図22を参照し
て後述されるゲート回路1130を介して)ディスエー
ブルされる。
【0087】プロセッサベース診断/保護は、ステータ
ス信号および他の低速信号に使用される。以下に示す信
号は、診断/保護のためにマイクロコントローラ43に
よって使用され、ACLC903(図17)が、三相4
6kVスイッチ、補助カード、および光ファイバパネル
を含むACラインコントローラを示す。本発明のスマー
ト予測式ラインコントローラ(SPLC)は、ACLC
903および中央コントローラ900(図14)、冷却
装置901(図17)、計器などを含む。 a)LASCOオーケー(進め)信号 b)ACLCオーケー信号(精密コントローラ内部のイ
ンターロックの合計) c)(長い周期に渡る)ACスイッチ過電流 d)ACスイッチ過電圧ステータス e)冷却装置オーケー信号 f)局所素子警報(Local device ala
rm) g)局所素子故障(Local device fau
lt) h)接地故障ステータス i)AC交換ピーク電流ステータス j)切断スイッチステータス信号 k)避雷器ステータス
【0088】以上の信号およびその結果のプロセッサベ
ースのモニタおよび保護は、以下のように説明される。 a)Lascoオーケー(進め)信号 この信号(図15、24)がアーク電気炉から受信さ
れ、SPLCがオンになっている場合はゲート信号をイ
ネーブルするために使用される。 b)ACLCオーケー信号 この信号は、冷却装置901を介してACラインコント
ローラ(ACLC)903から中央コントローラ900
によって受信され、ACLC保護システムがオーケーで
はない場合に、ゲート信号をディスエーブルするために
使用される。 c)ACスイッチ過電流 すべてのACスイッチ19を通る過電流は、時間に対し
てモニタされる。一定の規模の過電流が、その過電流に
見越される対応する最大時間以上検出されると、ゲート
信号はディスエーブルされる(図26を参照のこと)。 d)ACスイッチ過電圧ステータス 相ごとのAC切換えサイリスタ19のいづれかでの過電
圧に対する局所的な結線による保護(図19〜27を参
照のこと)。 e)冷却装置オーケー信号 オーケー信号(図17)は、保護/診断のために冷却装
置901から中央コントローラ900に送られる。さら
に特定すると、中央コントローラに送信される「冷却装
置警報」信号および「冷却装置故障」信号はフェイルセ
ーフ機構であるように設計されている。つまり、それら
のいづれも表明されない場合、冷却装置はOKである
(つまり、冷却装置オーケー信号)。 f)ACLC素子警報 サイリスタ19のどれかが故障している場合、警報信号
がマイクロコントローラ43に送信される(つまり、A
CLC素子警報は、図22および図26に図示されるよ
うに、ゲートカード1130によって受信される光ファ
イバ−信号である)。 g)ACLC素子故障 相ごとに2つ以上のサイリスタ19が故障すると、故障
信号がマイクロコントローラ43に送信される。このよ
うな故障が発生すると、ゲート信号はディスエーブルさ
れる(つまり、ACLC素子故障は、図22および図2
6に図示されるように、ゲートカード1130によって
受信される光ファイバー信号である)。 h)接地故障ステータス 3つのライン電流の合計は、つねにゼロに等しくなけれ
ばならない。この条件が満たされないと、接地故障が検
出され、これのステータスが、図22に図示されるよう
に、保護/診断のために中央コントローラ900に送信
される。 i)ACスイッチピーク電流ステータス ゲート信号がACLCを通る過剰なピーク電流のために
ディスエーブルされると、ステータス信号が、図22に
「ピーク電流(15V)」として図示されるように、診
断のためにプロセッサ900に送信される。 j)切断スイッチステータス信号 図1に示された切断スイッチのステータスが、図15お
よび図27に図示されるように、モニタされる。特に、
スイッチ4、6、および10は、どの変圧器(9Aまた
は9B)が電力を炉に給電しているのかを決定するため
に使用される。 k)避雷器ステータス 避雷器20,22または24の内のどれかが通電してい
るか、あるいは通電しそうな場合、作動信号がディスエ
ーブルされなければならず、3つのCTが避雷器電流を
測定するために使用され、局所的な結線による保護回路
がディスエーブル信号をACラインコントローラに送信
する。ステータス信号が、診断のために中央コントロー
ラ900に送信される。中央コントローラの詳細は、図
19〜27に提供される。避雷器故障信号は、ゲート回
路1130およびシリアルI/Oを通り抜け、マイクロ
コントローラ43まで伝わる。
【0089】このようにして、本発明に従ってシステム
の動作および構造を説明したが、最良モードの実施の簡
単な説明を、図14〜39を参照して以下に示す。
【0090】本発明に従った制御回路の基本ブロック図
は、図14に示される。中央制御回路の基本動作原則
は、以下に簡略に説明される。その後で、制御回路ハー
ドウェアのさまざまなセクションが特定され、簡略に説
明される。
【0091】中央コントローラ回路900は、順番に以
下の機能を実行し、アーク電気炉内でのライン電流を調
節する。 1.I/Oインタフェース 2.デジタル信号処理 3.アーク電気炉モデルの予測 4.限界条件および診断 5.ゲート信号の生成 6.光ファイバー送信および受信
【0092】I/Oインタフェースの機能性は、起動/
停止シーケンス、アーク電気炉モデル診断および保護の
オンライン予測、電気炉変圧器39の線形性のモニタ、
およびACLC903の同期を順序正しく達成するため
の、中央コントローラ900によって提供される。
【0093】ACLC903のデジタル信号処理の機能
性は、詳細に前述されたように、選択された入力信号に
関する離散フーリエ解析を達成するために使用され、ア
ーク電気炉モデルパラメータを決定する。この情報か
ら、炉に対する力率および有効電力と無効電力の入力も
計算される。
【0094】デジタル信号処理機能によって予測される
アーク電気炉パラメータが、アーク電気炉ライン電流を
調節するために必要とされる遅延角度にアクセスするた
めに使用される。これらの遅延角度は、前述されたよう
に、事前に計算され、ルックアップテーブル内に記憶さ
れる。遅延角度は、ACサイリスタQ1−Q6への実時
間ゲートパターンを生成するためにACLC903のマ
イクロコントローラ43内で使用される。
【0095】それから、前述されたように、計算された
遅延角度の必要なオーバーライドがあるかどうか、限度
条件および診断がチェックされる。
【0096】光ファイバーゲートインタフェース基板9
02は、SCRゲート信号を、コンピュータ室から最高
1200フィート離れている可能性がある、ACスイッ
チ室内のサイリスタQ1−Q6に転送するために使用さ
れる。光ファイバーゲートインタフェース基板902
は、光ファイバーパッチパネル904(図34)を介し
て、中央コントローラから信号を受信する。光ファイバ
ーゲートインタフェース基板902は、並列接続された
サイリスタQ1およびQ4(第2および第3送信/受信
回路は、それぞれゲートサイリスタQ3、Q6、および
Q5、Q2に対して同一である)に対する適切なゲート
信号を生成するために、3つの送信機/受信機回路、図
18に図示されている代表的な送信/受信回路を含む。
【0097】避雷器故障検出回路および過電流検出回路
906および908は、本発明の診断・保護機能に関連
して前述されたように、ACスイッチ過電流および避雷
器検出を達成するために提供される。
【0098】中央コントローラ900に対するアナログ
信号入力および制御信号入力は、それぞれ、中央コント
ローラアナログ端末ブロック910および中央コントロ
ーラ制御信号端末ブロック912を介して提供される。
中央コントローラアナログ信号端末ブロック910は、
アナログ電圧分離ブロック905を介して中央コントロ
ーラ900に接続され、図35〜38を参照してさらに
詳細に図示される。中央コントローラ25制御信号端末
ブロック912は、図39参照してさらに詳細に図示さ
れる。
【0099】前述されたように、制御回路の追加機能
が、図19〜33を参照してさらに詳細に示される。制
御ハードウェアは、(図33を参照して詳細に示され
る)VMEバックプレーン1102に基礎を置いてい
る。386パーソナルコンピュータ1100は、直接、
VMEバックプレーン1102に差し込まれる。386
PC1100は、マスタコントローラとして機能する。
第2プロセッサ基板は、スイッチゲート信号を生成する
ために、MC68332マイクロコントローラ43の制
御下で実装される。マイクロコントローラ43は、前述
された制御アルゴリズムに必要とされるアナログ信号を
処理する、DSP41を収容するDSP56001ドー
ターボードを有する。アナログ信号は、最初は、アナロ
グ信号調整回路1104を介して受信され、A/D変換
器47を具備するアナログインタフェース1106に印
加される。アナログ信号調整回路1104およびアナロ
グインタフェース1106は、図28から32を参照し
てさらに詳細に図示される。
【0100】さらに詳細に後述されるように、汎用シス
テム制御および保護I/Oに使用される3つのVME
I/O基板がある。
【0101】前述されたように、図33はバックプレー
ン1102のスロットの配置を示す。VMEバックプレ
ーン1102は2つの基板を備える。1つの基板はコネ
クタ用に使用される(この基板には標準VME PIコ
ネクタの20個のスロットがある)。第2の基板は、P
2コネクタ用のカスタム基板である。この基板には18
個のスロットがあり、スロットの内の6個はVSB/拡
張VMEスロットであり、12個のスロットは未接続で
ある。これらの余分の12個のスロットは、バックプレ
ーンを通して外部信号を受信するI/O基板に使用され
る。
【0102】386PC1100は、オペレータインタ
フェース、システム制御およびデバッグを提供する。こ
のPCは、VGAコントローラ1108、キーボード入
力1110、シリアルポート1116、およびプリンタ
1118とをともなう標準形態で構成される。VGAモ
ニタ1108およびキーボード1110を通して、シス
テムの動作状態がオペレータによって観察、修正するこ
とができる。ステータス信号および保護信号は、VME
I/O基板1120、1122、および1124を通
してPC1100に結合される。処理済みのデータ信号
(例えば、アーク電圧および電流)は、マイクロコント
ローラ43によってVMEバックプレーン1102上で
PC1100に通信される。アルファルックアップテー
ブルは、ハードドライブ1112上に記憶され、PC1
100がこのテーブルを電源投入時にRAMメモリ11
26にロードする。したがって、マイクロコントローラ
43は、VMEバス1102を通して直接的にこのRA
Mベースのルックアップテーブルにアクセスすることが
できる。
【0103】ソフトウェア制御下で使用されるMC68
332 I/Oポートを含む、VMEバックプレーン1
102に接続される5つの汎用I/O基板がある。これ
らの基板は、システム制御とステータスI/O、および
相対的に低速の診断/保護信号のすべて(つまり、10
ミリ秒より長い周期の信号)を処理する。簡単に前述さ
れたように、信号調整基板1104は、I/O基板に印
加される前にアナログ信号を調整する。
【0104】ハードウェア保護基板1131は、ACL
Cに以下の結線による保護を提供する。 ・任意のスイッチスタックでの過剰なピーク電圧 ・ACスイッチ19を通る過剰なピーク電流 ・接地故障
【0105】ピーク電圧保護のため、最初は、各スイッ
チスタックでの相あたり電圧が、陽極電圧(VPA、V
PB、VPC)を陰極電圧(VK1、VK2、VK3)
から差し引くことによって計算される。それから、これ
らの差異は、調節可能な電位差計P2によって制御する
ことができる事前に設定された限度と比較される。
【0106】ピーク電流保護のためには、ライン電流
が、さらなる調整可能な電位差計P1によって制御する
ことができる事前に設定された限度に比較される。
【0107】接地故障信号は、三相精密電流(IAL、
IBL、ICL)の合計を、追加の調整可能な電位差計
P3によって制御することができる事前に設定された限
度と比較することによって生成される。
【0108】これらの比較のすべては、アナログop−
アンプ(U8、U9、U11,U12)を使用して達成
される。R−Sラッチ(U14,U16)は、コンパレ
ータ出力信号をデジタル信号Vpeak、Ipeak、
およびGNDFLTに波形整形するために利用される。
これらの信号は、それらが、ゲート信号をオンにするの
か、オフにするのかを決定するために(他の診断信号と
ともに)使用されるゲート光ファイバー基板1130に
送信される。
【0109】これらの出力信号は、結線による回路を通
して生成されるため、保護処置は迅速に講じることがで
きる。
【0110】ハードウェア保護基板1131は、デジタ
ル出力基板1120から2つのデジタル信号RSTおよ
びEMSTも受信する。リセット信号RSTは、コンパ
レータ出力のすべてを上書きし、Vpeak信号とIp
eak信号、およびGNDFLT信号を低論理レベルに
リセットする。緊急停止信号EMSTは、ゲート光ファ
イバー基板1130までこの基板を通り抜ける。
【0111】さらに詳しく前述され、図21および22
に図示されたように、マイクロコントローラ43および
DSP41は、VMEバス1102に接続される。マイ
クロコントローラ43は、実時間制御を実行し、必要と
されるスイッチゲート信号を生成するが、DSP41は
アナログフィードバック信号を前処理する。500マイ
クロ秒ごとに、DSP41はマイクロコントローラ43
に対し新規データを生成する。マイクロコントローラ4
3は、この情報を使用し、RAMメモリ1126に記憶
されるルックアップテーブルから必要とされる遅延角度
を取得し、それによってゲート回路1130を介してス
イッチゲートパターンを更新する。好ましい実施の形態
は、ルックアップテーブルを記憶するために別個のメモ
リ基板1126を利用するが、マイクロコントローラ4
3(MC68332)は、小さなルックアップテーブル
を処理することができる2MB二重ポート付きDRAM
を実装している。
【0112】再び図28〜32を見ると、アナログイン
タフェース1106およびアナログ信号調整装置110
4の構造が示されている。17個のアナログ入力信号
が、アナログ信号調整基板1104によって受信され、
その内の16個は測定チャネルであり、1個は同期信号
(一次コイル230kV電圧)を提供するものである。
同期信号はフィルタリングされ、ゼロ交差回路1201
(図28)を介して、直接マイクロコントローラ43に
伝送される。マイクロコントローラ43は、図8〜10
を参照してさらに詳しく前述されたように、ライン周波
数を測定し、ライン周波数の正確に32分の1の信号を
返す。前述されたように、同期信号はデータ収集のタイ
ミングを制御する。アナログ基板1104は、16個の
サンプリング・保持回路1200A−1200D(図3
1、32)を有し、チャネル内にスキューがないことを
確実にする。測定済みの各チャネルは、300ヘルツと
いうフィルタカットオフ周波数の、5次ベッセル低域通
過フィルターを実装するために、アンチエイリアシング
フィルター(anti−aliasing filte
r)1202A−1202Dを有する。サンプリング・
保持回路1200A−1200Dは、リボンケーブルコ
ネクタ1203(図28、29)を介してフィルター1
202A−1202Dに接続される。
【0113】A/D変換器47は、2つの14ビット直
列A/D変換器47Aと47Dとして実現される。各A
/D変換器は、チャネルの連続スキャニングを強制す
る、外部8チャネルマルチプレクサ(multiple
xer)(1206Aおよび1206B)(図31、3
2)を有する。マルチプレクサ1206Aおよび120
6B用のライン選択制御信号は、プログラマブルアレイ
ロジック(PAL)1208(図28)を介して生成さ
れる。マルチプレクサのそれぞれは、224マイクロ秒
という総変換時間の間、変換のために14マイクロ秒を
必要とする。各チャネルが変換されるに従って、結果は
DSP41に送信される。DSP41は、計算更新が、
最後のチャネルが変換を終了してから14マイクロ秒以
内に完了するように、A/D変換と並列で継続中の計算
を実行する。
【0114】ゲートインタフェース基板1130(図2
2)は、マイクロコントローラ43から論理レベルゲー
ト信号を受信し、6個の光ファイバーゲートファイン
(fines)を、ACLCおよび図34に図示される
コントローラ光ファイバーパ値パネル経由で駆動する。
【0115】データロギングシステム1132(図1
9)は、16チャネルをモニタするという高速データロ
ギング要件を満たすために、データロギング用のハード
ディスク(520MB)付きの486型コンピュータ、
およびデータ取得用の別個のA/D基板を含む、ラック
マウント型フォーマットで具備される。データロギング
システムへの入力/出力は、BNCコネクタ1133
(図25)によって提供される。完全な熱サイクルの
間、16個のアナログ信号のすべては、後で任意のデー
タロギング目的のために使用することができるハードデ
ィスク上にデジタルで記憶することができる。また、こ
の記憶データは、故障信号の前にあらゆる問題点の原因
を分析するために有効なツールとなる。
【0116】270MBの取外し可能ハードディスクが
データロギングシステムに具備され、アーク電気炉の連
続熱サイクルの間で使用可能な5−10分という時間の
間の熱サイクルの非常に高速なバックアップを可能にす
る。
【0117】当業者は、そのすべてがここに添付される
請求項によって定められるように、本発明の領分および
範囲内にあると考えられる、それ以外の変化および代替
実施の形態を考えることがあるだろう。
【図面の簡単な説明】
実施の形態の詳細な説明は、以下の図面に関してここに
提供される。
【図1】図1は、本発明に従って予測式ラインコントロ
ーラを含むように修正されたアーク電気炉の概略図であ
る。
【図2】図2は、本発明に従って予測式ラインコントロ
ーラを含むように修正されたアーク電気炉の概略図であ
る。
【図3】図3は、本発明に従って予測式ラインコントロ
ーラを含むように修正されたアーク電気炉の概略図であ
る。
【図4】図4は、図1〜3に図示される電気炉変圧器の
一次コイル側面および二次コイル側面のアナログ信号調
整を示すブロック図である。
【図5】図5は、好ましい実施の形態に従ったラインコ
ントローラのデジタル信号処理装置およびマイクロコン
トローラのブロック図である。
【図6】図6は、図5のデジタル信号プロセッサの動作
を示すフローチャートである。
【図7】図7は、図5のデジタル信号プロセッサの動作
を示すフローチャートである。
【図8】図8は、図5のマイクロコンピュータの動作を
示すフローチャートである。
【図9】図9は、図8のマイクロコントローラフローチ
ャート用ゲート制御サブルーチンである。
【図10】図10は、好ましい実施の形態のラインコン
トローラのサイリスタゲート信号のタイミングを示すゲ
ート信号タイミング図である。
【図11】図11 は、好ましい実施の形態に従った診断
/保護動作を示すフローチャートである。
【図12】図12 は、好ましい実施の形態に従った診断
/保護動作を示すフローチャートである。
【図13】図13は、好ましい実施の形態に従った診断
/保護動作を示すフローチャートである。
【図14】図14は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラのシステム制御インタフェースブロック
図である。
【図15】図15は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラのシステム制御インタフェースブロック
図である。
【図16】図16は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラのシステム制御インタフェースブロック
図である。
【図17】図17は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラのシステム制御インタフェースブロック
図である。
【図18】図18は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラ送信機受信機概略図である。
【図19】図19は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図20】図20は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図21】図21は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図22】図22は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図23】図23は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図24】図24は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図25】図25は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図26】図26は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラのブロック図であ
る。
【図27】図27は、好ましい実施の形態に従ったライン
コントローラの中央コントローラのブロック図である。
【図28】図28は、好ましい実施の形態に従ったアナ
ログインタフェースブロック図である。
【図29】図29は、好ましい実施の形態に従ったアナ
ログインタフェースブロック図である。
【図30】図30は、好ましい実施の形態に従ったアナ
ログインタフェースブロック図である。
【図31】図31は、好ましい実施の形態に従ったアナ
ログインタフェースブロック図である。
【図32】図32は、好ましい実施の形態に従ったアナ
ログインタフェースブロック図である。
【図33】図33は、好ましい実施の形態に従ったVM
E背面概略図である。
【図34】図34は、好ましい実施の形態に従った予測
式ラインコントローラのACラインコントローラおよび
中央コントローラ光ファイバパッチパネルを示す。
【図35】図35は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラアナログ信号端末ブ
ロックを示す。
【図36】図36は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラアナログ信号端末ブ
ロックを示す。
【図37】図37は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラアナログ信号端末ブ
ロックを示す。
【図38】図38は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央コントローラアナログ信号端末ブ
ロックを示す。
【図39】図39は、好ましい実施の形態に従ったライ
ンコントローラの中央制御信号端末ブロックを示す。
【図40】図40は、図1、図2、および図3の関係性
を示すブロック図である。
【図41】図41は、図14、図15、図16および図
17の関係性を示すブロック図である。
【図42】図42は、図19、図20、図21,図2
2、図23、図24、図25、図26、図27、および
図28の関係性を示すブロック図である。
【図43】図43は、図28、図29、図30、図31
および図32の関係性を示すブロック図である。
【図44】図44は、図35、図36、図37および図
38の関係性を示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599020140 835 Harrington Court Burlington, Ontario Canada L7N 3P3 (72)発明者 ハッサン アリ コジョリ カナダ国 M8Z 2H7 オンタリオ州 エトビコーク アンブルサイド アベニ ュー 44 Fターム(参考) 3K084 AA02 AA05 AA16 BA04 BA07 BB03 BB08 BC09 BE04 BE08 4K063 AA04 AA12 BA02 BA03 CA01 FA53 FA72 FA78

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの電圧を少なくとも1つ
    の電極に印加するための電源を有し、前記電極が金属を
    受け入れるための接地されたコンテナから離間してお
    り、前記電圧を前記電極に印加することにより、前記電
    極と、前記金属を溶解するための前記コンテナとの間に
    電気アークを生じるアーク電気炉内において、 a)前記電源と前記電極の中間にある複数のスイッチ
    と、 b)前記電圧をモニタし、そのシステムモデルを生成
    し、それに応じて複数のゲート信号を生成し、前記複数
    のスイッチに印加するための中央コントローラであっ
    て、前記ゲート信号が、前記モデルに基づいてそれぞれ
    の所定量だけ、遅延されて前記アーク電気炉内でのフリ
    ッカーを低減するように、前記複数のスイッチに、前記
    モデルに従って前記電圧をゲート制御させる中央コント
    ローラと、を備え、 前記中央コントローラが、 i)前記電圧に関する周波数領域分析を実行するための
    信号プロセッサと、および ii)前記ゲート信号を前記分析から生成するための前
    記信号プロセッサに結合されたマイクロコントローラ
    と、を備える、予測式ラインコントローラ。
  2. 【請求項2】 前記中央コントローラが、さらに、 iii)前記電圧をデジタル化するためのアナログ/デ
    ジタル変換器と、を備え、 前記信号プロセッサが、直流成分、その実数部および虚
    数部を生成するためのデジタル化された電圧上で連続離
    散フーリエ級数展開を実行し、前記直流成分、実数部お
    よび虚数部に基づいて指数値を生成するための前記アナ
    ログ/デジタル変換器に結合されたデジタル信号プロセ
    ッサを備え、前記マイクロコントローラが前記指数値に
    応じて前記ゲート信号を生成する、請求項1記載の予測
    式ラインコントローラ。
  3. 【請求項3】 前記デジタル信号プロセッサが、さら
    に、前記連続離散フーリエ級数展開を実行するためのデ
    ジタルフィルタ、および前記指数値を生成するための指
    数計算機を備える、請求項2記載の予測式ラインコント
    ローラ。
  4. 【請求項4】 前記マイクロコントローラが、さらに、
    前記それぞれの所定量だけ、前記ゲート信号を遅延させ
    るための遅延角度の値を記憶するためのメモリを備え、
    前記遅延角度の値が前記指数値によって前記メモリ内で
    アドレス指定される、請求項2記載の予測式ラインコン
    トローラ。
  5. 【請求項5】 前記複数のスイッチが複数のサイリスタ
    を備える、請求項1記載の予測式ラインコントローラ。
  6. 【請求項6】 前記複数のサイリスタが、反対極性の対
    として配列され、前記対のそれぞれが前記電圧の3つの
    相の内の1つに対応する、請求項5記載の予測式ライン
    コントローラ。
  7. 【請求項7】 a)三相電源と、 b)前記三相電源のそれぞれの相に接続される3つの反
    対極性対のサイリスタと、 c)一次コイル巻き線および二次コイル巻き線を有する
    電気炉変圧器であって、前記一次コイル巻き線が前記3
    つの反対極性対のサイリスタに接続される電気炉変圧器
    と、 d)前記二次コイル巻き線に接続される3つの電極と、 e)金属を受け入れるための接地されたコンテナであっ
    て、前記電極が前記コンテナ内に配置され、そこから離
    間され、それによって前記電源からの前記電極への電力
    の印加により、前記電極のそれぞれと前記金属を溶解す
    るための前記コンテナの間にそれぞれの電気アークを発
    生させる接地されたコンテナと、および f)所定のライン電流および電圧を前記電気炉変圧器に
    向かい合う側でモニタし、それに応じて、前記アーク電
    気炉内のフリッカーを低減させるように所定時間に前記
    サイリスタの対応するものを作動させるために所定のゲ
    ート信号を生成するための予測式ラインコントローラ
    と、を備え、 前記予測式ラインコントローラが、 i)前記ライン電流および前記電圧に関する周波数領域
    分析を実行するための信号プロセッサと、 ii)前記分析から前記ゲート信号を生成するための前
    記信号プロセッサに結合されたマイクロコントローラ
    と、を備える、アーク電気炉。
  8. 【請求項8】 前記所定ライン電流および電圧が、前記
    3つの電極のそれぞれでのライン仮想接地間電圧、前記
    一次コイル巻き線のそれぞれを流れるライン電流、前記
    3つの一次コイル巻き線全体でのライン間電圧、および
    前記二次コイル巻き線のそれぞれでのライン仮想接地間
    電圧を含む、請求項7記載のアーク電気炉。
  9. 【請求項9】 前記予測式ラインコントローラが、さら
    に、前記コントローラの同期のために前記一次コイルラ
    イン間電圧の1つをモニタする、請求項8記載のアーク
    電気炉。
  10. 【請求項10】 前記予測式ラインコントローラが、さ
    らに、 iii)前記ライン電流および前記電圧をデジタル化す
    るためのアナログ/デジタル変換器と、を備え、 前記信号プロセッサが、直流成分、その実数部および虚
    数部を生成するためにデジタル化されたライン電流およ
    び電圧上で連続離散フーリエ級数展開を実行し、前記直
    流成分、実数部および虚数部に基づいて指数値を生成す
    るための前記アナログ/デジタル変換器に結合されたデ
    ジタル信号プロセッサを備え、前記マイクロコントロー
    ラが、前記指数値に基づき対応する遅延角度を求め、前
    記遅延角度を持った前記ゲート信号を生成する、請求項
    7記載のアーク電気炉。
  11. 【請求項11】 三相電力を3つのそれぞれの電極に印
    加するための電源を有し、前記電極が金属を受け入れる
    ための接地されたコンテナから離間しており、前記電力
    を前記電極に印加すると、前記電極と、前記金属を溶解
    するための前記コンテナとの間で電気アークを発生させ
    るアーク電気炉において、 a)前記電源により生じる1つのライン間電圧の周期を
    計算するステップと、 b)前記周期から複数のサンプリング点を生成するステ
    ップと、 c)前記サンプリング点のそれぞれ1つに対して、前記
    スイッチと前記電極の中間にある所定のライン電流およ
    び電圧を同時にサンプリングし、保持するステップと、 d)サンプリングされたライン電流および電圧をデジタ
    ル値に連続的に変換するステップと、 e)デジタル値に変換された前記ライン電圧のそれぞれ
    に対し、2つのライン間デジタル電圧値を計算するステ
    ップと、 f)前記アーク電気炉の周波数モデルを生成するために
    前記ライン電流およびデジタル値のそれぞれの上で連続
    離散フーリエ級数展開を実行するステップと、 g)前記モデルに基づき複数の指数値を計算するステッ
    プと、 h)前記指数値のそれぞれに対し、ベースアドレスを形
    成するステップと、 i)それぞれの前記ベースアドレスを使用してルックア
    ップテーブルの所定記憶場所にアクセスし、前記記憶場
    所からそれぞれの遅延角度の値を検索するステップと、 j)前記遅延角度の値に基づきそれぞれのゲート信号を
    生成するステップ、および k)前記遅延角度に従って前記スイッチを作動し、それ
    によって前記アーク電気炉内でのフリッカーを低減する
    ように前記電力を前記電極に印加するために、前記ゲー
    ト信号を前記スイッチに印加するステップと、を含む、
    前記電源のそれぞれの相と前記3つの電極の中間に接続
    された複数のスイッチを作動させるための方法。
  12. 【請求項12】 アーク電気炉用の予測式ラインコント
    ローラであって、アーク電気炉が、金属を受け入れるた
    めのコンテナと、そのコンテナから離間した電極と、前
    記電極と前記コンテナに結合され、前記電極と前記コン
    テナの間で電気放電を生じさせるための電圧を有する電
    源とを含み、 電源と電極の間に電気的に接続され、電極を電源に接続
    し、電極を電源から切断するためのゲート入力を含むス
    イッチと、 電圧をモニタし、そのシステムモデルを生成するために
    電源に結合された中央コントローラであって、アーク電
    気炉内のフリッカーを低減するために前記システムモデ
    ルから導き出される量だけ、遅延されたゲート信号をゲ
    ート入力に印加する中央コントローラと、を備える、予
    測式ラインコントローラ。
  13. 【請求項13】 前記中央コントローラが、 i)前記電圧に関する周波数領域分析を実行するための
    信号プロセッサと、および ii)前記ゲート信号を前記分析から生成するために前
    記信号プロセッサに結合されたマイクロコントローラ
    と、を備える、請求項12記載の予測式ラインコントロ
    ーラ。
  14. 【請求項14】 前記中央コントローラが、さらに、 iii)前記電圧をデジタル化するためのアナログ/デ
    ジタル変換器を備え、 前記信号プロセッサが、デジタル化された電圧の直流成
    分、実数部、および虚数部を生成し、前記直流成分、実
    数部、および仮想部に基づき指数値を生成するため、デ
    ジタル化された電圧で連続離散フーリエ級数展開を実行
    するための、前記アナログ/デジタル変換器に結合され
    たデジタル信号プロセッサを備え、前記マイクロコント
    ローラが、前記指数値に応じて前記ゲート信号を生成す
    る、請求項13記載の予測式ラインコントローラ。
  15. 【請求項15】 前記デジタル信号プロセッサが、前記
    連続離散フーリエ級数展開を実行するためのデジタルフ
    ィルタ、および前記指数値を生成するための指数計算機
    とを備える、請求項14記載の予測式ラインコントロー
    ラ。
  16. 【請求項16】 前記マイクロコントローラが、さら
    に、前記ゲート信号を前記それぞれの所定量だけ遅延さ
    せるための遅延角度の値を記憶するメモリを備え、前記
    遅延角度の値が、前記指数値によって、前記メモリ内で
    アドレス指定される、請求項13記載の予測式ラインコ
    ントローラ。
  17. 【請求項17】 前記スイッチが、互いに反対の極性で
    配列された1対のサイリスタを備える、請求項12記載
    の予測式ラインコントローラ。
  18. 【請求項18】 前記電圧が3つの相を含み、前記サイ
    リスタ対のうちの1つが前記相のそれぞれに結合され
    る、請求項17記載の予測式ラインコントローラ。
  19. 【請求項19】 a)3つの相を含む電源と、 b)3本の一次コイル巻き線および3本の二次コイル巻
    き線を含む電気炉変圧器と、 c)3つのスイッチであって、前記スイッチのそれぞれ
    が、互いに反対の極性で配列され、前記相の内のそれぞ
    れ1つ、および前記一次コイル巻き線の内のそれぞれ1
    本に電気的に接続された1対のサイリスタを備え、それ
    ぞれ1つの相をそれぞれ1つの一次コイル巻き線に接続
    し、それから切断するためのゲート入力を含む、3つの
    スイッチと、 d)各電極が前記二次コイル巻き線の内のそれぞれ1本
    に結合された3つの電極と、 e)金属を受け入れるための、電源に結合されたコンテ
    ナであって、前記電極がコンテナの中であって、コンテ
    ナから離間しており、それによって前記電源から前記電
    極への電力の印加により、前記電極のそれぞれと前記コ
    ンテナとの間で電気アークが生じる、コンテナ、および f)前記電気炉変圧器の向かい合う側で交流信号をモニ
    タし、それに応じてゲート信号を生成し、前記ゲート信
    号が、前記交流信号に基づき所定の時間だけ遅延され、
    前記アーク電気炉内でのフリッカーを低減するように前
    記所定時間で前記サイリスタのそれぞれを作動させるた
    めの予測式ラインコントローラと、を備えるアーク電気
    炉。
  20. 【請求項20】 前記予測式ラインコントローラが、 i)前記交流信号についての周波数領域分析を実行する
    ための信号プロセッサと、 ii)前記ゲート信号を前記分析から生成させるため
    の、前記信号プロセッサに結合されたマイクロコントロ
    ーラと、を備える、請求項19記載のアーク電気炉。
  21. 【請求項21】 前記予測式ラインコントローラが、さ
    らに、 iii)前記交流信号をデジタル化するためのアナログ
    /デジタル変換器を備え、 前記信号プロセッサが、デジタル化された信号の直流成
    分、実数部、および虚数部を生成するためにデジタル化
    された信号上で連続離散フーリエ級数展開を実行し、前
    記直流成分、実数部、虚数部に基づき指数値を生成する
    ための前記アナログ/デジタル変換器に結合されたデジ
    タル信号プロセッサを備え、前記マイクロコントローラ
    が前記指数値に応じて前記ゲート信号を生成する、請求
    項20記載のアーク電気炉。
  22. 【請求項22】 前記交流信号が、前記3つの電極のそ
    れぞれでのライン仮想接地間電圧、前記一次コイル巻き
    線のそれぞれを流れるライン電流、前記3つの一次コイ
    ル巻き線全体でのライン間電圧、および前記二次コイル
    巻き線のそれぞれでのライン仮想間電圧を含む、請求項
    19記載のアーク電気炉。
  23. 【請求項23】 前記予測式ラインコントローラが、さ
    らに、前記コントローラの同期のために前記一次コイル
    ライン間電圧の内の1つをモニタする、請求項22記載
    のアーク電気炉。
JP03505599A 1995-10-26 1999-02-12 アーク電気炉用の予測式ラインコントローラ Expired - Lifetime JP4562216B2 (ja)

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DE69937873T DE69937873T2 (de) 1995-10-26 1999-02-03 Intelligente vorausschauende Leistungsregelung für einen Lichtbogenofen
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