JP2022539177A - 共振回路付きアーク炉電源 - Google Patents

Abstract

電気アーク炉（１０）用の電源システム（１２）が、電気グリッド（２２）に接続可能なＡＣ入力（２０）と、アーク炉（１０）の少なくとも１つの電力電極（１４）に供給するためのＡＣ出力（２４）と、ＡＣ入力（２０）とＡＣ出力（２４）との間に相互接続された共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）と、を備える。共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）は、共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）の回路入力（５６）及び回路出力（５８）を接続及び切断するための制御可能なバイパススイッチ（６０）と、バイパススイッチ（６０）と並列に接続されているキャパシタ（６４）及び主インダクタ（６６）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク炉の分野に関する。特に、本発明は、電気アーク炉用の電源システム、電源システムを制御するための方法及び制御装置、並びにそのような電源システムを有するアーク炉に関する。

電気アーク炉は、多くの場合、変圧器を介してＡＣグリッドに直接接続されている。この場合、動作中に電極電流を制限することは困難であり得、これは、電極の使用及び生産性を制限し得る。加えて、この場合、変圧器は、しばしば用いられる高価な負荷時タップ切換システムを必要とし得、アーク炉は、ＡＣグリッド内におけるフリッカを発生させ得る。従って、フリッカ問題を軽減するために、追加の静止型無効電力補償装置が必要となり得る。

欧州特許第０５８９５４４（Ｂ１）号明細書及び米国特許第６６０３７９５（Ｂ２）号明細書には、並列インダクタの有無にかかわらず、直列接続された逆並列サイリスタを用いて電極電流をクリップするように適合されたアーク炉電源が示されている。これにより、アーク炉の生産性が向上され得る。しかしながら、電流をクリップすることによって、アーク炉の内部抵抗が必要以上に増大され得、これは、アーク炉の効率を低減させ得る。

米国特許第６２７４８５１（Ｂ１）号明細書には、アーク炉用の電源が示され、これは、相の各々において半導体ベースのスイッチを備える。キャパシタとインダクタンスとを有するスナバ回路が、スイッチに並列に接続されている。

欧州特許出願公開第０４２９７７４（Ａ１）号明細書には、電源の相に相互接続されているインダクタに並列に接続された双方向半導体スイッチを有するアーク炉電源が示されている。

米国特許出願公開第２０１２／３１４７２８（Ａ１）号明細書には、電源の相に相互接続されているインダクタに直列に接続された双方向半導体スイッチを有するアーク炉電源が示されている。

国際公開第２０１６／１９１８６１（Ａ１）号には、アーク炉電源用の制御システムが記載されており、これは、フリッカ制御のために適合されている。双方向半導体スイッチが示されており、これは、電源の相に相互接続されたインダクタに直列及び並列に接続されている。

本発明の目的は、制御可能な電極電流及び高い効率を有するアーク炉電源を提供することである。

この目的は、独立請求項の主題によって達成される。更なる例示的な実施形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかである。

本発明の第１の態様は、電気アーク炉用の電源システムに関する。電気アーク炉は、電流によって生成されるアークを用いて金属材料を溶融又は精錬するように適合された装置であり得る。電流は、中ＡＣ電気グリッドとアーク炉の電極との間に接続され得る電源システムによって生成される。電源システムはまた、中ＡＣ入力電圧を電極に供給される低ＡＣ出力電圧に変換する変圧器を備え得る。

中電圧は、１ｋＶ～２０ｋＶの電圧であり得る。低電圧は、１ｋＶ未満の電圧であり得る。電極を通る電流は、１０００Ａよりも高くなり得ることに留意されたい。

電源システムは、いくつかの相、例えば３つの相を有する多相システムであり得る。入力電圧は、例えば、５０又は６０Ｈｚの三相電圧であり得る。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、電気グリッドに接続可能な、１つ以上の相を備え得るＡＣ入力と、アーク炉の少なくとも１つの電力電極に供給するための、１つ以上の相を備え得るＡＣ出力と、を備える。ＡＣ入力は、３つの相を備え得る。また、ＡＣ出力も、３つの相を備え得る。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、ＡＣ入力とＡＣ出力とを相互接続している共振回路を備え、ここで、共振回路は、共振回路の回路入力及び回路出力を接続及び切断するための制御可能なバイパススイッチを備える。共振回路は、バイパススイッチと並列に接続されているキャパシタ及び主インダクタを備え得る。キャパシタ及び主インダクタは、直列に接続され得、及び／又は回路入力と回路出力との間に接続され得る。共振回路は、ＡＣ入力の相及び／又はＡＣ出力の相において相互接続され得る。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、バイパススイッチが閉じられたときに、循環電流（circular current）が共振回路において形成されるように、バイパススイッチを制御するための制御装置を備え、これは、電源システムを通る電流を低下させる。

バイパススイッチを制御することによって、共振回路を通る電流が制御され得、バイパススイッチが開いているとき、共振回路を通る電流は、回路入力からキャパシタ及び主インダクタを通って回路出力へとのみ流れ得、その逆もまた同様である。バイパススイッチが閉じている場合、電流はまた、回路入力からバイパススイッチを通って回路出力へと流れ得、その逆もまた同様である。加えて、バイパススイッチが閉じられたとき、循環電流が共振回路を通って流れ得る。この循環電流は、バイパススイッチ、キャパシタ及び主インダクタを通って流れ得る。

このように共振回路を通る電流を制御することによって、電源システムを通る電流が制御され得る。特に、電源装置を通る電流は、特定の公称電流及び／又は定義された電流に制御及び／又は調整され得、これは、電源システムによって生成され得る最大電流よりも低くなり得る。

キャパシタのキャパシタンス及びインダクタのインダクタンスは、共振回路が、アーク炉によって処理されるＡＣ電圧、即ち、電気グリッドからのＡＣ電圧の接地周波数において低インピーダンスを有するように選択され得る。この周波数でのインピーダンスは、他の周波数でよりも低くなり得、及び／又は最小値を有し得る。このようにして、アーク炉の内部抵抗が低減され得る。

本発明の一実施形態によれば、更なるインダクタが、入力と出力との間でバイパススイッチと直列に接続されている。更なるインダクタは、バイパススイッチが開いているとき、共振回路を通る電流から減結合され得る。

本発明の一実施形態によれば、更なるインダクタは、キャパシタ及び主インダクタと並列に接続されている。バイパススイッチが閉じられたときに、バイパススイッチを通る電流が、更なるインダクタも通って流れ得る。更に、更なるインダクタは、循環電流を考慮すると、共振回路のインダクタンスに寄与し得る。

本発明の一実施形態によれば、主インダクタは、更なるインダクタよりも高いインダクタンスを有する。例えば、主インダクタは、更なるインダクタよりも少なくとも１０倍高いインダクタンスを有し得る。

本発明の一実施形態によれば、バイパススイッチは、半導体スイッチで構成されている。例えば、バイパススイッチは、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ等のような、１つ以上のトランジスタ又はサイリスタを備え得る。

本発明の一実施形態によれば、バイパススイッチは、双方向スイッチである。これは、２つの単方向半導体スイッチを互いに逆並列に接続することによって達成され得る。

本発明の一実施形態によれば、バイパススイッチは、２つの逆並列サイリスタ等の２つの逆並列半導体スイッチを備える。サイリスタは、アーク炉の電源において通常存在するような大電流をスイッチングするように適合されている。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、変圧器を更に備え、これは、電源システムのＡＣ入力とＡＣ出力との間に相互接続されている。既に説明されたように、多相変圧器であり得る変圧器は、より高いＡＣ入力電圧をより低いＡＣ出力電圧に変換し得る。

本発明の一実施形態によれば、変圧器は、ＡＣ入力と共振回路との間に相互接続され得る。換言すれば、共振回路は、電源システムの高電圧側に設けられ得る。

本発明の一実施形態によれば、変圧器は、共振回路とＡＣ出力との間に相互接続され得る。換言すれば、共振回路は、電源システムの低電圧側に設けられ得る。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、ＡＣ入力に相互接続された高調波フィルタを更に備える。高調波フィルタを用いて、アーク炉の構成要素によって生成され得るＡＣ入力電圧内の高次高調波がフィルタ除去され得る。高調波フィルタは、少なくとも２つのフィルタ構成要素を備え得、その各々は、フィルタキャパシタとフィルタインダクタとを備え、その各々は、供給電圧、即ち、ＡＣ入力電圧の別の高次高調波に適合されている。

高調波フィルタは、ＡＣ入力と並列に接続された容量性フィルタ及び／又は誘導性フィルタであり得る。多相システムの場合、高調波フィルタ構成要素は、ＡＣ入力の相を星形接続し得る。また、直列接続されたフィルタは、ＡＣ入力に相互接続され得ることに留意されたい。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、ＡＣ入力に相互接続された能動誘導性リアクトルを更に備え、ここで、能動誘導性リアクトルは、ＡＣ入力に接続されたバイパススイッチ及びインダクタを備える。能動誘導性リアクトルのバイパススイッチは、例えば、２つの逆並列サイリスタを有する、共振回路のバイパススイッチとして設計され得る。多相システムの場合、能動誘導性リアクトルは、リアクトル分岐を有し得、これは、ＡＣ入力の相を星形接続している。

本発明の一実施形態によれば、電源システムは、ＡＣ入力に相互接続された補償コンバータを更に備える。補償コンバータは、電圧源ベースのＳＴＡＴＣＯＭであり得る。多相システムの場合、補償コンバータは、コンバータ分岐を有し得、これは、ＡＣ入力の相を星形接続している。

能動誘導性リアクトル及び／又は補償コンバータは、電源システムの制御装置によって制御され得、並びに／又は電源システムを通る電力フローの変動を補償するために、及び／若しくはＡＣ入力における電圧変動を補償するために使用され得る。

本発明の一実施形態によれば、能動誘導性リアクトル及び／又は補償コンバータは、ＡＣ入力におけるフリッカを最小化するように制御される。フリッカは、電気グリッドへのアーク炉の共通接続点において最小化され得る。フリッカ低減は、アーク炉への電力フローの制御に加え、第２の制御目的であり得る。

電気グリッドにおけるフリッカは、グリッドの電圧における変動であり得、ＡＣ入力における電圧測定値に基づいて決定され得る。標準規格ＩＥＣ６１０００－４－１５は、フリッカを推定するための方法及び／又は式を提供する。

本発明の一実施形態によれば、ＡＣ入力は、３つの相等の少なくとも２つの相を有し、及び／又は、ＡＣ出力は、３つの相等の少なくとも２つの相を有する。上記及び以下で説明されるような共振回路は、ＡＣ入力又はＡＣ出力の各相において相互接続され得る。多相システムの場合、変圧器の前又は後の電源側の全ての相に共振回路が設けられ得る。

本発明の更なる態様は、上記及び以下で説明されるような電源システムを制御するための方法及び制御装置に関する。上記及び以下で説明されるような方法の特徴は、上記及び以下で説明されるような制御装置及び／又は電源システムの特徴であり得ることを理解されたい。制御装置は、方法を自動的に実行するように適合され得る。

本発明の一実施形態によれば、方法は、少なくとも１つの電極に供給される電極電流を決定することと、電極電流が公称電流等の定義された電流に調整されるように、バイパススイッチを制御することと、を備える。電源システムを通る電流は、入力側及び／又は出力側で制御装置によって測定され得る。そこから、電極電流が決定され得る。例えば、溶融プロセスの段階及び／又は溶融材料の量に依存し得る、電極に供給されるべき必要な電力に応じて、定義された電流が提供され得、制御装置は、電極電流をこの電流に調整し得る。定義された電流は、例えば、電源システムにおける測定値に基づいて、制御装置によって提供され得る。

バイパススイッチは、バイパススイッチが閉じられたときに、循環電流が共振回路において形成されるように制御され、これは、電源システムを通る電流を低下させる。

この制御は、バイパススイッチを適宜開閉することによって実行され得る。これは、特定の周波数で行われ得る。

本発明の一実施形態によれば、バイパススイッチのデューティサイクルが、電極電流を制御するように調整される。バイパススイッチのデューティサイクルは、バイパススイッチが開いている、即ち、導通している、共振回路を通る電流の期間の時間間隔であり得る。デューティサイクルが長いほど、電流は大きくなる。

本発明の一実施形態によれば、方法は、共振回路における過電圧及び／又はサージ電流を検出することと、過電圧及び／又はサージ電流が検出されたときに、バイパススイッチを開くこと及び／又は閉じることによって、バイパススイッチを用いて（with）共振回路を保護することと、を更に備える。バイパススイッチはまた、例えば、起動中及び／又は過渡動作中に、過電圧及び／又はサージ電流から共振回路を保護するために使用され得る。共振回路における電圧及び／又は電流は、制御装置によって測定され得、制御装置はまた、これらの値を、過電圧及び／又はサージ電流を示す閾値と比較し得る。対応する値が閾値を超えるとき、保護機能がアクティブ化され得る。例えば、バイパススイッチは、キャパシタ及び主インダクタの両端の電圧を低減させるために、並びに／又はキャパシタ及び主インダクタを通る電流を低減させるために、閉じられ得る。

本発明の更なる態様は、上記及び以下で説明されるような電源システムを備える電気アーク炉に関する。

本発明の一実施形態によれば、電気アーク炉は、金属材料を受容するための容器、及び／又は電源システムから電流が供給されたときに、金属材料を溶融させるための電力電極を更に備える。電力電極はまた、金属材料までの電極の距離を調整するように適合された機械的機構を有し得る。電源システムの制御装置はまた、電極と金属材料とを備えるシステムのインピーダンスを調整するためのこの機構を制御し得る。タップ切換器のより少ない使用及び／又はより少ない電極移動が予期される。タップ切換器は、除去されることさえ可能である。

本発明のこれら及び他の態様は、以下で説明される実施形態から明らかになり、またそれらを参照して解明されるであろう。

本発明の主題は、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して、以下の本文により詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態によるアーク炉の概略回路図を示す。 図２は、本発明の更なる実施形態によるアーク炉の概略回路図を示す。 図３は、図１及び図２のアーク炉のための共振回路を示す。 図４は、図１及び図２のアーク炉のための補償コンバータを示す。 図５は、図１及び図２のアーク炉のための能動誘導性リアクトルを示す。 図６は、図１及び図２のアーク炉を制御するための方法のフロー図を示す。

図面において使用されている参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストにおいて要約形式で列挙されている。原則として、図中では、同一の部分には同じ参照符号が付与されている。

図１及び図２は、電源システム１２を有するアーク炉１０を示し、電源システム１２は、アーク炉１０の電極１４に電力を供給する。電極１４は、金属材料を収容するように適合された容器１６内に設けられ得る。電極１４に電流が供給されると、電気アークが発生し、金属材料が溶融される。電極は、機械アクチュエータ１８を用いて容器内で移動され得る。このようにして、アーク長が制御され得る。

電源システム１２は、ＡＣ入力２０で電気グリッド２２に接続されており、ＡＣ出力２４で電極１４に供給する。ＡＣ入力２０及びＡＣ出力２４は、変圧器２６によって直流的に分離されている。変圧器２６は、電気グリッド２２からの中ＡＣ電圧を、ＡＣ出力２４における低ＡＣ電圧に変換する。両方の電圧は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数を有し得る。

図１及び図２に示されるように、電源システム１２は、三相システムであり得る。ＡＣ入力電圧は、３つの成分を有し得、電源システム１２は、変圧器２６の一次中電圧側において、３つの相２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有し得る。示されるように、電源システム１２はまた、変圧器２６の二次低電圧側においても、３つの相３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有し得る。しかしながら、一次側にも二次側にも、異なる数の相が存在することも可能である。例えば、変圧器２６が二次側において３つより多くの巻線を有して設計されているとき、相の数が両側で異なることも可能である。

アーク炉１０によって発生したフリッカを制御するために使用される、能動誘導性リアクトル３２及び／又は補償コンバータ３４が、ＡＣ入力２０に相互接続及び／又は接続され得る。能動誘導性リアクトル３２及び／又は補償コンバータ３４は、ＡＣ入力２０に並列に接続され得る。構成要素３２、３４は、図４及び図５に関して以下でより詳細に説明される。

更に、高調波フィルタ３６が、ＡＣ入力２０に相互接続及び／又は接続され得る。高調波フィルタ３６は、ＡＣ入力２０に並列に接続され得る。高調波フィルタ３６は、いくつかのフィルタ構成要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを備え得、その各々は、ＡＣ入力２０におけるＡＣ電圧から特定の高次高調波をフィルタ除去するように適合されている。例えば、フィルタ構成要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、５次、７次、１１次及び１３次の高次高調波をフィルタ除去するように適合され得る。フィルタ構成要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの各々は、ＬＣフィルタであり得、直列に接続され得るキャパシタ３８とインダクタ４０とを備え得る。３つの相２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有する本ケースのシステムでは、フィルタ構成要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの各々は、各相についてキャパシタ３８とインダクタ４０とを備え得、これらは、星形接続されている。

また、ＡＣ入力２０に直列接続されているラインフィルタ４２が存在し得、このラインフィルタ４２は、各相２８ａ、２８ｂ、２８ｃに直列接続されているインダクタ４４を備え得る。

図１に示されるように、電源システム１２は、一次側の各相２８ａ、２８ｂ、２８ｃに直列接続された共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを更に備え得る。図２に示されるように、代替又は追加として、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、二次側の各相３０ａ、３０ｂ、３０ｃに直列接続され得る。共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、電流制限及び／又は電力制御のために使用され、図３に関してより詳細に説明される。

受動フィルタ／リアクトル４８が、回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃと変圧器２６との間に接続されること、及び／又は、受動フィルタ／リアクトル５０が、変圧器２６とＡＣ出力２４との間に接続されることが可能であり得る。このような受動フィルタ／リアクトル４８（又は５０）は、３つの星形接続されたインダクタ５２を備え得、その各々は、電源システム１２の一次側（又は二次側）の相２８ａ、２８ｂ、２８ｃ（又は３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）に接続されている。

図１及び図２はまた、アーク炉と電源システム１２とを制御するための制御装置５４を示す。制御装置５４は、ＡＣ入力電圧、ＡＣ入力電流、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃと変圧器との間の中間電圧及び中間電流、ＡＣ出力電圧並びにＡＣ出力電流等の、電源システム１２内の電圧及び／又は電流からの測定値を受信し得る。これらの量は全て、多相の量（multi-phase quantities）であり得る。

これらの測定値、値から、及び公称電極電流、電極１４に供給される公称電力、最大フリッカ等のような公称量に基づいて、制御装置は、電極１４の移動を制御し得、即ち、機械アクチュエータ１８、能動誘導性リアクトル３２、補償コンバータ３４及び共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを制御し得る。これはまた、図６に関してより詳細に説明される。

図３は、同じように設計され得る共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうちの１つを示す。共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、それがそれぞれの相２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて相互接続されている回路入力５６と回路出力５８とを備える。バイパススイッチ６０及びインダクタ６２が、入力５６と出力５８との間に直列接続されている。更に、直列接続され得るキャパシタ６４及び主インダクタ６６が、入力５６と出力５８との間に接続されている。フィルタキャパシタ６４及び主インダクタ６６は、バイパススイッチ６０に並列に接続されている。

インダクタ６２はオプションである。それは、インダクタ６６より少なくとも１０倍小さいインダクタンスを有し得る。インダクタ６２により、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃの全体のインダクタンスが設定され得る。

バイパススイッチ６０は、２つの逆並列サイリスタ６８で構成されている制御可能な双方向スイッチである。制御装置５４は、バイパススイッチ６０を開く（導通する）又は閉じる（切り離す）ように制御し得る。バイパススイッチ６０のデューティサイクルを制御することによって、制御装置５４は、バイパススイッチ６０を通る平均電流を制御し得る。

バイパススイッチ６０が閉じられたときに、フィルタキャパシタ６４、主インダクタ６６及びオプションのインダクタ６２が、共振回路を形成する。従って、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、制御可能な共振回路と見なされ得る。共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃ内に循環電流が形成され得、これは、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを通る電流、従って、電源システム１２を通る電流を低下させるために使用され得る。

図４は、能動誘導性リアクトル３２及び／又は補償コンバータ３４をより詳細に示す。能動誘導性リアクトル３２の場合、各分岐７０は、図５に示されるようなものであり得る。分岐７０は、一端において星形接続され、且つ他端で相２８ａ、２８ｂ、２８ｃのうちの１つに接続され得る。

補償コンバータ３４の場合、各分岐７０は、例えば、キャパシタの形態で、内部エネルギー貯蔵部を有するコンバータ（能動制御可能なブリッジコンバータ等）であり得る。分岐７０は、静止型無効電力補償装置を形成し得、これは、制御装置５４によって制御され得る。

図５は、能動誘導性リアクトル３２の相を示す。能動誘導性リアクトル３２は、入力７２と出力７４とを備える。バイパススイッチ７６及びインダクタ７８は、入力７２と出力７４との間に直列接続されている。バイパススイッチ７６は、２つの逆並列サイリスタ８２で構成されている制御可能な双方向スイッチである。

図６は、制御装置５４によって自動的に実行され得る方法のフロー図を示す。

ステップＳ１０において、制御装置５４は、電源システム１２における１つ以上の電流及び／又は１つ以上の電圧を測定する。これらの電圧又は電流は、ＡＣ入力電圧、ＡＣ入力電流、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃと変圧器２６との間の中間電圧及び／若しくは中間電流、ＡＣ出力電圧並びに／又はＡＣ出力電流であり得る。

測定量から、電極１４に供給される電極電流が決定され得る。例えば、電極電流は、ＡＣ出力電流として直接測定され得、又は他の測定量から推定され得る。

ステップＳ１２において、電極電流が定義された電流に調整されるように、バイパススイッチ６０が制御される。定義された電流は、外部制御ループによって提供され得るか、又は、例えば、動作条件及び／又は電極１４に供給されるべき電力に依存して、制御装置５４自体によって決定され得る。

バイパススイッチ６０の制御は、バイパススイッチ６０のデューティサイクルが電極電流を制御するように調整されるように実行され得る。それぞれの共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを通る電流がゼロ交差した後、共振回路のサイリスタ６８は、自動的にオフに切り替わり得、制御装置５４は、サイリスタを点弧して、それらを再びオンに切り替える前に、特定の待機時間の間待機し得る。待機時間が長いほど、デューティサイクルは短くなり、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを通る電流は小さくなる。

ステップＳ１４において、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃにおける過電圧及び／又はサージ電流が、測定量に基づいて、制御装置によって検出される。故障が検出された等の場合、制御装置５４は、ＡＣ電流の期間よりも長くあり得る時間の間、バイパススイッチ６０を開くこと及び／又は閉じることによって、バイパススイッチ６０を用いて共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを保護し、即ち、スイッチングは、デューティサイクルを調整することとは異なり得る。

ステップＳ１６において、制御装置５４はまた、測定量から、例えば、ＡＣ入力電圧から、フリッカ値を決定する。次いで、能動誘導性リアクトル３２及び／又は補償コンバータ３４は、フリッカ値を最小化するように制御装置５４によって制御され得る。また、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃの更なる制御目的は、フリッカを最小化することであり得、共振回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、それに応じて制御され得る。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明されてきたが、このような例示及び説明は、例示的又は実例的であって、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の参酌から、請求項に記載の発明を実施する当業者によって理解及び実施され得る。特許請求の範囲において、「備える」という単語は、他の要素又は工程を除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ若しくは制御装置又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たし得る。ある特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

［参照符号のリスト］
１０ アーク炉
１２ 電源システム
１４ 電極
１６ 容器
１８ 機械アクチュエータ
２０ ＡＣ入力
２２ 電気グリッド
２４ ＡＣ出力
２６ 変圧器
２８ａ 一次側相
２８ｂ 一次側相
２８ｃ 一次側相
３０ａ 二次側相
３０ｂ 二次側相
３０ｃ 二次側相
３２ 能動誘導性リアクトル
３４ 補償コンバータ
３６ 高調波フィルタ
３６ａ フィルタ構成要素
３６ｂ フィルタ構成要素
３６ｃ フィルタ構成要素
３６ｄ フィルタ構成要素
３８ フィルタキャパシタ
４０ フィルタインダクタ
４２ ラインフィルタ
４４ フィルタインダクタ
４６ａ 共振回路
４６ｂ 共振回路
４６ｃ 共振回路
４８ 受動フィルタ及び／又はリアクトル
５０ 受動フィルタ及び／又はリアクトル
５２ フィルタインダクタ
５４ 制御装置
５６ 回路入力
５８ 回路出力
６０ バイパススイッチ
６２ インダクタ
６４ キャパシタ
６６ 主インダクタ
６８ サイリスタ
７０ 分岐
７２ 入力
７４ 出力
７６ バイパススイッチ
７８ インダクタ
８２ サイリスタ

Claims (15)

1. 電気アーク炉（１０）用の電源システム（１２）であって、前記電源システム（１２）は、
   電気グリッド（２２）に接続可能なＡＣ入力（２０）と、前記電気アーク炉（１０）の少なくとも１つの電力電極（１４）に供給するためのＡＣ出力（２４）と、
   前記ＡＣ入力（２０）と前記ＡＣ出力（２４）との間に相互接続された共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）と、
   を備え、
   前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）は、前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）の回路入力（５６）及び回路出力（５８）を接続及び切断するための制御可能なバイパススイッチ（６０）を備え、
   前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）は、前記バイパススイッチ（６０）と並列に接続されているキャパシタ（６４）及び主インダクタ（６６）を備え、
   前記電源システム（１２）は、前記バイパススイッチ（６０）が閉じられたときに、循環電流が前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）において形成されるように、前記バイパススイッチ（６０）を制御するための制御装置（５４）を備え、前記電源システム（１２）を通る電流を低下させる、電源システム（１２）。
2. 更なるインダクタ（６２）が、前記回路入力（５６）と前記回路出力（５８）との間で前記バイパススイッチ（６０）と直列に接続されている、請求項１に記載の電源システム（１２）。
3. 前記更なるインダクタ（６２）は、前記キャパシタ（６４）及び前記主インダクタ（６６）と並列に接続されており、及び／又は
   前記キャパシタ（６４）及び前記主インダクタ（６６）は、直列に接続されている、請求項２に記載の電源システム（１２）。
4. 前記主インダクタ（６６）は、前記更なるインダクタ（６２）よりも高いインダクタンスを有する、請求項２又は３に記載の電源システム（１２）。
5. 前記バイパススイッチ（６０）は、半導体スイッチ（６８）で構成されており、及び／又は
   前記バイパススイッチ（６０）は、双方向スイッチである、請求項１～４のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
6. 前記バイパススイッチ（６０）は、２つの逆並列半導体スイッチ（６８）を備え、及び／又は
   前記バイパススイッチ（６０）は、２つの逆並列サイリスタ（６８）を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
7. 前記ＡＣ入力（２０）と前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）との間に相互接続された変圧器（２６）、又は
   前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）と前記ＡＣ出力（２４）との間に相互接続された変圧器、
   を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
8. 前記ＡＣ入力（２０）において相互接続された高調波フィルタ（３６）を更に備え、
   前記高調波フィルタ（３６）は、少なくとも２つのフィルタ構成要素（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）を備え、その各々は、フィルタキャパシタ（３８）とフィルタインダクタ（４０）とを備え、その各々は、ＡＣ入力電圧の別の高次高調波に適合されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
9. 前記ＡＣ入力（２０）に相互接続された能動誘導性リアクトル（３２）、ここにおいて、前記能動誘導性リアクトル（３２）は、前記ＡＣ入力（２０）に接続されたバイパススイッチ（７６）及びインダクタ（７８）を備えており、及び／又は
   前記ＡＣ入力（２０）に相互接続された補償コンバータ（３４）、
   を更に備え、
   前記能動誘導性リアクトル（３２）及び／又は前記補償コンバータ（３４）は、前記ＡＣ入力（２０）におけるフリッカを最小化するように制御される、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
10. 前記ＡＣ入力（２０）は、少なくとも２つの相（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）を有し、及び／又は、前記ＡＣ出力は、少なくとも２つの相（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を有し、
    共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）が、前記ＡＣ入力（２０）のそれぞれの相（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）と、及び／又は前記ＡＣ出力（２４）のそれぞれの相（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）と相互接続されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の電源システム（１２）。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電源システム（１２）を制御するための方法であって、前記方法は、
    前記少なくとも１つの電力電極（１４）に供給される電極電流を決定することと、
    前記電極電流が定義された電流に調整されるように、前記バイパススイッチ（６０）を制御することと、ここにおいて、前記バイパススイッチ（６０）が閉じられたときに、循環電流が前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）において形成され、前記電源システム（１２）を通る電流を低下させるものであり、
    を備える、方法。
12. 前記バイパススイッチ（６０）のデューティサイクルが、前記電極電流を制御するように調整される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）における過電圧及び／又はサージ電流を検出することと、
    前記過電圧及び／又はサージ電流が検出されたときに、前記バイパススイッチ（６０）を開くこと及び／又は閉じることによって、前記バイパススイッチ（６０）を用いて前記共振回路（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）を保護することと、
    を更に備える、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 請求項１１～１３に記載の方法を実行するように適合された、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電源システム（１２）を有する電気アーク炉（１０）のための制御装置（５４）。
15. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電源システム（１２）と、
    金属材料を受容するための容器（１６）と、
    前記電源システム（１２）から電流が供給されたときに、前記金属材料を溶融させるための電力電極（１４）と、
    を備える電気アーク炉（１０）。

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