JP2024050523A - 電気アーク炉のための電源 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気アーク炉のための電源を提供すること。【解決手段】電気アーク炉のための電源が提供され、電気アーク炉においては、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱が生成される。電源は、電気アーク炉および三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができ、また、それらの間にある。電源は、１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を有する電力回路を含む。ＣＣＶは、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる。制御回路は、ＣＣＶに動作可能に結合され、また、単相電圧の周波数を制御するように構成される。【選択図】図１

Description

本出願は、２０２２年９月２９日に出願した、「Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｒｃ Ｆｕｒｎａｃｅ」という名称の米国仮特許出願第６３／３７７，６４０号の優先権を主張するものであり、その内容は、引用により本明細書に組み込まれる。
本開示は一般に電気アーク炉（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅ）（ＥＡＦ）に関し、詳細には、交流（ＡＣ）変換のためのサイクロコンバータを含むＥＡＦのための電源に関する。
製鋼業では、鋼を形成するために、電気アーク炉（ＥＡＦ）を使用して金属および他の成分を融解させている。金属を融解させるために必要な熱は、一般に黒鉛電極と呼ばれる、１つ以上の炭素体に電流を通し、電極と炉の中の金属との間にアークを形成することによって生成される。従来、動作されるＥＡＦは電源機器を含み、これは、しばしば、電極電圧の制御のための、逓降変圧器、回路遮断器、炉変圧器、デルタクロージャおよびタップ切換え器を含む。従来の電源機器は適切ではあるが、一般的には既存の設計に対して改善することが望ましい。
本開示の例示的実装は電気アーク炉（ＥＡＦ）を対象としており、詳細には、交流（ＡＣ）変換のためのサイクロコンバータを含むＥｇＡＦのための電源を対象としている。本開示は、非限定の以下の例示的実装を含む。
いくつかの例示的実装は電気アーク炉システムを提供し、電気アーク炉システムは：１つ以上の電極を含む電気アーク炉であって、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱を作り出すように構成された電気アーク炉と；電気アーク炉に結合され、また、三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティ（ｕｔｉｌｉｔｙ）に結合することができる電源であって、電源は、１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を有する電力回路を含み、ＣＣＶは、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電源とを備える。様々な例では、ＣＣＶは、循環電流構成または非循環電流構成で動作することができる。
いくつかの例示的実装は電気アーク炉のための電源を提供し、電気アーク炉においては、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱が生成され、電源は、電気アーク炉および三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができ、また、それらの間にあり、電源は：１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を含む電力回路であって、ＣＣＶは、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電力回路と；個々の電極毎にＣＣＶに動作可能に結合され、また、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路とを備える。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下で簡単に説明される添付の図と共に以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。本開示は、本開示の中で説明されている２つ、３つ、４つまたはそれより多くの特徴または要素の任意の組合せを含み、このような特徴または要素が本明細書において説明されている特定の例示的実装の中で明確に組み合わされているか、さもなければ明確に記載されているかどうかに無関係である。本開示は、本開示の文脈がそうではないことを明確に示していない限り、本開示の態様および例示的実装のうちのいずれかにおける本開示の任意の分離可能な特徴または要素が組合せ可能と見なされるように、総体的に読まれることが意図されている。
したがって以上の簡単な概要は、本開示のいくつかの態様についての基本的な理解を提供するために、いくつかの例示的実装を要約する目的で提供されているにすぎないことは認識されよう。したがって上で説明した例示的実装は単なる例にすぎず、本開示の範囲または精神を狭めるものとして決して解釈してはならないことは認識されよう。他の例示的実装、態様および利点は、説明されるいくつかの例示的実装の原理を一例として示している添付の図に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
以上、本開示の例示的実装について概ね説明したが、次に、必ずしもスケール通りには描かれていない添付の図を参照する。
本開示のいくつかの例示的実装による電気アーク炉システムを示す図である。 様々な例示的実装による、図１の電気アーク炉システムの電力回路をさらに示す図である。 様々な例示的実装による、図１の電気アーク炉システムの電力回路をさらに示す図である。
次に、本開示のいくつかの実装について、以下、本開示のすべての実装ではないが、いくつかの実装が示されている添付の図を参照してより完全に説明する。実際、本開示の様々な実装は多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書において説明されている実装に限定されるものとして解釈してはならず；そうではなく、これらの例示的実装は、本開示が徹底的で、完全であるように、また、本開示の範囲を当業者に完全に伝えることになるように提供されている。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を参照している。
特に明記されていない限り、または文脈から明らかでない限り、第１の、第２の、等々に対する参照を特定の順序を意味するものとして解釈してはならない。別の特徴の上方に存在しているものとして説明されている特徴（特に明記されていない限り、または文脈から明らかでない限り）は、上方ではなく下方に存在していてもよく、また、その逆も同様であり；同様に、別の特徴の左側に存在しているものとして説明されている特徴は、左側ではなく右側に存在していてもよく、また、その逆も同様である。また、本明細書においては量的尺度、値、幾何学的関係、等々を参照することができるが、特に言及されていない限り、すべてではないがこれらのうちの任意の１つ以上は、工学的公差、等々などによるものなど、生じ得る許容可能な変化に対処するべく、絶対または近似であってもよい。
本明細書において使用されているように、特に明記されていない限り、または文脈から明らかでない限り、一組のオペランドの「または」は「包含的または」であり、したがってこれらのオペランドのすべてが真であるときは偽である「排他的または」の場合とは異なり、これらのオペランドのうちの１つ以上が真である場合、かつ、これらのオペランドのうちの１つ以上が真である場合のみ、真である。したがって例えば「［Ａ］または［Ｂ］」は、［Ａ］が真であり、または［Ｂ］が真であり、あるいは［Ａ］および［Ｂ］の両方が真であると真である。さらに、冠詞「一つ（ａ）」および「一つ（ａｎ）」は、特に明記されていない限り、または単数形を対象とすることが文脈から明らかでない限り、「１つ以上」を意味している。さらに、特に明記されていない限り、「データ」、「コンテンツ」、「デジタルコンテンツ」、「情報」という用語および同様の用語は、場合によっては互いに交換可能に使用することができることを理解されたい。
本開示の例示的実装は一般に電気アーク炉（ＥＡＦ）に関しており、詳細には、交流（ＡＣ）変換のためのサイクロコンバータを含むＥＡＦのための電源に関している。この点に関して、図１は、本開示のいくつかの例示的実装による電気アーク炉システム１００を示したものである。示されているように、電気アーク炉システムは、１つ以上の電極１０４（３つの電極が示されている）を有する電気アーク炉１０２を含む。電気アーク炉は、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属１０６との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱を作り出すように構成されている。説明されるように、電気アーク炉システムは６－パルスシステムとして構成されている。しかしながら電気アーク炉システムは、１２－パルスシステム、１８－パルスシステム、２４パルスシステム、等々として等しく構成されることができることを理解されたい。また、様々な実装では、電気アーク炉システムは、示されている構成要素に対する１つ以上の追加構成要素または代替構成要素を含むことも可能であることを同じく理解されたい。
様々な例では、電気アーク炉１０２は、約３５０００アンペア以上の電流を運んでいる三相電力線１０８によって電力が供給されている。とりわけ製鋼業では、電極１０４は、金属および他の成分を融解させて鋼を形成するために、黒鉛電極柱で形成されることができる。金属を融解させるために必要な熱は、複数の電極柱のうちの１つ以上に電流を通し、電極柱と炉の中の金属との間にアークを形成することによって生成される。１００，０００アンペアを超える電流がしばしば使用される。結果として得られる高温によって金属および他の成分が融解する。
必要な電力を電気アーク炉１０２に供給するために、電気アーク炉システム１００は、電気アーク炉に結合され、また、三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティ１１２に結合することができる電源１１０を含む。示されているように、電源は、１つ以上の電極１０４に入力される電流および電力を維持するための電力回路１１４を含む。この点に関し、電力回路は、１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を含む。ＣＣＶは、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる。様々な例では、ＣＣＶは、循環電流構成または非循環電流構成で動作することができる。
図１に同じく示されているように、様々ないくつかの例では、電源１１０は、ユーティリティ１１２に結合することができ、また、電力回路１１４に結合された逓降変圧器１１６をさらに含む。逓降変圧器は、電気アーク炉の中の金属１０６を融解させるのに適した、電極１０４を通すのに必要な高アンペアを提供するのに適した三相ＡＣ電力の三相電圧を逓降させるように構成されている。電源は、逓降変圧器および電力回路に結合され、また、それらの間にある、三相電圧を電力回路に分配するように構成された母線１２０をも含むことができる。
個別には示されていないが、いくつかの例では、電気アーク炉システム１００は、電極１０４を制御可能に上昇および降下させる位置決めシステムを含む。この点に関して、位置決めシステムは、ラック・アンド・ピニオン駆動システム、電気ウインチホイスト、油圧シリンダ、等々を含むことができ、さもなければそれらを使用することができる。
図２は、いくつかの例示的実装による電力回路１１４をさらに示したものである。示されているように、電力回路は電極１０４毎に多巻線三相変圧器２０２を含み、それは、電極のためのＣＣＶ２０４の入力に結合されている。多巻線三相変圧器は、多相電力電圧のそれぞれの相を受け取るように構成された一次巻線２０６、および多相電圧をＣＣＶに送達するための二次巻線２０８を含む。図解を単純にするために、図は、多相電圧のうちの１つの相に対する、一次巻線のうちの１つ、および二次巻線のうちの２つを示している。
いくつかの例では、ＣＣＶ２０４は、正のグループコンバータ２１０、負のグループコンバータ２１２、および正のクループコンバータと負のグループコンバータとの間に接続されたグループ間リアクタ（ｉｎｔｅｒｇｒｏｕｐ ｒｅａｃｔｏｒ）（ＩＧＲ）２１４を含む。いくつかの例では、正のグループコンバータおよび負のグループコンバータはそれぞれのサイリスタ回路を含む。正のグループコンバータは、三相電力電圧のうちの１番目を整流して第１の単相電圧を作り出すように構成されている。負のグループコンバータは、三相電力電圧のうちの２番目を整流して第２の単相電圧を作り出すように構成されている。また、ＩＧＲは、第１の単相電圧および第２の単相電圧から単相電圧を作り出すように構成されている。
いくつかの例では、電力回路１１４は、安全上の理由で、電極１０４毎にバイパスおよびセーフティスイッチ２１６を含むことができる。これらの例のうちのいくつかでは、バイパスおよびセーフティスイッチは電極のためのＣＣＶ２０４に結合されており、また、電極に結合することができる。バイパスおよびセーフティスイッチは、電源１１０および電極を必要に応じて切換え可能に接続する、および、断路するように構成されている。
電気アーク炉システム１００が３つの電極１０４を含むいくつかの例では、電力回路１１４は、三相電圧のそれぞれの相に関して、より低い周波数の単相電圧を送達するように構成された３つのＣＣＶ２０４を含む。これらの例のうちのいくつかでは、電源回路は、３つのＣＣＶに結合され、また、３つの電極に結合することができる３つの単相変圧器２１８をさらに含む。３つの単相変圧器は、単相電圧を受け取り、第２の三相電圧を３つの電極に送達するように構成されている。
電気アーク炉システム１００が２つの電極１０４を含むいくつかの例では、電力回路１１４は、三相電圧の２つのそれぞれの相に関して、より低い周波数の単相電圧を送達するように構成された２つのＣＣＶ２０４を含む。これらの例のうちのいくつかでは、電源回路は、ＣＣＶに結合され、また、２つの電極に結合することができる２つの単相変圧器２１８をさらに含む。２つの単相変圧器は、単相電圧を受け取り、二相電圧を２つの電極に送達するように構成されている。
図２に示されているように、３つの単相変圧器２１８は一次側スター接続を有しており、一次側スター接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線はスタートポロジーで接続されている。３つの単相変圧器の二次側のクロージャ接続２２０は、スター接続として、またはデルタ接続として構成されることができ、スター接続またはデルタ接続においては、３つの単相変圧器の二次巻線はそれぞれスタートポロジーまたはデルタトポロジーで接続されている。図３は、電力回路１１４の別の実装を示したもので、それにおいては、３つの単相変圧器２１８は一次側デルタ接続を有しており、一次側デルタ接続においては、一次巻線はいずれもデルタトポロジーで接続され、また、スター接続またはデルタ接続として構成されることができるクロージャ接続を含む。
本開示のいくつかの例示的実装では、次に、３つの単相変圧器２１８はスター－デルタ接続を有しており、スター－デルタ接続においては、一次巻線はスタートポロジーで接続され、また、クロージャ接続２２０は、二次巻線をデルタトポロジーで接続するように構成されている。他の例示的実装では、３つの単相変圧器はデルタ－デルタ接続を有しており、デルタ－デルタ接続においては、一次巻線はデルタトポロジーで接続され、また、クロージャ接続は、二次巻線をデルタトポロジーで接続するように構成されている。他の例では、３つの単相変圧器はデルタ－スター接続を有しており、デルタ－スター接続においては、一次巻線はデルタトポロジーで接続され、また、クロージャ接続は、スタートポロジーで接続された二次巻線を接続するように構成されている。また、さらに他の例では、３つの単相変圧器はスター－スター接続を有しており、スター－スター接続においては、一次巻線はスタートポロジーで接続され、また、クロージャ接続は、二次巻線をスタートポロジーで接続するように構成されている。別の例は、オープンデルタトポロジーを有するように２つの単相変圧器を含む。別の例は単相変圧器２１８を省略し、ＣＣＶ２０４はクロージャ接続２２０に、より直接的につながっている。
同じく図２（および同じく図３）に示されているように、いくつかの例では、電源１１０は、電極１０４毎にＣＣＶ２０４に動作可能に結合され、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路２２２をさらに含む。これらの例のうちのいくつかでは、制御回路は、単相電圧を測定するように構成された電圧トランスデューサ２２４、および／または電流を測定するように構成された電流トランスデューサなどの１つ以上のトランスデューサを含む（ＣＣＶ毎に）。制御回路は、１つ以上のトランスデューサおよびＣＣＶに結合された処理回路２２６をも含む。処理回路は、少なくとも、設定点電圧と測定された単相電圧の差を決定し、ＣＣＶのそれぞれのサイリスタ回路におけるサイリスタファイアリング角（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｆｉｒｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を調整してその差を低減するように構成されている。
本開示の例示的実装の処理回路２２６は、幾つかの異なる方法のいずれかで実施することができる。処理回路は、能動構成要素または受動構成要素のいずれか、または両方を含むことができる１つ以上の電子構成要素を含む。いくつかの例では、電子構成要素のうちの少なくともいくつかは、集積回路または複数の相互接続された集積回路（時にはより一般的に「チップ」と呼ばれる集積回路）としてパッケージ化することができる。より特定の例では、処理回路は、プロセッサ、コプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、等々を含むことができる。
上で説明したように、また、以下で再び繰り返されるように、本開示は、非限定の以下の例示的実装を含む。
条項１．１つ以上の電極を含む電気アーク炉であって、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱を作り出すように構成された電気アーク炉と；電気アーク炉に結合され、また、三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができる電源であって、電源が、１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を有する電力回路を含み、ＣＣＶが、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電源とを備える、電気アーク炉システム。
条項２．条項１の電気アーク炉システムであって、電源が、ユーティリティに結合することができ、また、電力回路に結合された逓降変圧器をさらに含み、逓降変圧器が、三相ＡＣ電力の三相電圧を逓降させるように構成される、電気アーク炉システム。
条項３．条項２の電気アーク炉システムであって、電源が、逓降変圧器および電力回路に結合され、また、それらの間にある母線をさらに備え、母線が三相電圧を電力回路に分配するように構成される、電気アーク炉システム。
条項４．条項１から３のいずれかの電気アーク炉システムであって、電力回路が個々の電極毎に多巻線三相変圧器をさらに含み、多巻線三相変圧器が電極のためのＣＣＶの入力に結合され、多巻線三相変圧器が、三相電力電圧のそれぞれの相を受け取るように構成された一次巻線、および三相電力電圧をＣＣＶに送達するための二次巻線を含む、電気アーク炉システム。
条項５．条項１から４のいずれかの電気アーク炉システムであって、ＣＣＶが：三相電力電圧のうちの１番目を整流して第１の単相電圧を作り出すように構成された正のクループコンバータと；三相電力電圧のうちの２番目を整流して第２の単相電圧を作り出すように構成された負のグループコンバータと；正のクループコンバータと負のグループコンバータとの間に接続されたグループ間リアクタ（ＩＧＲ）であって、第１の単相電圧および第２の単相電圧から単相電圧を作り出すように構成されたＩＧＲとを含む、電気アーク炉システム。
条項６．条項５の電気アーク炉システムであって、正のグループコンバータおよび負のグループコンバータがそれぞれのサイリスタ回路を含む、電気アーク炉システム。
条項７．条項１から６のいずれかの電気アーク炉システムであって、電力回路が個々の電極毎にバイパスおよびセーフティスイッチをさらに含み、バイパスおよびセーフティスイッチが電極のためのＣＣＶに結合され、また、電極に結合することができ、バイパスおよびセーフティスイッチが、電源および電極を切換え可能に接続する、および、断路するように構成される、電気アーク炉システム。
条項８．条項１から７のいずれかの電気アーク炉システムであって、１つ以上の電極が３つの電極を含み、電力回路が、三相電圧のそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された３つのＣＣＶを含み、電源回路が、３つのＣＣＶに結合され、また、３つの電極に結合することができる３つの単相変圧器をさらに含み、３つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、第２の三相電圧を３つの電極に送達するように構成される、電気アーク炉システム。
条項９．条項８の電気アーク炉システムであって、３つの単相変圧器がスター－デルタ接続を有し、スター－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線がスタートポロジーで接続され、また、３つの単相変圧器の二次巻線がデルタトポロジーで接続される、電気アーク炉システム。
条項１０．条項８の電気アーク炉システムであって、３つの単相変圧器がデルタ－デルタ接続を有し、デルタ－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線および二次巻線がいずれもデルタトポロジーで接続される、電気アーク炉システム。
条項１１．条項１から７のいずれかの電気アーク炉システムであって、１つ以上の電極が２つの電極を含み、電力回路が、三相電圧の２つのそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された２つのＣＣＶを含み、電源回路が、２つのＣＣＶに結合され、また、２つの電極に結合することができる２つの単相変圧器をさらに含み、２つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、二相電圧を２つの電極に送達するように構成される、電気アーク炉システム。
条項１２．条項１から１１のいずれかの電気アーク炉システムであって、電源が、個々の電極毎にＣＣＶに動作可能に結合され、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路をさらに含む、電気アーク炉システム。
条項１３．条項１２の電気アーク炉システムであって、制御回路が：単相電圧を測定するように構成されたトランスデューサと；トランスデューサおよびＣＣＶに結合された処理回路であって、少なくとも：設定点電圧と測定された単相電圧の差を決定する；および、単相電圧の周波数を制御してその差を低減するように構成された処理回路とを含む、電気アーク炉システム。
条項１４．条項１３の電気アーク炉システムであって、電気アーク炉システムにおいては、設定点電圧と単相電圧の差を決定するように構成された処理回路が：測定された単相電圧の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を決定する；および、設定点電圧とＲＭＳの差を決定するように構成された処理回路を含む、電気アーク炉システム。
条項１５．電気アーク炉のための電源であって、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱が生成され、電源が、電気アーク炉および三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができ、また、それらの間にあり、電源が：１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を含む電力回路であって、ＣＣＶが、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電力回路と；個々の電極毎にＣＣＶに動作可能に結合され、また、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路とを備える、電源。
条項１６．条項１５の電源であって、電源が、ユーティリティに結合することができ、また、電力回路に結合された逓降変圧器をさらに備え、逓降変圧器が、三相ＡＣ電力の三相電圧を逓降させるように構成される、電源。
条項１７．条項１６の電源であって、電源が、逓降変圧器および電力回路に結合され、また、それらの間にある母線をさらに備え、母線が三相電圧を電力回路に分配するように構成される、電源。
条項１８．条項１５から１７のいずれかの電源であって、電力回路が個々の電極毎に多巻線三相変圧器をさらに含み、多巻線三相変圧器が電極のためのＣＣＶの入力に結合され、多巻線三相変圧器が、三相電力電圧のそれぞれの相を受け取るように構成された一次巻線、および三相電力電圧をＣＣＶに送達するための二次巻線を含む、電源。
条項１９．条項１５から１８のいずれかの電源であって、ＣＣＶが：三相電力電圧のうちの１番目を整流して第１の単相電圧を作り出すように構成された正のクループコンバータと；三相電力電圧のうちの２番目を整流して第２の単相電圧を作り出すように構成された負のグループコンバータと；正のクループコンバータと負のグループコンバータとの間に接続されたグループ間リアクタ（ＩＧＲ）であって、第１の単相電圧および第２の単相電圧から単相電圧を作り出すように構成されたＩＧＲとを含む、電源。
条項２０．条項１９の電源であって、正のグループコンバータおよび負のグループコンバータがそれぞれのサイリスタ回路を含む、電源。
条項２１．条項１５から２０のいずれかの電源であって、電力回路が個々の電極毎にバイパスおよびセーフティスイッチをさらに含み、バイパスおよびセーフティスイッチが電極のためのＣＣＶに結合され、また、電極に結合することができ、バイパスおよびセーフティスイッチが、電源および電極を切換え可能に接続する、および、断路するように構成される、電源。
条項２２．条項１５から２１のいずれかの電源であって、１つ以上の電極が３つの電極を含み、電力回路が、三相電圧のそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された３つのＣＣＶを含み、電源回路が、３つのＣＣＶに結合され、また、３つの電極に結合することができる３つの単相変圧器をさらに含み、３つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、第２の三相電圧を３つの電極に送達するように構成される、電源。
条項２３．条項２２の電源であって、３つの単相変圧器がスター－デルタ接続を有し、スター－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線がスタートポロジーで接続され、また、３つの単相変圧器の二次巻線はデルタトポロジーで接続される、電源。
条項２４．条項２２の電源であって、３つの単相変圧器がデルタ－デルタ接続を有し、デルタ－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線および二次巻線がいずれもデルタトポロジーで接続される、電源。
条項２５．条項１５から２１のいずれかの電源であって、１つ以上の電極が２つの電極を含み、電力回路が、三相電圧の２つのそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された２つのＣＣＶを含み、電源回路が、２つのＣＣＶに結合され、また、２つの電極に結合することができる２つの単相変圧器をさらに含み、２つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、二相電圧を２つの電極に送達するように構成される、電源。
条項２６．条項１５から２５のいずれかの電源であって、制御回路が：単相電圧および電流を測定するように構成された電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサと；電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサ、ならびにＣＣＶに結合された処理回路であって、少なくとも：設定点電圧と測定された単相電圧の差を決定する；および、単相電圧の周波数を制御してその差を低減するように構成された処理回路とを含む、電源。
条項２７．条項２６の電源であって、設定点電圧と単相電圧の差を決定するように構成された処理回路が：測定された単相電圧の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を決定する；および、設定点電圧とＲＭＳの差を決定するように構成された処理回路を含む、電源。
以上の説明および関連する図で示されている教示の恩恵を有する、本開示が関連している当業者には、本明細書において説明されている本開示の多くの変更および他の実装が思い浮かぶことであろう。したがって本開示は開示されている特定の実装に限定されないこと、また、変更および他の実装は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。さらに、以上の説明および関連する図は、要素および／または機能の特定の例示的組合せの文脈で例示的実装を説明しているが、代替実装は、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、要素および／または機能の異なる組合せを提供することができることを認識されたい。この点に関して、例えば、添付の特許請求の範囲のいくつかで説明され得るように、上で明確に説明されている要素および／または機能の組合せとは異なる組合せが同じく企図されている。本明細書においては特定の用語が使用されているが、それらは限定の目的ではなく、単に包括的で、説明的な意味で使用されているにすぎない。
１００ 電気アーク炉システム
１０２ 電気アーク炉
１０４ 電極
１０６ 金属
１０８ 三相電力線
１１０ 電源
１１２ ユーティリティ
１１４ 電力回路
１１６ 逓降変圧器
１２０ 母線
２０２ 多巻線三相変圧器
２０４ ＣＣＶ
２０６ 一次巻線
２０８ 二次巻線
２１０ 正のクループコンバータ
２１２ 負のグループコンバータ
２１４ グループ間リアクタ（ＩＧＲ）
２１６ バイパスおよびセーフティスイッチ
２１８ 単相変圧器
２２０ クロージャ接続
２２２ 制御回路
２２４ 電圧トランスデューサ
２２６ 処理回路

Claims (20)

  1. １つ以上の電極を含む電気アーク炉であって、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱を作り出すように構成された電気アーク炉と、
    電気アーク炉に結合され、また、三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができる電源であって、電源が、１つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を有する電力回路を含み、ＣＣＶが、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電源と
    を備える、電気アーク炉システム。
  2. 電力回路が個々の電極毎に多巻線三相変圧器をさらに含み、多巻線三相変圧器が電極のためのＣＣＶの入力に結合され、多巻線三相変圧器が、三相電力電圧のそれぞれの相を受け取るように構成された一次巻線、および三相電力電圧をＣＣＶに送達するための二次巻線を含む、請求項１に記載の電気アーク炉システム。
  3. ＣＣＶが、
    三相電力電圧のうちの１番目を整流して第１の単相電圧を作り出すように構成された正のクループコンバータと、
    三相電力電圧のうちの２番目を整流して第２の単相電圧を作り出すように構成された負のグループコンバータと、
    正のクループコンバータと負のグループコンバータとの間に接続されたグループ間リアクタ（ＩＧＲ）であって、第１の単相電圧および第２の単相電圧から単相電圧を作り出すように構成されたＩＧＲと
    を含む、請求項１に記載の電気アーク炉システム。
  4. １つ以上の電極が３つの電極を含み、電力回路が、三相電圧のそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された３つのＣＣＶを含み、
    電源回路が、３つのＣＣＶに結合され、また、３つの電極に結合することができる３つの単相変圧器をさらに含み、３つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、第２の三相電圧を３つの電極に送達するように構成される、請求項１に記載の電気アーク炉システム。
  5. ３つの単相変圧器がスター－デルタ接続を有し、スター－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線がスタートポロジーで接続され、また、３つの単相変圧器の二次巻線がデルタトポロジーで接続される、請求項４に記載の電気アーク炉システム。
  6. ３つの単相変圧器がデルタ－デルタ接続を有し、デルタ－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線および二次巻線がいずれもデルタトポロジーで接続される、請求項４に記載の電気アーク炉システム。
  7. 電源が、個々の電極毎にＣＣＶに動作可能に結合され、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路をさらに含む、請求項１に記載の電気アーク炉システム。
  8. 制御回路が、
    単相電圧を測定するように構成されたトランスデューサと、
    トランスデューサおよびＣＣＶに結合された処理回路であって、少なくとも、
    設定点電圧と測定された単相電圧の差を決定する、および、
    単相電圧の周波数を制御してその差を低減する
    ように構成された処理回路と
    を含む、請求項７に記載の電気アーク炉システム。
  9. 設定点電圧と単相電圧の差を決定するように構成された処理回路が、
    測定された単相電圧の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を決定する、および、
    設定点電圧とＲＭＳの差を決定する
    ように構成された処理回路を含む、請求項８に記載の電気アーク炉システム。
  10. 電気アーク炉のための電源であって、電気アーク炉においては、１つ以上の電極と電気アーク炉の中の金属との間に電気アークを生じさせる、１つ以上の電極に電流を通すことによって、熱が生成され、電源が、電気アーク炉および三相交流（ＡＣ）電力を提供するように構成されたユーティリティに結合することができ、また、それらの間にあり、電源が、
    １つ以上の電極の個々の電極毎にサイクロコンバータ（ＣＣＶ）を含む電力回路であって、ＣＣＶが、三相電力電圧を受け取り、低減した周波数を有する単相電圧を作り出すように構成され、低減した周波数を有する単相電圧は、電極に送達されて、金属を融解させる熱を作り出す電気アークを電極に作らせる、電力回路と、
    個々の電極毎にＣＣＶに動作可能に結合され、また、ＣＣＶによって電極に送達される単相電圧の周波数を制御するように構成された制御回路と
    を備える、電源。
  11. 電源が、ユーティリティに結合することができ、また、電力回路に結合された逓降変圧器をさらに備え、逓降変圧器が、三相ＡＣ電力の三相電圧を逓降させるように構成される、請求項１０に記載の電源。
  12. 電源が、逓降変圧器および電力回路に結合され、また、それらの間にある母線をさらに備え、母線が三相電圧を電力回路に分配するように構成される、請求項１１に記載の電源。
  13. 電力回路が個々の電極毎に多巻線三相変圧器をさらに含み、多巻線三相変圧器が電極のためのＣＣＶの入力に結合され、多巻線三相変圧器が、三相電力電圧のそれぞれの相を受け取るように構成された一次巻線、および三相電力電圧をＣＣＶに送達するための二次巻線を含む、請求項１０に記載の電源。
  14. ＣＣＶが、
    三相電力電圧のうちの１番目を整流して第１の単相電圧を作り出すように構成された正のクループコンバータと、
    三相電力電圧のうちの２番目を整流して第２の単相電圧を作り出すように構成された負のグループコンバータと、
    正のクループコンバータと負のグループコンバータとの間に接続されたグループ間リアクタ（ＩＧＲ）であって、第１の単相電圧および第２の単相電圧から単相電圧を作り出すように構成されたＩＧＲと
    を含む、請求項１０に記載の電源。
  15. 電力回路が個々の電極毎にバイパスおよびセーフティスイッチをさらに含み、バイパスおよびセーフティスイッチが電極のためのＣＣＶに結合され、また、電極に結合することができ、バイパスおよびセーフティスイッチが、電源および電極を切換え可能に接続する、および、断路するように構成される、請求項１０に記載の電源。
  16. １つ以上の電極が３つの電極を含み、電力回路が、三相電圧のそれぞれの相に関して、単相電圧を送達するように構成された３つのＣＣＶを含み、
    電源回路が、３つのＣＣＶに結合され、また、３つの電極に結合することができる３つの単相変圧器をさらに含み、３つの単相変圧器が、単相電圧を受け取り、第２の三相電圧を３つの電極に送達するように構成される、請求項１０に記載の電源。
  17. ３つの単相変圧器がスター－デルタ接続を有し、スター－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線がスタートポロジーで接続され、また、３つの単相変圧器の二次巻線がデルタトポロジーで接続される、請求項１６に記載の電源。
  18. ３つの単相変圧器がデルタ－デルタ接続を有し、デルタ－デルタ接続においては、３つの単相変圧器の一次巻線および二次巻線がいずれもデルタトポロジーで接続される、請求項１６に記載の電源。
  19. 制御回路が、
    単相電圧および電流を測定するように構成された電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサと、
    電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサ、ならびにＣＣＶに結合された処理回路であって、少なくとも、
    設定点電圧と測定された単相電圧の差を決定する、および、
    単相電圧の周波数を制御してその差を低減する
    ように構成された処理回路と
    を含む、請求項１０に記載の電源。
  20. 設定点電圧と単相電圧の差を決定するように構成された処理回路が、
    測定された単相電圧の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を決定する、および、
    設定点電圧とＲＭＳの差を決定する
    ように構成された処理回路を含む、請求項１９に記載の電源。
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