JP5051345B2 - アーク炉用電源装置 - Google Patents
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Description
以下、この従来技術の構成及び動作を略述する。
なお、後述するように203は電極昇降制御装置、204は電極昇降装置である。
整流装置102内のスイッチング素子の点孤位相角は、位相角制御装置103から出力されるゲート信号により制御され、整流装置102から出力されるアーク電流の値を制御する。電流検出器104により検出された変圧器101の二次側電流は電流変換器105にて所定の大きさの電流検出値に変換され、減算器106において、予め設定された電流設定値と電流検出値との偏差が求められる。
一方、電圧検出器109及び電圧変換器110を介して検出されたアーク電圧検出値(電圧フィードフォワード量)は前記加算器108により電流調節器107の出力と加算され、その加算信号が制御信号として位相角制御装置103に入力されている。
このように、従来の制御回路では、電流制御系の電流フィードバックループと電圧制御系の電圧フィードフォワードループとを組み合わせることにより、整流装置102から出力されるアーク電流の値を制御している。
一方、直流アーク炉では、スクラップ等の溶融物がその溶融過程で移動(倒壊)することによりアーク炉内のインピーダンスが変化し、これによってアーク電圧−電流特性の瞬間的な変動が発生し易い。このようなアーク電圧−電流特性の急変が図5における不安定領域で発生すると、アークが消滅する恐れがある。
他励変換方式の場合、例えばサイリスタを三相ブリッジ結線して整流装置102を構成すると、サイリスタへの点弧信号のパルス幅は「商用周波数÷6=数〔ms〕」となり、電流調節器107の応答を早くしても数〔ms〕以下の応答時間を得ることはできない。
このため、電流調節器107としては、応答時間(時定数)が数百〔ms〕程度のものを用いて平均値的制御を行わせ、アーク炉の瞬間的な電圧変動に対しては電流調節器107の後段で遅れの小さいアーク電圧検出値を加算することにより、アークの消滅を防いでいた。
例えば、図6は、アーク電圧Varc、電流調節器出力及びアーク電流Idの時間変化を示す図である。同図の時刻t0以後、溶融物の状態に応じてアーク炉のインピーダンスが電流調節器107の時定数と同程度で増加していくと、アーク電流Idは徐々に減少し、アーク電圧Varcは徐々に増加していく。
その後、時刻t2において、溶融物の状態が変化してインピーダンスが急激に減少したとすると、この時点では電流調節器107の出力が飽和状態にあり、また、電流調節器107は時定数が大きいため、インピーダンスの急激な減少に追従することができず、アーク電流Idがオーバーシュートすることとなる。
アーク電流の電流設定値と電流検出値との偏差をゼロにするように動作する電流調節手段と、この電流調節手段の出力を制御信号として前記電力変換装置の半導体素子を駆動することによりアーク電流を制御する手段と、を備えたアーク炉用電源装置において、
前記電力変換装置として自励変換装置を用い、
アーク炉内のインピーダンス変化に伴いアーク電圧検出値が急変して設定値を超えた時に、前記アーク電圧検出値を前記電流調節手段の出力に加算して前記制御信号を補正する制御信号補正手段を備え、
前記制御信号補正手段を、
アーク電圧検出値が入力されるハイパスフィルタ手段と、このハイパスフィルタ手段の出力が前記設定値を超えた時に信号を出力する比較手段と、この比較手段から出力される前記信号によりオンしてアーク電圧検出値を前記電流調節手段の出力に加算するスイッチ手段と、により構成したものである。
まず、本実施形態では、アーク炉に直流電力を供給する電力変換装置として、自励変換装置を用いている。この自励変換装置としては、例えばIGBTやパワーMOSFET、パワートランジスタのように自己消弧機能を持つ半導体素子によりデバイス転流を行わせる直流チョッパ等が考えられるが、他の構成または転流方式の自励変換装置であっても良い。
図1において、107Aは電流設定値と電流検出値との偏差が入力される電流調節器であり、応答時間(時定数)が比較的短いものである。便宜的に、この電流調節器107Aを瞬時ACRともいう。
また、電流調節器107Aの出力は加算器108に入力されていると共に、この加算器108には、スイッチ111を介してアーク電圧検出値も入力されている。更に、アーク電圧検出値は、ハイパスフィルタ112を介して比較器113に入力されており、比較器113では、ハイパスフィルタ112を経たアーク電圧検出値が設定値を超えた場合にオン信号を出力し、このオン信号によって前記スイッチ111をオンするように構成されている。
ここで、加算器108、スイッチ111、ハイパスフィルタ112及び比較器113は、
制御信号補正手段114を構成している。
図2は、本実施形態におけるアーク電圧Varc、電流調節器出力及びアーク電流Idの時間変化を実線によって示した図であり、従来技術におけるアーク電圧Varc及びアーク電流Idも一点鎖線にて示してある。
この間、図示するように電流調節器107Aの出力は一時的に飽和するが、アーク電圧Varcの急激な低下に伴ってアーク炉内のインピーダンスが復帰した後、電流調節器107Aの小さな時定数によって時刻t13で飽和が解けるため、アーク電流Idのオーバーシュートも小さくなる。
また、チョッパを用いたアーク炉用電源装置が特開2003−219649号公報に記載されている。しかし、この従来技術に係る電源装置の解決課題は、入力電圧の瞬時停止が発生した場合でもアーク電流をある程度持続させることにあって本発明の解決課題と相違しており、上述したフィードフォワード制御手段も何ら開示されていないものである。
107A:電流調節器
111:スイッチ
112:ハイパスフィルタ
113:比較器
114:制御信号補正手段
Claims (2)
- 電力変換装置によりアーク炉に直流電力を供給するアーク炉用電源装置であって、
アーク電流の電流設定値と電流検出値との偏差をゼロにするように動作する電流調節手段と、この電流調節手段の出力を制御信号として前記電力変換装置の半導体素子を駆動することによりアーク電流を制御する手段と、を備えたアーク炉用電源装置において、
前記電力変換装置として自励変換装置を用い、
アーク炉内のインピーダンス変化に伴いアーク電圧検出値が急変して設定値を超えた時に、前記アーク電圧検出値を前記電流調節手段の出力に加算して前記制御信号を補正する制御信号補正手段を備え、
前記制御信号補正手段を、
アーク電圧検出値が入力されるハイパスフィルタ手段と、このハイパスフィルタ手段の出力が前記設定値を超えた時に信号を出力する比較手段と、この比較手段から出力される前記信号によりオンしてアーク電圧検出値を前記電流調節手段の出力に加算するスイッチ手段と、により構成したことを特徴とするアーク炉用電源装置。 - 請求項1に記載したアーク炉用電源装置において、
前記アーク電圧検出値が増加して前記設定値を超えた時に、前記制御信号補正手段により補正された前記制御信号によってアーク電流を増加させることを特徴とするアーク炉用電源装置。
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