JP6132181B2 - DC arc melting furnace power control method - Google Patents
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Description
本発明は、直流アーク溶解炉の電源制御方法に関し、特に、一次側電源系において瞬時電圧低下を生じたときであっても操業安定性を確保するための直流アーク溶解炉の電源制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply control method for a DC arc melting furnace, and more particularly to a power supply control method for a DC arc melting furnace for ensuring operational stability even when an instantaneous voltage drop occurs in a primary power supply system.
炉本体内においてアークを発生させて被溶解金属を溶解させるアーク溶解炉がある。かかるアーク溶解炉には、交流アーク溶解炉と直流アーク溶解炉とがあるが、交流の極性反転時にアークの消弧と再点弧とを繰り返す交流アーク溶解炉と比較して、直流アーク溶解炉はアークの安定性に優れ、連続操業性に優れる。また、直流アーク溶解炉は、アーク電流及びアーク電圧を維持して炉への入力エネルギを一定にして安定操業を図ろうとする場合にあっても、ダイオードやサイリスタなどの固体半導体整流器を使用することでアークの制御を細かに出来て、連続操業における制御性にも優れる。 There is an arc melting furnace that generates an arc in a furnace body to melt a metal to be melted. Such arc melting furnaces include an AC arc melting furnace and a DC arc melting furnace. Compared with an AC arc melting furnace that repeats arc extinction and re-ignition when the polarity of AC is reversed, the DC arc melting furnace Has excellent arc stability and continuous operability. Also, DC arc melting furnaces should use solid-state semiconductor rectifiers such as diodes and thyristors even when attempting to maintain stable operation by maintaining the arc current and arc voltage and keeping the input energy to the furnace constant. This makes it possible to finely control the arc and has excellent controllability in continuous operation.
例えば、特許文献1には、サイリスタ整流器を用いた直流アーク溶解炉及びその制御方法が開示されている。変圧器で変圧された交流電源はサイリスタ整流器により直流に変換され、負極はリアクトルを介して上部電極に、正極は被溶解金属下の炉底電極に接続される。これにより、アーク放電が上部電極とアーク溶解炉内の被溶解金属との間に生じ被溶解金属を溶解させる。ここで、電流制御部では、予め設定された設定電流と検出電流(アーク電流)とを比較し、サイリスタ整流器の点弧角を制御して、アーク電流を設定電流に維持するよう制御する。一方、電極昇降制御部では、予め設定された設定電圧と検出電圧とを比較し、その偏差に対して演算を行って、電極の昇降を制御する。サイリスタ整流器の点弧角は一般に数mS程度の非常に短時間で変化させ得るから、アーク制御をきめ細かに出来るのである。
For example,
ところで、落雷等により商用電源としての一次側電源系において、数ms〜数百ms程度の短時間だけ電圧低下(以下において、「瞬低」と称する。)を生じたとき、直流アーク溶解炉の整流器の出力電圧も低下し、アークが乱れ、消弧してしまう場合がある。かかる場合、比較的小電力容量の利用分野であれば、蓄電装置に蓄えられた直流をインバータで交流に変換し、一次側電源系の電圧低下分を補償するようにこれを与える対策をし得る。しかしながら、電力容量の大きいアーク溶解炉の如きでは、蓄電装置の規模を大きくする必要があって、現実的な対策とはなり得ない。 By the way, when a voltage drop (hereinafter referred to as “instantaneous drop”) occurs for a short time of about several ms to several hundred ms in a primary power supply system as a commercial power supply due to a lightning strike or the like, The output voltage of the rectifier also decreases, and the arc may be disturbed and extinguished. In such a case, if the field of use is relatively small power capacity, the direct current stored in the power storage device can be converted to alternating current by an inverter, and measures can be taken to compensate for the voltage drop of the primary power supply system. . However, in an arc melting furnace with a large power capacity, it is necessary to increase the scale of the power storage device, which cannot be a practical measure.
そこで、例えば、特許文献2では、瞬低時にあってもアークを維持し、またアークが消弧してしまっても再点弧を可能とする直流アーク溶解炉の電源制御方法を開示している。アーク溶解炉ではアーク経路上にイオンが十分に残存している時間内なら電源を回復させれば速やかにアークを再点弧させ得ることに着目し、少なくともこの時間内にはアークのための電源装置を電源回復に備えて作動可能状態に維持するとしている。詳細には、電源からサイリスタ整流器を介して電極に電源を繋ぎアークを発生させる直流アーク溶解炉において、瞬低発生後、所定時間内はサイリスタ整流器のゲートへの制御信号の供給を継続できるようにするとしている。1つの方法として、蓄電装置に予め蓄えておいた電力をサイリスタ整流器のゲートへの制御信号の供給に使用することを挙げている。
Thus, for example,
アーク溶解炉では、アーク経路上にイオンが十分に残存していれば、一旦消弧したアークを再点弧させることは比較的容易である。しかしながら、アーク経路上のイオンの状況は変化しやすく、特に、被溶解金属が移動することでアーク経路自体が大きく変化するからイオンの状況も大きく変化し、一旦、アーク電流及びアーク電圧のバランスが変化してしまうとアークの再点弧のための煩雑な制御が必要となる。 In an arc melting furnace, once a sufficient amount of ions remain on the arc path, it is relatively easy to re-ignite the arc once extinguished. However, the state of ions on the arc path is likely to change. In particular, since the arc path itself changes greatly due to the movement of the metal to be melted, the state of ions also changes greatly. If it changes, the complicated control for the re-ignition of an arc will be needed.
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、一次側電源系において瞬時電圧低下を生じたときであっても操業安定性を確保するための直流アーク溶解炉の電源制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is a DC arc melting furnace for ensuring operational stability even when an instantaneous voltage drop occurs in a primary power supply system. The power supply control method is provided.
本発明による直流アーク溶解炉の電源制御方法は、一次側電源系から可飽和リアクトルを介して整流器に交流を導き炉底電極との間に通電しアークを発生させて被溶解材を溶解させる直流アーク溶解炉の電源制御方法であって、前記アークを制御するための電源制御装置は、前記一次側電源系に設けられた検出装置からの電圧低下を検出する検出信号を受けて前記整流器からの出力の低下を抑制せしめる電圧低下時制御を行うことを特徴とする。 The power control method for a DC arc melting furnace according to the present invention is a direct current that melts a material to be melted by introducing an AC from a primary side power supply system to a rectifier through a saturable reactor and energizing between the bottom electrode A power control method for an arc melting furnace, wherein the power control device for controlling the arc receives a detection signal for detecting a voltage drop from a detection device provided in the primary power supply system, and receives a detection signal from the rectifier. It is characterized by performing a voltage drop control that suppresses a drop in output.
かかる発明によれば、一次側電源系において瞬低を生じたときであっても、これを一次側電源系で検出し速やかにアークの消弧を抑制する電圧低下時制御を行うことができて、アーク電流及びアーク電圧のバランスを大きく変化させることなく、操業安定性を確保し得るのである。 According to this invention, even when a voltage sag occurs in the primary power supply system, it is possible to perform voltage drop control that detects this in the primary power supply system and quickly suppresses arc extinction. The operation stability can be ensured without greatly changing the balance between the arc current and the arc voltage.
上記した発明において、前記電圧低下時制御は、前記アークのアーク電圧を維持する制御であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、一次側電源系において瞬低を生じたときであっても、アーク電圧を維持する制御をすることでアークの消弧を抑制し、アーク電流及びアーク電圧のバランスを大きく変化させることなく、操業安定性を確保し得るのである。 In the above invention, the voltage drop control may be control for maintaining the arc voltage of the arc. According to this invention, even when a sag occurs in the primary power supply system, the arc voltage is maintained to control the arc extinguishing and the balance between the arc current and the arc voltage is greatly changed. Without making it happen, operational stability can be secured.
更に、上記した発明において、前記電圧低下時制御は、前記可飽和リアクトルのインピーダンスを低下させる制御であってもよい。かかる発明によれば、一次側電源系において瞬低を生じたときであっても、アーク電圧を維持するよう比較的小電力で制御出来る可飽和リアクトルのインピーダンスを低下させる制御をすることでアークの消弧を抑制し、アーク電流及びアーク電圧のバランスを大きく変化させることなく、操業安定性を確保し得るのである。 Furthermore, in the above-described invention, the voltage drop control may be control for reducing the impedance of the saturable reactor. According to this invention, even when a voltage sag occurs in the primary power supply system, the impedance of the arc can be reduced by controlling the impedance of the saturable reactor that can be controlled with relatively low power so as to maintain the arc voltage. Operation stability can be secured without suppressing arc extinction and without greatly changing the balance between arc current and arc voltage.
また、上記した発明において、前記整流器はサイリスタ整流器であって、前記電圧低下時制御は前記サイリスタ整流器のゲート信号の制御であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、一次側電源系において瞬低を生じたときであっても、アーク電圧を維持するよう比較的小電力で制御出来るサイリスタ整流器のゲート信号を制御することでアークの消弧を抑制し、アーク電流及びアーク電圧のバランスを大きく変化させることなく、操業安定性を確保し得るのである。 In the invention described above, the rectifier may be a thyristor rectifier, and the voltage drop control may be control of a gate signal of the thyristor rectifier. According to this invention, even when a voltage sag occurs in the primary side power supply system, arc extinction is suppressed by controlling the gate signal of the thyristor rectifier that can be controlled with relatively low power so as to maintain the arc voltage. Therefore, the operation stability can be ensured without significantly reducing the balance between the arc current and the arc voltage.
また、上記した発明において、前記電源制御装置は前記一次側電源系とは別系統の非常用制御電源を含み、前記電圧低下時制御は前記非常用制御電源を前記電源制御装置に接続し前記可飽和リアクトル又は前記サイリスタ整流器の制御信号を送出することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、一次側電源系において瞬低を生じたときであっても、電源制御装置の制御を失うことなく、操業安定性を確保し得るのである。 In the above-described invention, the power supply control device includes an emergency control power supply of a system different from the primary power supply system, and the voltage drop control is performed by connecting the emergency control power supply to the power supply control device. A control signal for a saturated reactor or the thyristor rectifier may be sent. According to this invention, even when a voltage sag occurs in the primary power supply system, operational stability can be ensured without losing control of the power supply control device.
本発明の1つの実施例によるアーク溶解炉の電源制御方法について図1乃至図3を用いて説明する。 A power control method for an arc melting furnace according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、直流アーク溶解炉1は、直流アークを用いて被溶解金属8を溶解するための真空溶解炉(VAR)である。棒状の上部電極4は上下駆動機構3によって吊下支持されており上下動自在である。かかる上下駆動機構3により、上部電極4の下方先端は炉本体2の上部からその内部に挿入され、炉本体2の内部に投入された被溶解金属8との距離を調整可能である。炉本体2の底部には炉底電極6が設けられ、上部電極4との間に電圧が印加される。この電圧及び上部電極4と被溶解金属8との距離を調整することで、アークを生成しつつアーク電流Iが流れ、このアーク熱によって被溶解金属8が溶解する。なお、アーク熱によって被溶解金属8の上部にはメタルプール8’が形成され、上部電極4と被溶解金属8との距離が変化し得るため、特に、アーク電圧VFが変化し、適宜、図示しない自動制御装置から上下駆動機構3に制御信号を送出して、上部電極4の下方先端の位置を調整することが好ましい。
As shown in FIG. 1, the DC
直流アーク溶解炉1の電源は商用電源としての一次側電源系10から供給され、交流を可飽和リアクトル30を用いて出力調整し、整流装置32に導いて直流を得てこれを用いる。正極及び負極は直流アーク溶解炉1のそれぞれ上部電極4及び炉底電極6に接続されている。
The power source of the DC
可飽和リアクトル30は、リアクタンスとして働くが、後述する電源制御装置20の電源制御基板21からの制御信号(制御電流)Sを受けてそのインピーダンスを変化させることが可能である。つまり、一次側電源系10からの交流を比較的小電力の制御信号Sに対応させて制御し、整流装置32に送出する。
The
整流装置32は、可飽和リアクトル30から送出された交流を直流に変換するための半導体整流器、例えば、ダイオードやサイリスタを含む。また、適宜、平滑回路により変換後の脈流を平滑化させて出力する。なお、整流器にサイリスタを用いた場合にあっては、後述する電源制御回路22からの比較的小電力の制御信号(制御電流)S’をゲート端子に与えて出力を制御しつつAC/DC変換をし得る。
The
電源制御装置20は、一次側電源系10から電力の供給を受けて動作する電源制御回路22において、整流装置32の下流にあって、図示しない分流器などを含む電流計34及び電圧計36からのアーク電流I及びアーク電圧VFの計測値を受信しながら直流アーク溶解炉1の炉本体2内のアークを制御する。つまり、所定の制御プログラムに従って、アーク電流I及びアーク電圧VFの計測値に基づいて、可飽和リアクトル30への制御信号Sを送出し、一次側電源系10からの交流出力を制御する。また、整流装置32の整流器にサイリスタを用いた場合にあっては、該サイリスタのゲート電流を制御信号S’で制御し、整流装置32からの出力を制御する。
The power
更に、電源制御装置20は、電源制御回路22とともに動作する瞬低補償回路24を含む。また、電圧低下検出装置12は、一次側電源系10における電圧変動を計測し、電圧低下を検出すると非常用制御電源26を電源制御装置20に接続するとともに、電圧低下を示す検出信号を電源制御回路22に送信する。電源制御回路22は、かかる信号を受信すると、瞬低補償回路24を動作させる。ここで、瞬低時にあっても、電源制御回路22は一般的に小電力である制御信号S(若しくはS’)を送出する程度の電源の供給を一次側電源系10から受け得るが、少なくとも非常用制御電源26からの電源の供給も受けるからダウンすることはない。なお、電圧低下検出装置12は、例えば、数mS〜数十mS程度の短期間の電圧低下を検出できて検出信号を即座に出力できる電圧継電器である。また、非常用制御電源26を電源制御装置20に接続するためのリレースイッチは、電圧低下検出装置12に設けてもよいし、電源制御装置20に設けてもよい。
Furthermore, the power
次に、直流アーク溶解炉1の電源制御方法について説明する。
Next, a power supply control method for the DC
図1に示すように、炉本体2の内部に被溶解金属8を投入し、電源制御装置20によって上部電極4と炉底電極6との間に所定の電圧を印加する。これとともに、上下駆動機構3にて上部電極4と被溶解金属8との距離を小さくしていくと、アークを生成しアーク電流Iが流れる。このアーク熱によって被溶解金属8が溶解し、メタルプール8’が形成される。上部電極4と被溶解金属8との距離が安定すると、図3に示すように、アーク電流Iとアーク電圧VFとの間には曲線101に示すような一定の関係を維持する。すなわち、アーク電圧VFが一定の時、アーク電流Iが曲線101よりも下側に低下してしまうとアークは消弧する。また、アーク電流Iが一定でも、アーク電圧VFが曲線101よりも下側に低下してしまうとアークは消弧する。なお、直流アーク溶解炉1への投入電力は電流計34及び電圧計36によりそれぞれ計測されるアーク電流Iとアーク電圧VFによって決定できる。
As shown in FIG. 1, the melted
ここで、アーク抵抗を含む直流アーク溶解炉1の等価回路を考慮したときの回路インピーダンスZFは、
I=VF/ZF (式1)
で表される。また、整流装置32に電源トランスを含まない場合には、一次側電源Vとアーク電圧VFとの間には、可飽和リアクトルのインピーダンスZLを用いると、抵抗比に従って、
VF={ZF/(ZL+ZF)}×V=k×V (式2)
の関係が成り立つ。なお、係数k=ZF/(ZL+ZF)である。
Here, the circuit impedance Z F of when considering an equivalent circuit of the
I = V F / Z F (Formula 1)
It is represented by Further, when the
V F = {Z F / (Z L + Z F )} × V = k × V (Formula 2)
The relationship holds. Note that the coefficient k = Z F / (Z L + Z F ).
つまり、式1において、電流計34によって計測されるアーク電流Iが小さいときは、一次側電源Vを一定とすると、可飽和リアクトル30のインピーダンスZLを小さくするように電源制御回路22の制御信号(制御電流)Sを与えることでアーク電流Iを大きくすることができるのである。
That is, in
なお、整流装置32の整流器にサイリスタを用いた場合にあっては、電源制御回路22は、サイリスタのゲートへ制御信号(制御電流)S’を送出しつつ、サイリスタからの出力を制御出来る。このとき、電流計34及び電圧計36においてそれぞれ計測されるアーク電流Iとアーク電圧VFを、例えば、図3の曲線101上になるようにフィードバック制御することもできる。
When a thyristor is used for the rectifier of the
ところで、落雷などにより一次側電源系10の電圧が低下した場合の直流アーク溶解炉1の電源制御方法について、図2に沿って説明する。
By the way, the power supply control method of the DC
電圧低下検出装置12では、一次側電源系10の電圧変動を計測し、電圧低下の検出を待機している(ST1)。電圧低下を検出すると電源制御装置20に非常用制御電源26を接続する(ST2)とともに、電源制御回路22へ向けて電圧低下を示す検出信号を送信する(ST3)。
The voltage
一方、電源制御装置20では、電源制御回路22において電圧低下検出装置12からの電圧低下を示す検出信号の受信を待機している(ST4)。検出信号を受信すると、電源制御回路22は、瞬低補償回路24を動作させる(ST5)。このとき、電源制御装置20には、一次側電源系10から図示しない変圧器及び整流器を経て供給される電力と並列して、非常用制御電源26からの制御電源が供給されている。これにより、電源制御装置20は少なくとも瞬低時にあってもダウンすることがない。
On the other hand, in the power
続いて、電源制御装置20は、瞬低補償回路24の動作に基づき電源制御回路22に整流装置32の出力の低下を抑制するよう動作をさせるが、ここでは可飽和リアクトル30へ制御信号(制御電流)Sを送出させる(ST6)。これを受けた可飽和リアクトル30はインピーダンスZLを低下させ、すなわち、式2に示す係数kの値を大きくして、一次側電源系10の電圧Vが低下してもアーク電圧VFの低下を抑制する。
Subsequently, the power
ここで、図3に示すように、アーク電圧VF及びアーク電流Iについて、A点で安定操業をしていた場合、瞬低が生じると、アーク電圧VF及びアーク電流IはB点に移動しようとしてアークが消弧してしまう。一方、上記したST1〜ST4の制御では、可飽和リアクトル30のインピーダンスZLを低下させてVFを上昇させ、A1点に移動しようとする一方、瞬低によりB1点に移動したとしても、曲線101の上方にあるためアークは消弧しないのである。
Here, as shown in FIG. 3 movement, the arc voltage V F and the arc current I, if you have a stable operation at point A, Shun the low occurs, arc voltage V F and the arc current I to point B Attempting to extinguish the arc. On the other hand, in the control of ST1~ST4 described above, to increase the V F lowering the impedance Z L of the
なお、整流装置32の整流器にサイリスタを用いた場合にあっては、電源制御回路22は、サイリスタのゲートへ制御信号(制御電流)S’を送出する(ST4)。サイリスタのゲート電流を一定に維持、又は、大きくすることで、少なくともアーク電流Iを維持し、アークの消弧を抑制するのである。
When a thyristor is used for the rectifier of the
以上によれば、一次側電源系10において瞬低を生じたときであってもアークの消弧を抑制し、アーク電流I及びアーク電圧VFのバランスを大きく変化させることなく、故に操業安定性を確保し得るのである。 According to the above, even when caused to sag in the primary power supply system 10 to suppress the extinguishing of the arc, the arc current I and without significantly changing the balance of the arc voltage V F, thus operational stability Can be secured.
ここまで本発明による代表的実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるだろう。 The exemplary embodiments according to the present invention have been described so far, but the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will recognize a variety of alternative embodiments and modifications without departing from the scope of the appended claims.
1 アーク溶解炉
4 上部電極
6 炉底電極
8 被溶解金属
10 一次側電源系
12 電圧低下検出装置
20 電源制御装置
22 電源制御回路
24 瞬低補償回路
30 可飽和リアクトル
32 整流装置
34 電流計
36 電圧計
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記アークを制御するための電源制御装置は、前記一次側電源系に設けられた検出装置からの電圧低下を検出する検出信号を受けて、前記可飽和リアクトルへ制御信号を送出し、前記可飽和リアクトルのインピーダンスを低下させて前記アークのアーク電圧を上昇させておくことで前記アークの消弧を抑制せしめる電圧低下時制御を行うことを特徴とする直流アーク溶解炉の電源制御方法。 A power supply control method for a DC arc melting furnace in which an alternating current is guided from a primary side power supply system to a rectifier through a saturable reactor, an electric current is generated between the bottom electrode and an arc is generated to melt a material to be melted,
The power supply control device for controlling the arc receives a detection signal for detecting a voltage drop from a detection device provided in the primary side power supply system, sends a control signal to the saturable reactor, and the saturable A method of controlling a power source for a DC arc melting furnace , wherein voltage drop control is performed to suppress arc extinguishing by lowering the impedance of a reactor and raising the arc voltage of the arc .
The power supply control device includes an emergency control power supply of a system different from the primary side power supply system, and the voltage drop control connects the emergency control power supply to the power supply control device and sends a control signal of the thyristor rectifier The power supply control method according to claim 3 .
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