KR20240045154A - 전기 아크로를 위한 전원 공급 장치 - Google Patents

전기 아크로를 위한 전원 공급 장치 Download PDF

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KR20240045154A
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바라하스 후안 베르나르도 사인츠
비야레알 롬멜 대드 비야레알
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에이엠아이 인터내셔널 에스에이피아이 데 씨.브이.
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Abstract

하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 열을 발생시킴으로써 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크가 발생되게 하는 전기 아크로를 위한 전원 공급 장치가 제공된다. 전원 공급 장치는 전기 아크로와 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티 사이에서 이들에 결합가능하다. 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대한 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전원 회로를 포함한다. CCV는 3상 전원 전압을 수신하고 주파수가 감소된 단상 전압을 생성하여 전극에 전달되게 함으로써 전극이 금속을 녹이는 열을 발생시키는 전기 아크를 생성하게 하도록 구성된다. 제어 회로는 CCV에 작동 가능하게 결합되고, 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된다.

Description

전기 아크로를 위한 전원 공급 장치{POWER SUPPLY FOR AN ELECTRIC ARC FURNACE}
관련 출원(들)에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 9월 29일에 전기 아크로를 위한 전원 공급 장치라는 제목으로 출원된 미국 가출원 제63/377,640호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 출원에 참조로 포함된다.
기술 분야
본 개시는 일반적으로 전기 아크로(electric arc furnaces: EAF), 특히 교류(AC) 변환을 위한 사이클로컨버터를 포함하는 EAF용 전원 공급 장치에 관한 것이다.
철강 산업에서, 전기 아크로(EAF)는 강철(steel)을 형성하기 위해 금속 및 기타 성분을 녹이는 데 사용된다. 금속을 녹이는 데 필요한 열은 일반적으로 흑연 전극이라고 하는 하나 이상의 탄소체를 통해 전류를 통과시키고, 전극과 용광로 내의 금속 사이에 아크를 형성함으로써 생성된다. 일반적으로 작동하는 EAF에는 강압 변압기, 회로 차단기, 전기로용 변압기, 델타 클로저(delta closure) 및 전극 전압 제어용 탭 체인저를 포함하는 전원 공급 장비가 포함된다. 기존의 전원 공급 장비로도 충분하지만, 일반적으로 기존 설계를 개선하는 것이 바람직하다.
본 개시의 실시예는 전기 아크로(EAF), 특히 교류(AC) 변환을 위한 사이클로컨버터를 포함하는 EgAF용 전원 공급 장치에 관한 것이다. 본 개시는 다음의 실시예들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예는 전기 아크로 시스템을 제공하는데, 이 전기 아크로 시스템은 하나 이상의 전극을 포함하는 전기 아크로- 이 전기 아크로는 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기하여 열을 발생시키도록 구성됨 -와, 전기 아크로에 결합되고, 3상 교류(AC) 전력을 제공하도록 구성된 유틸리티에 결합 가능한 전원 공급 장치- 이 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대해 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전력 회로를 포함하고, CCV는 3상 전력 전압을 수신하고 전극에 전달되어 전극이 금속을 용융시키는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하도록 하는 감소된 주파수를 갖는 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -를 포함한다. 다양한 예에서, CCV는 순환 전류 또는 비순환 전류 구성에서 동작할 수 있다.
일부 실시예는 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열이 발생되는 전기 아크로용 전원 공급 장치를 제공하는데, 이 전원 공급 장치는 전기 아크로와 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티 사이에서 이들에 결합가능하고, 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대한 사이클로컨버터(CCV)를 포함하는 전력 회로- CCV는 3상 전력 전압을 수신하고, 전극이 금속을 녹이는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하도록 전극에 전달되는 주파수가 감소된 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -와, 각 전극에 대해 CCV에 작동 가능하게 결합되고, CCV에 의해 전극에 전달되는 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
본 개시의 이러한 특징, 양상 및 장점은 아래에 간략히 설명되는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 본 개시는 본 개시에 명시된 특징 또는 요소가 본 명세서에 설명된 특정 실시예에서 명시적으로 결합되거나 달리 표현되는지 여부에 관계없이, 본 개시에 명시된 특징 또는 요소의 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 임의의 조합을 포함한다. 본 개시는 전체적으로 읽혀져야 하므로, 본 개시의 모든 양상 및 실시예에서 본 개시의 분리 가능한 특징 또는 요소는 본 개시의 문맥이 달리 명시하지 않는 한 결합 가능한 것으로 간주되어야 한다.
따라서, 본 개시의 일부 양상에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해, 본 요약은 단지 일부 실시예들을 요약하기 위한 목적으로 제공되는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 상술한 실시예들은 단지 예시일 뿐이며, 어떤 식으로든 본 개시의 범위 또는 사상을 좁히는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 다른 예시적 구현, 양상 및 장점은 예시적으로 설명된 일부 예시적 구현의 원리를 예시적으로 설명하는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이와 같이 본 개시의 실시예를 일반적인 용어로 설명한 후, 이제 반드시 축척에 따라 그려지지 않은 첨부된 도면들을 참조할 것이다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 전기 아크로 시스템을 도시한다.
도 2 및 도 3은 다양한 실시예에 따른 도 1의 전기 아크로 시스템의 전력 회로를 더 도시한다.
이제, 본 개시의 일부 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이며, 여기서, 본 개시의 모든 실시예가 아닌 일부 실시예가 도시된다. 실제로, 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 개시된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 이러한 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하며 당업자에게 본 개시의 범위를 충분히 전달할 수 있도록 제공된다. 명세서 전반에 걸쳐 유사한 참조번호는 유사한 요소를 지칭한다.
달리 명시되지 않거나 문맥으로부터 명확하지 않은 한, 제1, 제2 등의 표현은 특정 순서를 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. (달리 명시되지 않거나 문맥으로부터 명확하지 않은 한) 다른 특징 위에 있는 것으로 기술된 특징은 대신에 아래에 있을 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 유사하게, 다른 특징의 왼쪽에 있는 것으로 기술된 특징은 대신에 오른쪽에 있을 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 본 명세서에서 정량적 측정치, 값, 기하학적 관계 등의 표현이 사용될 수 있지만, 달리 명시되지 않는 한, 이들 전부는 아니더라도 임의의 하나 이상은 공학적 허용오차 등으로 인해 발생할 수 있는 허용 가능한 변동을 설명하기 위해 절대적이거나 근사치일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시되거나 문맥으로부터 명확하지 않은 한, 피연산자 집합의 "또는"은 "포괄적 또는"이며, 따라서 피연산자 중 하나 이상이 참인 경우에만 참이고, 모든 피연산자가 참인 경우 거짓인 "배타적 또는"과는 대조된다. 따라서 예를 들어 "[A] 또는 [B]"는 [A]가 참이거나 [B]가 참이거나 [A]와 [B]가 모두 참인 경우 참이다. 또한 관사 "a" 및 "an"은 달리 명시되지 않거나 문맥상 단수형을 가리키는 것이 분명하지 않은 한 "하나 또는 그 이상"을 의미한다. 또한, 달리 명시되지 않는 한, "데이터", "콘텐츠", "디지털 콘텐츠", "정보" 및 이와 유사한 용어는 때때로 상호 교환적으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시의 실시예는 일반적으로 전기 아크로(EAF), 특히 교류(AC) 변환을 위한 사이클로컨버터를 포함하는 EAF용 전원 공급 장치에 관한 것이다. 이와 관련하여, 도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 전기 아크로 시스템(100)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 전기 아크로 시스템은 하나 이상의 전극(104)과 함께 하는 전기 아크로(102)를 포함한다(3개의 전극이 도시됨). 전기 아크로는 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속(106) 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열을 발생시키도록 구성된다. 설명된 바와 같이, 전기 아크로 시스템은 6펄스 시스템으로 구성된다. 그러나, 전기 아크로 시스템은 12펄스 시스템, 18펄스 시스템, 24펄스 시스템 등과 동일하게 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 실시예에서, 전기 아크로 시스템은 도시된 것과 비교하여 하나 이상의 추가 또는 대체 구성요소를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다양한 예에서, 전기 아크로(102)는 약 3만 5천 암페어 이상의 전류를 전달하는 3상 전력선(108)에 의해 구동된다. 특히 철강 산업에서, 전극(104)은 금속에 대한 흑연 전극 기둥으로 형성될 수 있고, 금속 및 기타 성분을 용융하여 강철을 형성할 수 있다. 금속을 녹이는 데 필요한 열은 하나 이상의 전극 기둥에 전류를 통과시키고 전극 기둥(들)과 아크로 내의 금속 사이에 아크를 형성함으로써 생성된다. 100,000암페어를 초과하는 전류가 자주 사용된다. 그 결과, 고온이 금속 및 기타 성분을 녹인다.
전기 아크로(102)에 필요한 전력을 공급하기 위해, 전기 아크로 시스템(100)은 전기 아크로에 결합되고, 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성되는 유틸리티(112)에 결합 가능한 전원 공급 장치(110)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극(104)에 대한 전류 및 전력 입력을 유지하기 위한 전력 회로(114)를 포함한다. 이와 관련하여, 전력 회로는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대한 사이클로컨버터(CCV)를 포함한다. CCV는 3상 전력 전압을 수신하고 또한 전극이 금속을 녹이는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하게 하도록 전극에 전달되는 주파수가 감소된 단상 전압을 생성하도록 구성된다. 다양한 예에서, CCV는 순환 전류 구성 또는 비순환 전류 구성에서 작동될 수 있다.
도 1에 또한 도시된 바와 같이, 다양한 일부 예에서, 전원 공급 장치(110)는 유틸리티(112)에 결합 가능하고, 전력 회로(114)에 결합된 강압 변압기(116)를 더 포함한다. 강압 변압기는 전기 아크로에서 금속(106)을 용융하기에 적합한 전극(104)을 통과하는 데 필요한 높은 전류를 제공하기에 적합한 3상 교류 전원의 3상 전압을 강압하도록 구성된다. 전원 공급 장치는 또한 강압 변압기와 전력 회로 사이에서 이들에 결합되고, 3상 전압을 전력 회로에 분배하도록 구성된 버스 바(120)를 포함할 수 있다.
별도로 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 전기 아크로 시스템(100)은 전극(104)을 제어 가능하게 상승 및 하강시키기 위한 포지셔닝 시스템을 포함한다. 이와 관련하여, 포지셔닝 시스템은 랙 및 피니언 구동 시스템, 전동 윈치 호이스트, 유압 실린더 등을 포함하거나 달리 사용할 수 있다.
도 2는 일부 예시적인 실시예에 따른 전력 회로(114)를 더 도시한다. 도시된 바와 같이, 전력 회로는 각 전극(104)에 대한 다중 권선 3상 변압기(202)를 포함하며, 이는 전극에 대한 CCV(204)의 입력에 결합된다. 다중 권선 3상 변압기는 다상 전력 전압의 각 위상을 수신하도록 구성된 1차 권선(206)과 다상 전압을 CCV에 전달하기 위한 2차 권선(208)을 포함한다. 예시를 단순화하기 위해, 도면은 다상 전압의 한 위상에 대해, 1차 권선 중 하나 및 2차 권선 중 두 개를 도시한다.
일부 예에서, CCV(204)는 포지티브 그룹 컨버터(210), 네거티브 그룹 컨버터(212), 및 포지티브 그룹 컨버터와 네거티브 그룹 컨버터 사이에 연결된 인터그룹 리액터(IGR)(214)를 포함한다. 일부 예에서, 포지티브 그룹 컨버터 및 네거티브 그룹 컨버터는 각각의 사이리스터 회로를 포함한다. 포지티브 그룹 컨버터는 3상 전력 전압 중 제1 상 전력 전압을 정류하여 제1 단상 전압을 생성도록 구성된다. 네거티브 그룹 컨버터는 3상 전력 전압 중 제2 상 전력 전압을 정류하여 제2 단상 전압을 생성하도록 구성된다. 그리고, IGR은 제1 단상 전압 및 제2 단상 전압으로부터 단상 전압을 생성하도록 구성된다.
일부 예에서, 안전상의 이유로, 전력 회로(114)는 각 전극(104)에 대한 바이패스 및 안전 스위치(216)를 포함할 수 있다. 이러한 예 중 일부에서, 바이패스 및 안전 스위치는 전극에 대한 CCV(204)에 결합되고, 전극에 결합될 수 있다. 바이패스 및 안전 스위치는 원하는 대로 전원 공급 장치(110)와 전극을 전환 가능하게 연결 및 분리하도록 구성된다.
전기 아크로 시스템(100)이 3개의 전극(104)을 포함하는 일부 예에서, 전력 회로(114)는 3상 전압의 각 위상에 대해 저주파 단상 전압을 제공하도록 구성되는 3개의 CCV(204)를 포함한다. 이러한 예들 중 일부에서, 전력 회로는 3개의 CCV에 결합되고 3개의 전극에 결합 가능한 3개의 단상 변압기(218)를 더 포함한다. 3개의 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고, 제2의 3상 전압을 3개의 전극에 전달하도록 구성된다.
전기 아크로 시스템(100)이 2개의 전극(104)을 포함하는 일부 예에서, 전력 회로(114)는 3상 전압의 2개의 각 위상에 대해 저주파 단상 전압을 전달하도록 구성되는 2개의 CCV(204)를 포함한다. 이러한 예들 중 일부에서, 전력 회로는 CCV에 결합되고 2개의 전극에 결합 가능한 2개의 단상 변압기(218)를 더 포함한다. 두 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고, 두 전극에 2상 전압을 전달하도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3개의 단상 변압기(218)는 3개의 단상 변압기의 1차측 권선이 스타 토폴로지로 연결되는 1차측 스타 연결을 갖는다. 3개의 단상 변압기의 2차측 폐쇄 연결(220)은 스타 연결로 또는 3개의 단상 변압기의 2차측 권선이 각각 스타 토폴로지 또는 델타 토폴로지로 연결되는 델타 연결로 구성될 수 있다. 도 3은 전력 회로(114)의 다른 구현을 예시하는데, 이 구현에서, 3개의 단상 변압기(218)는, 1차측 권선이 델타 토폴로지로 연결되며 또한 스타 연결 또는 델타 연결로 구성될 수 있는 폐쇄 연결(closure connection)을 포함하는, 1차측 델타 연결을 갖는다.
본 개시의 일부 예시적인 구현에서, 3개의 단상 변압기(218)는 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되며, 폐쇄 연결(220)은 2차 권선을 델타 토폴로지로 연결하도록 구성된 스타-델타 연결을 갖는다. 다른 실시예에서, 3개의 단상 변압기는 1차 권선이 델타 토폴로지로 연결되며, 폐쇄 연결은 2차 권선을 델타 토폴로지로 연결하도록 구성된 델타-델타 연결을 갖는다. 다른 예에서, 3개의 단상 변압기는 1차 권선이 델타 토폴로지로 연결되며, 폐쇄 연결은 연결되는 2차 권선을 스타 토폴로지로 연결하도록 구성된 델타-스타 연결을 갖는다. 또 다른 예로, 3개의 단상 변압기는 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되며, 폐쇄 연결은 2차 권선을 스타 토폴로지로 연결하도록 구성된 스타-스타 연결을 갖는다. 또 다른 예는 개방형 델타 토폴로지를 갖는 두 개의 단상 변압기를 포함한다. 또 다른 예는 단상 변압기(218)를 생략하고, CCV(204)는 폐쇄 연결(220)에 보다 직접적으로 연결된다.
도 2(및 도 3)에도 도시된 바와 같이, 일부 예에서, 전원 공급 장치(110)는 각 전극(104)에 대해 CCV(204)에 동작 가능하게 결합되고, CCV에 의해 전극에 전달되는 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성되는 제어 회로(222)를 더 포함한다. 이러한 예들 중 일부에서, 제어 회로는 단상 전압을 측정하도록 구성된 전압 트랜스듀서(224) 및/또는 전류를 측정하도록 구성된 전류 트랜스듀서와 같은 하나 이상의 트랜스듀서(각 CCV에 대해)를 포함한다. 제어 회로는 또한 하나 이상의 트랜스듀서 및 CCV에 결합된 처리 회로(226)를 포함한다. 처리 회로는 적어도 설정 포인트 전압과 측정된 단상 전압 사이의 차이를 결정하고, 차이를 줄이기 위해 CCV의 각 사이리스터 회로에서 사이리스터 발사 각도를 조정하도록 구성된다.
본 개시의 예시적인 구현의 처리 회로(226)는 다수의 상이한 방식 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 처리 회로는 하나 이상의 전자 컴포넌트를 포함하며, 이러한 전자 컴포넌트들은 능동 또는 수동 컴포넌트들 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 적어도 일부 전자 컴포넌트는 하나의 집적 회로 또는 다수의 상호 연결된 집적 회로(집적 회로는 때때로 더 일반적으로 "칩"으로 지칭됨)로서 패키징된다. 보다 구체적인 예에서, 처리 회로는 프로세서, 코프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
위에서 설명되고 아래에 반복되는 바와 같이, 본 개시는 다음의 실시예를 포함하되, 이에 한정되지 않는다.
조항 1. 전기 아크로 시스템으로서, 이 시스템은: 하나 이상의 전극을 포함하는 전기 아크로- 이 전기 아크로는 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열을 발생시키도록 구성됨 -와, 전기 아크로에 결합되고, 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티에 결합 가능한 전원 공급 장치- 이 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대해 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전력 회로를 포함하고, CCV는 3상 전력 전압을 수신하고, 전극에 전달되어 전극이 금속을 용융시키는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하도록 하는 감소된 주파수를 갖는 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -를 포함한다.
조항 2. 조항 1의 전기 아크로 시스템에서, 전원 공급 장치는 유틸리티에 결합 가능하고 전력 회로에 결합된 강압 변압기를 더 포함하고, 강압 변압기는 3상 교류 전원의 3상 전압을 강압하도록 구성된다.
조항 3. 조항 2의 전기 아크로 시스템에서, 전원 공급 장치는 강압 변압기와 전력 회로 사이에서 이들에 결합된 버스 바를 더 포함하되, 버스 바는 3상 전압을 전력 회로에 분배하도록 구성된다.
조항 4. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, 전력 회로는 각 전극을 위한 다중 권선 3상 변압기를 더 포함하고, 이 다중 권선 3상 변압기는 전극에 대해 CCV의 입력에 결합되고, 다중 권선 3상 변압기는 3상 전력 전압의 각 위상을 수신하도록 구성된 1차 권선 및 3상 전력 전압을 CCV에 전달하기 위한 2차 권선을 포함한다.
조항 5. 조항 1 내지 조항 4 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, CCV는: 3상 전력 전압 중 제1 상 전력 전압을 정류하여 제1 단상 전압을 생성하도록 구성된 포지티브 그룹 컨버터와, 3상 전력 전압 중 제2 상 전력 전압을 정류하여 제2 단상 전압을 생성하도록 구성된 네거티브 그룹 컨버터와, 포지티브 그룹 컨버터와 네거티브 그룹 컨버터 사이에 연결된 인터그룹 리액터(IGR)을 포함하되, 이 IGR은 제1 단상 전압 및 제2 단상 전압으로부터 단상 전압을 생성하도록 구성된다.
조항 6. 조항 5의 전기 아크로 시스템에서, 포지티브 그룹 컨버터 및 네거티브 그룹 컨버터는 각각의 사이리스터 회로를 포함한다.
조항 7. 조항 1 내지 조항 6 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, 전력 회로는 각 전극에 대한 바이패스 및 안전 스위치를 더 포함하고, 바이패스 및 안전 스위치는 전극에 대한 CCV에 결합되고, 전극에 결합 가능하고, 바이패스 및 안전 스위치 전원 공급 장치와 전극을 전환 가능하게 연결 및 분리하도록 구성된다.
조항 8. 조항 1 내지 조항 7 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, 하나 이상의 전극은 3개의 전극을 포함하고, 전력 회로는 3상 전압의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 3개의 CCV를 포함하며, 전력 회로는 3개의 CCV에 결합되고 3개의 전극에 결합 가능한 3개의 단상 변압기를 더 포함하고, 3개의 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고, 3개의 전극에 제2 3상 전압을 전달하도록 구성된다.
조항 9. 조항 8의 전기 아크로 시스템에서, 3개의 단상 변압기는 3개의 단상 변압기의 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되고 3개의 단상 변압기의 2차 권선이 델타 토폴로지로 연결되는 스타-델타 연결을 갖는다.
조항 10. 조항 8의 전기 아크로 시스템에서, 3개의 단상 변압기는 3개의 단상 변압기의 1차 권선 및 2차 권선 모두가 델타 토폴로지로 연결되는 델타-델타 연결을 갖는다.
조항 11. 조항 1 내지 조항 7 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, 하나 이상의 전극은 2개의 전극을 포함하고, 전력 회로는 3상 전압의 2개의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 2개의 CCV를 포함하며, 전력 회로는 2개의 CCV에 결합되고 2개의 전극에 결합 가능한 2개의 단상 변압기를 더 포함하고, 이 2개의 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고 2개의 전극에 2상 전압을 전달하도록 구성된다.
조항 12. 조항 1 내지 조항 11 중 어느 한 조항의 전기 아크로 시스템에서, 전원 공급 장치는 각 전극에 대해 CCV에 작동 가능하게 결합되고, CCV에 의해 전극으로 전달되는 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된 제어 회로를 더 포함한다.
조항 13. 조항 12의 전기 아크로 시스템에서, 제어 회로는: 단상 전압을 측정하도록 구성된 트랜스듀서와, 트랜스듀서 및 CCV에 결합된 처리 회로를 포함하되, 처리 회로는 적어도: 설정 포인트 전압과 측정된 단상 전압 사이의 차이를 결정하고, 이 차이를 줄이도록 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된다.
조항 14. 조항 13의 전기 아크로 시스템에서, 처리 회로가 설정 포인트 전압과 단상 전압 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것은, 처리 회로가 측정된 단상 전압의 평균제곱근(RMS)을 결정하고, 설정 포인트 전압과 RMS 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것을 포함한다.
조항 15. 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열이 발생하는 전기 아크로용 전원 공급 장치로서, 이 전원 공급 장치는 전기 아크로와 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티 사이에서 이들에 결합가능하고, 전원 공급 장치는 하나 이상의 전극의 각 전극에 대해 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전력 회로- CCV는 3상 전력 전압을 수신하고, 전극에 전달되어 전극이 금속을 용융시키는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하도록 하는 감소된 주파수를 갖는 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -와, 각 전극에 대해 CCV에 작동가능하게 결합되고 CCV에 의해 전극에 전달되는 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
조항 16. 조항 15의 전원 공급 장치에서, 전원 공급 장치는 유틸리티에 결합 가능하고 전력 회로에 결합된 강압 변압기를 더 포함하고, 강압 변압기는 3상 교류 전원의 3상 전압을 강압하도록 구성된다.
조항 17. 조항 16의 전원 공급 장치에서, 전원 공급 장치는 강압 변압기와 전력 회로 사이에서 이들에 결합된 버스 바를 더 포함하되, 버스 바는 3상 전압을 전력 회로에 분배하도록 구성된다.
조항 18. 조항 15 내지 조항 17 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, 전력 회로는 각 전극을 위한 다중 권선 3상 변압기를 더 포함하고, 이 다중 권선 3상 변압기는 전극에 대해 CCV의 입력에 결합되고, 다중 권선 3상 변압기는 3상 전력 전압의 각 위상을 수신하도록 구성된 1차 권선 및 3상 전력 전압을 CCV에 전달하기 위한 2차 권선을 포함한다.
조항 19. 조항 15 내지 조항 18 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, CCV는: 3상 전력 전압 중 제1 상 전력 전압을 정류하여 제1 단상 전압을 생성하도록 구성된 포지티브 그룹 컨버터와, 3상 전력 전압 중 제2 상 전력 전압을 정류하여 제2 단상 전압을 생성하도록 구성된 네거티브 그룹 컨버터와, 포지티브 그룹 컨버터와 네거티브 그룹 컨버터 사이에 연결된 인터그룹 리액터(IGR)을 포함하되, 이 IGR은 제1 단상 전압 및 제2 단상 전압으로부터 단상 전압을 생성하도록 구성된다.
조항 20. 조항 19의 전원 공급 장치에서, 포지티브 그룹 컨버터 및 네거티브 그룹 컨버터는 각각의 사이리스터 회로를 포함한다.
조항 21. 조항 15 내지 조항 20 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, 전력 회로는 각 전극에 대한 바이패스 및 안전 스위치를 더 포함하고, 바이패스 및 안전 스위치는 전극에 대한 CCV에 결합되고, 전극에 결합 가능하고, 바이패스 및 안전 스위치는 전원 공급 장치와 전극을 전환 가능하게 연결 및 분리하도록 구성된다.
조항 22. 조항 15 내지 조항 21 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, 하나 이상의 전극은 3개의 전극을 포함하고, 전력 회로는 3상 전압의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 3개의 CCV를 포함하며, 전력 회로는 3개의 CCV에 결합되고 3개의 전극에 결합 가능한 3개의 단상 변압기를 더 포함하고, 3개의 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고, 3개의 전극에 제2 3상 전압을 전달하도록 구성된다.
조항 23. 조항 22의 전원 공급 장치에서, 3개의 단상 변압기는 3개의 단상 변압기의 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되고 3개의 단상 변압기의 2차 권선이 델타 토폴로지로 연결되는 스타-델타 연결을 갖는다.
조항 24. 조항 22의 전원 공급 장치에서, 3개의 단상 변압기는 3개의 단상 변압기의 1차 권선 및 2차 권선 모두가 델타 토폴로지로 연결되는 델타-델타 연결을 갖는다.
조항 25. 조항 15 내지 조항 21 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, 하나 이상의 전극은 2개의 전극을 포함하고, 전력 회로는 3상 전압의 2개의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 2개의 CCV를 포함하며, 전력 회로는 2개의 CCV에 결합되고 2개의 전극에 결합 가능한 2개의 단상 변압기를 더 포함하고, 이 2개의 단상 변압기는 단상 전압을 수신하고 2개의 전극에 2상 전압을 전달하도록 구성된다.
조항 26. 조항 15 내지 조항 25 중 어느 한 조항의 전원 공급 장치에서, 제어 회로는: 단상 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 전압 트랜스듀서 및 전류 트랜스듀서와, 전압 트랜스듀서 및 전류 트랜스듀서와 CCV에 결합된 처리 회로를 포함하되, 처리 회로는 적어도: 설정 포인트 전압과 측정된 단상 전압 사이의 차이를 결정하고, 이 차이를 줄이도록 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된다.
조항 27. 조항 26의 전원 공급 장치에서, 처리 회로가 설정 포인트 전압과 단상 전압 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것은, 처리 회로가 측정된 단상 전압의 평균제곱근(RMS)을 결정하고, 설정 포인트 전압과 RMS 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것을 포함한다.
본 개시가 속하는 기술 분야의 당업자는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시 내용의 이점을 이용하여 본 명세서에 설명된 본 개시 내용의 많은 수정 및 다른 구현을 떠올릴 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시는 개시된 특정 구현으로 제한되지 않으며, 수정 및 다른 구현이 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 전술한 설명 및 관련 도면은 요소 및/또는 기능의 특정한 예시적인 조합의 맥락에서 예시적인 구현을 설명하지만, 요소 및/또는 기능의 다른 조합이 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 대안적인 구현에 의해 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 첨부된 청구범위 중 일부에서 설명될 수 있는 바와 같이 위에서 명시적으로 설명된 것과는 다른 요소 및/또는 기능의 조합도 고려될 수 있다. 본 명세서에서는 특정 용어가 사용되었으나, 이는 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되었으며 제한의 목적으로 사용된 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 전기 아크로 시스템으로서,
    하나 이상의 전극을 포함하는 전기 아크로(electric arc furnace)- 상기 전기 아크로는 상기 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 상기 하나 이상의 전극과 상기 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열을 발생시키도록 구성됨 -와,
    상기 전기 아크로에 결합되고, 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티에 결합 가능한 전원 공급 장치(power supply)- 상기 전원 공급 장치는 상기 하나 이상의 전극의 각 전극에 대해 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전력 회로를 포함하고, 상기 CCV는 3상 전력 전압을 수신하고, 상기 전극에 전달되어 상기 전극이 금속을 용융시키는 열을 생성하는 상기 전기 아크를 생성하도록 하는 감소된 주파수를 갖는 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -를 포함하는,
    전기 아크로 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 회로는 각 전극을 위한 다중 권선 3상 변압기를 더 포함하고, 상기 다중 권선 3상 변압기는 상기 전극에 대해 상기 CCV의 입력에 결합되고, 상기 다중 권선 3상 변압기는 3상 전력 전압의 각 위상을 수신하도록 구성된 1차 권선, 및 상기 3상 전력 전압을 상기 CCV에 전달하기 위한 2차 권선을 포함하는,
    전기 아크로 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CCV는,
    상기 3상 전력 전압 중 제1 상 전력 전압을 정류하여 제1 단상 전압을 생성하도록 구성된 포지티브 그룹 컨버터와,
    상기 3상 전력 전압 중 제2 상 전력 전압을 정류하여 제2 단상 전압을 생성하도록 구성된 네거티브 그룹 컨버터와,
    상기 포지티브 그룹 컨버터와 상기 네거티브 그룹 컨버터 사이에 연결된 인터그룹 리액터(IGR)를 포함하되, 상기 IGR은 상기 제1 단상 전압 및 상기 제2 단상 전압으로부터 상기 단상 전압을 생성하도록 구성된,
    전기 아크로 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극은 3개의 전극을 포함하고, 상기 전력 회로는 3상 전압의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 3개의 CCV를 포함하며,
    상기 전력 회로는, 상기 3개의 CCV에 결합되고 상기 3개의 전극에 결합 가능한 3개의 단상 변압기를 더 포함하고, 상기 3개의 단상 변압기는 상기 단상 전압을 수신하고, 상기 3개의 전극에 제2의 3상 전압을 전달하도록 구성된,
    전기 아크로 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 3개의 단상 변압기는, 상기 3개의 단상 변압기의 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되고 상기 3개의 단상 변압기의 2차 권선이 델타 토폴로지로 연결되는 스타-델타 연결을 갖는,
    전기 아크로 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 3개의 단상 변압기는 상기 3개의 단상 변압기의 1차 권선 및 2차 권선 모두가 델타 토폴로지로 연결되는 델타-델타 연결을 갖는,
    전기 아크로 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는, 각 전극에 대해 상기 CCV에 작동 가능하게 결합되고, 상기 CCV에 의해 상기 전극으로 전달되는 상기 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된 제어 회로를 더 포함하는,
    전기 아크로 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 단상 전압을 측정하도록 구성된 트랜스듀서와,
    상기 트랜스듀서 및 상기 CCV에 결합된 처리 회로를 포함하되,
    상기 처리 회로는 적어도,
    설정 포인트 전압과 측정된 상기 단상 전압 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이를 줄이도록 상기 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된,
    전기 아크로 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처리 회로가 상기 설정 포인트 전압과 상기 단상 전압 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것은, 상기 처리 회로가 측정된 상기 단상 전압의 평균제곱근(RMS)을 결정하고, 상기 설정 포인트 전압과 상기 RMS 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것을 포함하는,
    전기 아크로 시스템.
  10. 하나 이상의 전극에 전류를 통과시켜 상기 하나 이상의 전극과 전기 아크로 내의 금속 사이에 전기 아크를 야기함으로써 열이 발생하는 전기 아크로용 전원 공급 장치로서,
    상기 전원 공급 장치는 상기 전기 아크로와 3상 교류(AC) 전원을 제공하도록 구성된 유틸리티 사이에서 이들에 결합가능하고,
    상기 전원 공급 장치는,
    상기 하나 이상의 전극의 각 전극에 대해 사이클로컨버터(CCV)를 갖는 전력 회로- 상기 CCV는 3상 전력 전압을 수신하고, 상기 전극에 전달되어 상기 전극이 상기 금속을 용융시키는 열을 생성하는 전기 아크를 생성하도록 하는 감소된 주파수를 갖는 단상 전압을 생성하도록 구성됨 -와,
    각 전극에 대해 상기 CCV에 작동가능하게 결합되고 상기 CCV에 의해 상기 전극에 전달되는 상기 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함하는,
    전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 상기 유틸리티에 결합 가능하고 상기 전력 회로에 결합된 강압 변압기를 더 포함하고, 상기 강압 변압기는 상기 3상 교류(AC) 전원의 3상 전압을 강압하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 상기 강압 변압기와 상기 전력 회로 사이에서 이들에 결합된 버스 바를 더 포함하되, 상기 버스 바는 상기 3상 전압을 상기 전력 회로에 분배하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전력 회로는 각 전극을 위한 다중 권선 3상 변압기를 더 포함하고, 상기 다중 권선 3상 변압기는 상기 전극에 대해 상기 CCV의 입력에 결합되고, 상기 다중 권선 3상 변압기는 3상 전력 전압의 각 위상을 수신하도록 구성된 1차 권선, 및 상기 3상 전력 전압을 상기 CCV에 전달하기 위한 2차 권선을 포함하는,
    전원 공급 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 CCV는,
    상기 3상 전력 전압 중 제1 상 전력 전압을 정류하여 제1 단상 전압을 생성하도록 구성된 포지티브 그룹 컨버터와,
    상기 3상 전력 전압 중 제2 상 전력 전압을 정류하여 제2 단상 전압을 생성하도록 구성된 네거티브 그룹 컨버터와,
    상기 포지티브 그룹 컨버터와 상기 네거티브 그룹 컨버터 사이에 연결된 인터그룹 리액터(IGR)를 포함하되, 상기 IGR은 상기 제1 단상 전압 및 상기 제2 단상 전압으로부터 상기 단상 전압을 생성하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전력 회로는 각 전극에 대한 바이패스 및 안전 스위치를 더 포함하고, 상기 바이패스 및 안전 스위치는 상기 전극에 대해 상기 CCV에 결합되고, 상기 전극에 결합 가능하고, 상기 바이패스 및 안전 스위치는 상기 전원 공급 장치와 상기 전극을 전환 가능하게 연결 및 분리하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극은 3개의 전극을 포함하고, 상기 전력 회로는 3상 전압의 각 위상에 대해 단상 전압을 전달하도록 구성된 3개의 CCV를 포함하며,
    상기 전력 회로는, 상기 3개의 CCV에 결합되고 상기 3개의 전극에 결합 가능한 3개의 단상 변압기를 더 포함하고, 상기 3개의 단상 변압기는 상기 단상 전압을 수신하고, 상기 3개의 전극에 제2의 3상 전압을 전달하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 3개의 단상 변압기는, 상기 3개의 단상 변압기의 1차 권선이 스타 토폴로지로 연결되고 상기 3개의 단상 변압기의 2차 권선이 델타 토폴로지로 연결되는 스타-델타 연결을 갖는,
    전원 공급 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 3개의 단상 변압기는 상기 3개의 단상 변압기의 1차 권선 및 2차 권선 모두가 델타 토폴로지로 연결되는 델타-델타 연결을 갖는,
    전원 공급 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 단상 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 전압 트랜스듀서 및 전류 트랜스듀서와,
    상기 전압 트랜스듀서 및 전류 트랜스듀서와 상기 CCV에 결합된 처리 회로를 포함하되,
    상기 처리 회로는 적어도,
    설정 포인트 전압과 측정된 상기 단상 전압 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이를 줄이도록 상기 단상 전압의 주파수를 제어하도록 구성된,
    전원 공급 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 처리 회로가 상기 설정 포인트 전압과 상기 단상 전압 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것은, 상기 처리 회로가 측정된 상기 단상 전압의 평균제곱근(RMS)을 결정하고, 상기 설정 포인트 전압과 상기 RMS 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 것을 포함하는,
    전원 공급 장치.
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