NO335300B1

NO335300B1 - Effektstyringssystem for lysbueovn

Info

Publication number: NO335300B1
Application number: NO20033528A
Authority: NO
Inventors: Thomas Ma; Mohammed Sedighy; Brian Perkins; Theodorus Gerritsen; Janos Rajda
Original assignee: Hatch Ltd
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2014-11-10
Also published as: WO2002063927A3; AU2002231514B2; CN100342754C; JP2004526281A; ZA200305824B; NO20033528L; CN1502217A; EP1360876A2; US6603795B2; NO20033528D0; CA2440464A1; ATE530047T1; CA2440464C; US20020136260A1; WO2002063927A2; EP1360876B1; JP3836435B2

Abstract

Et effektkontrollsystem for en elektrisk vekselstrømslysbueovn. Styringssystemet omfatter variable reaktorer som er plassert mellom en ovnskraftforsyning og lysbueelektroder som er høydejusterbare. Styringssystemet overvåker driftskarakteristikker for ovnen som er en angivelse av det aktive effektforbruk for ovnen og justerer de variable reaktorene og elektrodehøyden for å minimalisere endringer i aktiv effektforbruk. Tap av elektrodelysbue kan være predikert og imøtekommet ved å senke elektrodene og å redusere reaktansen i de variable reaktorene.

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Denne oppfinnelsen vedrører generelt elektriske lysbueovner og nærmere bestemt et apparat og en fremgangsmåte for effektstyring i en slik ovn.

Vekselstrøms elektriske lysbueovner er vanligvis anvendt for å smelte faste materialer, slik som metaller eller malmførende materialer. Slike ovner anvender generelt høyeffektbuer for å generere varmeenergi i en beholder som er foret med ildfast materiale, og de omfatter en effektforsyning for å styre den elektriske energien som leveres til buen. Høyeffektbuer er en energiomdannelsesmekanisme som oppfører seg som en impedans som ikke er lineær og som varierer med tid. Derfor vil spenning, strøm og effekt som dras ut av en lysbueovn variere, og forårsake forstyrrelser både i smelteprosessen og i forsyningsnettverket. Disse forstyrrelser kan resultere i mangel på effektivitet, økt slitasje på utstyr, og i ekstreme tilfeller skade i forsyningsnettverket eller lysbueovnen.

Flere forsøk har vært gjort for å regulere effektforsyninger for lysbueovner. F.eks., i noen lysbueovner har en fast seriereaktor vært anvendt for å levere små forbedringer i lysbuens stabilitet. Statiske effektkompensatorer (Static Watt Compensators, SWC), omfattende en tyristorkoblet motstandsbenk koblet i parallell, har vært anvendt for å dempe lastavvisninger. Elektroderegulatorer, med styringsbueelektrodebevegelse, har vært anvendt for å regulere den relative stillingen til lysbueelektrodene for å beholde en innstilt verdi for elektrodespenning, strøm eller impedans.

Noen styringssystemer har vært rettet hovedsakelig mot å stabilisere spenning i en lysbueovn. F.eks. består en statisk værkompensator (SVC) av en harmonisk filterbenk som er koblet i parallell og en tyristorstyrt reaktor som også er koblet i parallell, og som drives sammen for å dempe spenningsflimring eller beholde en konstant ovneffektfaktor. SVC'en drives ved parallell injisering av enten kapasitiv eller induktiv reaktiv effekt, og derved beholdes en konstant spenning ved å beholde den totale reaktive effekt som dras (MVAR) av ovnen balansert i nærheten av null (dvs. hverken induktiv eller kapasitiv).

Andre styringssystemer har vært hovedsakelig rettet mot å stabilisere strøm i en lysbueovn. F.eks. beskriver US patent nr. 5 239 554 utstedt 24. august 1993 Gensini et al. regulering av lysbuestrøm med anvendelse av styrte seriereaktanser, som består av en seriekoblet reaktor som kan nå metning, eller en seriekoblet, tyristorkoblet reaktor. US patent nr. 5 991 327 utstedt 23. november 1999, Kojori, beskriver en styringsanordning som anvender forutsigende software for å slå av og på en tyristormontasje som er installert i serie med lysbuen for å sløyfe strømsvingninger som forårsaker spenningsflimring.

Siden effekt er produktet av spenning og strøm (P=Vrms<*>Irms<*>effektfaktor), vil lysbueovneffektforsyninger som virker for å stabilisere enten strøm eller spenning tillate at effektdragning av lysbueovnen varierer mye. I større ovner, vil den aktive effekten som dras kunne endre titalls megavatt (MW) i små tidsperioder. I mange industrielle anlegg i verden, vil øy kraftstasjoner (dvs. isolert fra et anvendelsesnett) levere effekt til relativt store lysbueovner. Ovneffektsfluktuasjoner kan resultere i fluktuasjoner i frekvens/hastighet i roterende genereringsutstyr, som f.eks. kan være dampturbiner, dieseldrevne stempler eller vanndrevne turbiner. Effektgenereringsutstyret har øvre og nedre grenser til frekvensfluktuasjonene som kan absorberes uten at de resulterer i mekanisk skade. Utenfor slike grenser, kan mekanisk og elektrisk skade oppstå. I tillegg selv om skaden imidlertid ikke oppstår, vil effekt- og frekvensfluktuasj oner som foregår over tid kunne forårsake økt slitasje på genereringsstasjonen. Opp til nå har disse frekvenssvingningene vært kompensert ved å installere bypassventiler for vann eller damputløsning ved genereringsstasjonen (som er tilfelle ved vann- eller dampturbiner), ved å addere ytterligere rotasjonstreghet for å dempe frekvenssvingningene, og ved å forstørre genereringsstasjonen. Slike løsninger pleier å være kostbare og ikke effektive.

Stabil, konstant effekt i en elektrisk ovn vil gi en nøyaktig balansering av effekt og matemateriale, noe som i sin tur vil maksimalisere energieffektiviteten til ovnen ved en effektiv varmeoverføring og således tillate at et høyt ovn-gjennomgangsnivå er enklere. Ifølge dette finnes det et behov for et effektivt, og kostnadseffektivt styringssystem for anvendelse i lysbueovner. Det finnes også et behov for et effektstyringssystem som reduserer størrelsen og frekvensen til effektfluktuasjonene i en lysbueovn.

US-2632862 viser et lysbueovnregulator-system der posisjon for lysbueelektroder og en variabel reaktans mellom en effektforsyning og elektrodene kontrolleres som respons på måling av spennings- og strømverdier i lysbueelektrodene. Kontroll av variabel reaktans kontrollerer strømmen som går til lysbueelektrodene.

EP-0429774 viser et arrangement der en variabel reaktans kontrolleres som respons på nivået av strøm opptatt av en lysbue i ovnen, for å holde strømmen som ovnen opptar, konstant innenfor vide grenser, og derved oppnå en kontrollert strømforsyning.

US-4607374 viser en fremgangsmåte for å kontrollere en lysbue i en ovn, hvor posisjonen for lysbueelektrodene for ovnen kontrolleres som respons på strøm- og spenningssignaler fra primær- ogsekundærsider for en transformator forbundet til lysbueelektrodene.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i patentkravene.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen, vil et effektforsyningsstyringssystem for en elektrisk lysbueovn anvende variabel reaktorkontroll og elektrodehøyderegulering for å regulere effekten som anvendes i en lysbueovn, for således å redusere fluktuasjoner i den aktive effekten. Generelt vil lysbueovnstyringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen drives ved å velge et ovntransformatorspenningsuttak som tilpasses en innstilt verdi for ovnseffekt, kontinuerlig å justere variable reaktorer for å regulere effektsvingninger på syklusbasis for å imøtegå endringer i elektrodeimpedans, og å dempe effektdupp og -økninger med forutsigende elektrodehøyderegulering.

Ifølge ett aspekt ved oppfinnelsen, tilveiebringes et effektstyringssystem for en vekselstrøms elektrisk lysbueovn med en vekselstrømseffektkilde for å levere effekt til en lysbueelektrode, hvor effektstyringssystemet omfatter en variabel reaktans som ligger mellom effektkilden og elektroden, og en variabel reaktorsty rings anordning for å overvåke en impedans for elektroden og for å forårsake at den variable reaktansen varierer som svar for endringer i den overvåkede elektrodeimpedans for å redusere endringer i den aktive effekten som leveres til elektroden. Fortrinnsvis omfatter effektstyringssystemet en elektrodebevegelsesanordning for å justere elektrodens høyde, og en elektrodestillingsstyringsanordning som er utformet til å forutsi den mulige begynnelse av lysbuetap for elektroden. Hvis man forutsier tap av lysbuen, vil elektrodestyringsanordningen forårsake at elektrodebevegelsesanordningene hurtig senker elektroden og den variable reaktorstyringsanordningen vil midlertidig redusere størrelsen til den variable reaktansen.

Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen, tilveiebringes et effektstyringssystem for en vekselstrømselektrisk lysbueovn med vekselstrømseffektkilden for å påføre effekt til en lysbueelektrode, som omfatter en lysbueelektrodebevegelsesanordning for å justere høyden til elektroden for å styre lysbuelengden derav, og en elektrodestyringsanordning for å styre driften av elektrodebevegelsesanordningen, hvor styringsanordningen er utformet til å overvåke driftskarakteristikkene til lysbueovnen for å forutsi begynnelsen av et flertall av forstyrrelsesforhold, og å forårsake at elektrodehøyden justeres som svar til et spesifikt forutsett forstyrrelsesforhold.

Andre aspekter og trekk ved den foreliggende oppfinnelsen vil komme frem for fagmannen på området ved å se den etterfølgende beskrivelse av spesifikke utførelser av oppfinnelsen sammen med de vedlagte tegningene.

Kort beskrivelse av tegningene

Utførelser av den foreliggende oppfinnelsen vil nå beskrives bare i form av et eksempel bare og med henvisning til de vedlagte tegningene hvor: Fig. 1 er et skjema av en tre-elektrodelysbueovn som har en strømforsyning ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 2 er et blokkskjema av et effektstyringssystem for strømforsyningen i lysbueovnen i fig. 1; Fig. 3 er en skjematisk kretsmodell av én fase i lysbueovnen ved grunnfrekvensen; Fig. 4 er et skjema av en seks-elektrodes elektrisk lysbueovn med en effektstyring ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen; og Fig. 5 er et blokkskjema av et effektstyringssystem for kraftforsyningen i lysbueovnen i fig. 4.

Beskrivelse av de foretrukkede utførelsene

Med henvisning til fig. 1 vises her en tre-elektrodes vekselstrøms elektrisk lysbueovn som eksempel. Trefaseeffekt er levert til ovnen via en lokal forsyningsbuss 10. Forsyningsbussen 10 er koblet til å motta effekt fra en lokal genereringsstasjon, eller som et alternativ kunne den være koblet til en kraftforsyning. Lysbueovnen omfatter tre elektroder 12 hvor hver elektrode er knyttet til én av de tre effektfasene. Elektrodene 12 er koblet til de sekundære viklingene (på ovnsside) i en ovnstransformator 14 med reguleruttak. En seriekombinasjon av en variabel reaktor 16 og en fast reaktor 18 kobler hver fase på forsyningsside (primær vikling) i ovns transformatoren 14 til en tilsvarende linje i forsyningsbussen 10.1 den illustrerte utførelsen, vil hver variable reaktor 16 omfatte en induktor 20 som er koblet i parallell med en seriekombinasjon av en induktor 23 og en tyristorbryter 22. Hver tyristorbryter 22 omfatter fortrinnsvis et par tyristorer som er anordnet med motsatt polaritet i forhold til hverandre. Lysbueendene til elektrodene 12 er plassert i ovnens beholder 24 for å smelte et arbeidsmateriale. Fortrinnsvis er elektrodene 12 montert slik at deres høyde kan justeres. Som kjent i teknikken, er en harmonisk filterbenk 26 koblet til forsyningsbussen 10 for å fjerne harmoniske forstyrrelser som oppstår som resultat av lysbueprosessen og tyristorbryterdriften. Begrepene reaktor og induktor er anvendt om hverandre. De samme henvisningstall er anvendt for å referere til samme komponenter i alle figurene.

Lysbueovner krever en effektiv overføring av elektrisk lysbueenergi anvendt for smelting (av jernmaterialer eller av ikke-jernmaterialer). Dette oppnås i en ovn ved å balansere materialmatingsmønsteret eller matingshastigheten til lysbueeffekten. Jo bedre balansen er jo bedre vil energieffektiviteten være på grunn av lavere effekttap, siden hovedandelen av energien anvendes i smeltingen. Lysbueovner vil generelt kreve at en operatør eller en overvåkingsdatamaskin mater inn en ønsket innstilt verdi for effekten for å tilpasses til materialets matehastighet. I konvensjonelle lysbueovner som anvender eksisterende styringsmetoder vil det virkelige effektforbruk kunne variere mye rundt den ønskede innstilt verdien. Effektforsyningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen virker for å stabilisere aktiv effekt som er anvendt av lysbueovner for å forbedre balansen mellom lysbueeffekten til materialets matehastighet, eller i tilfelle batch-prosess, å sikre maksimal varmeoverføring fra lysbuen til lastmaterialet.

Med henvisning til fig. 2, vises et effektforsyningsstyringssystem for lysbueovnen i forhold til en enkelt elektrode 12. Styringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil fortrinnsvis styre tre aspekter ved lysbueovnen, nemlig verdien for de variable reaktorene 16, uttaksstedene for transformatoren 14, og høydejusteringen av elektrodene 12.

Man skal først ta seg av styring av uttaksstedene i ovnens transformator 14. Kraftforsyningsstyringssystemet omfatter fortrinnsvis en styringsanordning 16 for innstilling av uttakene, slik at man setter uttaksstedene basert på en innmatet, ønsket innstilt verdi for effekt. Spesielt vil uttaksstedene settes slik at basert på forhåndsbestemte karakteristikker for lysbueovnen, vil en egnet spenning leveres til elektrodene for grovt å tilpasses det virkelige effektforbruk til effektens innstilt verdi. Under drift vil styringsanordningen for innstilling av uttakene 46 fortrinnsvis utføre følgende trinn: (a) beregne en påkrevd driftsspenning; (b) beregne et egnet transformatorspenningsuttak basert på de forhåndsbestemte (dvs. nominale) spenningsverdiene som er knyttet til hvert uttak; og (c) å bevege transformatoruttak til det beregnede uttaket (enten under belastning eller uten belastning).

Styringsanordningen for innstilling av uttakene 46 kan omfatte en kontrollrutine for å sikre at det ikke oppstår for mange uttaksskiftebevegelser. Typisk vil styringsanordningen for innstilling av uttakene også kreve innmating av en ønsket elektrodestrøm eller en ønsket elektrodeimpedans for å fastsette den påkrevde driftsspenningen. I tilfelle ved en tre-elektrodes lysbueovn, vil driftspenningen kunne fastsettes ifølge følgende ligninger når en ønsket elektrodestrøm har vært levert i tillegg til en ønsket innstilt verdi for effekt:

Ligning (1)

hvor

V = påkrevd driftspenning (ovntransformator sekundærlinje til linjespenning)

I = ønsket elektrodestrøm (ovntransformator sekundære fasestrøm)

Xp = total primær reaktans fra ovntransformator til en uendelig buss, omfattende ovntransformatorreaktans

Xs = total sekundær reaktans for systemet fra ovntransformator til smeltebadet i ovnens beholder

P = ønsket innstilt verdi for effekt

Vp = nominal primærlinje til linjespenning

I tilfelle en ønsket elektrodeimpedans Z er levert istedenfor elektrodestrøm I, vil da i tilfelle tre-elektroders ovn, elektrodestrøm I kunne fastsettes som følger:

og da vil ligning (1) anvendes for å fastsette den påkrevde driftspenningen.

I den illustrerte utførelsen, vil styringsanordningen for innstilling av uttakene 46 virke samtidig på alle tre fasene i transformatoren 14 når den mottar en ny ønsket innstilt verdi for effekt eller en ny ønsket elektrodestrøm eller impedans. Den ønskede innstilt verdi for effekt vil typisk være en operatør eller overvåkingsdatamaskin matet verdi, og vil endres av operatøren eller av overvåkingsdatamaskinen under en produksjonsrunde som påkrevet av strømningshastigheten av materialet til og fra ovnen. Jo bedre balansert det virkelige effektforbruket er til den ønskede effektinnstillingen, jo mindre operatør eller overvåkingsdatamaskinmodifisering av effektinnstillingen vil generelt bli påkrevd.

Hvis man nå ser på styring av de variable reaktorene, som angitt i fig. 2, omfatter styringssystemet for variabelreaktoren fortrinnsvis, for hver av de tre fasene, en første spenningstransformator 30 for å måle spenningen på forsyningssiden av den variable reaktoren 16, en andre spenningstransformator 32 for å måle spenningen på ovnens side av den variable reaktoren, en strømtransformator 34 for å måle hovedstrømmen som strømmer til transformatoren 14, og en reaktorsty rings anordning 28. Reaktorstyringsanordningen 28 mottar informasjonen fra den første og den andre spenningstransformatoren 30, 32, strømtransformatoren 34, og en linje for ønsket effektinnstilling 36, og den styrer den variable reaktoren 16 basert på beregninger gjort på slik informasjon. I den foreliggende utførelsen vil de tre variable reaktorene være styrt stort sett uavhengig av hverandre ved at funksjonene til reaktorstyringsanordningen 28 beskrevet her er uført adskilt for hver fase. En beskrivelse av styring av én av de tre variable reaktorene 16 ved hjelp av reaktorstyringsanordningen 28 følger. De variable reaktorene som er knyttet til de to andre fasene er styrt på tilsvarende måte.

Reaktorstyringsanordningen 28 styrer reaktansen til variabelreaktoren 16 ved å justere utløsningsvinklene for tyristorene 22, og derved å øke eller redusere strømmen gjennom induktoren 20. Basert på påløpende strøm og spenningsavlesninger som er innhentet fra den første og den andre spenningstransformatoren 30, 32, og strømtransformatoren 34, vil reaktorens styringsanordning 28 styre tyristorene for å endre reaktansen for å regulere effektsvingningene i lysbueovnen rundt den ønskede effektinnstillingen ved tilstedeværelse av lysbueimpedansefluktuasjoner. Fortrinnsvis vil tyristorens styring være justert periodisk i det minste én gang under hver vekselstrømslinjespennings halvsyklus. Som angitt i fig. 2, vil reaktorstyringsanordningen 28 omfatte en nedstrøms impedansberegningsmodul 38 som fastsetter impedansen nedstrøms (dvs. på ovnens side) av den variable reaktoren 16. Nærmere bestemt vil impedansberegningsmodulen 38 motta fra strømtransformatoren 34, en innmating som er representativ for den primære strømmen gjennom forsyningssiden av ovnens transformator 14, og fra spenningstransformatoren 32 en innmating som er representativ for spenningens bølgeform på ovnens side av den variable reaktoren. Basert på disse strøm- og spenningsmålingene, vil impedansberegningsmodulen 38 fastsette resistansen Rlog reaktansen Xlved ovnens side av den variable reaktoren, og gi ut disse verdiene til en påkrevd reaktansberegningsmodul 40. Endringer i motstanden Rlog reaktansen Xlpå ovnens side angir variasjoner i elektrodeimpedans som oppstår under smeltingsprosessen. Reaktansberegningsmodulen 40 vil også motta som innmating et signal fra spenningstransformatoren 30 som er representativt for spenningen ved forsyningssiden av den variable reaktor 16, og en ønsket innstilt verdi for effekt Po for hver fase som er avledet fra en linje for innstillingsinnmating 36. Reaktansberegningsmodulen 40 vil fastsette basert på disse innmatingene, en påkrevd reaktans Xreq verdi som den variable reaktoren bør innta for at den aktuelle ovneffekt vil følge etter den ønskede innstilt verdi for ovnens effekt. I den illustrerte utførelsen er den påkrevde reaktansen som er nødvendig for å beholde effektinnstillingen Po ved tilstedeværelse av lysbueresistansfluktuasjoner beregnet ifølge den følgende ligningen:

Ligning (2)

Ligning (2) er basert på en forenklet kretsrepresentasjon pr. fase av lysbueovnen som vist i fig. 3.1 praksis vil kretsmodellen på hvilken den påkrevde reaktansberegning er basert være avhengig av den unike konfigurasjon og karakteristikkene til den aktuelle lysbueovnen.

Reaktorstyringsanordningen 28 omfatter også en styringsvinkelberegningsmodul 42 som mottar tre innmatinger, nemlig den påkrevde reaktansen Xreq som beregnet av reaktansmodulen 40, og reaktansen Xlog motstanden Rlved ovnens side av den variable reaktor 16 som fastsatt av impedansberegningsmodulen 38 som ligger nedstrøms. Basert på disse innmatingene fastsetter vinkelberegningsmodulen 42 den egnede utløsningsvinkel for tyristorene 22 er nødvendig for å oppnå den beregnede påkrevde reaktansen. I en foretrukket utførelse, fastsetter modulen 42 utløsningsvinklene ved å aksessere en lagret oppslagstabell som har vært fastsatt ifølge de unike karakteristikkene til den aktuelle lysbueovnen. I den illustrerte utførelsen, kan verdiene for oppslagstabellen fastsettes ved å utføre følgende trinn: a) fastsette mulige verdier for reaktansen Xlog motstanden Rlpå ovnens side med forhåndsbestemte forøkelser; b) basert på designverdier for parallellinduktoren 20 og systemets linjespenning, å fastsette en stasjonær belastningsstrømbølgeform for hver

tyristorstyringsvinkel mellom 0 og 180°, for hver av de mulige verdier for reaktansen Xlog motstanden Rlpå ovnens side;

c) for hver stabil laststrøm, å beregne strømmens grunnfrekvenskomponent, og å beregne den totale grunnreaktansen ved å beregne forholdet mellom systemets

linjespenning til grunnstrømmen;

d) for hver beregnet total grunnreaktans, å fastsette en påkrevd reaktansverdi Xreq for den variable reaktor ved å trekke fra reaktansen Xlfra ovnens side fra den

totale grunnreaktansen; og

e) å legge i tabell resultatene slik at den påkrevde styringsvinkelen kan fastsettes for hver mulig kombinasjon av påkrevde reaktansverdier (Xreq),

ovnssidereaktans (Xl) og ovnssidemotstand (Rl).

Man skal merke at styringsvinklene kunne beregnes ved

styringsvinkelberegningsmodulen 42 med anvendelse av metoder som ikke er å referere til en forhåndsbestemt oppslagstabell, imidlertid, gitt den datamaskin intensiv og gjentagende natur av styringsvinkelberegningene, vil en oppslagstabell tilby en rimelig effektiv løsning. I tillegg vil andre metoder kunne anvendes for å beregne verdiene som skal inkluderes i oppslagstabellen, og andre variabler kunne tas i betraktning avhengig av den spesifikke konfigurasjonen til den aktuelle lysbueovnen.

Reaktorstyringsanordningen 28 omfatter også en styringspulsgenereringsmodul 44 som mottar som innmatinger styringsvinkelen som fastsatt av vinkelberegningsmodulen 42 og et linjespenningssignal fra spenningstransformatoren 30. Pulsgenereringsmodulen 44 omfatter en pulsstyringsgenerator som justerer styringsvinklene for tyristorene 22 til å tilpasses styringsvinkelen fastsatt i vinkelberegningsmodulen 42.1 den illustrerte utførelsen, vil pulsgenereringsmodulen utformes til å oppdatere tyristorvinkelen hver halv vekselstrømsspenningssyklus, og i den forbindelse omfatter en nullkrysningsdetektor som overvåker linjespenningen via spenningstransformator 30 for å styre tidssekvensen til tyristorvinkeloppdateringen. På tilsvarende måte i denne utførelsen vil den påkrevde reaktansberegningsmodulen 40 fastsette en påkrevd reaktansverdi ved i det minste hver halve vekselstrøms linjespenningssyklus for å sikre at styringsvinkelen som er levert til pulsgenereringsmodulen 44 er aktuell. Avhengig av ovnsspesifikke karakteristikker, vil reaktorstyringsanordningen 28 kunne utformes til å justere utløsningsvinklene med større eller mindre frekvens enn én gang pr. halvsyklus, selv om typiske justeringer i det minste én gang for hver kraftsyklus er ønskelige for å kunne stabilisere lysbueeffekten på tilstrekkelig måte.

Som man vil forklare i større detalj nedenfor, er motstandsstyringsanordningen 28 fortrinnsvis utformet til å motta et overmanningssignal som gjør at den vil slå fullstendig på tyristorparet 22 når effektforsyningsstyringssystemet detekterer at et tap av elektrodelysbue er forestående. I den illustrerte utførelsen, vil styringsvinkelberegningsmodulen 48 være utformet til å gi ut, for et forhåndsbestemt tidsmellomrom, en nær null styringsvinkelinstruksjon til styringspulsgenereringsmodulen 44 når styringsvinkelberegningen mottar et overmaningssignal fra et lysbuetapforutsigende modul 56. Overmanningssignalet fra lysbuetapforutsigelsesmodul 56 har prioritet overfor andre innmatinger som styringsvinkelberegningsmodulen 42 mottar fra den påkrevde reaktansberegningsmodulen 40.

Modulene 38, 40 og 42 i reaktorstyringen 28 kan på egnet måte være implementert med anvendelse av en egnet programmert industriell PC, imidlertid vil fagmannen på området forstå at funksjonaliteten til slike moduler kunne implementeres med anvendelse av et flertall forskjellige multi hardware og/eller software konfigurasjoner. Styringspulsgenereringsmodulen 44 kan på egnet måte implementeres med anvendelse av en egnet programmert FPGA-anordning, imidlertid vil andre implementeringer kunne anvendes slik som mikroprosessorer eller dediserte kretsbaserte anordninger.

Tilstedeværelsen av den faste motstanden 18 i serie med den variable motstanden 16 hjelper å beholde den gjennomsnittlige ovneffektfaktoren innenfor et forhåndsbestemt område som målt ved spenningforsyningsbuss, spesielt i en situasjon hvor reaktansen 20 er fullstendig kortsluttet. Med den faste reaktoren 18 på plass, vil en endring i lysbuemotstand kunne kompenseres for med en endring av reaktansen til den variable reaktoren 16 med en størrelse som er lik eller mindre enn den for lysbuemotstandsendringen. Under disse betingelsene, vil den resulterende reaktive effekten som dras fra forsyningsbussen minimaliseres. Induktoren 23 tjener til å beskytte tyristorparet 22 fra skadende kortslutningsstrøm.

Hvis man nå ser på regulering av elektrodestillingene, omfatter kraftforsyningsstyringssystemet en elektrodestyringsanordning 48 for å regulere et elektrodebevegelsessystem 54 for å justere høyden til elektrodene 12 i forhold til ovnens beholder 24. Som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor, er elektrodestyringsanordningene 48 utformet til å overvåke på en kontinuerlig basis flere ovnsdriftsbetingelser, slik som elektrodespenninger, elektrodestrøm, effektforbruk, og elektrodebevegelser. De overvåkede prosessvariablene og endringer i de overvåkede prosessvariablene, sammenlignes med lagrede verdier og endringsmønster som har vært fastsatt til å være angivelse av et flertall av forskjellige typer med ovnsforstyrrelsesforhold. Basert på karakteristiske signaturer i variasjoner i ovnens prosessvariabler, vil styringsanordningen forutsi begynnelsen av et antall av forskjellige mulige ovnsforstyrrelsestilstander, og regulere elektrodehøyden på en måte som er egnet for det spesifikke forstyrrelsesforhold. Ved forstyrrelsesforholdsspesifikk regulering, vil elektrodesty rings anordningen prøve å redusere effektsvingninger og også beholde prosessenergieffektivitet, den strukturelle integriteten til ovnens tak og den elektriske balansen til effektsystemet. I utførelsen vist i fig. 2 er elektrodebevegelsessystemet 54 illustrert som et vinsj drevet system, imidlertid kan andre systemer som er i stand til å løfte og senke elektrodene 12, slik som hydraulisk sylinderdrevne systemer, anvendes som et alternativ.

Elektrodestillingsanordningen 48 omfatter fortrinnsvis en modusfastsettelsesmodul 50 som kontinuerlig overvåker driftskarakteristikkene til ovnen og plukker ett av flere mulige driftsmoder for elektrodehøyderegulering basert på de målte karakteristikkene. For å måle ovnsforhold, vil modusfastsettelsesmodulen 50 motta innmatinger fra en strømtransformator 60, som måler elektrodestrøm, og en spenningstransformator 58 som måler elektrode spenning til nøytrum. Modusfastsettelsesmodulen 50 vil også overvåke ytterligere driftskarakteristikker, omfattende temperaturen til ovnens tak via signaler som mottas fra et temperaturavfølingselement slik som et termopar (ikke vist), ovnsstøy (omfattende hørbare og noen ikke-hørbare frekvenser) og via signalet som er mottatt fra en akustisk transduser (ikke vist), elektrodebevegelse via tilbakekoblingen fra en elektrodesstillingsberegningsmodul 52, den ønskede innstilt verdi for effekt via linje 36, og ovnens tapinnstilling via en innmating fra uttaksinnstillingsanordningen 46. Modus-fastsettelsesmodulen 50 er utformet til, ved detektering av begynnelse av forstyrrelsesforhold i ovnens driftskarakteristikker, automatisk å velge fra blant en spenningsmodus, en impedansmodus og en strømmodus for drift.

Modusfastsettelsesmodulen 50 velger spenningsmodus når begynnelsen av en åpen lysbuesituasjon (f.eks. når én eller flere elektrodetupper er plassert ubeskyttet overfor arbeidsmaterialet) er detektert, for å beskytte ovnens tak fra for høy lysbuestråling. Modusfastsettelsesmodulen 50 overvåker et antall variabler for å fastsette om en åpen lysbuesituasjon har oppstått eller vil oppstå, omfattende men ikke nødvendigvis begrenset til: (a) endringer i elektrodeeffektfaktor; (b) økning i standard forskyvning av elektrodeeffekt; (c) høyere forekomst av lysbuetap for elektroden; (d) høyt hørbart ovnsstøy; (e) endringer i lysbuestrøm og spenningsharmonisk profil; (f) økning i lysbueovntakets varmestrøm umiddelbart rundt elektrodeåpningen; og (g) nylige elektrodebevegelser slik som løft og senk pendling av elektroden. Modusfastsettelsesmodulen 50 sammenligner de kontinuerlig overvåkede verdiene for disse variabler mot lagrede terskler og mønster som har vært forhåndsbestemt som angivelser av begynnelsen av en åpen lysbuesituasjon i den aktuelle lysbueovnen.

Ved valg av spenningsmodus, vil modusfastsettelsesmodulen 50 fastsette en spenningsmodusstyringsfeil (styringsfeil) ligning som den gir til elektrodestillingsberegningsmodulen 52 for å styre bevegelse av elektrodene, typisk i en nedoverrettet retning for å fjerne åpen bue forholdet. I en foretrukket utførelse, vil spenningsmodusstyringsfeilligning være som følger:

hvor:

V er spenningen mellom elektrode og nullpunkt som målt gjennom transformator 58;

Kl og kV er strøm og spenningsskalakonstanter som er forhåndsberegnet og lagret i en oppslagstabell. De er indeksert i oppslagstabellen ifølge transformatorens uttaksstilling; og

I er en forhåndsbestemt konstant som tilnærmer hva en normal driftselektrodestrøm for den aktuelle lysbueovnen er.

I spenningsmodus, vil styringsfeilligningen anvendes i forhold til alle tre elektrodene 12 med anvendelse av spenningen som er målt for hver respektiv elektrode. Med anvendelse av en forhåndsbestemt strømkonstant for I, heller enn en målt elektrodestrømverdi, for å fastsette styringsfeil vil elektrodestillingsstyringsanordningen fokusere på rask stabilisering av lysbuespenning gjennom elektrodehøyderegulering.

Den standardmodus som er valgt av modusfastsettelsesmodul 50 er impedansmodus. Impedansmodus er anvendt når ovnen holder dekkede eller beskyttede lysbuer (dvs. under normal drift, når dekket er tilveiebragt av arbeidsproduktet plassert i ovnen,

f.eks. vrakstål, skumslagg, eller malmførende materialer). I impedansmodus vil den mekaniske bevegelsen av hver elektrode 12 kobles fra den for de andre elektrodene i tre-elektrodesystemet ifølge den foreliggende utførelsen. Hver enkelt elektrode 12 er forflyttet når dens målte impedansverdi endres med en forhåndsbestemt mengde fra en innstilt verdi for impedans helt til et samsvar mellom den målte verdien og en innstilt verdi er gjenopprettet innenfor en forhåndsbestemt toleranse. Således for hver elektrode, vil modusfastsettelsesmodulen 50 fastsette den løpende elektrodeimpedans (ved den målte elektrodespenning og strømverdi), og hvis den målte impedansen ikke tilsvarer innstilte verdien for impedansen (dvs. hvis en forstyrrelsestilstand finnes for den nevnte elektrode), vil modusfastsettelsesmodulen 50 beregne en impedansmoduls styringsfeilligning som den gir til elektrodestillingsberegningsmodulen for å styre elektrodebevegelse. Fortrinnsvis er impedansens innstillingsverdi forholdet mellom forsterkningskonstantene kl/kV, og impedansmodusstyringsfeilligningen er som følger:

hvor:

V er speningen mellom elektrodenøytrum som målt gjennom transformatoren 58; kl og kV er forsterkningskonstantene nevnt ovenfor; og

I er elektrodestrømmen som målt gjennom transformatoren 60.

I impedansmodus, har den individuelle justeringen av elektroder, hvor prosessimpedansen har endret seg fra en innstilt impedansverdi redusert forstyrringen av ladningsdekning over lysbuen. Man ser at heller enn å måle dem med sekundærsidetransformatorer 58-60, kan verdier for V og I avledes fra målinger tatt fra primærsidetransformatorer 32 og 34 respektivt, ved å justere slike primærsidemålinger ifølge den egnede ovnstransformatorvindingstall.

Modusfastsettelsesmodulen 50 kan også velge en strømmodus når ovnens driftsbetingelser angir en høy grad av elektrisk ubalanse (som, hvis ignorert kan forårsake at et beskyttelsesrelé slår ovnens forsyning av). I strømmodus, vil elektrodestillingsstyringsanordningen 48 drives for å bevege elektrodene for å gjenskape en balansert elektrodestrøm, noe som minimerer muligheten for en ubalansert ovnsutløsning. Modusfastsettelsesmodulen 50 overvåker strømbalansen ved å måle komponenten med negativ sekvensstrøm i den primære eller sekundære fasestrøm for ovnstransformatoren 14.1 det illustrerte eksemplet, er sekundærfasestrømmene målt ved hjelp av strømtransformatorer 60, og modusfastsettelsesmodulen 50 utfører symmetrisk komponentdekomponering. Et eksempel på en dekomponeringsligning er illustrert som følger:

hvor:

a = -0,5 +j0,866;

h = negatriv sekvensstrøm;

Ia = fase a strømvektor;

Ib = fase b strømvektor; og

Ic = fase c strømvektor.

Når verdien for den negative sekvensstrømmen beholdes for en forhåndsbestemt tid overfor et terskelnivå, vil strømmodus velges. Når strømbalanseforholdforstyrrelse er rettet, vil impedansemodus gjenopprettes. Ved valg av strømmodus, vil modusfastsettelsesmodulen 50 fastsette en strømmodusstyringsfeilligning som den gir til elektrodestillingsberegningsmodulen 52 for å styre bevegelse av elektrodene 12 og for å redusere strømubalansen. I en foretrukket utførelse, er strømmodusstyringsfeilligning som følger:

hvor:

I er elektrodestrøm som målt gjennom transformator 60;

kl og kV er strøm og spenningsskalleringskonstanter som nevnt ovenfor; og V er en forhåndsbestemt konstant som tilnærmes hva en normal driftselektrodespenning for den aktuelle lysbueovnen er.

I strømmodus, vil styringsfeilligningen anvendes i forhold til alle tre elektrodene 12 med anvendelse av strømmen som måles for hver respektiv elektrode. Med anvendelse av en forhåndsbestemt spenningskonstant V heller enn en målt spenningsverdi, for å fastsette styringsfeilen vil elektrodestillingsstyringsanordningen fokusere på en raskt balansering av elektrodestrøm gjennom elektrodehøyderegulering. Man skal se at strømmodusstyringsfeilligningen (5) og spenningsmodusstyringsfeilligningen (3) er de samme som impedansemodusstyringsfeilligning (4) med erstatning av målt spenning V med en konstant i tilfelle spenningstrømmodusspenning, og erstatning av målt strøm I med en konstant i tilfelle spenningsmodusligning.

Kobling av elektrodespenning og strømmer mellom fasene er iboende i en tre elektrodelysbueovn. Således i den tre elektrodelysbueovnen ifølge den foreliggende utførelsen, når en lysbueforstyrrelse oppstår under én elektrode, vil spenning og strøm for alle tre elektroder være påvirket. Således, i strøm og spenningsmodus, vil bevegelse av alle tre elektroder oppstå for å motstå en forstyrrelsestilstand. Imidlertid, i impedansmodus vil bare den elektroden hvor impedansen trenger justering beveges, noe som minimaliserer forstyrrelse av lysbuedekning.

Elektrodestillingsstyringsanordningen 48 omfatter en

elektrodestillingsberegningsmodul 52 som er utformet til å styre elektrodebevegelsessystemet 54 for å løfte eller senke elektrodene 12 ifølge instruksjoner som mottas fra modusfastsettelsesmodulen 50. Beregningsmodulen 52 vil også overvåke elektrodestilling for egen anvendelse og for å gi tilbakemelding om elektrodebeliggenhet og bevegelse til modusfastsettelsesmodulen 50. Som angitt ovenfor, i strøm og spenningsmodus, vil de tre elektrodene beveges for å gjenoppbygge strøm og spenninger respektivt til innstillingsverdier. I impedansemodus, vil elektrodene beveges enkeltvis for å gjenbringe deres respektive impedanser til riktige nivåer. Beregningsmodulen 52 mottar elektrodestrøminformasjon og elektrodespenningsinformasjon fra strømtransformatoren 60 og spenningstransformatoren 58 respektivt.

Under ovnsdrift, vil stillingsberegningsmodulen 52 motta det egnede styringsfeilligningsvalg fra modusfastsettelsesmodulen 50 og anvende det for å styre elektrodebevegelse som følger. Styringsfeil er opphøyet i eksponent n, hvor alfa<n<beta (hvor alfa er vanligvis 1 og beta er vanligvis 2), og kontinuerlig integrert av en integrator. Når integralgrensen er nådd, vil elektrodens starthastighet settes til en verdi som er proporsjonen med gjennomsnittsfeilen over integreringsperioden. Elektrodehastigheten er da gjort proporsjonal med den øyeblikkelige feilen inntil feilen faller innenfor en bestemt dødbånd. Integratoren er da nullstilt, og integreringen starter når elektroden slutter å bevege seg. I tilfelle styringsfeilen er høyere enn en forhåndsbestemt terskel, vil integreringstrinnet kjøres forbi, og elektrodene er beveget med høy hastighet eller med maksimal hastighet inntil enten (a) feilen faller innenfor det forhåndsbestemte dødbånd, eller (b) feilen faller under den forhåndsbestemte terskel og hastigheten er justert til å være proporsjonen med den øyeblikkelige feilen. Generelt vil elektrodebevegelseshastigheter i den foreliggende utførelse av oppfinnelsen kunne falle mellom 300 mm/min. til 20000 mm/min. Man vil merke at i tillegg til den foreliggende beskrevne metoden, vil et antall forskjellige kjente bevegelsesstyringsalgoritmer kunne brukes av elektrodestyringsberegningsmodulen 52 for å styre elektrodebevegelse.

Et nytt trekk ved elektrodestyringsberegningsmodulen 52 er at den omfatter en lysbuelengdeovermanningsfunksjon hvor den fastsetter lysbuelengde for hver elektrode før den beveges, og kontinuerlig overvåker elektrodereise mens elektrodene beveges. Hvis en elektrode forflytter seg lenger enn den beregnede lysbuelengde, vil en overbroings- eller overmanningsordre utstedes for å redusere elektrodens hastighet til lav hastighet for å minimalisere elektrodebrudd eller uønsket metallreaksjon i ovnens smeltebad (noe som kan resultere fra en reaksjon mellom karbon i elektroden og det smeltede bad innenfor ovnen). I den foreliggende utførelsen, vil lysbuelengden for hver elektrode beregnes som følger:

hvor:

V = spenninger mellom elektrode og nøytrum;

I = elektrodestrøm;

Rsiaq = motstanden til elektroden når tuppen er så vidt i kontakt med den varme badoverflate;

V0= en konstant som representerer et spenningsfall; og

E0= er en konstant som representerer lysbuens elektriske felt i volt/cm.

I praksis vil lysbuelengdeberegningen kunne være avhengig av andre ovnsdriftsvariabler i tillegg til de som vises ovenfor. I den foreliggende oppfinnelsen, er styringsfeilen integrert hver halveffektsyklus, basert på ovnens driftskarakteristikker som er målt hver halve syklus. Imidlertid vil en integrering med lavere frekvens og prøvetaknings intervaller kunne anvendes av elektrodehøyderegulatoren ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Elektrodestyringsanordningen 48 omfatter også en ytterligere oversmanningsfunksjon som er implementert ved modulen 56 for lysbuetapsforutsigelsesalgoritmen, som forutsier enda en annen type forstyrrelsestilstand. Denne modulen forutsier tap av lysbue i en hvilken som helst av elektrodene 12, ved å overvåke begynnelsen av en karakteristisk hurtig reduksjon av lysbuestrøm, og svarer ved (a) å instruere elektrodestillingsberegningsmodulen 52 til hurtig å senke elektroden 12 hvor man forutsier tap av lysbue, og (b) som nevnt ovenfor, å sende et overmanningssignal til reaktorstyringsanordningen 28 som resulterer i å slå tyristorbryteren 22 på for felt (dvs. å gi en styringsvinkel på nesten null), som er knyttet med elektroden 12 hvor man har forutsett lysbuetap, og således fullstendig å kortslutte den respektive induktor 20 som gir en øyeblikkelig spenningsøkning til den aktuelle elektroden. Økningen i elektrodespenning som er forårsaket av at tyristorbryteren er på i sin helhet og reduksjonen i lysbuelengden på grunn av nedsenkede elektroder vil øke det elektriske feltet under elektroden. Som resultat av dette vil ioniseringsnivået i lysbuekolonnen vil gjenbygges og lysbuetap er hindret (eller lysbuen er gjenbygget i tilfelle tap av lysbue allerede har oppstått). Når lysbuekolonnen er gjenbygget vil overmanningsstyringen av reaktorens styringsanordning 28 av modulen 50 for forutsigelse av lysbuetap avsluttes, og således vil reaktorstyringsanordningen 28 være tillatt å detektere den resulterende reduserte lysbueimpedans og ifølge dette øke reaktansen til den variable reaktoren 16 ved å øke tyristorens styringsvinkel. Som resultat av dette vil elektrodeeffekten ikke være tillatt å overskride effektinnstillingsverdien. Den tradisjonelle konsekvensen av en hurtig elektrodenedsenking har vært en hurtig positiv strøm og/eller effektsvingning som kan resultere i en kretsstrømbryterutløsning på smelteovner. På stålovner, vil en hurtig nedsenking kunne forårsake elektrodetuppbrekkasje og/eller strømbryterutløsning. Således har hurtige elektrodenedsenkinger vært tradisjonelt unngått. Imidlertid i nevnte foreliggende oppfinnelse, er styring av variable reaktorer 16 sammen med elektrodenedsenkingen i stand til å dempe den positive effektsvingningen, og således redusere muligheten for en effektavbrytelse på grunn av strømbryterutløsning. I tillegg vil lysbuelengdeovermanningsfunksjonen (som fortsetter å gå selv under en lysbuetapoverstyring) redusere sjansen for ovnsforsinkelse på grunn av elektrodetuppbrudd.

Drift av modulen 56 for algoritmen for forutsigelse av lysbuetap illustreres av den følgende pseudokode:

(i) mens ovnen er i drift kontinuerlig

(ii) sample hver elektrode strøm; (iii) hvis hastigheten for endring av reduksjonsstrøm er større enn en forhåndsbestemt grense og

DO hvis elektrodestrømmen er mindre enn k x (innstillingsverdi)

(iv) da start en masternedsenking med full hastighet og styr tyristorer; (v) hvis elektrodestrømmen er restituert til innstillingsverdi eller hvis elektrodespenningen er null (vi) da restituer elektroderegulering til modusfastsettelsesmodul 50 og tyristorregulering til reaktorstyringsanordning 28;

(vii) ferdig DO.

Som angitt i trinn (i) og (ii) i pseudokoden, mens lysbueovnen er i drift, vil modulen 56 for lysbuetapforutsigelsesalgoritmen overvåke hver elektrodestrøm via strømtransformatorer 60 som er knyttet med hver elektrode. Som angitt i trinn (iii), hvis strømmen reduseres, vil reduksjonshastigheten kontrolleres for å se om den overskrider en forhåndsbestemt terskelverdi. Den forhåndsbestemte terskelen er valgt basert på karakteristikkene til den aktuelle ovnen, og er spesielt valgt til å være en verdi som er kjent til å være angivende for truende lysbuetap. I trinn (iii), er elektrodestrømmen også sjekket for å se om den er lavere enn en forhåndsbestemt prosent av en strøminnstilling. (Strømmens innstilt verdi er fastsatt basert på den innstilte verdi for effekt og innstillingen for transformatorspenningsuttak). Hvis begge testbetingelsene i trinn (iii) er tilstede, vil modulen 56 konkludere, på samme måte som ved trinn (iv) at ovnens driftsbetingelser forutsier en trussel for lysbuetap og foreta seg trinn til å unngå lysbuetap ved å instruere elektrodestillingsberegningsmodulen 52 til å senke elektrodene, og reaktorstyringsanordningen 28 til å slå på tyristorene 22 i sin helhet. Som angitt i trinn (v) vil disse lysbuetapshindringstiltak være beholdt inntil (a) den aktuelle elektrodestrøm er restituert til innstillingsverdien (noe som angir at et lysbuetap er hindret, eller at en lysbue er gjenoppbygget i tilfelle lysbuetap oppstod), eller (b) elektrodespenningen går til null (som angir at elektrodetuppen berører det smeltede badet i ovnens beholder). Etter trinn (v) vil modulen 56 for å forutsi lysbuetap utløse styring av elektrodereguleringen tilbake til modusfastsettelssmodulen 50, og styringen av de variable reaktorene 16 tilbake til reaktorstyringsanordningen 28, som i trinn (vi), noe som generelt vil resultere i en løfting av elektrodene og en økning av vari abe Ire aktor 16, og således vil man dempe en positiv effektsvingning som kunne oppstå på lysbuens gjentenning.

Elektrodestillingsanordningen 28 kan på vanlig måte være implementert med anvendelse av en egnet programmert industriell PC, imidlertid vil fagmannen på området forstå at funksjonaliteten til modulene kan implementeres med anvendelse av flere forskjellige mulige hardware og/eller software konfigurasjoner. Styringsanordningen for uttaksinnstilling 46 kunne også implementeres med anvendelse av en industriell PC eller et egnet alternativ, og kunne implementeres med anvendelse av den samme PC som anvendes for

elektrodestillingsstyringsanordningen 48.

Den variable reaktorstyring og elektroderegulering ifølge den foreliggende oppfinnelsen bidrar til å levere lysbueovnen til hvilken den er påført en effektprofil med flat linje uten vesentlig positive eller negative effektfluktuasjoner. Den hurtige elektronikktyristorstyring forbedrer den saktere effektstabiliserings mekanisk virkning av elektroderegulatoren. Elektronikktyristorkontrollen tilveiebringer en hurtig respons til lysbuefluktuasjoner, hvor elektrodereguleringen gir en kontinuerlig respons til mekaniske forstyrrelser (f.eks. arbeidsmaterialkolaps, lysbuetap, osv.). Generelt vil styringssystemet for lysbueovnen ifølge den foreliggende oppfinnelse virke for å: - Velge den påkrevde ovntransformatorspenningsuttak tilpasset til ovnens effektinns tilling. - Kontinuerlig å justere variable reaktorer for å regulere effektsvingninger på en halvsyklus eller helsyklusbasis for å imøtekomme endringer i elektrodeimpedans; og - Å dempe effektdupp ved forutseende elektroderegulering som resulterer i hurtig elektrodesenking, noe som vil forebygge at elektrodelysbuer går ut, og å styre en positiv effektsvingning på lysbuegjentenning med tyristorkontroll og samtidig elektrodeløfting.

I den illustrerte utførelsen, har man beskrevet en tre elektrodeovn hvor de variable reaktorene 16 er plassert utenfor delta inneslukningen til ovnens transformator. Man skal forstå at styringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kunne også anvendes tilpasset for andre lysbueovnkonfigurasjoner. F.eks., med egnet endring vil styringssystemet kunne anvendes for å levere tilsvarende fordeler i ovner hvor flere elektroder var knyttet hver fase, slik som en seks elektrodeovn hvor et par elektroder 12 er knyttet hver fase. I denne respekt, viser fig. 4 seks elektrodeovn ifølge en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Kontrollsystemet for seks-elektrodeovnen vil være tilsvarende det som vises i fig. 2 og beskrevet ovenfor i forhold til tre-elektrodeovnen, med noen tilpasning som nevnt nedenfor for å ta i betraktning forskjeller mellom seks-elektrode og tre-elektrodes ovner. Et blokkskjema for styringsskjemaet for seks-elektrodeovnen vises i fig. 5 i forhold til et elektrodepar 112 knyttet med en enkelt fase.

Med henvisning til fig. 4 og 5, vil seks-elektrodeovnen oppføre seg som tre enkelt fasebelastninger (to elektroder 12 hver) på effektsystemet. Hvert elektrodepar 112 mottar effekt fra en respektivt enkeltfase ovnstransformator 114. En variabel reaktor 18 er plassert mellom den primære viklingen til hver transformator 114 og effektforsyningsbussen 10.1 en foretrukket utførelse av en seks elektrodeovn, vil hvert par av elektroder kunne ha en enkelt effektinnstilling. Det finnes således tre effektinnstillinger som er vanligvis like men som kan settes forskjellig ifølge driftskrav. Hver ovnstransformator 114 har sitt uttak som er valgt av styringsanordningen for uttaksinnstilling 46 ifølge den respektive innstilt verdi for effekt. De samme generelle prinsippene gjelder for å innstille uttakene for hver av ovnstransformatoren 114 som nevnt ovenfor i forhold til transformatoren 14.

I forhold til variabel reaktorkontroll i den seks elektrodes ovn, vil pr. fasekontroll være stort sett den samme som den nevnt ovenfor i forhold til trefaseovner, siden ligning (2) nevnt ovenfor også kan anvendes for et elektrodepar 112 som er knyttet med en enkelt fase.

I forbindelse med elektrodehøyderegulering i seks elektrodeovnen, vil hvert elektrodepar 112 være avkoblet fra de andre elektrodepar siden hvert par er matet fra en adskilt ovnstransformator 114. Imidlertid, for et elektrodepar 112, vil elektrodene i paret være elektrisk koblet til hverandre siden de er matet fra samme transformator 114 og så vil bevegelsen av en elektrode ha påvirkning i strøm og spenningen i den andre elektroden. Elektrodebevegelsesanordningen 54 er mekanisk i stand til å bevege de to elektrodene 12 i et enkelt elektrodepar 112 uavhengig av hverandre. På samme måte som i tre elektrodeovnen, vil styringsfeilberegninger være utført av elektrodestillingsberegningsmodulen 52, ifølge modusen som er valgt av modusfastsettelsesmodulen 50, i forhold til hver elektrode 12. Således vil seks styringsfeilberegninger utføres, én for hver elektrode. I impedansmodus, vil forsterkningene kl og kV være valgt for å ta i betraktning at summen av elektrodeparspenningene er nesten konstant. I spenningsmodus, vil forsterkningene kl og kV velges for å ta i betraktning at summen av elektrodeparspenningene er nesten konstant.

Strømmodus for en seks elektrodeovn er modifisert fra den for en tre elektrodeovn som følger. For det første vil elektrodeparstrømubalanser være overvåket og rettet.

Innenfor et elektrodepar 112 vil strømmodus være en fast virkende modus for hurtig å justere elektrodeparstrøm. Den beveger begge elektroder i et par samtidig i samme retning. På tilsvarende måte som en tre elektrodesovn, vil strømmodus kunne balansere impedansene og elektrodespenningene innenfor et elektrodepar. Hvis lysbuen ikke er blåst ut, men hvis en elektrodeparstrøm er avveket fullstendig fra gjennomsnittsverdien, vil strømmodus lett velges for hurtig å bringe strømmen tilbake mot den innstilte verdien. Fysisk vil begge elektroder i et par beveges i en kort tid i samme retning.

Strømmodus virker også for å rette ubalanser som oppstår over de forskjellige fasene.

For å minimalisere den negative sekvensstrøm, vil strømmodus måtte virke for å balansere de primære strømmene til hver av de tre enkelt fasetransformatorene. Således i et seks elektrodesystem, vil elektrodestillingsstyringsanordningen 48 kobles for å motta primær strøminformasjon fra strømtransformatoren 34 i hver av de tre fasene. Hvis modusfastsettelsesmodulen 50 fastsetter at de sekundære spenningsuttakene på hver av de tre transformatorene 114 ikke er de samme, vil en strømbalanseringsordre resultere i en effektinnstillingsovermanning for den spesifikke transformatoren 114 med den nedre spenningen eller den høyere av de tre spenningsuttakene. Hvis det finnes en stor og bevist forskjell i elektrodepareffektinnstillinger eller sekundære spenningsuttak som vil forårsake ulik primær strøm, vil strømmodus settes ut av stand og med dette mener man at operatøren har bestemt seg for å tillate en høy grad av ubalanse.

Selv om den variable reaktoren 16 er vist som et enkelt par med tyristorbrytere, vil man forstå at andre konfigurasjoner kunne anvendes for den variable reaktor 16, slik som en flertrinns tyristorbryter f.eks. Som alternativt vil andre typer effekthalvlederbrytere kunne anvendes istedenfor tyristorer.

Claims

1. Effektstyringssystem for en elektrisk vekselstrøms lysbueovn med en vekselstrømseffektkilde (10) for å levere aktiv effekt til en lysbueelektrode (12), idet effektstyringssystemet omfatter: en variabel reaktans (16) mellom effektkilden (10) og elektroden (12); og en variabel reaktorstyringsanordning (28) for å forårsake at den variable reaktansen (16) varierer;karakterisert vedat den variable reaktorstyringsanordningen er tilpasset til å overvåke en impedans for elektroden (12) og å forårsake at den variable reaktansen (16) varierer som svar til endringer i den overvåkede elektrodeimpedans for å redusere variasjoner i den aktive effekten som blir levert til elektroden; og den variable reaktorstyringsanordningen (28) er konfigurert til å beregne elektrodeimpedansen, beregne en nødvendig reaktans basert på elektrodeimpedansen, og å innstille den variable reaktansen (16) til den beregnede reaktansen.

2. Effektstyringssystem ifølge krav 1, hvor den variable reaktorstyringsanordningen (28) er utformet til periodisk å fastsette, som svar til den overvåkede elektrodeimpedans, den nødvendige reaktans som vil resultere i en forhåndsbestemt aktiv effekt som er dratt av elektroden (12), og forårsake at den variable reaktansen (16) justeres til den fastsatte reaktansverdien.

3. Effektstyringssystem ifølge krav 2, hvor den forhåndsbestemte aktive effektdragning er basert på en fastsettelse av mengden effekt som kreves av ovnen for å prosessere et kjent volum av arbeidsmateriale.

4. Effektstyringssystem ifølge krav 2, hvor den variable reaktorstyringsanordningen (28) er utformet for å fastsette reaktansverdien og å justere den variable reaktansen (16) til å tilpasses den fastsatte reaktansverdi i det minste én gang for hver vekselstrømseffektsyklus.

5. Effektstyringssystem ifølge krav 2, hvor den variable reaktorstyringsanordningen (28) er utformet for å fastsette den nødvendige reaktansverdien og å justere den variable reaktansen (16) for å tilpasses til den fastsatte reaktansverdi i det minste én gang for hver halve vekselstrømseffektsyklus.

6. Effektstyringssystem ifølge krav 1, hvor den variable reaktansen (16) omfatter en tyristorstyrt induktor.

7. Effektstyringssystem ifølge krav 6, omfattende en fast reaktor (18) mellom effektkilden (10) og elektroden (12).

8. Effektstyringssystem ifølge et av kravene 1-7, omfattende: en elektrodebevegelsesanordning (54) for å løfte og å senke elektroden (12) for å styre lengden til lysbuen dannet derved; og en automatisk elektrodestyringsanordning (48) for å styre driften av elektrodebevegelsesanordningen (54), hvor elektrodestyringsanordningen (48) er konfigurert for å overvåke driftskarakteristikker for ovnen og å velge fra et flertall av forskjellige driftsmoduser for å styre bevegelse av elektroden (12) basert på overvåkede driftskarakteristikker.

9. Effektstyringssystem ifølge krav 8, hvor elektrodestyringsanordningen (48) sammenligner de overvåkede driftskarakteristikker mot forhåndsbestemte verdier som er en angivelse av en forstyrrelsestilstand hvor elektroden (12) er plassert for langt over et arbeidsmateriale, og forårsaker at elektrodehøyden justeres for å eliminere forstyrrelsestilstanden.

10. Effektstyringssystem ifølge krav 8, hvor elektrodestillingsstyringsanordningen (48) er konfigurert for periodevis å beregne lengden til lysbuen som produseres av elektroden (12) og å forårsake at elektrodebevegelsesanordningen (54) reduserer hastigheten for elektrodebevegelsen for å forhindre at elektroden reiser lenger enn den beregnede lysbuelengden.

11. Effektstyringssystem ifølge et av kravene 1-7, omfattende: en elektrodebevegelsesanordning (54) for å justere elektrodehøyde; en elektrodeposisjonsstyringsanordning (48) konfigurert for å overvåke karakteristikker ved ovnen og å sammenlikne de overvåkede karakteristikker med forhåndsbestemte karakteristikker for å forutsi den mulige begynnelse av lysbuetap for elektroden (12), å forårsake at elektrodebevegelsesanordningen hurtig senker elektroden, og at den variable reaktorstyringsanordningen (28) momentant reduserer størrelsen til den variable reaktansen for å forhindre lysbuetap.

12. Fremgangsmåte for styring av en lysbueovn med en tre-fase vekselstrømseffektkilde (10) for å påføre tre-faseeffekt til tre respektive lysbueelektroder (12) og med variable reaktanser (16) koblet mellom respektive faser av effektkilden (10) og de tre elektrodene (12),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinnene: a) å overvåke, for hver av de tre effektfasene, en respektiv elektrodeimpedans; b) å beregne, for hver av de tre effektfasene, en nødvendig reaktans basert på den overvåkede elektrodeimpedans; b) å justere induktansen til de variable reaktansene (16) for å kompensere for endringer i de respektive elektrodeimpedanser for å redusere fluktuasjoner i aktiv effekt som dras fra effektkilden (10).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor trinn (c) omfatter, for hver effektfase, å fastsette en induktans som er nødvendig for å beholde et forhåndsbestemt effektforbruksnivå når det tas i betraktning endringer i den respektive elektrodeimpedans, og å justere den respektive variable reaktans (16) i henhold til dette.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, hvor trinn (a) og (c) blir utført, for hver effektfase, i det minste én gang for hver vekselstrømseffektfasesyklus.

15. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 12-14, omfattende et trinn for: d) å overvåke de respektive elektrodestrømmer for å fastsette om de overvåkede strømmene har karakteristikker som forutsier tap av lysbue i den respektive elektrode, og hvis dette er tilfelle, å senke den respektive elektrode (12) og å redusere induktansen til den respektive variable reaktor for å hindre lysbuetap.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor lysbueovnen påfører tre-faseeffekt til tre respektive par (112) med elektroder (12), og en variabel reaktans er koblet mellom respektive faser av effektkilden og tre par (112) elektroder (12), og den respektive elektrodeimpedans er en impedans for det respektive elektrodepar (112).

17. Effektstyringssystem i samsvar med krav 1, hvor systemet er for en elektrisk vekselstrømslysbueovn (24) for å motta arbeidsmateriale, idet elektrodene har lysbueender anbrakt innenfor og atskilt fra hverandre med ovnen (24), hvorved anvendelse av effekt fra effektkilden (10) til elektrodene (12) forårsaker generering av respektive lysbuer fra hver av elektrodene for å prosessere arbeidsmaterialet, og effektstyringssystemet innbefatter: tre variable reaktanser (16) som er forbundet til de respektive faser i den tre-fasede kraftkilden; en ovnstransformator (14) med primære viklinger og sekundære viklinger og uttak for å justere transformatorforholdet, hvor de primære viklingene er koblet til de tre variable reaktansene (16) og de sekundære viklingene er koblet tilde tre lysbueelektrodene (12); en elektrodebevegelsesanordning (54) for å justere høyden til elektrodene i forhold til ovnens beholder; og et effektstyringssystem innbefattende den variable reaktorstyringsanordningen (28) for: i) å innstille transformatorens uttak for tilpasning til et forutsett effektforbruk for ovnen til et forhåndsbestemt effektforbruk; og å ii) overvåke driftskarakteristikker for ovnen som er en angivelse for det aktive effektforbruket for ovnen og å justere de variable reaktansene (16) og elektrodehøyden for å minimalisere endringer i det aktive effektforbruk i forhold til det forhåndsbestemte effektforbruk.

18. Effektstyringssystem ifølge et av kravene 1-3, 5-11 og 17, hvor de variable reaktansene (16) blir justert i det minste én gang for hver respektive vekselstrømseffektfasesyklus.

19. Effektstyringssystem ifølge krav 17, hvor ovn transformatoren (14) omfatter tre enkeltfasetransformatorer (114), hvor hver har en primærvikling som er koblet til en respektiv én av de tre variable reaktansene (16), og omfatter et par (112) av lysbueelektroder (12) som er koblet til en sekundærvikling i hver av enkeltfasetrans formatorene.