專利名稱：熔爐設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由電弧爐構(gòu)成的熔爐設(shè)備，這具有至少一個(gè)電極以及連接件，用于把熔爐連接到供電網(wǎng)，以便用電流在電極上形成電弧。
電弧爐的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間了，例如用于煉鋼。這種熔爐具有一或多個(gè)電極和爐體，在其中裝入爐料。電極被連接到供電網(wǎng)，由電網(wǎng)向在電極與爐料之間和/或電極與電極之間燃燒的一或多個(gè)電弧提供電流。在電弧中產(chǎn)生的電流使?fàn)t料得到加熱。
通常是用交流電壓為電弧爐供電，也有些電弧爐用直流電壓供電。在煉鋼期間使用的一種典型的電弧爐中，爐料上方布置有三個(gè)電極，它們各自連接到三相供電網(wǎng)中的一相?？梢园垂姆椒ㄓ秒姌O的位置控制裝置來設(shè)置電極，也就是控制電極與爐料的距離，由此來控制電弧的長(zhǎng)度。熔爐通常經(jīng)一個(gè)熔爐變壓器連接到電網(wǎng)，變壓器一般都設(shè)有一個(gè)負(fù)載抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于控制提供給熔爐的電壓。
電弧爐的設(shè)計(jì)功率通常很高，因此，這種熔爐對(duì)供電網(wǎng)的影響以及對(duì)連接到電網(wǎng)上的其他用戶的影響是很大的。特別是在某些操作方式下，例如在熔化爐料的過程中，電弧爐的操作狀態(tài)是不穩(wěn)定的。在電極和爐料之間會(huì)頻繁地發(fā)生短路，從而產(chǎn)生浪涌電流。還可能發(fā)生一個(gè)電弧熄滅的現(xiàn)象，這會(huì)造成該相電流完全中斷。這些故障通常是不對(duì)稱的，會(huì)造成兩相短路，而另一相無電流。這些現(xiàn)象在供電網(wǎng)中會(huì)造成明顯的負(fù)載變化，而負(fù)載變化會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓發(fā)生變化。
采用可控靜態(tài)無功功率補(bǔ)償?shù)妮o助設(shè)備可以減少上述電壓變化中的低頻成分。然而，由電弧爐造成的電壓變化中的大部分處于大約4至8Hz的頻率范圍內(nèi)，這種頻率的電壓變化會(huì)造成所謂閃光，它會(huì)損傷眼睛，也就是說，會(huì)使燈泡和其他光源的光強(qiáng)度發(fā)生變化，并且會(huì)造成其他干擾，例如使TV接收機(jī)的圖象發(fā)生變化，同時(shí)，由于干擾的頻率過高，不可能用可控的無功功率補(bǔ)償措施把干擾降低到所需的程度。
除非供電網(wǎng)的短路功率比熔爐的額定功率大得多，否則，由于上述原因，電弧爐會(huì)對(duì)其他用戶形成不利的干擾。
在達(dá)到熔相之后，爐中的電弧以較穩(wěn)定的方式燃燒，可以減少上述的干擾。在熔相期間，電弧在電極電流的每個(gè)過零點(diǎn)處熄滅，并且在電極電壓的下半個(gè)周期中當(dāng)新極性的電壓達(dá)到了一個(gè)足以點(diǎn)火的值之后被逐漸再點(diǎn)火。在每次熄滅與隨后的點(diǎn)火之間，即每半個(gè)周期中有一個(gè)無電流間隔。這些無電流間隔會(huì)使電弧所產(chǎn)生的平均功率下降，從而影響熔爐的產(chǎn)量。因此希望盡可能地縮短無電流間隔時(shí)間。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知可以在電極的供電線路中連接附加的電感，以便在電流過零點(diǎn)之后加快再點(diǎn)火，這樣使得無電流間隔時(shí)間減短，然而，從熔爐設(shè)備整體的角度來看，這種方法會(huì)降低功率因數(shù)和電流幅值，但另一方面卻能延長(zhǎng)燃弧時(shí)間，因此則有可能提高熔爐的產(chǎn)量。同時(shí)，熔爐設(shè)備的成本及其中的損耗也會(huì)增加。
本發(fā)明的目的是提供一種如說明書引言部分中所述的那樣一種設(shè)備，它不增加設(shè)備的損耗或是無功功率吸收，可以減少熔爐對(duì)供電網(wǎng)的干擾(即閃光)，并且能縮短無電流間隔的長(zhǎng)度，因此就可以使熔爐的產(chǎn)量提高。
在附加的權(quán)利要求書中更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的設(shè)備所具有的特征。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與熔爐并聯(lián)地構(gòu)成一個(gè)短路通路，當(dāng)短路通路被斷開時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖?？梢杂脭嚅_一個(gè)電感性電路的簡(jiǎn)單方式來產(chǎn)生電壓脈沖，并且所需的附加設(shè)備最少。最好是利用可控硅點(diǎn)火來形成短路通路，最好是選用控制極關(guān)斷閘流晶體管(GTO)，將其設(shè)在一個(gè)可以關(guān)斷并且與熔爐相并聯(lián)的可控硅電路中，并且通過關(guān)斷上述可控硅來斷開短路通路。
已經(jīng)得到證實(shí)，如果相對(duì)于電弧中斷經(jīng)過一定延遲再產(chǎn)生用于點(diǎn)火的電壓脈沖，本發(fā)明的效果會(huì)更明顯。在大多數(shù)情況下可以證實(shí)，這一延遲的量值可以影響由熔爐產(chǎn)生的干擾的量值和頻譜，并且能影響熔爐電流的量值以及無電流間隔的長(zhǎng)度。因此，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，延遲是根據(jù)某些適當(dāng)?shù)臋z測(cè)參數(shù)或是檢測(cè)參數(shù)的函數(shù)受到控制的，從而在受到延遲影響的參數(shù)之間獲得一種最佳的關(guān)系。
以下要參照附

圖1-7解釋本發(fā)明。
圖1示出了按照本發(fā)明的一例設(shè)備，圖2示出了用于該設(shè)備的脈沖發(fā)生器的控制裝置，圖3a和3b表示了該設(shè)備的函數(shù)。
圖4示出了按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的設(shè)備，其中的電壓脈沖是通過閉合并隨之?dāng)嚅_一個(gè)與熔爐并聯(lián)的電感性短路通路而產(chǎn)生的。
圖5示出了圖4中所示設(shè)備的三相形式，圖6示出了用于這種形式的一例控制裝置，而圖7示出了該設(shè)備的函數(shù)。
圖1示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熔爐設(shè)備的單線圖。熔爐設(shè)備包括一個(gè)示意性表示的電弧爐1，其爐體10帶有一個(gè)底部觸點(diǎn)11，觸點(diǎn)11與裝在爐體內(nèi)的爐料12保持電接觸。爐電極13被設(shè)在爐料上方。該電極具有連接導(dǎo)線14，底部觸點(diǎn)具有連接導(dǎo)線15。在熔爐的操作過程中，電弧16在電極和爐料之間燃燒。
電網(wǎng)20通過一個(gè)帶有負(fù)載抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)的熔爐變壓器向熔爐供電。變壓器的附邊繞組通過一個(gè)電抗器22連接到熔爐的連接導(dǎo)線14。一個(gè)脈沖發(fā)生器3與熔爐并聯(lián)地連接，并且按照下文所述的方式在熔爐兩端施加電壓脈沖。
一個(gè)例如電壓互感器的電壓測(cè)量件23被連接到熔爐上，并且響應(yīng)熔爐電壓的瞬時(shí)值向脈沖發(fā)生器傳送一個(gè)信號(hào)“u”。一個(gè)例如電流互感器的電流測(cè)量件24被連接在熔爐的供電導(dǎo)線中，并且響應(yīng)由變壓器提供給熔爐的電流的瞬時(shí)值，向脈沖發(fā)生器提供信號(hào)“i”。信號(hào)“u”和“i”在下文所述的方式中被用于控制脈沖發(fā)生器3，以便向熔爐提供具有適當(dāng)極性和適當(dāng)相位的電流脈沖。
熔爐可以是由單相電網(wǎng)供電的單相爐，與此對(duì)應(yīng)的設(shè)備如圖1所示。另一方面熔爐也可以是一個(gè)三相爐，并且通過一個(gè)三相熔爐變壓器由三相電網(wǎng)為其供電。在這種情況下，熔爐中可以沒有底部觸點(diǎn)，而脈沖發(fā)生器3則可以連接到三相電極的連接導(dǎo)線，并且在電極之間向熔爐提供具有適當(dāng)極性和適當(dāng)相位的電壓脈沖，而不是象圖1中那樣在電極和底部觸點(diǎn)之間施加電壓脈沖。
按照公知的方式，電感22可以由連接在熔爐變壓器和熔爐之間的一個(gè)獨(dú)立電抗器構(gòu)成。由于本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是可以采用比現(xiàn)有技術(shù)中較低的串聯(lián)電感而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作，可以完全去掉獨(dú)立的電抗器，而圖1中的電感22則是由電網(wǎng)，熔爐變壓器及連接導(dǎo)線14的電感構(gòu)成的。
圖中的僅是示意性地示出了熔爐1，它本身還可以包括附加的適當(dāng)或必要設(shè)備及特征，例如用于控制電極和變壓器帶負(fù)載抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置控制裝置。
脈沖發(fā)生器3被連接到熔爐的電極連接導(dǎo)線14。它可以提供雙極性的電壓脈沖，并且包括分別用于每個(gè)極性的電容器31a和31b，分別由整流器33a和33b構(gòu)成的電容器充電部件，整流器由交流電壓源供電，以及分別與每個(gè)電容器串聯(lián)連接的控制極關(guān)斷閘流晶體管(GTO)32a和32b。兩個(gè)整流器各自由一個(gè)可控整流器構(gòu)成，按公知的方式控制其電流和電壓，以便按適當(dāng)速度為電容器充電并使電容器電壓達(dá)到適當(dāng)電壓。另外，脈沖發(fā)生器3包括一個(gè)低電阻值的電阻34，選擇其電阻值，把電容器通過閘流晶體管放電的電流限制在容許的值。脈沖發(fā)生器還包括一個(gè)過電壓保護(hù)裝置35，它由一個(gè)變阻器構(gòu)成，用于保護(hù)脈沖發(fā)生器及其內(nèi)部元件，并且保護(hù)其他的熔爐電路，特別是熔爐變壓器。最后，脈沖發(fā)生器還包括一個(gè)控制裝置36，它接收測(cè)量參數(shù)“i”和“u”，并且向閘流晶體管32提供點(diǎn)火和關(guān)斷脈沖。
圖2示出了控制裝置36的結(jié)構(gòu)。信號(hào)“i”和“u”分別被提供給電平檢測(cè)電路361，362和363。電路361被用來產(chǎn)生輸出信號(hào)i0，該信號(hào)在熔爐的電流為零時(shí)，即在實(shí)際情況下電流低于一個(gè)低限值時(shí)等于“1”。電路362產(chǎn)生信號(hào)u+，該信號(hào)在熔爐電壓為正，即電壓超過一個(gè)低的正值時(shí)等于“1”。電路363產(chǎn)生信號(hào)u-，該信號(hào)在熔爐電壓為負(fù)時(shí)，即在電壓低于一個(gè)低的負(fù)值時(shí)等于“1”。信號(hào)i0被提供給兩個(gè)AND電路364和365的輸入端之一，而信號(hào)u+和u-被提供給AND電路的另一輸入端。在達(dá)到“i”為零而“u”為正的狀態(tài)時(shí)，電路364的輸出信號(hào)P+從“0”變成“1”。該信號(hào)被供給具有延遲“t”的延遲電路366的差動(dòng)輸入端。延遲電路在達(dá)到上述狀態(tài)后的時(shí)間“t”產(chǎn)生一個(gè)脈沖t+。這一脈沖被提供給控制脈沖裝置368，使其向閘流晶體管32a的點(diǎn)火電極321a發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，并且在此后的預(yù)定時(shí)間向同一閘流晶體管的關(guān)斷電極322a發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。
與此相似，在達(dá)到“i”為零而“u”為負(fù)的狀態(tài)時(shí)，電路365的輸出信號(hào)P-從“0”變成“1”。該信號(hào)被供給具有延遲“t”的延遲電路367的差動(dòng)輸入端。該延遲電路在達(dá)到上述狀態(tài)后的時(shí)間“t”產(chǎn)生一個(gè)脈沖t-。這一脈沖被供給控制脈沖裝置369，并使其向閘流晶體管32b的點(diǎn)火電極321b發(fā)出一個(gè)點(diǎn)火信號(hào)，并在此后的預(yù)定時(shí)間向同一閘流晶體管的關(guān)斷電極322b發(fā)出一個(gè)關(guān)斷信號(hào)。
電路366和367中的時(shí)間延遲可以適當(dāng)?shù)囟ㄔ?ms的量級(jí)，各個(gè)閘流晶體管32a和32b在點(diǎn)火和關(guān)斷之間的時(shí)間可以定為100μs。
在電壓和電流為負(fù)值的半周之后，電弧16被熄滅，檢測(cè)電流變?yōu)榱?，而熔爐電壓為正。經(jīng)過延遲“t”之后，閘流晶體管32a被導(dǎo)通并隨之很快被關(guān)斷(在本例中持續(xù)100μs)，電容器31a就會(huì)通過閘流晶體管放電，并把一個(gè)高值的短電壓脈沖提供給電極。從而比其他情況下較早地點(diǎn)燃電弧。按照相應(yīng)的方式，在電壓和電流為正值的半周之后利用閘流晶體管32b向熔爐提供負(fù)電壓脈沖。與此相似，如果在除了熔爐電流的半周結(jié)束時(shí)之外的其他時(shí)間發(fā)生電弧的中斷，本發(fā)明的設(shè)備也可以操作。這種中斷由信號(hào)i0變?yōu)椤?”來表示，該狀態(tài)可以向熔爐提供一個(gè)電壓脈沖，從而迅速并可靠地重新點(diǎn)燃電弧。按照上文所述，電路362和363可以確保電壓脈沖的正確極性。
電容器的充電電壓及其所提供的相應(yīng)的電壓脈沖的幅值可以達(dá)到一或幾KV的量級(jí)。
每個(gè)閘流晶體管均按公知的方式設(shè)有適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)所謂緩沖電路，也就是一個(gè)與閘流晶體管并聯(lián)連接的RC電路，或是設(shè)有另一種用于減小閘流晶體管電壓上升速度的電路，并且用于在關(guān)斷閘流晶體管時(shí)限制其電壓的最大值。
按照本發(fā)明所提供的電壓脈沖通常可以使熔爐電流的量值有所增加，顯著地縮短死機(jī)時(shí)間(即電弧在熄滅和重燃之間的時(shí)間)，并且在點(diǎn)燃電弧之后更迅速地產(chǎn)生電流。因此，本發(fā)明的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是在熔爐電流的每個(gè)半周期間明顯地增大了有電流的時(shí)間區(qū)，從而可以明顯地提高熔爐的產(chǎn)量。通過對(duì)電流過零點(diǎn)和電壓脈沖之間的時(shí)間延遲進(jìn)行選擇，還可以增強(qiáng)本發(fā)明的良好效果。當(dāng)熔爐電流低且死機(jī)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，延遲具有特殊的優(yōu)選性。
圖3a和3b示出了本發(fā)明的效果。圖中示出了供電電壓u(變壓器副邊電壓)，熔爐電壓u(近似等于電弧電壓)及熔爐電流i。圖3a示出了在一個(gè)交流電壓周期中按以往公知的方式操作時(shí)的狀態(tài)，也就是沒有本發(fā)明的電壓脈沖時(shí)的狀態(tài)。圖3b同樣示出了在一個(gè)周期中按照本發(fā)明進(jìn)行操作時(shí)間的狀態(tài)。電壓脈沖用標(biāo)記“SP”表示。從圖中可見，借助本發(fā)明可以明顯地縮短死機(jī)時(shí)間dt，由此會(huì)使熔爐設(shè)備的功率因數(shù)顯著提高。同時(shí)還可使電流值有所增加，并且明顯地增大電流時(shí)間區(qū)，從而提高熔爐的生產(chǎn)率。在這種操作條件下，向熔爐提供50Hz，400V的交流電壓。圖1中的電感22為10μH。電路366和367的延遲“t”為1ms。從圖中可見，熔爐的電流值從25KA左右提高到40KA左右，死機(jī)時(shí)間由2ms左右縮短到1ms左右。這樣就以一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的方式明顯地改善了熔爐的操作性能。電壓脈沖中的大部分能量被提供給了電弧，也就是供給了熔爐，因此，在本發(fā)明的電壓脈沖發(fā)生電路中的功率損失很小。
在熔爐工作在中高或高電流條件下并且死機(jī)時(shí)間已經(jīng)很短的情況下，若能縮短或完全消除上述延遲將會(huì)是有益的。因此，最好使電路366和367中的延遲按照熔爐的操作狀態(tài)而改變。這種改變?cè)趫D2中可以用提供給該電路的控制信號(hào)S(虛線)來實(shí)現(xiàn)，該信號(hào)用于控制延遲“t”的量值。這一控制信號(hào)可以由人工操作，以便把延遲調(diào)整到能達(dá)到最佳操作狀態(tài)的值。另一方面也可以根據(jù)一或多個(gè)檢測(cè)到的操作變量來自動(dòng)地控制延遲量。圖2中示出了如何把多個(gè)檢測(cè)到的操作變量a1，a2，a3，a4提供給控制單元360的情況，控制單元360計(jì)算且產(chǎn)生控制信號(hào)S，該信號(hào)在各種情況下按照這些檢測(cè)到的操作變量的預(yù)定函數(shù)給出最佳的延遲。如上所述，可用于控制延遲的適當(dāng)?shù)牟僮髯兞靠梢允侨蹱t電流的平均值和死機(jī)時(shí)間。
以上以通常是復(fù)雜并且不能完全預(yù)料到的方式驗(yàn)證了本發(fā)明的效果，它取決于上述時(shí)間延遲的數(shù)值。反之也可以按照控制工程領(lǐng)域內(nèi)的公知方式對(duì)控制單元360進(jìn)行優(yōu)選設(shè)計(jì)。可以向其連續(xù)地提供一或多個(gè)受到延遲影響的參量，或是由其自身根據(jù)測(cè)得的操作變量來決定，而這些參量是可以借助本發(fā)明被優(yōu)化的。例如，這些參量可以是在一定頻率范圍內(nèi)的擺動(dòng)量，無功功率損失，以及熔爐的平均電流。控制單元按照這些變量的預(yù)定函數(shù)計(jì)算出一個(gè)最佳變量。該函數(shù)是根據(jù)最佳操作狀態(tài)來選擇的，由此來確定是否應(yīng)把最佳變量定為最小(或最大)。例如，該函數(shù)可以是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系T＝K1·a1+K2·a2+K3·a3+……其中a1，a2等等是不同的操作變量，而K1，K2等等是為各個(gè)操作變量選擇的加權(quán)系數(shù)，而其中的T是最佳變量。這種控制單元按照公知方式自動(dòng)并連續(xù)地調(diào)整控制信號(hào)S，并由此來校正延遲，并且由控制單元檢測(cè)出由于延遲所選擇的變量T的改變。其工作方式是把變量T一直保持在最小(或最大)，從而按照由最佳函數(shù)所預(yù)定的準(zhǔn)則使熔爐一直保持最佳的操作狀態(tài)。
圖4示出了本發(fā)明的熔爐設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例。其與圖1所示實(shí)施例的區(qū)別在于電壓脈沖發(fā)生部件3的結(jié)構(gòu)不同。由于去掉了電容器及其充電設(shè)備而得到了明顯的簡(jiǎn)化。與圖1不同，短路通路30a，30b與熔爐并聯(lián)連接，以便能將熔爐短路。為了分別閉合及斷開短路通路，在通路中連接了關(guān)斷閘流晶體管32a和32b。當(dāng)一個(gè)電壓脈沖被產(chǎn)生時(shí)，例如正電壓脈沖，相應(yīng)的閘流晶體管就被點(diǎn)火，此時(shí)被點(diǎn)火的是32a。短路通路30隨之被閉合，由熔爐的供電電壓驅(qū)動(dòng)的快速增大的短路電流流過電抗器22和短路通路。在一個(gè)經(jīng)選擇可以使電流達(dá)到一個(gè)高值，但是該值又不超過閘流晶體管電流容量的時(shí)間間隔之后，閘流晶體管被關(guān)斷。短路通路隨之被斷開，而在電感中感生的一個(gè)電壓為熔爐提供了一個(gè)高值的正電壓脈沖。導(dǎo)通和關(guān)斷之間的間隔在參照?qǐng)D3所述的操作狀態(tài)下可以是大約500μs，這意味著在關(guān)斷閘流晶體管之前可以產(chǎn)生量值為10KA量級(jí)的最大短路電流。在一定程度上取決于緩沖電路的規(guī)格和結(jié)構(gòu)，它足以產(chǎn)生足夠量值的數(shù)KV電壓脈沖，快速并可靠地使電弧重新點(diǎn)燃。
每個(gè)閘流晶體管設(shè)有一個(gè)由電容324a，324b與電阻325a，325b串聯(lián)構(gòu)成的緩沖電路。電阻與二極管323a，323b并聯(lián)連接，二極管的導(dǎo)通方向與閘流晶體管相同，其原因是為了在關(guān)斷過程中提供較緩慢的電壓上升，以便按公知的方法促使其關(guān)斷。
控制裝置36可以設(shè)計(jì)成與圖2中所示情況相同，并且圖4所示的設(shè)備的功能和效果總地來說與圖1-3所描述的設(shè)備的功能和效果相同。
變阻器35限制了脈沖，從而保護(hù)了脈沖發(fā)生裝置中及其元件，同時(shí)也保護(hù)了熔爐電路，特別是熔爐變壓器。
在圖2所示的控制裝置中，每個(gè)閘流晶體管在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)被導(dǎo)通，例如導(dǎo)通500μs。另一方面，可以對(duì)通過導(dǎo)通的短路閘流晶體管的電流進(jìn)行測(cè)量并且在電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)關(guān)斷閘流晶體管，例如在電流達(dá)到1KA-10KA范圍內(nèi)的某一值時(shí)，這主要取決于短路閘流晶體管的電流容量。
通過適當(dāng)?shù)淖兏?，以上參照?qǐng)D1-4描述的本發(fā)明的實(shí)施例可以用于單相和多相的熔爐。在實(shí)際應(yīng)用中的熔爐的類型通常是三相的結(jié)構(gòu)。這種熔爐通常沒有底部觸點(diǎn)，并且爐料在這種情況下是不導(dǎo)電的。在這種熔爐中，不能直接應(yīng)用具有上述結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
圖5示出了向熔爐提供三相電弧的設(shè)備。供電網(wǎng)20是一個(gè)三相網(wǎng)，熔爐變壓器21是三相變壓器。在圖中把熔爐表示成了三個(gè)單相爐1r，1s，1t，但實(shí)際上它是由裝有爐料的一個(gè)爐體構(gòu)成的，在其上設(shè)置了三個(gè)電極13r，13s，13t。該設(shè)備按照以上參照?qǐng)D4所述的原理產(chǎn)生電壓脈沖，然而，此時(shí)的短路通路是在熔爐的三個(gè)連接導(dǎo)線14r，14s，14t之間形成的。這是利用連接在連接導(dǎo)線之間的閘流晶體管的連接32sr-32rs，32ts-32st，32tr-32rt來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)這種連接由兩個(gè)反并聯(lián)的關(guān)斷閘流晶體管構(gòu)成。閘流晶體管設(shè)有緩沖電路，例如與圖4所示類型相同的緩沖電路，但在圖中為了簡(jiǎn)化而沒有示出。
閘流晶體管的控制設(shè)備可以模仿圖2所示的設(shè)備來設(shè)計(jì)。在圖6中示出了該設(shè)備中用于控制閘流晶體管32rs和32sr的那一部分的實(shí)例。檢測(cè)相r中的電流ir，如果電流的絕對(duì)值低于預(yù)定的低電平，電平檢測(cè)器361rs就發(fā)出信號(hào)ir0＝“1”。該信號(hào)被提供給AND電路364rs和365rs。檢測(cè)相r與s之間的電壓urs并將其提供給電平檢測(cè)器362rs和363rs。如果電壓為正，前一個(gè)檢測(cè)器就發(fā)出信號(hào)urs+＝“1”，若電壓為負(fù)，后一個(gè)檢測(cè)器就發(fā)出信號(hào)urs-＝“1”。這些信號(hào)被提供給AND電路364rs和365rs。與圖2所示的電路中相仿，當(dāng)電路364rs的兩個(gè)輸入信號(hào)均為“1”時(shí)，就發(fā)出為閘流晶體管32rs點(diǎn)火的信號(hào)P+。當(dāng)電路365rs的兩個(gè)輸入信號(hào)均為“1”時(shí)，它就發(fā)出為閘流晶體管32sr點(diǎn)火的信號(hào)P-。信號(hào)P+和P-被提供給延遲電路366rs，367rs的差動(dòng)輸入端，并且延遲是可控的。這些延遲電路的輸出信號(hào)t+和t-被提供給控制裝置368rs，369rs，它們分別向閘流晶體管32rs和32sr提供導(dǎo)通和關(guān)斷信號(hào)。
圖6所示的電路及上述操作完全是模仿了上文中參照?qǐng)D1-4所述的方式。當(dāng)一相(r)電流為零時(shí)，連接到供電交流電壓相序(rst)的下一相(s)的兩個(gè)閘流晶體管(32rs，32sr)之一被點(diǎn)火，這其中可能有一個(gè)延遲。這些閘流晶體管中僅有一個(gè)可以載流，這取決于哪一相的電位最高。電平檢測(cè)器(362rs，363rs)保證了這一最高的閘流晶體管被點(diǎn)火(并且在使得短路電流達(dá)到適當(dāng)值之后被關(guān)斷)。在下一半周期間，二者中的另一個(gè)閘流晶體管被點(diǎn)火。
用于其他兩對(duì)閘流晶體管的控制電路的結(jié)構(gòu)及其操作模式與上述情況完全相同。
圖7示出了圖5和6所示設(shè)備的操作模式。在圖7中所示的熔爐的三相電流ir，is，it是時(shí)間t的函數(shù)。從圖的最左端看起，ir為正并且是下落的。當(dāng)ir變?yōu)榱銜r(shí)，閘流晶體管32sr在t＝t1被點(diǎn)火，而供電電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)短路電流流經(jīng)該閘流晶體管和電感22r，22s(相s中的電壓相對(duì)于相r中的電壓為正)。在這一間隔中，相s中的部分熔爐電流流經(jīng)閘流晶體管32sr。在t＝t2時(shí)，該電流達(dá)到了足夠高的值，閘流晶體管32sr被關(guān)斷。這樣就在熔爐的相r中感應(yīng)出一個(gè)負(fù)電壓脈沖，該脈沖使該相的電弧立即被點(diǎn)燃，而高電流立即開始流通。在上述過程期間，相t中的電流僅受到很小程度的影響。
在t＝t3時(shí)，閘流晶體管32tr被點(diǎn)火，并且當(dāng)其在t＝t4時(shí)被關(guān)斷時(shí)向熔爐的相t提供一個(gè)正電壓脈沖，從而點(diǎn)燃該相的電弧。
在t＝t5時(shí)，閘流晶體管32ts被點(diǎn)火，當(dāng)其在t＝t6時(shí)被關(guān)斷時(shí)，向熔爐的相s提供一個(gè)負(fù)電壓脈沖，從而點(diǎn)燃該相的電弧。
在t＝t7時(shí)，閘流晶體管32rs被點(diǎn)火，當(dāng)其在t＝t8時(shí)被關(guān)斷時(shí)，向熔爐的相r提供一個(gè)正電壓脈沖，從而點(diǎn)燃該相的電弧。
在t＝t9時(shí)，閘流晶體管32rt被點(diǎn)火，當(dāng)其在t＝t10時(shí)被關(guān)斷時(shí)，向熔爐的相r提供一個(gè)負(fù)電壓脈沖，點(diǎn)燃該相的電弧。
在t＝t11時(shí)，閘流晶體管32st被點(diǎn)火，并且當(dāng)其在t＝t12被關(guān)斷時(shí)，向熔爐的相t提供一個(gè)正電壓脈沖，從而點(diǎn)燃該相的電弧。
在圖7中為了簡(jiǎn)化而假定短路閘流晶體管是在熔爐電流變?yōu)榱愕耐瑫r(shí)被點(diǎn)火的，也就是說假定延遲電路366rs和367rs的時(shí)間延遲被定為零。如果這些電路中的延遲大于零，其功能仍與圖示的情況相仿。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是針對(duì)a.c.爐而言的。然而，本發(fā)明仍可以為d.c.爐提供明顯的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@種爐中也存在電弧中斷問題，特別是在熔化爐料的過程中。由于本發(fā)明提供了一種快速并有效地重新點(diǎn)燃電弧的方式，在這種情況下仍可以實(shí)現(xiàn)平滑的操作，也就是說，可以減少熔爐對(duì)電網(wǎng)的影響，并且增大熔爐的平均電流，由此就能提高熔爐的產(chǎn)量。
本發(fā)明的上述實(shí)施例表示了根據(jù)熔爐電流的過零點(diǎn)，也就是在電弧中斷的情況下向熔爐提供單個(gè)電壓脈沖的情況。按照本發(fā)明的電弧點(diǎn)火方式也可以改成向熔爐提供兩個(gè)或更多脈沖，而不只單個(gè)脈沖，例如提供高頻脈沖串形式的脈沖。同樣，在本發(fā)明的實(shí)施例中所述的情況是根據(jù)熔爐電流的每個(gè)過零點(diǎn)(每當(dāng)電弧中斷時(shí))向熔爐提供單個(gè)電壓脈沖。盡管這是一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，仍可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)控制電路進(jìn)行修改，以便根據(jù)某種預(yù)定條件僅在電弧出現(xiàn)某種類型的中斷時(shí)才向熔爐提供重燃電弧的電壓脈沖。
權(quán)利要求
1.熔爐設(shè)備，包括帶有至少一個(gè)電極(13)的電弧爐(1)以及用于把熔爐連接到供電網(wǎng)(20)的連接件(14)，以便用電流在電極上產(chǎn)生電弧(16)，其特征是該設(shè)備包括脈沖發(fā)生部件(3)，用于根據(jù)電弧的中斷向熔爐提供至少一個(gè)用于重燃電弧的電壓脈沖。
2.按照權(quán)利要求1的熔爐設(shè)備，其特征是脈沖發(fā)生部件(3)包括一個(gè)可控的短路通路(30a，30b)連接到熔爐的連接件(14)，同時(shí)還連接到部件(32a，32b，36)，部件(32a，32b，36)被用于閉合短路通路并隨后斷開短路通路，從而產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖。
3.按照權(quán)利要求2的熔爐設(shè)備，其特征是在至少一個(gè)連接件(14)與供電網(wǎng)(20)之間設(shè)置有電感件(22)。
4.按照權(quán)利要求2或3的熔爐設(shè)備，其特征是短路通路包括可以用控制信號(hào)關(guān)斷的閘流晶體管連接(32a，32b)，上述短路通路(30a，30b)通過對(duì)包括在閘流晶體管連接中的閘流晶體管(32a，32b)點(diǎn)火而被閉合，并且通過關(guān)斷該閘流晶體管被斷開。
5.按照權(quán)利要求2-4之一所述的熔爐設(shè)備，包括一個(gè)具有多個(gè)電極(13r，13s，13t)的多相電弧爐(1r，1s，1t)，以及用于把各個(gè)電極連接到交流電壓供電網(wǎng)(20，21)的一相上的相導(dǎo)線(14r，14s，14t)，其特征是其中包括多個(gè)短路通路(32st，32rs，32ts，32st，32tr，32rt)，它們各自被設(shè)置在兩相的導(dǎo)線之間。
6.按照權(quán)利要求5的熔爐設(shè)備，其特征是其中包括用于一個(gè)電極(13r)的短路通路(32sr，32rs)，該通路設(shè)在該電極的相導(dǎo)線(14r)與交流電壓網(wǎng)的相序(rst)中緊隨該相之后的電極(13s)的相導(dǎo)線(14s)之間，以及部件(361rs-369rs)，用于在上述電極(13r)的電弧中斷時(shí)閉合短路通路，并隨后將其斷開。
7.按照權(quán)利要求1的熔爐設(shè)備，其特征是脈沖發(fā)生部件(3)包括一個(gè)預(yù)充電的電容器(31a，31b)以及用于將電容器連接到熔爐的開關(guān)部件(32a，32b)。
8.按照權(quán)利要求1-7之一所述的熔爐設(shè)備，其特征是還包括電流檢測(cè)部件(24，361)，用于檢測(cè)電極電流的中斷，從而檢測(cè)出電極電弧的中斷，并且作用于脈沖發(fā)生部件使其產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖去重新觸發(fā)電極上的電弧。
9.按照權(quán)利要求1-8之一所述的熔爐設(shè)備，其特征是脈沖發(fā)生部件(3)被用于在上述電極的電弧中斷之后經(jīng)過一個(gè)延遲后為該電極產(chǎn)生電壓脈沖。
10.按照權(quán)利要求9的熔爐設(shè)備，其特征是脈沖發(fā)生部件(3)包括用于控制延遲的控制部件(360)。
11.按照權(quán)利要求10的熔爐設(shè)備，其特征是，脈沖發(fā)生部件包括部件(360)，用于檢測(cè)熔爐中的一個(gè)操作變量(a1，a2，a3，a4)，并且根據(jù)該操作變量去控制延遲。
12.按照權(quán)利要求10的熔爐設(shè)備，其特征是脈沖發(fā)生部件包括部件(360)，用于形成一個(gè)優(yōu)化的變量(T)，并且根據(jù)這一變量去控制延遲。
全文摘要
熔爐(1)具有一個(gè)電極(13)及連接到供電網(wǎng)(20)的連接件(14)，以便用電流在電極上形成一個(gè)電弧(16)。該熔爐設(shè)有一個(gè)電壓脈沖發(fā)生部件(3)，用于根據(jù)電弧的中斷向熔爐提供電壓脈沖，以便點(diǎn)燃電弧。
文檔編號(hào)H05B7/148GK1122180SQ94191969
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1994年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月18日
發(fā)明者L·保羅森, L·安奎斯特 申請(qǐng)人:瑞典通用電器勃朗勃威力公司