Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
APPARATUS AND METHOD FOR DYNAMICALLY ADJUSTING AN ELECTRIC ARC FURNACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/149980
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an apparatus and a method for dynamically regulating an electric arc furnace (1) that is electrically connected to a power supply system and that has at least one system phase that is used to apply to a furnace electrode an electrical AC voltage having an amplitude and a frequency and to supply an arc current, which is required for melting, having an amplitude and a frequency, wherein a control loop device (3) that has an electrical converter (5) is designed for negative feedback of the amplitude and/or the frequency of the AC voltage to produce the amplitude and/or the frequency of the arc current, the converter (5) is a two-port network (11) having an input port (7) and an output port (9), wherein the input port has a system power supply connected to it and the output port has a melting furnace power supply connected to it, the output port (9) has a primary circuit of a first transformer (13) electrically connected to it, in whose secondary circuit the furnace electrode of the electric arc furnace (1) is electrically connected. The invention is distinguished in that a primary coil of a second transformer (15) is electrically connected in parallel with the input port (7) of the converter (5), and a secondary coil of the first transformer (13) is electrically connected in series with a secondary coil of the second transformer (15).

Inventors:
DÖBBELER ARNO (DE)
HARTMANN WERNER (DE)
HERGT MARTIN (DE)
RUPP JÜRGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/053063
Publication Date:
October 08, 2015
Filing Date:
February 13, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H05B7/148
Domestic Patent References:
WO1993014557A11993-07-22
Foreign References:
EP2497747A12012-09-12
GB584007A1947-01-06
FR1299494A1962-07-20
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur dynamischen Einstellung eines an ein Leistungsversorgungsnetz elektrisch angeschlossenen Elektro- lichtbogenofens (1) mit mindestens einer Netzphase, mittels der an eine Ofenelektrode eine elektrische Wechselspannung mit einer Amplitude und einer Frequenz angelegt und ein zum Schmelzen benötigter Lichtbogenstrom mit einer Amplitude und einer Frequenz zugeführt wird, wobei

eine einen elektrischen Umrichter (5) aufweisende Regelkreis¬ einrichtung (3) zur Gegenkopplung der Amplitude und/oder der Frequenz der Wechselspannung zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms ausgebildet ist,

der Umrichter (5) ein ein Eingangs-Tor (7) und ein Ausgangs- Tor (9) aufweisendes Zweitor (11) ist, wobei an dem Eingangs- Tor eine Netzleistungsversorgung und an dem Ausgangs-Tor eine Schmelzofenleistungsversorgung angeschlossen ist,

an dem Ausgangs-Tor (9) ein Primärkreis eines ersten Transformators (13) elektrisch angeschlossen ist, in dessen Sekun- därkreis die Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens (1) elektrisch angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Primärspule eines zweiten Transformators (15) elektrisch parallel zu dem Eingangs-Tor (7) des Umrichters (5) geschal- tet ist und eine Sekundärspule des ersten Transformators (13) elektrisch in Serie zu einer Sekundärspule des zweiten Trans¬ formators (15) geschaltet ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Verhältnis einer primären elektrischen Nennleistung des ersten Transformators (13) zu einer des zweiten Transforma¬ tors (15) mittels entsprechender Dimensionierung einstellbar ist .

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der primären elektrischen Nennleistung des ersten Transformators (13) zu der des zweiten Transformators (15) 1:3 ist. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) oder der zweite Transformator (15) ein bereits vorhandener Ofentransformator ist. 5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) ein Hochsetzsteller oder Boost- Transformator ist. 6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) entfernt ist und das Ausgangs- Tor (9) des Umrichters (5) elektrisch in Serie zu der Sekun¬ därspule des zweiten Transformators (15) und zur Ofenelektro- de geschaltet ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz der elektrischen Wechselspannung als Stellgröße (n) zur Regelung der Amplitude und/oder Frequenz des Lichtbogenstroms als ge¬ regelte Größe (n) einstellt.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms als Stellgröße (n) zur Regelung der Amplitude und/oder Frequenz der elektrischen Wechselspannung als geregelte Größe (n) einstellt.

9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung bei einer Verkleinerung der Amplitude

und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms vergrößert und um¬ gekehrt .

10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms bei einer Vergrößerung der Amplitude

und/oder der Frequenz der Wechselspannung verkleinert und umgekehrt .

11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) eine Wechselgröße des Leistungsversorgungs¬ netzes phasensynchron in die Wechselgröße der Ofenelektrode umrichtet . 12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) an eine beliebige Spannungsebene des elekt¬ rischen Leistungsversorgungsnetzes elektrisch anschließbar ist .

13. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Elektrolichtbogenofen drei von drei Netzphasen leistungsversorgte Ofenelektroden, insbesondere Grafitelektroden, auf- weist, wobei mittels drei Umrichter (3) Amplituden und/oder Frequenzen regelbar sind.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

mittels der drei Umrichter (3) Amplituden und/oder Frequenzen getrennt regelbar sind.

15. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

zusätzlich eine Abstandseinrichtung für die jeweilige Ofenelektrode deren Abstand zu einem Schmelzgut als ein Arbeits- punkt einstellt.

16. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

ein Leistungsfaktor je Phase größer 0,84 ist.

17. Verfahren zur dynamischen Einstellung eines an ein Leistungsversorgungsnetz elektrisch angeschlossenen Elektrolicht- bogenofens (1) mit mindestens einer Netzphase, mittels der an eine Ofenelektrode eine elektrische Wechselspannung mit einer Amplitude und einer Frequenz angelegt und ein zum Schmelzen benötigter Lichtbogenstrom mit einer Amplitude und einer Frequenz zugeführt wird, wobei

eine einen elektrischen Umrichter (5) aufweisende Regelkreis¬ einrichtung (3) die Amplitude und/oder die Frequenz der Wech- selspannung zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms gegengekoppelt regelt,

der Umrichter (5) ein ein Eingangs-Tor (7) und ein Ausgangs- Tor (9) aufweisendes Zweitor (11) ist, wobei an dem Eingangs- Tor eine Netzleistung zugeführt und an dem Ausgangs-Tor eine Schmelzofenleistung abgegeben wird,

an dem Ausgangs-Tor (9) ein Primärkreis eines ersten Transformators (13) elektrisch angeschlossen ist, in dessen Sekundärkreis die Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens (1) elektrisch angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Primärspule eines zweiten Transformators (15) elektrisch parallel zu dem Eingangs-Tor (7) des Umrichters (5) geschal¬ tet ist und eine Sekundärspule des ersten Transformators (13) elektrisch in Serie zu einer Sekundärspule des zweiten Trans- formators (15) geschaltet ist.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der primären elektrischen Nennleistung des ersten Transformators (13) zu der des zweite Transformators (15) mittels entsprechender Dimensionierung eingestellt wird. 19. Verfahren gemäß Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verhältnis der primären elektrischen Nennleistung des ersten Transformators (13) zu der des zweiten Transformators (15) 1:3 eingestellt wird.

20. Verfahren gemäß Anspruch 17, 18 oder 19,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) oder der zweite Transformator (15) ein bereits vorhandener Ofentransformator ist.

21. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) ein Hochsetzsteller oder Boost- Transformator ist.

22. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Transformator (13) nicht vorhanden ist und das Aus- gangs-Tor (9) des Umrichters (5) elektrisch in Serie zu der Sekundärspule des zweiten Transformators (15) und zur Ofen¬ elektrode geschaltet ist.

23. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz der elektrischen Wechselspannung als Stellgröße (n) zur Regelung der Amplitude und/oder Frequenz des Lichtbogenstroms als ge- regelte Größe (n) einstellt.

24. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms als Stellgröße (n) zur Regelung der Amplitude und/oder Frequenz der elektrischen Wechselspannung als geregelte Größe (n) einstellt.

25. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 24,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung bei einer Verkleinerung der Amplitude

und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms vergrößert und um- gekehrt.

26. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 24,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms bei einer Vergrößerung der Amplitude

und/oder der Frequenz der Wechselspannung verkleinert und umgekehrt . 27. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 26,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) eine Wechselgröße des Leistungsversorgungs¬ netzes phasensynchron in die Wechselgröße der Ofenelektrode umrichtet.

28. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 27,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter (5) an eine beliebige Spannungsebene eines elektrischen Leistungsversorgungsnetzes elektrisch anschlie߬ bar ist.

29. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 28,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Elektrolichtbogenofen drei von drei Netzphasen leistungs- versorgte Ofenelektroden, insbesondere Grafitelektroden, aufweist, wobei mittels drei Umrichter (3) Amplituden und/oder Frequenzen geregelt werden.

30. Verfahren gemäß Anspruch 29,

dadurch gekennzeichnet, dass

mittels der drei Umrichter (3) Amplituden und/oder Frequenzen getrennt regelbar sind.

31. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 30,

dadurch gekennzeichnet, dass

zusätzlich eine Abstandseinrichtung für die jeweilige Ofenelektrode deren Abstand zu einem Schmelzgut als ein Arbeits¬ punkt einstellt.

32. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 31,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei jeder Ofenelektrode ein Leistungsfaktor je Phase größer 0,84 ist.

33. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 32,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Regelung eines Lichtbogens im Millisekunden-Bereich ausgeführt wird.

34. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 33,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei einem Stromnulldurchgang zusätzlich ein Zündimpuls aufgeschaltet wird.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Einstellung eines Elektrolichtbogenofens

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dyna ¬ mischen Regelung eines Elektrolichtbogenofens gemäß dem Ober ¬ begriff des Hauptanspruchs und ein entsprechendes Verfahren. Ein Elektrolichtbogen, insbesondere bei einer dreiphasigen Wechselstromversorgung, führt über drei Graphitelektroden elektrische Energie in Form von Lichtbögen einem Schmelzofen zu. Ein derartiger Schmelzofen ist beispielsweise ein

Electric Are Furnace EAF. Dazu wird in der Regel mit Hilfe eines Ofentransformators die Mittel- oder Hochspannung in ei ¬ ne Niederspannung heruntertransformiert und auf die Elektro ¬ den geführt. Die Elektroden können mechanisch nach oben bzw. unten verfahren werden, um den Lichtbogen zu zünden und anschließend über den Abstand die Bogenspannung und den Strom und somit die eingekoppelte Leistung einzustellen. Da der Strom in jeder Phase zweimal pro Periode zu Null wird, be ¬ steht die Gefahr, dass der Lichtbogen verlischt, wenn nicht ein Strom in entgegengesetzter Richtung mit ausreichend hoher Stromsteilheit aufgebaut wird, bevor sich das vorhandene Plasma zu weit abkühlt.

Herkömmlicherweise wird mittels einer ausreichend großen In ¬ duktivität in dem Stromkreis dafür gesorgt, dass der Strom so weit nacheilt, dass im Stromnulldurchgang die Spannung be- reits groß genug ist, um den Stromfluss aufrecht zu erhalten. Dies führt dazu, dass der Lichtbogenofen nur bis zu einem be ¬ stimmten Leistungsfaktor cos φ betrieben werden kann und einen hohen Blindleistungsbedarf hat. Typische Werte für den Leistungsfaktor liegen bei etwa 0,83, was mit einem Transfor- mator mit 100 MVA Scheinleistung einen Wirkleistungseintrag von 83 MW und eine Blindleistung von 56 MVAr ergibt. Die elektrischen Betriebsmittel können damit nicht optimal ausge ¬ nützt werden. Herkömmlicherweise liegt eine Regelung eines Lichtbogenofens im Sekundenbereich, und zwar bedingt durch das mechanische Verfahren der Elektroden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Elektro- lichtbogenofen eine herkömmliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung zu verringern und damit einen Leistungsfaktor zu vergrößern und einen Blindleistungsanteil zu ver ¬ kleinern, wobei ein Verlöschen des dazugehörigen Lichtbogens vermieden wird. Es soll lediglich ein Ofentransformator ohne einen herkömmlichen zur Einstellung einer Sekundärspannung verwendeten Stufenschalter und eine relativ zum Stand der Technik kleine Kompensationsanlage erforderlich sein. Es soll die Spannung an den Elektroden stufenlos und hochdynamisch einstellbar sein, und zwar insbesondere asymmetrisch. Es soll eine schnelle und damit dynamische Regelung eines Lichtbogens im Millisekunden-Bereich ausführbar sein, insbesondere ebenso zur Reduzierung von Flicker. Es soll eine verbesserte

Leistungseinkopplung und ein breiter Arbeitsbereich des

Lichtbogens, insbesondere ein breiter Bereich der Stabilität des Lichtbogens geschaffen werden. Neben dem Vermeiden des unerwünschten Abreißens des Stromes soll ebenso die Wahr ¬ scheinlichkeit von internen Überschlägen aufgrund des Auftre ¬ tens von unkontrollierten Überspannungen minimiert sein. Das Volumen eines Ofentransformators soll verkleinerbar sein.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs und ein entsprechendes Verfahren gemäß den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur dynamischen Regelung eines an ein Leistungsversorgungsnetz elektrisch angeschlossenen Elektrolichtbogenofens mit mindestens einer Netzphase vorgeschlagen, mittels der an eine Ofenelekt ¬ rode eine elektrische Wechselspannung mit einer Amplitude und einer Frequenz zur Erzeugung eines zum Schmelzen benötigten

Lichtbogenstroms mit einer Amplitude und einer Frequenz ange ¬ legt wird, wobei eine Regelkreiseinrichtung der Amplitude und/oder der Frequenz der Wechselspannung zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms ausgebildet ist, der Umrichter ein ein Eingangs-Tor und ein Ausgangs-Tor aufweisendes Zweitor ist, wobei an dem Eingangs-Tor eine Netzleistungsversorgung und an dem Ausgangs-Tor eine Schmelzofen- leistungsversorgung angeschlossen ist, an dem Ausgangs-Tor ein Primärkreis eines ersten Transformators elektrisch ange ¬ schlossen ist, in dessen Sekundärkreis die Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens elektrisch angeschlossen ist, wobei eine Primärspule eines zweiten Transformators elektrisch pa- rallel zu dem Eingangs-Tor des Umrichters geschaltet ist und eine Sekundärspule des ersten Transformators elektrisch in Serie zu einer Sekundärspule des zweiten Transformators ge ¬ schaltet ist. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur dynamischen Regelung eines an ein Leistungsversorgungsnetz elektrisch angeschlossenen Elektrolichtbogenofens mit mindestens einer Netzphase, mittels der an eine Ofenelektrode eine elektrische Wechselspannung mit einer Amplitude und einer Frequenz ange- legt und ein zum Schmelzen benötigter Lichtbogenstrom mit einer Amplitude und einer Frequenz zugeführt wird, wobei eine Regelkreiseinrichtung die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung oder Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms gegengekoppelt regelt, wobei der Umrichter ein Eingangs-Tor und ein Ausgangs-Tor aufweisendes Zweitor ist, wobei an dem Eingangs-Tor eine Netzleistungsversorgung und an dem Ausgangs-Tor eine Schmelzofenleistungsversorgung angeschlossen ist, an dem Ausgangs-Tor ein Primärkreis eines ersten Transformators elektrisch angeschlossen ist, in dessen Sekundärkreis die Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens elektrisch angeschlossen ist, wobei eine Primärspule eines zweiten Transformators elektrisch parallel zu dem Eingangs- Tor des Umrichters geschaltet ist und eine Sekundärspule des ersten Transformators elektrisch in Serie zu einer Sekundär- spule des zweiten Transformators geschaltet ist.

Erfindungsgemäß wird über einen Wechselrichter eine zum

Schmelzen benötigte Energie dem Lichtbogen zugeführt, damit dieser nicht erlischt. Es wird die vorteilhafte Verwendung eines Umrichters, der insbesondere ein Wechselrichter sein kann, vorgeschlagen. Die Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine schnelle dynamische Regelung, insbesondere im Millisekunden-Bereich zur Erhöhung des Leistungsfaktors einer Phase bei einer wirksamen Stabilisierung des Lichtbogens und der Möglichkeit einer Flickerreduzierung.

Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Regelkreiseinrich- tung die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung als Stellgröße bzw. Stellgrößen und die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms als Regelgröße bzw. Regel ¬ größen verwenden. Grundsätzlich kann alternativ die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung als Regelgröße von der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms als Stellgröße (n) geregelt werden.

Wesentlich ist, dass beispielsweise ein Leistungsabfall auf ¬ grund des Lichtbogenstroms durch eine Leistungszufuhr mittels der Wechselspannung kompensierbar ist. Grundsätzlich kann es ebenso umgekehrt sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Regelkreiseinrichtung mittels eines elektrischen Umrichters die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms gegengekop- pelt regeln.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels des Umrichters die Amplitude und/oder die Frequenz der elekt ¬ rischen Wechselspannung bei einem Verkleinern der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms vergrößert werden. Besonders vorteilhaft können zur Vermeidung eines Abreißens eines Lichtbogens der Umrichter die Amplitude und/oder die Frequenz der elektrischen Wechselspannung bei einem Null- durchgang der Phase des Lichtbogens vergrößern. Dieses Vorge ¬ hen kann ebenso zur Vermeidung von Flicker angewendet werden.

Gegengekoppelt geregelt bedeutet, dass mittels der Regel- kreiseinrichtung und eines elektrischen Umrichters die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung bei einer Verkleinerung der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms vergrößerbar ist. Umgekehrt können zur Vermeidung von Überspannungen bei einer Vergrößerung der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung verkleinerbar sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Umrichter eine Wechselgröße, und zwar die Wechselspannung oder den Wechselstrom, des Leistungsversorgungsnetzes phasensyn ¬ chron in die entsprechende Wechselgröße der Ofenelektrode umrichten .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Um- richter an eine beliebige Spannungsebene des elektrischen

Leistungsversorgungsnetzes elektrisch angeschlossen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Umrichter ein Eingangstor und ein Ausgangstor aufweisendes Zweitor sein, wobei an dem Eingangstor eine Netzleistungsversorgung und an dem Ausgangstor eine Schmelzofen- Leistungsversorgung angeschlossen sein kann.

Ein Zweitor beschreibt ein elektrisches Netzwerk mit vier An- Schlüssen, bei dem je zwei Anschlüsse zu einem so genannten Tor zusammengefasst werden. Ein Tor liegt dann vor, wenn der elektrische Strom durch beide Anschlüsse eines Tors gegen ¬ gleich ist (Torbedingung) . Ein Zweitor ist damit eine spezielle Form eines Vierpols.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Umrichter ein Zweipunkt-Umrichter oder ein Mehrpegel-Umrichter oder ein Multilevel-Umrichter sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann an dem Ausgangstor ein Primärkreis eines ersten Transformators elektrisch angeschlossen sein, in dessen Sekundärkreis die Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens elektrisch ange ¬ schlossen sein kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Primärspule eines zweiten Transformators elektrisch parallel zu dem Eingangstor des Umrichters geschaltet sein und eine Sekundärspule des ersten Transformators kann elektrisch in Serie zu einer Sekundärspule des zweiten Transformators ge ¬ schaltet sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein

Verhältnis der primären elektrischen Nennleistung des ersten Transformators zu der des zweiten Transformators mittels ent ¬ sprechender Dimensionierung eingestellt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann dieses Verhältnis zu 1:3 eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste Transformator oder der zweite Transformator ein bereits vorhandener Ofentransformator sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste Transformator ein Hochsetzsteller oder Boost-Transfor- mator sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste Transformator entfernt sein und das Ausgangstor des Umrichters kann elektrisch in Serie zu der Sekundärspule des zweiten Transformators und zur Ofenelektrode geschaltet sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Elektrolichtbogenofen drei von drei Netzphasen leistungsversorgte Ofenelektroden, insbesondere Graphitelektroden, auf- weisen, wobei mittels drei Umrichtern Amplituden und/oder Frequenzen geregelt werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der drei Umrichter eine getrennte Regelung von Amplituden und/oder Frequenzen ausgeführt werden.

Es kann über die Umrichter eine Leistungsaufteilung sehr schnell und flexibel angepasst werden. Beispielsweise kann die elektrische Leistung von einem stabil brennenden Lichtbo ¬ gen auf einen anderen umverteilt werden, der andernfalls verlöschen würde. Es können die einzelnen Ofenelektroden je nach Auslegung des Umrichters mit verschiedenen Leistungen versorgt werden. Dies kann zusätzlich bei einer thermischen Sym- metrierung des Lichtbogenofens wirksam ausgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich eine Abstandseinrichtung für eine jeweilige Ofenelektro ¬ de deren Abstand zu einem Schmelzgut als einen Arbeitspunkt einstellen. Es wird mittels eines erforderlichen Verfahrens der Elektroden der Arbeitspunkt eingestellt, wobei mit der erfindungsgemäßen Regelung über den Umrichter Störungen hochdynamisch ausgeregelt werden können. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann für jede Ofenelektrode ein Leistungsfaktor je Phase > 0,84 einge ¬ stellt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Re- gelung eines jeweiligen Lichtbogens im Millisekunden-Bereich ausgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich bei einem Stromnulldurchgang zusätzlich ein Zündimpuls aufgeschaltet werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ¬ mäßen Vorrichtung; Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ¬ mäßen Vorrichtung;

Figur 3 den Regelkreis zur erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Verfahrens .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin ¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß dieser Vorrichtung kann ein in einem elektrischen Lichtbogenofen 1 erzeugter Lichtbogen dynamischer und flexibler im Vergleich zum Stand der Technik geregelt werden. Es wird phasensynchron über einen Umrichter 5 in Serie zu einem ersten Transformator 13, der ein bereits vorinstallierter Ofentransformator sein kann, die benötigte Energie dem entsprechenden Lichtbogen zugeführt, damit dieser nicht erlischt. Ebenso soll Flicker vermieden werden. Die er ¬ findungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ebenso das Vermeiden von Überspannungen. Alle Netzimpedanzen einschließlich des Umrichtertransformators sind in der dargestellten Impedanz R und X zusammengefasst . Figur 1 zeigt ein einphasiges Ersatz ¬ schaltbild eines Elektrolichtbogens 1, bei dem die gesamte Leistung, also 100 % über den Umrichter 5 geführt wird. Damit hat man volle Kontrolle über den Lichtbogenofen 1 einschließ ¬ lich der Betriebsfrequenz und einer stufenlosen Spannungsein- Stellung von 0 bis 100%. Wenn der Elektrolichtbogenofen 1 eine höhere Betriebsfrequenz als 50 bzw. 60 Hz erlaubt, kann diese von dem Umrichter 5 aus der Netzfrequenz erzeugt und der nachgeschaltete erste Transformator 13 kleiner und kos ¬ tengünstiger gebaut werden. Der erste Transformator 13 kann ein bereits dem Lichtbogenofen 1 zugeordneter Ofentransformator sein. G stellt die Rückkoppelschleife einer erfindungsge ¬ mäßen Regelkreiseinrichtung 3 dar. Da die Rückkoppelung hier eine Gegenkoppelung ist, ist die Rückkoppelungsschleife mit dem Bezugszeichen G gekennzeichnet.

Gemäß Figur 1 ist eine Netzphase eines Leistungsversorgungs- netzes an dem elektrisch angeschlossenen Lichtbogenofen 1 angeschlossen. Mittels dieser Netzphase wird an eine im Elekt- rolichtbogenofen angeordnete und hier nicht näher dargestell ¬ te Ofenelektrode mit einer elektrischen Wechselspannung mit einer Amplitude und einer Frequenz und mit einem zum Schmel- zen benötigten Lichtbogenstrom mit einer Amplitude und einer Frequenz versorgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Regelkreiseinrichtung 3 geschaffen, die die Amplitude

und/oder die Frequenz der Wechselspannung zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms gegenkoppelt, ent- sprechend kann bei einem Absinken der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms die Amplitude und/oder die Fre ¬ quenz der Wechselspannung vergrößert werden. Ebenso kann bei einer zu großen Amplitude und/oder Frequenz der Wechselspannung die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbogenstroms verkleinert werden. Auf diese Weise ein Erlöschen des Licht ¬ bogens sowie die Überspannung vermieden werden. Die erfindungsgemäße Regelkreiseinrichtung 3 kann derart flexibel be ¬ reitgestellt werden, dass entweder die Wechselspannung, die Stellgröße und der Lichtbogenstrom die Regelgröße ist, oder dass umgekehrt der Lichtbogenstrom die Stellgröße und die

Wechselspannung die Regelgröße ist. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Umrichters 5 bietet sich insbesondere an, mit einer Einstellung von Amplitude und/oder Frequenz der Wechselspannung die Amplitude und/oder die Frequenz des Lichtbo- genstroms zu regeln. Grundsätzlich können mittels eines erfindungsgemäßen Umrichters 5 entweder die Wechselspannung oder der Lichtbogenstrom eingeprägt werden. Entsprechend kann der Umrichter 5 dann als eine Spannungsquelle oder als eine Stromquelle betrachtet werden. Figur 1 zeigt eine Leistungs- Versorgung eines Lichtbogenofens über einen Umrichter. Der

Umrichter 5 ist hier mit einem Umrichtertransformator 13 dargestellt, der ein Boost-Transformator sein kann. Die Vorteile gemäß einer Anordnung gemäß Figur 1 sind eine schnelle dyna- mische Regelung, insbesondere im Millisekunden-Bereich, eine Flickerreduzierung, eine Volumenreduktion des ersten Transformators 13, wobei bei Nutzung eines Ofentransformators die Stufenschalter an der Primärseite des Ofentransformators nicht mehr erforderlich sind. Gemäß Figur 1 ist eine schnel ¬ le, dynamische Regelung im gesamten Leistungsbereich ausführbar. Der Vorteil einer Anordnung gemäß Figur 1 ist ein erhöhter Dynamikbereich der schnellen Regelung im Vergleich zu einer in Figur 2 dargestellten Hybridlösung mit einem Ofen- transformator und einem Wechselrichter. Der Umrichter 5 ist an eine beliebige Spannungsebene eines elektrischen Leis ¬ tungsversorgungsnetzes elektrisch anschließbar. Der Umrichter 5 gemäß Figur 1 ist ein Zweitor 11, das ein Eingangstor 7 und ein Ausgangstor 9 aufweist. Am Eingangstor 7 liegt eine Netz- leistung an und an dem Ausgangstor 9 wird eine Schmelzofenleistung ausgegeben.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ¬ dungsgemäßen Vorrichtung. An einem Ausgangstor 9 ist ein Pri- märkreis eines ersten Transformators 13 elektrisch ange ¬ schlossen, in dessen Sekundärkreis eine nicht dargestellte Ofenelektrode des Elektrolichtbogenofens 1 elektrisch ange ¬ schlossen ist. Im Unterschied zu Figur 1 ist eine Primärspule eines zweiten Transformators 15 elektrisch parallel zu dem Eingangstor 7 des Umrichters 5 geschaltet, wobei eine Sekun ¬ därspule des ersten Transformators 13 elektrisch in Serie zu einer Sekundärspule des zweiten Transformators 15 geschaltet ist. Die Sekundärspulen des ersten Transformators 13 und des zweiten Transformators 15 liefern die elektrische Wechsel- Spannung an der Ofenelektrode und dem erforderlichen Lichtbogenstrom. Figur 2 zeigt ebenso ein einphasiges Ersatzschalt ¬ bild eines Elektrolichtbogenofens , bei dem ein Teil der Ener ¬ gie der Umrichter mit nachgeschaltetem Booth-Transformator oder Hochsetzsteller 13 zugeführt wird. Damit kann die elekt- rische Wechselspannung an der Ofenelektrode stufenlos und hochdynamisch von 50 bis 100 % eingestellt werden, und zwar ebenso asymmetrisch. Auch in Figur 2 sind alle Netzimpedanzen einschließlich des Ofentransformators 15 und des Umrichtertransformators 13 in der dargestellten Impedanz R, X zusammengefasst . Gemäß Figur 1 erfolgt eine Leistungsversor ¬ gung des Lichtbogenofens 1 über einen Ofentransformator 15 und einen Umrichter 5. Figur 2 zeigt, dass die Leistung bei- spielsweise zu75 % über den Ofentransformator 15 und zu 25 % über den Umrichtertransformator 13 dem Lichtbogenofen 1 zugeführt wird. Bedingt durch die elektrische Leistung aus dem Umrichter 5 können dynamische Eigenschaften des Lichtbogens im Millisekunden-Bereich geregelt werden. Ebenso kann die Flickererzeugung durch den Umrichter 5 beeinflusst werden.

Beispielsweise kann in einem Stromnulldurchgang des Lichtbogenstroms ebenso ein kurzer Zündimpuls aufgeschaltet werden, um ein Verlöschen des Lichtbogens zu verhindern. Der Umrichter 5 generiert aus einer festen Mittelspannung des Leis- tungsversorgungsnetzes eine variable Mittelspannung. Der nachgeschaltete Transformator 13 transformiert die Spannung von der Mittel- zu einer Niederspannungsebene herab. Die Vor ¬ teile der gemäß Figur 2 dargestellten Vorrichtung sind folgende: Eine schnelle dynamische Regulierung im Millisekunden- Bereich, allerdings lediglich im Leistungsbereich des Umrichters 5, eine Flickerreduzierung, eine Volumenreduktion eines Ofentransformators 15, wobei an der primären Seite des Ofen ¬ transformators 15 kein Stufenschalter mehr erforderlich ist. Die erfindungsgemäße schnelle, dynamische Regelung verhindert das Abreißen des Lichtbogens, da die Leistung individuell dem Lichtbogen zugeführt werden kann. Die Flickerreduzierung besitzt den Vorteil, dass die Kompensationsanlage bei geringem Flicker entfallen kann. Der Umrichter 5 kann je nach Spannungsebene in unterschiedlichen Topologien realisiert werden, dabei kann er als Zweipunkt- sowie als Multilevel-Umrichter aufgebaut sein. Auch der nachgeschaltete Transformator 13 in Figur 2 hinter dem Umrichter 5 kann je nach Eigenschaften der Komponenten und Halbleiter Schalter entsprechend ausgelegt werden oder möglicherweise entfallen.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Regelkreis einer Regelkreiseinrichtung 3, wobei als Regler ein Umrichter 5 und als Regelstrecke RS verwendet werden. Der Umrichter 5 kann als Regler R beispielsweise eine elektrische Wechselspannung ei ¬ ner Ofenelektrode anlegen. Entsprechend kann aus der Ofen ¬ elektrode bzw. dem Lichtbogenofen 1 der fließende Lichtbogenstrom I erfasst werden. Sowohl die elektrische Wechselspan- nung U als auch der Lichtbogenstrom I können erfassbare Amplituden und Frequenzen aufweisen. Die in Figur 3 dargestellte einen elektrischen Umrichter 5 aufweisende Regelkreiseinrichtung 3 koppelt die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung an einer Ofenelektrode zu der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms durch diese Ofenelektrode gegeneinander. Besonders vorteilhaft kann der Umrichter 5 einfach die Amplitude und/oder die Frequenz der elektrischen Wechselspannung der Ofenelektrode als Stellgröße (n) zur Re ¬ gelung der Amplitude und/oder Frequenz des Lichtbogenstroms als geregelte Größe (n) einstellen. Besonders vorteilhaft kann dann der Regelkreis der Regelkreiseinrichtung 3 mittels des Umrichters 5 die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung bei einer Verkleinerung der Amplitude

und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms vergrößern. Dies kann dazu benutzt werden, dass ein Lichtbogen stabil erzeugt ist und ein Abreißen des Lichtbogens vermieden wird. Das Gleiche kann zur Vermeidung von Flickern ausgeführt werden. Eine umgekehrte Einstellung einer Verkleinerung der Amplitude und/oder der Frequenz der Wechselspannung bei einer Vergröße- rung der Amplitude und/oder der Frequenz des Lichtbogenstroms kann wirksam Überspannungen vermeiden. Grundsätzlich kann ein Umrichter 5 die Amplitude und/oder Frequenz des Lichtbogenstroms als Stellgröße (n) zur Regelung der Amplitude und/oder Frequenz der elektrischen Wechselspannung als geregelte Größe (n) einstellen. Entsprechend kann ein erfindungsgemäßer Umrichter 5 als eine eine Spannung bereitstellende Spannungs ¬ quelle und/oder als eine einen Strom einprägende Stromquelle betrachtet werden. Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt Sl verkleinern sich die Amplitude und/oder die Frequenz eines Lichtbogenstroms. Mit einem zweiten Schritt S2 wird mittels eines erfindungsgemäßen elektrischen Umrichters 5 die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung an der Ofenelektrode vergrößert. Mit die ¬ ser entsprechenden Gegenkopplung kann ein Abreißen eines Lichtbogens und ein Flicker wirksam vermieden werden. Alter- nativ kann bei einem ersten Schritt S2 eine Vergrößerung der Amplitude und/oder der Frequenz eines Lichtbogenstroms er- fasst werden, sodass in einem zweiten Schritt S2 mittels ei ¬ nes elektrischen Umrichters 5 und/oder die Frequenz der Wechselspannung verkleinert wird. Bei diesen beiden Varianten ist die Wechselspannung an der Ofenelektrode eine Stellgröße und der Lichtbogenstrom eine geregelte Größe.