專利名稱：具有三個電極的電弧爐用的變壓器系統(tǒng)的制作方法
具有三個電極的電弧爐用的變壓器系統(tǒng)本發(fā)明涉及具有三個電極的電弧爐用的變壓器系統(tǒng)。 為了生成鋼，在現(xiàn)代設(shè)備中主要使用電弧爐。在此，在至少三個 電極和熔液之間形成電弧，這些電弧是用于產(chǎn)生熱量的輻射源。當(dāng)今，工業(yè)設(shè)備在不到一小時之內(nèi)熔煉通常100 - 200t范圍內(nèi)的原鋼量。于是所熔煉的經(jīng)常主要由廢鐵和助熔劑構(gòu)成的原鋼經(jīng)受化學(xué)分析，并且必要時在供給其它必需的助熔劑之后被放出。電弧爐在出鋼(Abstechen)之前4皮關(guān)斷，然后部分或完全地排空，重新填充并重新接通。因此，這些用于獲得鋼的工業(yè)設(shè)備必須每天多次被接通和關(guān)斷。然而不僅僅在出鋼過程之前或者在填充過程之后進(jìn)行接通或關(guān)斷過程，而是電弧爐還必須為了取出金屬試樣和出于熔煉周期中的其它原因而多次被接通或關(guān)斷。在電極和待熔煉的材料之間流通的直至100kA范圍內(nèi)的大電流多數(shù)從中壓網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由變壓器被得到。在次級側(cè)的極限電流的情況下，在技術(shù)上無法或只能困難地在大電流回路中切換，并且因此爐必須被切換到初級中壓側(cè)。同樣，在變壓器的初級繞組上通過分接開關(guān)來調(diào)節(jié)次級電壓。在能量供應(yīng)中常見的中壓開關(guān)在電流方面是受限的，并且此外也僅僅具有約為10000個切換周期的有限壽命。切換功率的提高導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備壽命的有時急劇縮短。因此電弧爐在功率提高方面受到一定的技術(shù)限制。用以提高單個爐的熔煉功率并由此能夠在熔煉周期內(nèi)產(chǎn)生較多的鋼的可能性是，在爐中使用多個電極變壓器系統(tǒng)。因此例如由DE 30 24 223 C2公知一種電弧爐，其中在一個爐中于熔池上方布置有多達(dá)四個 由各三個電極和分別一個三相變壓器構(gòu)成的組。在此，對每個變壓器 系統(tǒng)的切換都按照三相電流三角接法來進(jìn)行。另外，由SU 1149446 A也公知一種帶有多個電極變壓器系統(tǒng)的電 弧爐，其中在長形爐中兩個分別由三個電極構(gòu)成的組彼此相對。在此， 對相應(yīng)的相的接線如此進(jìn)行，^吏得兩個變壓器的相序列以相反的順序 4皮此相對。因為電弧爐的功率在輸入側(cè)受開關(guān)和變壓器設(shè)備限制，所以在一個爐中使用多個電極變壓器系統(tǒng)。這不僅要求爐的特定形狀，而且要 求電極組的電氣對稱布置。由此在冶金學(xué)非均質(zhì)性的情況下或者在電 極的不充分對稱性的情況下，通常不能將所希望的能量引入到爐中。此外，例如也可由DE 30 24 223 C2得知，多個電極變壓器系統(tǒng)的使 用尤其在出鋼方面大大地限制了爐的功能性。因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供具有三個電極的電弧爐用的變壓器 系統(tǒng)，其中電弧爐的功率可以在增大的熔煉量的意義上得到明顯提高。 該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器系統(tǒng)得以解決。 本發(fā)明的其它有益擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中予以說明。 根據(jù)本發(fā)明，設(shè)有具有三個電極的電弧爐用的變壓器系統(tǒng)，該變 壓器系統(tǒng)具有至少兩個三相變壓器。三相變壓器的三個相分別并行地 連接在電極之一上。此外，所述三相變壓器可彼此相關(guān)地被接通或關(guān) 斷。因此，本發(fā)明的變壓器系統(tǒng)具有如下優(yōu)點，即能給僅具有三個電 極的單個電弧爐供應(yīng)提高的電功率。在此，相關(guān)的切換在同步切換的 意義上接管各個變壓器的切換。由此，盡管在次級側(cè)并聯(lián)連接有多個造成的對人和設(shè)備的危險。此外，相關(guān)的切換還可以在三相變壓器之 一出現(xiàn)故障時在功率減小的情況下繼續(xù)無危險地運行電弧爐，其方式 為，將有關(guān)的未激活的變壓器去耦合。根據(jù)本發(fā)明的一種有益的實施形式，三相變壓器在最大100ms的 時間窗口內(nèi)被接通或關(guān)斷。由此在很大程度上避免變壓器系統(tǒng)中的危 險電壓。因此有利地?zé)o需在次級側(cè)對大電流線路進(jìn)行切換。可以身見定， 三相變壓器已經(jīng)在內(nèi)部凈皮三角測量(triangulieren)。在此，三相變 壓器的三個次級線圈的分別兩個端子在該變壓器內(nèi)部已經(jīng)按照三相電 流三角接法相連接，并且分別只需將三個大電流線路從每個變壓器引 至電極。根據(jù)本發(fā)明的另一有益的實施形式，所述線路以對變壓器的外殼 壁呈直角的方式從三相變壓器引出。此外，所有參與的三相變壓器的 三個相都利用大電流母線相互連接。因此參與的三相變壓器可以有利 地在使用剛性的并從而堅固的線路相互連接。在此，大電流母線優(yōu)選 地是水冷式的。在此，電路徑盡可能短，這特別在高的次級側(cè)電流以 及由此所出現(xiàn)的高交變磁場方面是有利的，并且保持爐電抗小。因此，變壓器系統(tǒng)的各個變壓器可以有利地這樣在空間上被布置，使得至磁 性部分、亦即例如變壓器本身的部分的距離盡可能地遠(yuǎn)，且通?？梢?保持圍繞大電流母線足夠大的無鐵空間。在本發(fā)明的另一實施形式中，大電流母線在至少兩個三相變壓器 之間在三個層面中以上下重疊的方式伸展。因此相的端子以分別不同的高度離開三相變壓器。由此可以有利地使三相變壓器電對稱地且無 交叉地與大電流母線聯(lián)接在一起。此外可以規(guī)定，相的大電流母線中的兩個分別以45°和180°之間的角度彼此相遇。由此變壓器系統(tǒng)可 以以盡可能有利的方式來實現(xiàn)，其方式為，如此對參與的三相變壓器 在空間上予以布置，使得電路徑短并且至磁性材料的距離盡可能遠(yuǎn)。根據(jù)另一實施形式，三相變壓器的分別一個相通過柔性線路與該 變壓器系統(tǒng)的余下的三相變壓器的相應(yīng)的相連接。柔性的大電流線路 優(yōu)選地是水冷式的，并且允許根據(jù)本發(fā)明對電弧爐用的多個三相變壓 器并聯(lián)連接，其中在對參與的變壓器和爐的布置方面僅僅有最小的限 制。因此在不利的空間情況時也可實現(xiàn)電弧爐的根據(jù)本發(fā)明的功率提 高。另外可以規(guī)定，參與的三相變壓器的分別一個相的柔性線路與電 弧爐的三個電極中的分別一個導(dǎo)電連接。因此可以以有利的方式使對電接觸的需求最小化。這是特別有益的，因為在大電流情況下最小的 接觸電阻也導(dǎo)致大的功率損耗。此外在根據(jù)本發(fā)明的本實施形式中， 在最大程度上可以在變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面不依賴于空間情況。 下面根據(jù)附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施形式。圖中

圖1以俯視圖的方式示出帶有根據(jù)本發(fā)明的第一實施形式的變壓 器系統(tǒng)的電弧爐的示意圖；圖2a以俯視圖的方式示出根據(jù)本發(fā)明第二實施形式的變壓器系統(tǒng) 的詳圖；圖2b示出根據(jù)本發(fā)明第二實施形式的變壓器的正視圖；和 圖3示出帶有根據(jù)本發(fā)明的第三實施形式的變壓器系統(tǒng)的電弧爐 的示意圖。圖1示出帶有電弧爐2的變壓器系統(tǒng)1的示意俯視圖。在電弧爐2 中，在具有熔煉爐料的電弧爐罐的上方，設(shè)有通常帶有電極臂(未示出) 的三個電極202。變壓器系統(tǒng)1此外具有開關(guān)設(shè)備120和如這里所示出 的那樣，兩個下面也稱為變壓器的三相變壓器100。按照本發(fā)明，通常多于兩個的變壓器100也可以從開關(guān)設(shè)備120供電并連接在電弧爐2 上。變壓器100在初級側(cè)通過導(dǎo)電連接123連接在開關(guān)設(shè)備120上。 在開關(guān)設(shè)備120中，所有變壓器100都通過開關(guān)單元1"的中壓開關(guān) 121彼此相關(guān)地;故接通或關(guān)斷。開關(guān)單元122優(yōu)選地在100ms的時間窗 口內(nèi)可以時間同步地接通或關(guān)斷中壓開關(guān)121。此外，開關(guān)設(shè)備120 還允許例如在一個或多個變壓器100發(fā)生故障時僅利用所設(shè)置的變壓 器100的一部分無危險地運行電弧爐2。開關(guān)單元122以與中壓開關(guān)121相結(jié)合方式確保帶有多個變壓器 100的變壓器系統(tǒng)在排除對人和設(shè)備的危險的意義上工作。由于100kA 范圍內(nèi)的極限次級電流，在次級側(cè)切換變壓器100并不可行，并且因 此所有參與的變壓器100在次級側(cè)通過接觸點105固定地相互連接。 當(dāng)設(shè)置在變壓器系統(tǒng)1中的多個變壓器100的僅僅一部分工作時、例 如利用在圖2所示的兩個變壓器100中的僅僅一個工作時，通過在次 級側(cè)聯(lián)接，將反向變換的電壓在初級側(cè)施加在未激活的變壓器100上。 于是開關(guān)設(shè)備120的中壓開關(guān)121必要時將初級側(cè)斷開，并且危險電 壓不能離開開關(guān)設(shè)備120。變壓器100有利地在內(nèi)部#皮三角測量。這意p木著，三相變壓器IOO 的三個線圈的總共六個端子已經(jīng)在內(nèi)部按照三相電流三角接法連接。 因此變壓器IOO的外殼壁110在次級側(cè)只具有三個大電流端子u、 v和 w。按照本發(fā)明的第一實施形式，這三相通過大電流母線101在接觸點 105處彼此并行連接。首先，其它大電流母線可以從這些接觸點105 引至電弧爐2，或者如這里所示，電弧爐2的電極202可以通過柔性的 大電流線路102連接在接觸點105上。不僅大電流母線101、而且柔性 的大電流線路102都有利地是水冷式的。根據(jù)本發(fā)明的第一實施形式，大電流母線101以對變壓器100的 外殼壁110呈直角的方式引出。所述大電流母線以角度P在接觸點105 處會合。因此變壓器100以角度"=180° - P被設(shè)置。根據(jù)一種有益的 實施形式，該角度ot處于45°至180°的范圍內(nèi)。因此變壓器系統(tǒng)1 的各個變壓器IOO可以在盡可能短的電路徑的意義上在空間上,皮布置。 同時在本實施形式中確保在大電流側(cè)所引起的磁場與磁性材料的盡可 能大的距離。本實施形式的另一優(yōu)點是以盡可能電氣對稱的布置方式來建立帶有多個變壓器100的變壓器系統(tǒng)1。圖2a示出根據(jù)本發(fā)明第二實施形式的變壓器100的詳圖。在圖1 的實施形式的變型中，變壓器具有外殼壁lll,大電流母線101從所述 外殼壁引出。如圖2b中的變壓器100的正視圖所示，在外殼壁lll上 為每一相u、 v和w都設(shè)有三個端子單元115。根據(jù)本發(fā)明的該第二實 施形式，這三個端子單元115在三個層面中上下疊置。該實施形式具 有以下優(yōu)點，即可以將這三相在接觸點105處通過大電流母線101無 交叉地相互連接，并且可以使母線101的長度盡可能短。因此參與的 變壓器100 (如這里所示的兩個變壓器100)可以盡可能相互緊密地來 布置。圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第三實施形式的帶有電弧爐2的變 壓器系統(tǒng)1。如已經(jīng)為圖1所述的，變壓器系統(tǒng)1具有兩個、但通常多 個三相變壓器100和開關(guān)設(shè)備120。參與的變壓器IOO在初級側(cè)利用導(dǎo) 電連接123連接在開關(guān)設(shè)備120上。開關(guān)設(shè)備120中的開關(guān)單元122 彼此有關(guān)地操縱多個中壓開關(guān)121。類似于圖1的第一實施形式，再次 在避免對人和設(shè)備的危險的意義上，通過開關(guān)單元122進(jìn)行所述相關(guān) 的切換。根據(jù)本發(fā)明的該第三實施形式，變壓器IOO具有外殼壁II2,在外 殼壁上，柔性線路102連接在未示出的端子單元上。利用這些柔性線 路102，將參與的變壓器100的三相u、 v和w并行地連接在電弧爐2 的電極202。位于電弧爐2的金屬池201上方的電極202再次可以布置 在電極臂(未示出)處。本發(fā)明的該第三實施形式的優(yōu)點在于，確保關(guān)于在電弧爐2上參 與的變壓器100的空間結(jié)構(gòu)方面盡可能最大的靈活性。因此該實施形 式還允許根據(jù)本發(fā)明即使在不利的空間情況時在電弧爐2上使用多個 變壓器IOO。此外也可以設(shè)想將多個變壓器IOO上下疊置，所述變壓器 可以通過柔性的線路102、有利地利用盡可能短的線路102無交叉地連 接在電弧爐2的電極202上。
權(quán)利要求
1.具有三個電極(202)的電弧爐(2)用的變壓器系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述變壓器系統(tǒng)(1)具有至少兩個三相變壓器(100)，所述三相變壓器并行地連接在所述電極(202)上并且可彼此相關(guān)地被接通和關(guān)斷。
2. 如權(quán)利要求1所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征在于，所述三 相變壓器(100)可在最大100ms的時間窗口內(nèi)凈皮接通或關(guān)斷。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征在于，所 述三相變壓器(100)在內(nèi)部^L三角測量。
4. 如權(quán)利要求3所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征在于，所述三 相變壓器(100)具有外殼壁(110, 111),并且每一相的大電流母線(101 )都以對所述外殼壁(110， 111 )呈直角的方式引出。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的變壓器系統(tǒng)(1 )，其特征在于，至 少兩個三相變壓器(100)之一的分別一相利用大電流母線(101 )與 余下的三相變壓器(100)的相應(yīng)的相連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征在于，所述大 電流母線(101 )在至少兩個三相變壓器之間在三個層面中對于分別一 相無交叉地伸展。
7. 如權(quán)利要求4至6中任一項所述的變壓器系統(tǒng)(1 ),其特征 在于，相的大電流母線UOl)中的分別兩個以45。和180°之間的角 度《皮此相遇。
8. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征 在于，至少兩個三相變壓器(101 )之一的分別一相利用柔性線路(102 ) 與余下的三相變壓器(100)的相應(yīng)的相連接。
9. 如權(quán)利要求8所述的變壓器系統(tǒng)(1),其特征在于，至少兩 個三相變壓器(100)的分別一相的柔性線路(102)與三個電極中(202 ) 的分別一個導(dǎo)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有三個電極(202)的電弧爐(2)用的變壓器系統(tǒng)(1)，其中所述變壓器系統(tǒng)(1)具有至少兩個三相變壓器(100)。在此，三相變壓器(100)并行地連接在所述電極(202)上并且相互相關(guān)地被接通和關(guān)斷。
文檔編號H05B7/00GK101228811SQ200580051256
公開日2008年7月23日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者D·芬克, R·-H·巴克斯, T·馬特舒拉特 申請人:西門子公司