Schnelle Stromregelung von Drehstrom-Lichtbogenöfen mit Halbleiter-Stufenschaltern

Publication date
2017
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Schnack, Hendrik
Advisor
Krüger, Klaus
Referee
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2017-07-11
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Stahlwerk
Lichtbogenofen
Übertragungsnetz
Leistungsthyristor
Stufenschalter
Ofentransformator
Abstract
Die vorliegende Arbeit basiert auf einem bisher für Lichtbogenöfen nicht eingesetzten Stufenschalter, der statt mit einem mechanischen Verfahren auf Basis von Leistungsthyristoren die Außenleiterspannung des Transformators steuert. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der mechanischen Variante ist die Möglichkeit zum Stufenwechsel auf dem zeitlichen Niveau der Grundschwingung. Damit ist die Möglichkeit zur Regelung elektrischer Größen gegeben. Konstante elektrische Größen auf der Sekundärseite wirken sich, wie sich im Rahmen dieser Arbeit zeigt, positiv auf das Störverhalten am elektrischen Netz aus. Es wird im Rahmen der Bezug auf den Ofentransformator genommen, der beim asymmetrischen Schalten der Leistungsthyristoren im Fokus steht. So wird das Schalten auf drei Phasen mithilfe eines elektronischen Stufenschalters elektrisch entwickelt und erklärt. Wesentliche Merkmale eines sicheren Schaltvorgangs für die Umschaltung einer Stufe auf die andere sind die Freiheit von Gleichgliedern sowie das Vermeiden unerwünschter Schaltzustände. Diese müssen in einer Ansteuerungselektronik der Gate-Impulse sowie einer Stromregelung berücksichtigt werden. Zentrales Element der Arbeit ist eine Stromregelung, bei der der Strom auf drei Phasen mithilfe der Außenleiterspannung weitestgehend konstant gehalten werden kann. Dieser Regelung zugrunde liegt ein Prädiktionsverfahren der folgenden komplexen Impedanz. Begründet wird die Regelung durch vermutete und im Verlauf der Arbeit zu erörternde betriebswirtschaftliche Vorteile. Unter Last schaltbare Transformatoren gewinnen mit Halbleiter-Stufenschaltern die Eigenschaft einer kurzfristigen, innerhalb einiger Strom- und Spannungsnulldurchgänge wirkenden Regelbarkeit. Bestehende Technologien wie die SVC können damit in Teile ersetzt werden, zeichnen sich diese durch hohe aktive Lasten und damit verbundene Betriebskosten aus. Die Stromregelung wird in eine Leistungsregelung integriert, bei der zusätzlich zur Stromregelung eine Spannungsregelung eingeführt wird, die bei gering werdender Dynamik einer Soll-Spannungsstufe den Vorzug gibt. Zum Ende der Arbeit werden betriebswirtschaftliche Überlegungen und weitere Anwendungsfälle von Halbleiter-Stufenschaltern beschrieben – beispielsweise zum Anbieten spezieller Energieprodukte durch das Elektrostahlwerk.
Version
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