专利名称：用于在冶金电重熔法中将电源网络干扰从电极信号中滤除的设备和方法
技术领域：
本发明涉及在冶金电重熔法中将电源网络干扰从电极信号中滤除的方法和设备。尤其地，本发明涉及用于在例如为真空电弧重熔法或电渣重熔法的冶金电重熔法的范围中改进熔炉中的电极距离闭环控制系统的电极距离闭环控制的方法和设备。
背景技术：
在例如为电渣或真空电弧重熔法的冶金电重熔法的范围中，将高电流在低电压的情况下用于炉腔中电极的重熔，其中通过电流从电极的端部传递至熔化物，电极材料完全地熔化并且转换成液态的熔化物，所述熔化物具有高纯度的特性。电重熔法是用于制造最高纯度的钢的冶金方法，所述最高纯度的钢定向地凝固并且具有无缺陷的结构。在该方法中，将固态的钢块浸在熔渣池中，其中该块作用为电极并且熔化。在通过熔渣时，硫和非冶金的夹杂物由熔渣接收并且随后析出。钢凝固在熔渣下。这样制造的钢具有改进的技术特性。真空电弧重熔法是用于制造高质量的熔化物的熔化过程，所述熔化物具有改进的化学和机械特性以及同质性并且符合最高的质量要求。对此，将电极在真空或低压环境下在冷却的炉腔中借助于电弧熔化，其中液态的熔化物聚集在炉腔端部上并且必须关于熔化的电极下缘和液态熔化物的升高的表面之间的尽可能相等的距离进行高精度的闭环控制。这种基于电极的冶金重熔法通常在恶劣的电环境中进行，在所述电环境中存在大电流的负载并且在电源网络中出现例如为电压干扰、振荡的电压值和高频开关脉冲等的相应干扰。例如，借助于功率调整器和/或逆变器来驱动多个照明设备、加热装置或驱动马达，使得电驱动装置的高频开关脉冲在电源网络中是可检测的。所述干扰影响用于重熔法的直流电或交流电的电源电压并且在那被检测。通常，出现的网络干扰是周期性的，也就是说，根据电源网络的频率或多倍频率出现，频率例如为50Hz或60Hz。因此，在多个所述网络干扰的情况下建立对网络周期的相位关系。所述干扰能够在作为用于重熔法的电源电压转换时馈送到重熔法的电系统中，并且在那产生负面影响。因此，在现代的重熔炉中，电极距离闭环控制，也就是说对电极与主要代表熔化物的质量的熔化物表面的距离的闭环控制基于直接地测量从电极到熔化物的电压或电流，其中检测出现的短路并且能够基于所述短路对电极距离进行闭环控制。始终出现的同类的熔滴短路指示出恒定的电极距离。因此，例如得出同时的进一步改进，所述进一步改进考虑通过在窄的电压范围或小的时间区间中高精度地检测电极短路进行改进的电极闭环控制。在该情况下，对电源电流产生影响的网络干扰对电极距离闭环控制产生非常负面的影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种设备和方法，借助于所述设备和方法能够在冶金电重熔法的范围中将电源网络干扰滤除，使得尤其能够进行高精度的电极距离闭环控制，所述电极距离闭环控制基于对电极电流的电压或电流干扰的检测。所述目的通过根据独立权利要求所述的设备和方法来实现。有利的改进形式是从属权利要求的主题。根据本发明，提出用于在冶金电重熔法中将电源网络干扰从电极信号中滤除的设备，所述设备尤其能够用于熔炉的电极距离闭环控制系统的电极距离闭环控制。所述设备包括:至少一个电极传感器装置，所述电极传感器装置用于测量电极信号，尤其是电极的电极电流和/或电极电压；网络传感器装置，所述网络传感器装置用于测量网络信号，尤其是网络电流和/或网络电压；以及滤波装置，所述滤波装置用于将网络信号的网络干扰从电极信号中滤除，使得能够输出抑制网络干扰的电极信号。借助于所述设备测量电的电极信号，例如为电极电压或用于重熔电极的流动的电极电流，并且检测网络传感器装置的数据，从所述数据例如能够确定网络电流、网络电压或网络频率。此外，本发明包括滤波装置，所述滤波装置能够将网络信号的网络干扰从电极信号中滤除，使得能够提供已清除的电极信号，其中抑制例如周期性出现的网络干扰。通过比较电极信号和网络信号，能够辨识并且消除电极信号中的网络耦合的干扰，使得电极信号仅包含关于重熔过程的信息并且不包含周围的电气装置的干扰作用。这样被滤波的电极信号例如能够实现高精度地闭环控制在电极和熔化物的液态表面之间的电极距离，使得能够实现重熔物的改进质量。根据一个有利的改进形式，滤波装置能够包括用于对电极信号的和/或网络信号的相关的信号范围进行频率滤波的至少一个频率滤波单元。例如，滤波装置能够包括例如为电容器、扼流圈、欧姆电阻器等的传统的滤波元件，或者是包括例如为晶体管、晶闸管或集成电路的开关组件的有源滤波电路，所述开关组件能够将周期性出现的网络干扰从电极信号中滤除。频率滤波单元当然也能够包括复杂的信号处理单元，所述信号处理单元对电极信号或网络信号进行分析，以便能够将相关的信号干扰以模拟或数字的方式从电极信号中滤除。根据另一个有利的实施例，滤波装置能够包括用于使网络信号和/或电极信号相互适配的至少一个适配单元和用于使相适配的信号相减的减法单元。在基于交流电的重熔法的情况下，按比例缩放网络信号或电极信号例如能够导致两种信号能够在振幅方面相互匹配，使得信号的简单相减仅能够在电极信号中造成由重熔过程引起的干扰，使得基于所述短路信息能够进行电极闭环控制。在直流电压重熔法的情况下，例如网络信号能够被整流，并且在振幅方面适配于电极信号，使得在该情况下减法同样也能够导致将网络引起的错误滤除。根据一个有利的改进形式，滤波装置能够包括相位检测单元和存储单元，所述相位检测单元用于检测网络相位值，所述存储单元用于将电极信号和/或网络信号的时间离散的与相位相关的采样值存储在多个相位存储位置中。因此，滤波装置能够根据确定的网络相位值一所述网络相位值能够借助于相位检测单元、例如基于网络相位的交零来确定——对离散的时刻取得在存储位置上的电极信号和/或网络信号的采样值，并且因此将相继的采样值的离散的图像存储在相继的相位时刻中、也就是网络周期的采样时刻中，所述存储位置在下文中称作相位存储位置。由此，能够对网络信号和/或电极信号的采样的相位进行分析，其中在重复采样之后能够将明显的网络干扰滤除。基于上述实施例，此外有利地，相位检测单元能够包括网络相位识别机构，尤其是PLL相位识别机构。相位检测单元具有识别相位、也就是识别网络电压的周期的交零时刻的目的。为此提出使用网络相位识别机构，例如为从相位连接控制中已知的相位识别机构或PLL相位识别机构(锁相环)。称为“锁相环”的相位闭环控制回路是能够检测相位位置、进而在此检测振荡频率的电子电路装置，其中能够实现外部的网络信号和产生的信号之间的尽可能小的相位偏差。所述相位闭环控制回路用于识别和跟踪网络的相位，甚至在网络载有强的网络干扰时也如此并且能够可靠地传递精确的相位信息。所述相位闭环控制回路能够用于在网络周期之内将采样值以高精度的方式分配给各个相位存储位置。如果能够将与相位相关的采样的电极信号或网络信号存储，那么原则上这能够任意地进行。基于上述实施例，在一个有利的改进形式中，相位检测单元能够包括多路复用器单元和分配器单元，其中多路复用器单元将电极信号的和/或网络信号的采样值分配给相位存储位置，并且分配器能够以正确的相位关系读出相位存储位置的采样值。在该情况下提出，基于相位检测单元所检测到的相位来控制多路复用器，所述多路复用器分别连接预定的相位存储位置，所述相位存储位置能够分配有确定的相位时刻的采样值，其中多路复用器能够依据检测到的相位从一个相位存储位置转接到下一个相位存储位置。与此相应地，借助于分配器根据检测到的相位来询问相位存储位置的内容并且其数值能够连续地读出，以便重建所存储的信号。因此，由相位检测单元、多路复用器和分配器组成的组合用于将采样值储存在所谓的相位存储位置中，所述相位存储位置能够存储电极信号或网络信号在网络周期上的在时间上的进展。因此，存在根据信号在网络周期上的进展的相位值划分的扫描图。相位存储位置的值之间的各个相位距离能够选择成是恒定的，然而也能够设计成是可变的。因此提出，在出现大的变化或干扰脉冲的相位范围中与在存在各个相位点之间的小变化的范围中相比选择更小的相位距离。基于上述实施例，有利地，滤波装置还能够包括用于对电极信号中的周期性的网络干扰进行分析的周期性分析单元，其中周期性分析单元能够读出、改变和存储在存储单元的相位存储位置中存储的与相位相关的采样值。在此，周期性分析单元对各个相位存储位置进行访问并且能够读出各个相位存储位置中的与相位相关的采样值并且进行相互比较并且例如在多个周期期间观察在各个相位存储位置中的值的进展并且识别，是否在特定的相位存储位置中包含周期性的信号部分。所述周期性的信号部分能够辨识成周期性的网络干扰并且不同于电极信号的静态分布的短路干扰。这种相位恒定的干扰能够由周期性分析单元在相位存储位置中去除，使得能够将网络干扰从接收的电极信号中移除。基于上述实施例，周期性分析单元能够对相位存储位置的可分配的采样值与所述相位存储位置的之前存储的历史采样值以可调节的方式取平均值或平滑化并且/或者与时间上相邻的相位存储位置的采样值以可调节的方式进行加权。在此，能够考虑的是，每个相位存储位置包括多个寄存器，所述多个寄存器包含之前的网络周期的历史采样值。周期性分析单元能够将每个相位的当前存储的采样值与相同相位时刻的之前的采样值或与相邻的相位存储位置的当前和历史值进行比较。在此，周期性分析单元能够在时间上或网络周期历史上相邻地来执行取平均值、平滑化和分析。周期性分析单元能够非常简单地识别在特定的相位范围或时间间隔中的高的振幅变化的范围。在此，能够考虑并且有利的是，周期性分析单元能够以适配的方式控制多路复用器单元或分配器单元的切换相位区间，以便建立适合的时界。例如，周期性分析单元在出现小干扰的相位范围中定义大的切换相位区间，并且在出现高频干扰的相位范围中确定小的相位时间间隔，使得多路复用器和分配器单元不能够进行等距的采样，而是对出现的振幅值在相位时间间隔上进行可适当调节地采样。因此，能够在相关的频率范围中实现以可适当调节的方式滤除干扰。例如，能够对50Hz或60Hz的网络周期建立1000至5000个相位存储位置。这在1000个存储位置的情况下对应于16 μ s至20 μ s的相位时间间隔。因此，能够考虑在直到25kHz的范围中的网络干扰。相应地，在更高数量的相位存储位置的情况下能够考虑更高频率的网络干扰。通常，马达控制逆变器以16kHz的采样频率工作，功率调整器造成直到20kHz或更高的范围中的显著的干扰脉冲，使得提供1000至20000个大量相位存储位置。在并列的方面中，本发明提出用于在冶金重熔法中将电源网络干扰从电极信号中滤波的方法，所述方法尤其能够用于电极距离闭环控制并且优选地在使用根据上述权利要求之一所述的设备的情况下应用。在此，对尤其是电极的电极电流和/或电极电压的电极信号和尤其是网络电流和/或网络电压或网络频率的网络信号进行测量并且将网络信号的网络干扰从电极信号中滤除，使得能够输出抑制网络干扰的电极信号。滤波方法不仅考虑电极信号自身的进展、而且考虑能够从网络电压得到的至少一个相位关系。基于测量出的网络电压，能够将从电源网络到达电极信号中的干扰从电极信号中消除。在此能够从网络信号导出的相位关系例如能够用于将与相位相关的网络干扰从电极信号中移除。根据一个有利的改进形式，能够使电极信号和网络信号相互适配并且相减。例如，在基于交流电压的重熔法的情况下，能够将网络信号以按比例缩放的方式转换成电极信号的大小并且从电极信号中去除，其中能够消除电极信号中的全部相应的网络信号干扰。通常留下其中仅包含受重熔法影响的干扰的电极信号。在基于直流电压的重熔法的情况下，能够将网络信号整流，其中在已整流的网络信号中同样也构成网络干扰并且所述网络干扰能够以按比例缩放的方式从已整流的电极信号中去除，以便能够对电极信号的仅通过重熔法造成的干扰进行分析。根据所述方法的一个有利的改进形式，能够基于网络信号来识别网络相位并且存储电极信号的与相位相关的采样值，使得基于电极信号采样值能够识别周期性的网络干扰并且将其从电极信号中去除。因此，所述方法过程提出，存储电极信号的与相位相关的采样值并且相对于网络周期对其相位关系进行分析，其中能够将与网络相位相关的干扰信号部分从电极信号采样值中滤除。根据一个有利的改进形式，能够将采样值与之前的采样值取平均值和/或与相位相邻的采样值以可调节的方式进行加权，尤其是与振幅、相位和/或频率相关地进行加权。通过相位采样，在小相位差的情况下能够仅将采样值不准确地分配给精确的相位。因此，通过考虑相邻的相位值并且同样考虑之前的网络相位值并且在分析相位关系时考虑对相邻的相位值以及之前的网络相位值加权或平滑化，能够实现滤波作用的改进。附加的或替代的滤波可能性能够存在于，例如通过观查附近的相位环境对带有相位波动的干扰出现的相位位置进行定位并且在所述时刻中通过例如为具有适配的截止频率的低通滤波器的另一滤波器来对已滤波的信号进行滤波。适配由所述相位位置上的干扰类型引起。例如，晶闸管控制器在较长的时间间隔期间在相位40+/-1-2°时快速地且无规则振荡地接通和关断加热器。因此，在38°至42°的范围中出现负载斜坡。所述斜坡例如具有例如对应于IOkHz的谱的斜度。滤波器在38°至42°的范围中不能够有效地滤除干扰，因为在所述范围中，干扰以相位的方式发生变化。但是，下游的仅在相位在38°和42°之间的时间区间中接通的具有〈IOkHz的截止频率的低通滤波器能够抑制高频的相位模糊的干扰。所述低通滤波器可以说“修饰”电极信号，使得仅没有抑制确定地没有通过干扰叠加的部分。因此，仅在一定的小的相位时间间隔中一尤其小于10°、优选地小于5° —可选择性接通的尤其是低频滤波器的频率滤波器有效地抑制周期性出现的干扰，而不损害统计学无关的短路信息。此外，在该时间范围中出现的干扰信号能够在考虑电极距离闭环控制的情况下被忽视。对此能够有利的是，将关于对要忽视的信号部分定位的信息转发给闭环控制装置，例如为熔滴检测器。根据一个有利的改进形式，采样值的相位区间能够根据出现的信号变化来适当地匹配。相位区间，也就是网络周期之内的两个采样值的时间间隔例如能够匹配于网络电压的变化或电极信号的变化，使得在电极信号或网络信号中的高频干扰的情况下能够设定更细微的采样，也就是说与在具有小干扰的区域中相比更短的相位区间。因此，在相位采样值的分辨率有限的情况下实现滤波作用的改进的精度。适配也能够通过预设期望的滤波精度或期望的滤波范围而受到影响。根据一个有利的改进形式，采样值的数量能够可变地尤其匹配于重熔过程的网络干扰和/或相位的类型和范围。例如，在开始的仅小的电极干扰出现或网络干扰仅起次要作用的重熔相位中，选择网络滤波器的相对粗糙的分辨率，并且在高灵敏的重熔相位的范围中使用具有大量相位存储位置和相应高的计算耗费的尽可能高的分辨率，以便能够将网络干扰尤其在例如为高或低的熔滴短路率的范围中有效地滤除。由此，能够根据期望的滤波器精度来适当地使用干扰滤波器。原则上能够将基于相位检测的设备在其作用原理方面与逐渐变暗的例如为示波器的发光屏幕进行比较。这种方法在现代的数字示波器中称作数字持久模式并且用于分析复杂的振荡过程:在例如为50Hz、也就是20ms或例如为60Hz、也就是16.66ms的网络周期之内记录例如为电极电压或电极电流的电极信号数据并且将其储存在离散的相位存储位置中。在网络周期多次重复之后，通过取平均值和比较操作，仅下述数值持久地继续存在于相位存储位置中，所述数值周期性地获得、也就是对网络周期具有固定的相位关系，例如为简谐振荡。出现一次的干扰“逐渐变暗”。这与掠过示波器的发光屏幕并且发光的电极射束类似，其中只要所述信号不再继续周期性地出现，发光的范围随着时间逐渐消失。能够将这种以固定的相位关系周期性地出现的信号解释成网络干扰并且从原始记录的电极信号去除，使得存在无干扰的电极信号。在该意义下，将在相邻的相位存储位置或之前的相位存储位置之间取平均值解释成短暂的“相位记忆”，使得具有相位关系并且在网络周期之内重复并且在多个网络周期期间出现的信号部分继续存在，其中例如归因于熔滴短路的随机干扰没有形成在相位存储器的所记录的信号中。将在存储单元中示出的“发光的”信号从当前记录的电极信号中减去引起抑制了相对于网络周期具有固定的相位关系从而解释成网络干扰的信号部分。
本发明的其他优点从当前的附图描述中得出。在附图中示出了本发明的实施例。附图、描述和权利要求包含大量特征的组合。适当地，本领域技术人员也单独地考虑特征以总结成其他合适的组合。示出:图1示出带有基于电的电极距离闭环控制的冶金电重熔设备的示意图；图2示出滤除设备的第一实施例；图3示出滤除设备的第二实施例的示意图；图4示出滤除设备的另一个实施例；图5示出滤除设备的另一个实施例；图6示出未滤波的、已滤波的电极信号以及网络干扰信号在图中，相同的或同类的部件以相同的附图标记标明。
具体实施例方式图1示意地示出冶金电重熔设备，在该情况下是真空电极重熔设备，在所述真空电极重熔设备中，在电熔炉10中借助于电极驱动设备12来调节电极30相对于熔化物32的液态表面的距离。电极驱动设备12竖直地移动电极进给杆20，在所述电极进给杆上固定电极30，并且所述电极进给杆对电极下缘相对于熔化物32的液态表面的距离进行调节。熔化物32被包围在水冷的真空炉腔22中，其中低压或真空通过真空产生设备24来产生。由于直接的电极距离测量在测量技术方面是难于进行的，通过考虑电极信号、即通过电流导线18输送至电极和熔化物32的电极电流或施加的电极电压实施间接测量。为此，将例如为电流和/或电压测量装置的电极传感器装置44连接在电极30的电流导线18上，其信号由电极距离闭环控制系统48截取。电极电压或电极电流由重熔电源设备16来提供。重熔电源设备16通过例如作为三相交流电流的电源网络42或在插入变压器的情况下从高压网络获得电源电压。由于在附近的电气环境中安装的大电流负载，涉及的电源网络42的电能能够与干扰叠加。所述干扰例如是电压干扰、由于例如由电马达驱动或诸如为基于晶闸管的调光器电路的功率调整器进行的相位角控制以及对照明设备、加热器、机器的周期性的开关过程引起的高频振荡和脉冲等。所述干扰通过供电装置16耦合到电极信号中，一方面对重熔过程造成负面影响，并且另一方面对直接测量电极信号的重要参数造成困难，所述重要参数例如能够用于距离闭环控制。这例如能够是熔滴短路率、施加的直流电压的恒定性等。为了将这些负面的网络干扰信号从电极信号中滤除，电极距离闭环控制系统48包括网络干扰滤波设备40以及电极距离闭环控制设备72，所述电极距离闭环控制设备能够直接地控制电极驱动设备12，以便调节最佳的电极距离。电极距离闭环控制设备72以无网络干扰的电极信号为基础进行距离闭环控制。图2示出了网络干扰滤波设备40的第一实施例。在图2中示出的网络干扰滤波设备40以按比例缩放电极信号和/或网络信号为基础，使得两个信号能够相互适配和相减。为此，网络干扰滤波设备40包括例如为电压或电流测量器的电极传感器设备44，所述电极传感器设备截取重熔电极的电流导线18的电极信号。将电极传感器装置44的电极信号82传递到信号适配单元54上。与此并行地，网络传感器装置46接收电源网络42的网络信号86并且同样也将其传递到信号适配单元54上。两个信号适配单元使电极信号82或网络信号86相适配，使得两个信号能够在减法单元56中相减，使得仅不存在于网络信号86中的信息部分保留在电极信号82中。因此，能够将网络干扰从电极信号82中清除并且将其作为抑制网络干扰的电极信号80输出。信号适配单元54例如能够包括变压器、整流器、放大器、衰减器等。尤其地，在基于直流电压的电极重熔法中能够包括整流器或逆变器，以及包含模拟或数字器件，例如电极或网络信号82、86以数字形式由所述数字器件改进并且借助于数字处理能够相减。图3示意地示出网络干扰滤波设备40的另一个实施例，在所述网络干扰滤波设备中，同样也将电极信号82通过电极传感器装置44从重熔电极的电流导线18以及将网络信号86通过网络传感器装置46从电源网络42截取并且输送至滤波装置50。在滤波装置50之内，通过相位检测单元58来接收网络信号86，其中识别出例如为50Hz或60Hz的网络周期(周期持续时间为20ms或16.66ms)。因此，目前识别出的网络信号的网络相位是已知的并且能够进行基于网络相位的振幅比较。电极信号和网络信号82、86传递到相位检测单元58上并且传递到周期性分析单元70中。此外，将电极信号82传递至存储单元60，在所述存储单元中对采样的电极信号部分进行相位相关的存储。因此，与在发光监控器表面记录的电极射束相似，电极信号的信号储存在存储单元60的相位存储位置中并且能够通过周期性分析单元70关于出现与网络周期相关的干扰进行研究。周期性分析单元70能够考虑到一方面当前存在的相位时间以及之前的和相邻的相位位置的信号，以便在存储在存储单元60的相位存储位置中的电极信号采样值中辨别出周期性出现的干扰信号部分。之后，能够将在存储单元60中识别出的干扰信号部分从接收的电极信号82中去除，以便输出抑制网络干扰的电极信号80。以在图3中示出的实施例为基础，图4示出了网络干扰滤波设备40的一个实施例的详细视图，所述网络干扰滤波设备以基于相位地检测网络干扰为基础。图4的网络干扰滤波设备40包括用于接收网络信号86的网络传感器装置46和用于接收电极信号82的电极传感器装置44。例如包括相位识别机构64、尤其是包括PLL的相位检测单元58从网络信号86中提取网络周期持续时间以及相应地施加的网络相位的信息，例如以时间偏移At或角度φ的形式，所述角度从O至360°的伸展并且覆盖例如为50Hz (20ms)或60Hz(16.66ms)的网络周期。网络信号86被评估仅用于提取网络相位信息并且对其他的信号处理没有任何意义，因为信号处理仅专注于电极信号并且基于电极信号和网络相位的知识来进行对与相位相关的干扰信号的辨别。电极信号82 —方面传递到减法单元56上并且另一方面在经由频率滤波单元52的低通滤波之后传递到多路复用器单元66上，所述多路复用器单元与已识别的相位相关地将采样的电极信号分配给存储单元60的各个相位存储位置62。因此，将采样的电极信号值储存到有限数量的相位存储位置中，其中对每个采样值已知相位关系。相位存储位置62例如能够是采样和保持元件，所述采样和保持元件能够进行瞬时值采样和存储采样值。在此，相位存储位置62尤其能够是“易忘的”相位存储位置，所述“易忘的”的相位存储位置例如作为类似于低通滤波器的电容器电阻结构(R-C元件)在可调节的短暂时间之后“忘记”存储的值。因此，例如在一个周期之内记录的电极信号在另外两至三个网络周期之后已完全地从相位存储位置中删除。在存储单元60的相反侧存在分配器单元68，所述分配器单元能够进行以正确的相位关系读出相位存储位置62所存储的值并且能够重建存储的电极信号。将重建的采样电极信号在减法单元58中从实际的电极信号82中减去，由此能够输出不含直流电压且不含网络干扰信号的电极信号80。对于干扰信号抑制的品质重要的是相位存储位置62的特性，例如在一个或多个网络周期之后忘记所储存的值或者使其变小。这能够类似于在发光表面上记录的电极射束的发光地来解释。如果仅一次检测信号部分，那么所述信号部分实际上根本不发光或仅短暂地发光。干扰信号周期性地出现引起相位存储位置62之内的“发光”或持久的存储，使得能够可靠地将干扰信号从电极信号82中移除。因此，减法单元56尤其将以相对于网络周期的确切相位关系重复地频繁出现的信号部分从电极信号82中移除。因此，在不知道网络干扰类型的情况下并且基于相位存储位置82的与相位相关的存储能力能够对电极信号82中的与相位相关的信号干扰进行抑制。优选地，相位存储位置62以低通滤波器的形式构造，也就是RC电路或相当于LR电路。以与在图4中示出的实施例相似的方式，图5示出了网络干扰滤波设备40的另一个实施形式，所述网络干扰滤波设备基本上包含与在图4中示出的实施例相同的元件。相位存储位置62的“易忘性”由周期性分析单元70来监控和实现，所述周期性分析单元不仅对多路复用器单元66、而且对分配器单元68进行访问，并且能够根据信号类型对电极信号的采样进行控制。因此，例如能够在出现大变化的相位范围中选择较小的相位区间，以便实现采样的电极信号的改进的分辨率。与此相应地，分配器单元必须在该相位位置中实现电极信号的改进的采样以用于重建周期性的网络干扰信号。此外，周期性分析单元70能够对存储单元60的各个相位存储位置62进行访问，以便例如将各个采样和保持元件或相位存储位置中的采样值与相邻的采样值进行比较、取平均值或平滑化并且例如将上一采样周期的存储值与目前存在的采样值进行比较。因此，能够在周期中关于不仅在相位时间上相邻的而且历史上上一个的相位值进行取平均值，以便例如考虑干扰信号的相位漂移。因此，周期性分析单元70 —方面能够使相位存储位置62之内的不规律出现的采样值“逐渐变暗”，并且也对之前的值进行分析并且对相邻的相位存储值进行考虑。单元70例如能够通过低通滤波或通过平均和衰减功能来考虑之前的相位值或相邻的相位值，并且重建干扰信号值的局部模糊。在之前不能够检测到特别的网络干扰或不能够确定在电极信号82中明显地周期性出现的干扰部分的相位范围中，能够使用大的相位间隔区间来控制多路复用器单元和分配器单元66、68。在出现高的干扰强度的范围中，例如在表示网络信号86的多倍的周期持续时间的周期性的范围中，能够在存储单元60中设定小的相位采样间距、即采样的电极信号的高分辨率。此外，根据重熔相位能够对网络干扰信号进行耗费的分析或者也能够进行粗滤波。随后，图6示出干扰的电极信号82的曲线和从其提取的抑制网络干扰的网络干扰信号80。清楚地，在图6a中在大约15ms时确定了熔滴短路88，所述熔滴短路与相位不相关并且仅出现一次。此外，观察到电极信号82中的叠加的简谐振荡，所述简谐振荡是在抑制网络干扰的电极信号80中提取的。为此，图6b示出辨别出的网络干扰信号84，在所述网络干扰信号中能够清楚地识别出与相位相关的干扰部分，尤其是网络的多倍的简谐的周期持续时间。在分配器单元68的输出端上提供网络干扰信号84，使得能够借助于减法单元56将所述网络干扰信号从干扰的电极信号82中去除。所产生的抑制网络干扰的电极信号80是不含直流电压的且抑制了基本上与相位相关的、周期性出现的干扰部分，所述干扰部分归因于网络干扰。从现有技术中已知的静态的频率滤波器仅能够对干扰信号或电极信号的相关频率范围进行频率限制，而不能够在相关的频率范围之内滤除网络干扰。这种有规律的网络干扰例如能够是相位角控制的或逆变器的开关脉冲，所述开关脉冲具有相对于网络相位的确切的相位关系或确切的周期性并且有规律地出现。例如，在三相交流电动机闭环控制、力口热或照明闭环控制的范围中出现开关干扰信号的确切的频率关系，所述频率关系与网络周期相关。本发明提出，将周期性出现的干扰，例如网络周期的多倍简谐的谐波或其他的与频率相关的不具有统计学任意分布的干扰信号滤除。网络干扰滤波设备例如能够用在真空电弧重熔法、电渣重熔法或相似的电重熔法中。作为相位存储位置能够使用典型的低通滤波设备，例如为RC元件或LR元件,所述RC元件或LR元件能够实现在多个周期上使采样的信号值缓慢地消失。滤波器原则上能够用于滤除干扰信号，所述干扰信号以与滤波触发信号相同的频率出现，并且相互处于足够固定的相位关系中。因此，能够有效地抑制整流器干扰、相位角控制干扰或网络频率高次谐波。在一个实施形式中，从触发信号中获得信号，信号描述触发信号所基于的振荡例如网络频率的当前相位。所述信号对多路复用器和分配器进行控制并且确定，当前激活哪些相位存储位置，即激活哪些低通滤波器。将干扰的电极信号分配给属于当前相位的低通滤波器、采样并且在时间上取平均值以及根据需要通过分配器再次从电极信号中去除。因此，能够实现移除干扰信号，所述干扰信号相对于触发信号具有相位固定的关系，其中静态分布的干扰信号、例如熔滴短路能够保留在电极信号中。触发器的稳定例如能够通过PLL (锁相环电路)或DLL (延迟锁相环)或相似的电路来实现。相位存储器具有采样性质，其中输出值延时地跟随输入值，也就是说，不是跟随于暂时的变化，而是跟随于在多个周期期间出现的变化。低通滤波器的延时例如能够在重熔工作期间单独地发生变化和例如根据信号的出现选择成高或低的。对此，对每个低通滤波器测定下述值，所述值与输入信号与输出信号的偏差相关并且所述偏差例如能够通过RMS取平均值(均方根)进行。每个相位存储位置的低通滤波性质例如能够基于所述偏差。每个相位存储位置的延时能够在每个相位过程中通过人们借助于时间相关的加权功能考虑其相邻相位与在之前的相位过程中其自身的偏差来重新确定。所述加权功能尤其能够具有时间分辨率和/或频率分辨率并且例如从傅里叶变换中得出。此外，所述加权功能能够是自最优化的，并且由周期性分析单元70使用，所述周期性分析单元跟随方程SH (n):=f (SH [n-j] [z_i], SH [n] [z_i], SH[n+j] [z_i],其中 n=相位存储位置，z=之前的相位值。因此，方程能够考虑之前的周期z和相邻的存储位置η。包含相邻的相位存储位置的采样值引起，具有相位相关性的干扰信号仅具有小的作用。最后，在能够出现相位偏差的位置上的滤波作用减小。可调节的适合的衰减最优化地适配于出现的干扰信号的特性。通过从电极信号中提取基于网络的干扰信号能够实现改进的电极距离闭环控制或用于重熔法的其他的闭环控制标准，这导致重熔物提高的质量。提出的发明具有少的技术耗费，并且显著地改进了重熔结果并且例如能够用在对存在的重熔炉的改进形式中，但是也能够用在新型设备中。
权利要求
1.用于在冶金电重熔法中将电源网络干扰(84)从电极信号(82)中滤除的设备(40)，尤其是用于熔炉(10)的电极距离闭环控制系统(48)的电极距离闭环控制，所述设备包括:至少一个电极传感器装置(44)，所述电极传感器装置用于测量电极信号(82)，尤其是电极(30)的电极电流和/或电极电压；网络传感器装置(46)，所述网络传感器装置用于测量网络信号，尤其是网络电流和/或网络电压；和滤波装置(50)，所述滤波装置用于将所述网络信号的网络干扰(84)从所述电极信号(82)中滤除，使得能够输出抑制网络干扰的电极信号(80)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述滤波装置(50)包括至少一个频率滤波单元(52)，所述频率滤波单元用于对所述电极信号(82)和/或所述网络信号的相关的信号范围进行频率滤波。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述滤波装置(50)包括至少一个适配单元(54 )和减法单元(56 )，所述适配单元用于使所述网络信号和/或所述电极信号(82 )相互适配，所述减法单元用于使相适配的信号相减。
4.根据上述权利要求之一所述的设备，其中所述滤波装置(50)包括相位检测单元(58)和存储单元(60)，所述相位检测单元用于检测网络相位值，所述存储单元用于将所述电极信号(82)和/或所述网络信号的时间离散的与相位相关的采样值存储在多个相位存储位置(62)中。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述相位检测单元(58)包括网络相位识别机构(64)，尤其是锁相环相位识别机构。
6.根据权利要求4或5之一所述的设备，其中所述相位检测单元(58)还包括多路复用器单元和分配器单元(66，68)，其中所述多路复用器单元(66)能够将所述电极信号(82)的和/或所述网络信号的采样值分配给相位存储位置(62)并且所述分配器单元(68)能够以正确的相位关系读出相位存储位置(62)的采样值。
7.根据权利要求4至6之一所述的设备，其中所述滤波装置(50)还包括周期性分析单元(70)，所述周期性分析单元用于对所述电极信号(82)中的周期性的网络干扰(84)进行分析，其中所述周期性分析单元(70)能够读出、改变和存储在所述存储单元(60)的所述相位存储位置(62)中存储的与相位相关的采样值。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述周期性分析单元(70)对相位存储位置(62)的可分配的采样值与所述相位存储位置(62)的之前存储的采样值以可调节的方式取平均值并且/或者与相邻的相位存储位置(62)的采样值以可调节的方式进行加权。
9.根据权利要求7或8之一所述的设备，其中所述周期性分析单元(70)能够以可适配的方式对所述多路复用器单元和分配器单元(66，68)的切换相位区间进行控制。
10.用于在冶金电重熔法中将电源网络干扰从电极信号(82)中滤波的方法，尤其是用于电极距离闭环控制并且优选地在使用根据上述权利要求之一所述的设备(40)的情况下，其中对尤其是电极(30)的电极电流和/或电极电压的电极信号(82)和尤其是网络电流和/或网络电压的网络信号进行测量，并且将所述网络信号的网络干扰(84)从所述电极信号(82)中滤除，使得能够输出抑制网络干扰的电极信号(80)。
11.根据权利要求10所述的方法， 其中所述电极信号(82)和所述网络信号相互适配并且相减。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中以所述网络信号为基础识别网络相位并且存储所述电极信号(82)的与相位相关的采样值，使得以电极信号采样值为基础识别周期性的网络干扰(84)并且将其从所述电极信号(82)中去除。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述采样值与之前的采样值取平均值并且/或者与相位相邻的采样值以可调节的方式加权，尤其是与相位和/或频率相关地加权。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中根据出现的信号变化对所述采样值的相位区间进行适合的适配。
15.根据权利要求12至14之一所述的方法，其中所述采样值的数量是可变的，尤其是适配于所述网络干扰的类 型和范围和/或重熔过程的相位。
全文摘要
本发明涉及用于在冶金电重熔法中将电源网络干扰(84)从电极信号(82)中滤除的方法和设备(40)，尤其是用于熔炉(10)的电极距离闭环控制系统(48)的电极距离闭环控制。所述设备为此包括至少一个电极传感器装置，所述电极传感器装置用于测量电极信号(82)，尤其是电极(30)的电极电流和/或电极电压；网络传感器装置(46)，所述网络传感器装置用于测量网络信号，尤其是网络电流和/或网络电压；以及滤波装置(50)，所述滤波装置用于将网络信号的网络干扰(84)从电极信号(82)中滤除，使得能够输出抑制网络干扰的电极信号(80)。
文档编号F27D21/00GK103180683SQ201180051021
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年10月21日
发明者拉尔夫·厄勒, 哈拉尔德·斯科尔茨, 弗兰克-韦纳·霍夫曼 申请人:Ald真空工业股份公司