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Selbsttätige Regelung für elektrische Lichtbogen-Öfen.
Eine selbsttätige Regelung muss die fallweise eingestellten Belastungsgrössen von LichtbogenOfen konstant halten, d. i. eintretende Schwankungen rasch und ohne Pendeln beseitigen, also je nach
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Sie muss daher
1. ohne jede Verzögerung auf die entsprechenden Regelorgane einwirken, sobald eine Abweichung der zu regelnden Grössen von den Sollwerten eintritt.
Die Schaltung muss daher von masse-und trägheitslosen Organen besorgt werden ;
2. die Regelung mit einer der Grösse der Abweichung verllältnisgleichen Geschwindigkeit bewirken, also bei grossen Abweichungen mit rascherer Verstellung der Regelorgane als bei kleineren, so dass sich der Ausgleich einer Störung mit einer gegen Null abnehmenden Geschwindigkeit vollzieht, wodurch Überregeln und Pendeln verhindert wird.
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trägheitslos arbeitenden Elektronenröhren bzw. gittergesteuerten Glühkathoden- und Quecksilber- dampf-Gleichrichter, die Gleichspannungen liefern, welche ein Arbeiten der Regelvorrichtung in der zur Behebung der Abweichungen erforderlichen Richtung und Intensität bewirken.
Die Erfindung besteht darin, dass die den Primärströmen proportionalen Sekundärspannungen der in jede Phase eingeschalteten Stromwandler mit den Phasenspannungen mit Hilfe von Elektronenröhren oder Transformatoren in Wechselwirkung gebracht werden, so dass die sieh ergebenden resultierenden Spannungen, die mittels Spannungsteilern bei den Sollwerten von Strom und Spannung auf Null gebracht werden und die bei Abweichen von diesen Werten eine von Grösse und Richtung der Abweiehungen abhängige
Grösse und Phasenlage erhalten, als Steuerspannung für die gittergesteuerten Entladungsgefässe verwendet werden.
Nachstehend werden als Anwendungsbeispiel Schaltungen für die Steuerung von Gleichstrommotoren zur Betätigung der Elektrodenverstellvorrichtungen elektrischer Lichtbogen-Öfen beschrieben.
Die in Grösse und Richtung von der Abweichung von Strom und Spannung von den Sollwerten abhängige, in den beschriebenen Schaltungen dem Motoranker zugeführte Gleichspannung kann auch für die Steuerung von andern Hubeinrichtungen, z. B. hydraulischen, oder zur Betätigung von Schaltgeräten, z. B. Stufenschaltern usw., sinngemäss verwendet werden.
Bei den beschriebenen Schaltungen werden durch Benützung von gittergesteuerten Gleichrichtern die Anker der Antriebsmotoren der Verstellvorriehtungen für die Elektroden mit einer Spannung gespeist, die in Richtung und Grösse abhängig ist von der Richtung und Grösse der Abweichungen von Strom und Spannung von den Sollwerten. Bei konstanter Erregung der Motoren wird deren Umdrehungszahl und Umdrehungsrichtung in Abhängigkeit von der Grösse und Richtung der Störung gebracht. Im folgenden soll das Abweichen von den Sollwerten als,, Störung" bezeichnet werden, die entstehende, in der Eingangsschaltung erzeugte Spannung als "Störspannung".
Es handelt sich bei der Regelung eines elektrischen Ofens um Konstanthaltung von Strom J, Spannung E bzw. der Impedanz des Lichtbogens zwischen den Elektroden und dem Schmelzbad (Verhältnis aus Spannung und Strom) zur Erzielung einer gleichmässigen Belastung und in manchen Fällen um die Erhaltung eines bestimmten Abstandes der Elektroden vom Schmelzbad. Es ist also notwendig, sowohl Strom als auch Spannung zu messen und bei Abweichen der Werte von den ein-
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Fig. 1 zeigt das Grundschaltbild einer Regelung von Strom J und Spannung E bzw. ihrer Abweichungen von den Sollwerten bei einer Phase eines mit Drehstrom gespeisten Ofens. In die Sekundär-
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daher auch dem Primärstrom verhältnisgleich ist.
Die zu beobachtende Spannung E ist die zwischen Elektrode jE und Ofenboden 0 bestehende Sternspannung. Durch Wahl eines geeigneten übersetzung- verhältnisses des Stromwandlers St. IF., entsprechender Sekundärspannungen, Verwendung von Spannungsteilern i, R ; und allenfalls von Spannungswandlern kann nun erreicht werden, dass bei gewissen Betriebsverhältnissen zwei Spannungen eJ und B gewonnen werden, die gleich gross und um 1800 gegeneinander phasenverschoben sind, von denen eine von der Sekundärspannung des Stromwandlers, die andere von der Sternspannung herstammt (Phasenverschiebung von 180 wird durch Einschaltung des Stromwandlers bewirkt).
Weicht nun entweder der Strom oder die Spannung oder beide von ihren Sollwerten ab, so werden diese Spannungen eJ und B verschieden, es ergibt sich, wenn sie miteinander in Beziehung gebracht werden, eine Differenzspannung A/oder hé', welche nun für die Steuerung der nachstehend beschriebenen Anordnung von Gleichrichtern verwendet wird.
Bei den vorstehenden Ausführungen ist vorausgesetzt, dass Ofenstrom J und Spannung E der Elektrode gegen den Ofenboden phasengleich sind, was auch in den meisten Fällen annähernd zutrifft. In Fig. 2 sind die beiden zu vergleichenden Spannungen eJ und E vektoriell dargestellt und auch die Differenz-
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Der Vergleich der beiden Spannungen ei und B kann mit Hilfe einer Doppelgitterröhre F, wobei selbstverständlich der Durchgriff der Gitter zu berücksichtigen ist (wie in Fig. 1) oder mittels Transformatoren Tí'6, T1'7 (wie in Fig. 7), erfolgen. Die sich bei Störung des Spannungsgleichgewichtes ergebenden Spannungsdifferenzen A/oder A/'werden nun für die Beeinflussung der Steuerspannung der für die Speisung des Windwerksmotorankers vorgesehenen Gleichrichterröhren herangezogen.
Bei gittergesteuerten Gleichrichtern erfolgt, wie bekannt ist, eine Zündung nur dann, wenn die Gitterspannung einen, vom Augenblickswert der Anodenspannung abhängigen kritischen Wert übersteigt. In ein Spannungszeitdiagramm eingetragen, ergibt die Verbindung der kritischen Gitterspannungswerte eine Kurve, die Zündkennlinie oder Gitterkennlinie. Wenn die Gitterspannnng die durch die Zündkennlinie angegebenen Werte übersteigt, erfolgt die Zündung ; durch Veränderung
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zeitpunktes und damit eine Veränderung der mittleren Gleichspannung erzielt werden.
Für den Zeitpunkt der Zündung ist die Höhe der Steuerspannung massgebend, da sie die Höhe
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Gitter bedeutet. Bei Kenntnis des für das Einsetzen der Entladung erforderlichen Zündstromes kann ans vorstehender Beziehung der Verlauf der Zündkennlinie ermittelt werden.
Durch Hinzufügen eines zweiten Gitters, dem eine in der Amplitude veränderliche Wechselspannung aufgedrückt wird, kann bei konstanter Steuergitterspannung ebenfalls eine Verschiebung des Zündzeitpunktes erreicht werden. Die Wirkung des zweiten Gitters kommt einer Veränderung der Anodenspannung gleich.
Die Gleichung für die Steuerspannung bei einer Zweigitterröhre lautet :
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Darin bedeutet eG1 die Steuergitterspannung, eG2 die Hilfsgitterspannung, D1 den Durchgriff der Anode durch das Hilfsgitter und D2 den Durchgriff des Hilfsgitters durch das Steuergitter.
Die Veränderung der Anodenspannung bewirkt eine Verschiebung der Zündkennlinie ; jeder Hilfsgitterspannung eG2 entspricht daher eine Zündkennlinie.
Die Wirkung des zweiten Gitters kann aber auch so aufgefasst werden, dass eine Resultierende aus Steuergitter- und Hilfsgitterspannung als Gitterspannung wie bei einer Ein-Gitterröhre wirkt.
Die allgemeine Gleichung für die Steuerspannung :
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kann auch gesehrieben werden :
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E ergibt sich also eine analoge Beziehung wie bei einer Ein-Gitterröhre. Die Zündkennlinie lässt sich bei Kenntnis des Zündstromes aus dieser Beziehung wieder ermitteln.
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stärke das Windwerk im Senkqinn anzutreiben, bei Ansteigen derselben im Hubsinn. Wenn also durch Ansteigen der Stromstärke eine Störspannung (A/= S") wie in Fig. 2 erzeugt wird, so muss diese bewirken, dass der Motoranker im umgekehrten Sinne wie früher vom Strom durchflossen wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass ein zweites Gleiehrichterrohr G12 vorgesehen wird. das den Motoranker Li mit entgegengesetzt gerichtetem Strom speisen kann. Die Störspannung wird dem Gitter 1 der zweiten Röhre mittels Transformator Tr3 zugeführt. Die Störspannung 8'ist gegenüber S um 180 phasenverschoben. Es ergibt sieh daher ein Spannungsbild nach Fig. 6 ; die Störspannung bringt das zweite Rohr zum Zünden, der Motoranker läuft in entgegengesetzter Richtung an.
Wie in Fig. 4 und) gezeigt ist, addiert sieh bei dem Rohr, welches nicht ansprechen soll. die Störspannung zu der Steuerspannung, so dass die Resultierende zur Gänze unter der Zündkennlinie zu liegen kommt und dieses Rohr gesperrt bleibt, wodurch ein Kurzschluss verhindert wird.
Es wird also zusammenfassend durch die vorgeschlagene Schaltung erreicht :
1. dass die Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Grösse der Störung gebracht wird,
2. dass sich eine Drehrichtung des Motors ergibt, welche entsprechend der aufgetretenen Störung bei Ansteigen des Stromes eine Hubbewegung, bei Abnehmen eine Senkbewegung bedingt.
Bei den vorstehenden Überlegungen wurde angenommen, dass die Sternspannung konstant ist ; da sie sieh aber infolge des Spannungsabfalles ändert, wird die vorbeschriebene Wirkung noch verstärkt.
Die gleiche Wirkung kann auch mit Gleichrichterröhren mit einem Gitter erreicht werden. wenn die Resultierende aus Steuerspannung und Störspannung mittels Transformatoren (wie in Fig. 8) gebildet und als eigentliche Steuerspannung für das Gleichrichterrohr Gl3 verwendet wird. In Fig. 8 ist die Schaltung der Einfachheit halber nur für ein Gleichrichterrohr gezeichnet. Die Anschlussstellen l und m entsprechen den gleichbezeichneten in Fig.]. Zu den Wicklungen sind Kondensatoren parallel geschaltet zur Kompensation der Magnetisierungsströme.
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In grundsätzlich gleicher Weise können auch Vollweg-Quecksilberdampf-Gleichrichter gesteuert werden.
In Fällen, in denen eine grössere Phasenverschiebung zwischen Elektrodenstrom und Sternspannung besteht, ist noch eine Hilfsspannung eH erforderlich, die gleich gross wie die Resultierende aus den Spannungen eJ und E aber entgegengesetzt gerichtet ist. In Fig. 9 ist diese Hilfsspannung ru im Vektordiagramm ersichtlich. Sind die Spannungen ? j und. E gleich gross, so ergeben sie eine Resultierende Ae, welche durch'es kompensiert wird. Sinkt nun z. B. der Strom J. so wird ej kleiner, die Resultierende aus eJ und E, #e" setzt sich mit eH zur Störspannung 8/1 zusammen, welche analog wie früher für die Beeinflussung der Steuerspannung der Gleichrichterröhren verwendet wird.
Die Hilfsspannung eH muss sowohl in Grösse aus auch Phasenlage veränderlich sein und wird mit einer der bekannten Schaltungen (Wechselstromkompensator) erzeugt. Die Schaltungen unterscheiden sich von denen nach Fig. 1 und 7 nur dadurch, dass für die Hilfsspannung ein drittes Gitter vorgesehen
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werden.
Sämtliche Schaltungen sind nur für eine Ofenphase gezeichnet, für die beiden andern Phasen sind selbstverständlich die analogen Anordnungen vorzusehen.