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Automatische Steuervorrichtung für einen Dreiphasenlichtbogenofen
Die automatische Steuerung von Lichtbogenöfen erfolgt dadurch, dass man jede Elektrode mittels eines Servomotors derart verschiebt, dass ein ganz bestimmter Sollwert einer Grösse eingehalten wird. Am häu- figsten wird eine konstante Impedanz eingehalten, d. h. die Verstellung der Elektroden erfolgt in Abhän- gigkeit von der Differenz zwischen einer der Lichtbogenspannung und einer dem Strom des Lichtbogens proportionalen Spannung.
Diese Art der Steuerung hat den Vorteil, dass die Potentialverschiebung der Beschickung berücksichtigt wird, und gewährleistet die vollständige Unabhängigkeit der individuellen Steuerung jeder Elektrode.
Um diese Vorteile maximal ausnutzen zu können, ist es nötig, dass die Spannung jeder Phase mit der grösstmöglichen Genauigkeit gemessen wird. Es ist jedoch in der Praxis sehr schwierig und sogarunmöglich, einen idealen Herdanschluss, dessen Widerstand Null ist, zu erreichen.
Der Herdanschluss, bedingt durch seinen Widerstand, fälscht die Spannungsmessung, sogar wenn sie mittels eines Messgerätes von hoher Impedanz erfolgt. Ausserdem liefert der Herdanschluss, dessen Widerstand im Verlauf einer Schmelzung enorm variieren kann, oft nach einer gewissen Betriebsdauer keine praktisch verwendbare Bezugsspannung mehr. In diesem Fall gehen die Vorteile verloren, die durch die Impedanzsteuerung erzielbar sind, denn. die Steuerung erfolgt dann praktisch bei konstantem Strom.
DasZielderErfindungistes, die, genannten Nachteile zu überwinden. Die Erfindung betrifft eine automatische Steuervorrichtung für einen Dreiphasenlichtbogenofen, bei dem die Verstellung der Elektroden in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer der Lichtbogenspannung und einer dem Strom des Lichtbogens proportionalen Spannung erfolgt, und sie besteht darin, dass die Messung der Phasenspannungen des Ofens indirekt mittels eines dreiphasigen Hilfsnetzes erfolgt, dessen verkettete Spannungen proportional den verketteten Speisespannungen des Ofens sind und dessen Last durch drei veränderbare Impedanzen, vorzugsweise Widerstände, in Sternschaltung gebildet wird, welche mittels Hilfsregeleinrichtungen dauernd so verstellt werden,
dass der in ihnen fliessende Strom proportional zu den Strömen in den entsprechenden Phasen des Ofens ist und dass durch Vergleich des Stromes in den einzelnen Ofenphasen mit den Spannungen an den veränderbaren Impedanzen in den entsprechenden Phasen desHilfsnetzes die Stellgrösse für die Elektrodenverstellung gewonnen wird.
Das erfindungsgemässe System bildet ein Analogon des elektrischen Ofens und es ist deshalb möglich, mit grosser Genauigkeit Phasenspannungen zu messen, welche denjenigen im elektrischen Ofen proportional sind, und so eine vollkommene Impedanzsteuerung zu erhalten, ohne den Herdanschluss benutzen zu müssen.
In den Figuren 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnung wird schematisch beispielsweise je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. l, welches allgemein ist, speist der Transformator 1, dessen verkettete Sekundärspannungen zu denjenigen des den Ofen speisenden Netzes R, S, T proportional sind, ein Hilfsnetz, welches durch die sternförmig geschalteten veränderlichen Widerstände 2,3 und 4 gebildet wird.
DieDifferenz zwischen demStromderPhaseRdes Hilfsnetzes, welcher durch den Stromwandler 5 gemessen wird, und dem in der entsprechenden Phase des Ofens fliessenden Strom, welcher durch den Stromwandler 8 ge- messen wird, wird durch einen Verstärker 11 verstärkt, der auf den veränderlichen Widerstand 2 wirkt Wenn sich eine Differenz einstellt, die den Ansprechwert des Systems überschreitet, bewirkt der Verstärker 11 solange eine Veränderung des Widerstandes 2, bis die durch die Transformatoren 5 und 8 gemes-
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senen Ströme wieder praktisch gleich sind. Die Regelrichtung hängt vom Vorzeichen der Abweichung ab.
Die Schaltungsteile 5,8, 11 und 2 bilden somit ein zwangsläufig gekoppeltes System, dessen Steuerorgan der veränderliche Widerstand 2, dessen Bezugsgrösse der durch den Transformator 8 gemessene Strom und dessen gesteuerte Grösse der durch den Transformator 5 gemessene Strom ist.
In der Phase S erfüllen die Schaltungsteile 6,9, 12 und 3, und in der Phase T die Schaltungsteile 7, 10,13 und 4 die gleiche Funktion wie vorstehend beschrieben.
Man erhält so mittels dieser drei zwangsläufig miteinander gekoppelten Systeme eine Verteilung der Ströme in den drei Phasen des Hilfsnetzes, welche gleich ist derjenigen der wirklichen Ströme, die durch die Elektroden E., E und E. des Ofens fliessen. Der Nullpunkt (Sternpunkt der Widerstände) des Hilfsnetzes verschiebt sich somit in Abhängigkeit von den Elektrodenströmen.
Um eine Impedanzsteuerung zu erzielen, genügt es, die Differenz zwischen einer dem in der Phase R des Ofens fliessenden Strom proportionalen Grösse (Wandler 8) und einer Grösse zum Verschwinden zu bringen, welche der Spannung an den Klemmen des Widerstandes 2 des Hilfsnetzes (Phasenspannung R) proportional ist. Man erreicht dies durch Verschieben der zugehörigen Elektroden des Ofens mittels eines Reglers 14. Mit den Reglern 15 und 16 werden die zugehörigen Elektroden der Phasen S bzw. T in gleicher Weise verschoben.
Das für die Phasen R aus den Bestandteilen 5,8, 11 und 2 gebildete zwangsläufig gekoppelte System kann elektromechanisch oder vollständig elektrisch oder elektronisch ausgebildet sein.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein elektromechanischer Regler verwendet wird. In diesem Fall ist ein veränderlicher Widerstand 2 vorgesehen, der mechanisch unter dem Einfluss der Differenz zwischen den Drehmomenten verstellt wird, welche durch zwei elektromechanische zweiphasige Systeme 11a und 11b geliefert werden. Die beiden Systeme lla und llb werden durch einen Strom gespeist, der proportional zu dem in der Phase R des Ofens fliessenden Strom ist, beziehungsweise durch einen Strom, der proportional zu demjenigen in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ist.
Der Impedanzregler 14 wirkt auf den Elektrodenverschiebungsmechanismus der Phase R in der Weise, dass die Differenz zwischen der durch den Transformator 8 gelieferten, dem Strom in der Phase R proportionalen Spannung und der an den Klemmen des veränderlichen Widerstandes 2 gemessenen Spannung zum Verschwinden gebracht wird.
In Fig. 3 wird eine andere Ausführungsform gezeigt, die rein elektrisch arbeitet.
In diesem Fall besteht die Einrichtung für die Phase R aus zwei festen Widerständen 17 und 18, von denen der erste (17) durch den Phasenstrom des Hilfsnetzes durchflossen ist, welcher mittels der Gleichrichterbrücke 19 gleichgerichtet ist, und von denen der zweite (18) mit der Summe dieses Stromes und eines mit diesem in Phase befindlichen Stromes beaufschlagt ist, welch letzterer durch den Verstärker 20 geliefert wird.
Die Eingangsgrösse dieses Verstärkers (20) ist gleich dem durch einen Multiplikator 21 gebildeten Produkt aus einer elektrischen Grösse, welche proportional dem mittels der Gleichrichterbrücke 22 gleichgerichteten Phasenstrom des Hilfsnetzes ist, und aus einer gleichgerichteten elektrischen Grösse, welche eine Funktion der Differenz zwischen dem in der Phase R des Ofens fliessenden Strom und dem in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes fliessenden Strom ist. Diese gleichgerichtete elektrische Grösse wird mittels eines Funktionsgenerators 23 und eines Verstärkers 24 erhalten, dessen Eingangsgrösse die Dif- ferenz zwischen den durch die Brücken 22 und 25 gleichgerichteten Strömen ist. Die Schaltungsteile 17, 18 und 20 bilden zusammen einen veränderlichen Widerstand.
Wenn der Strom, beispielsweise in der Phase R des Ofens, abnimmt, nimmt die Differenz zwischen ihm und dem Strom in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes zu, so dass auch der vom Verstärker 20 ausgehende Strom ebenfalls grösser wird. Da die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 18 nun zunimmt, nimmt der Strom in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ab, bis die auf den Verstärker 24 gegebene Eingangsgrösse praktisch verschwindet.
Durch die Anwesenheit des Multiplikators 21 in der Regelkette erhält das System eine nicht lineare statische Charakteristik. Die differentiale Zunahme der Regelgrösse ändert sich proportional zum Phasenstrom des Hilfsnetzes und umgekehrt proportional zur entsprechenden Ausgangsgrösse des Funktionsgenerators 23.
Diese differentiale Änderung derZunahme der Regelgrösse in Funktion des je weiligenArbeitspunktes ist im Hinblick auf die dynamische Stabilität des Systems ungünstig. Um eine differentiale Zunahme der Steuergrösse zu erhalten, die sich linear mit dem gesteuerten Strom ändert, ist es nötig, die Neigung der statischen Charakteristik des Funktionsgenerators 23 proportional zu seiner Ausgangsgrösse zu ändern, was die Verwendung eines Funktionsgenerators bedingt, dessen Ausgangsgrösse sich exponentiell in Funktion seiner Eingangsgrösse ändert.
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Der Verstärker 20 kann durch einen gesteuerten Spannungs- oder Stromgenerator gebildet werden, und der Verstärker 24 kann eine proportionale oder bzw. und summierende Charakteristik haben.
Ausserdem können die Ströme, welche die Widerstände 17 und 18 durchfliessen, Wechselströme sein.
In diesemFall wird die Gleichrichterbrücke19 weggelassen und der Multiplikator 21 muss das Produkt einer
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bilden können.
InFig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel mit einem Transistor 26 dargestellt. In diesem Fall besteht die Regelanordnung für jede Phase aus einem durch den gleichgerichteten Phasenstrom des Hilfsnetzes gespei- sten Stromkreis, der einen festen Widerstand 18 aufweist, welcher parallel zum Emitter-Kollektorkreis des Transistors 26 geschaltet ist. Der Basisstrom dieses Transistors ist proportional dem vom Multiplikator 21 gelieferten Produkt einer elektrischen Grösse, welche proportional zu dem durch die Brücke 22 gleichgerichteten Phasenstrom ist, und einer elektrischen Grösse, welche eine Funktion der Differenz zwischen dem Phasenstrom des Ofens und dem Strom der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ist. Dieses Produkt wird durch eine Schaltung geliefert, die der hiezu im vorhergehenden Beispiel verwendeten gleicht.
Wenn der Strom, beispielsweise in der Phase R des Ofens, zunimmt, nimmt die Ausgangsgrösse der durch den Verstärker 24 und den Funktionsgenerator 23 gebildeten Kette ebenfalls zu, sowie auch der Basisstrom des Transistors 26, der Strom im Emitter-Kollektorkreis und damit auch der Phasenstrom im Hilfsnetz. Dieser letztere nimmt zu, bis die Eingangsgrösse, welche auf den Eingang des Verstärkers 24 gegeben wird, praktisch verschwindet.
Die Nichtlinearität des so aufgebauten Regelsystems, welche durch die Anwesenheit des Multiplikators 21 bedingt ist, macht die Verwendung eines Funktionsgenerators 23 nötig, dessen Aufgabe es ist, die differentiale Zunahme der Regelgrösse in Funktion der Grösse der regulierten Impedanz zu begrenzen. Damit diese Zunahme sich proportional zur geregelten Phasenstromstärke ändert, ist es nötig, dass die Ausgangsgrösse des Funktionsgenerators 23 sich exponentiell in Funktion seiner Eingangsgrösse ändert. Der Widerstand 18 hat die Aufgabe, auch dann einen Hilfsstrom aufrecht zu halten, wenn die zugehörige Ofenphase unterbrochen ist, so dass auch dann die Steuerung betriebsfähig bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Automatische Steuervorrichtung für einen Dreiphasenlichtbogenofen, bei dem die Verstellung der Elektroden in Abhängigkeit von derDifferenz zwischen einer der Lichtbogenspannung und einer dem Strom des Lichtbogens proportionalen Spannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Phasenspannungen des Ofens indirekt mittels eines dreiphasigen Hilfsnetzes erfolgt, dessen verkettete Spannungen proportional den verketteten Speisespannungen des Ofens sind und dessen Last durch drei veränderbare Impedanzen, vorzugsweise Widerstände, in Sternschaltung gebildet wird, welche mittels Hilfsregeleinrichtungen dauernd so verstellt werden,
dass der in ihnen fliessende Strom proportional zu den Strömen in den entsprechenden Phasen des Ofens ist und dass durch Vergleich des Stromes in den einzelnen Ofenphasen mit den Spannungen an den veränderbaren Impedanzen in den entsprechenden Phasen des Hilfsnetzes die Stellgrösse für die Elektrodenverstellung gewonnen wird.