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Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Lichtbogenofen, Insbesondere für metallurgische Zwecke, mit mindestens einer einen Lichtbogen erzeugenden Elektrode und einer Wechselstrom in Gleichstrom umwandelnden mehrpulsigen und mehrere Gleichrichterkreise aufweisenden Gleichrichterschaltung.
Gleichstrom-Lichtbogenöfen mit Gleichnchterschaltungen sind beispielsweise aus der US-A-4, 586, 188 und der EP-A - 0 483 405 bekannt.
Bei Gleichstrom-Lichtbogenöfen für metallurgische Zwecke, insbesondere bei GleichstromLichtbogenöfen zum Einschmelzen von Schrott, kommt es durch sich ändernde Bogenbrennbedingungen zu StromÅanderungen, die zu Stromabrissen, d. h. zum Erlöschen des Lichtbogens, führen können Solche sich ändernde Bogenbrennbedingungen resultieren z. B. aus dem Nachstürzen eines Schrottstücks, wodurch es zu einer Verkürzung der Bogenlänge bzw. zu einem Kurzschluss kommen kann. Oder es kommt zu einem plötzlichen Einstürzen eines Schrotthaufens, woraus sich unvermittelt eine Lichtbogenverlängerung ergibt.
Aus der EP-A - 0 483 405 ist es bekannt, einem Stromrichter eine Glättungsdrossel nachzuschalten. Hierdurch kann zwar eine Glättung des pulsierenden Gleichstroms, der von der Stromrichterschaltung geliefert wird, erzielt werden ; es können jedoch nicht sich plötzlich ändernde Bogenbrennbedingungen berücksichtigt werden.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, einen Gleichstrom-Lichtbogenofen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Lichtbogen bei geringen Investitionskosten eine erhöhte dynamische Stabilität aufweist, so dass überstrom zufolge von Kurzschlüssen und Bogenabrisse zufolge eines zu hohen Bogenspannungsbedarfs vermieden werden können, wobei jedoch Stromverluste, und damit Energiekosten, so gering wie möglich gehalten werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, 'dass in jedem Gleichrichterkreis ausgangseitig eine Kommutierungsdrossel zur Einstellung eines für eine einwandfreie Kommutierung der Gleichrichterkreise nötigen Stromflusswinkels vorgesehen ist und 'dass in der von der Gleichrichterschaltung zur Elektrode führenden Stromleitung, wie an sich bekannt, eine Glättungsdrossel zwischengeschaltet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung als zwölfpulsige Brückengleichrichterschaltung ausgebildet ist und zwei sechspulsige parallel geschaltet Gleichrichterkreise aufweist, wobei die Kommutierungsdrossein parallel geschaltet sind und die Glättungsdrossel in an sich bekannter Weise in Serie zur Gleichrichterschaltung angeordnet ist.
Hierbei weist zweckmässig die Induktivität der Glättungsdrossel etwa den fünf-bis füntzehnfa- chen Wert, vorzugsweise den acht- bis zwölffachen Wert der Induktivität einer Kommutierungsdrossei auf.
Besonders geringe Verluste ergeben sich, wenn die Induktivitätswerte der Kommutierungsdros- se) n vergrössert und die der GlÅattungsdrossel verkleinert werden.
Vorzugsweise weist die Induktivität jeder Kommutierungsdrossei etwa den zwei-bis achtfachen Wert der für die reine Kommutierung notwendigen Induktivität, vorzugsweise den drei-bis sechsfachen Wert auf, wobei zweckmässig die Induktivität der Glättungsdrossel etwa den fünf-bis achtfa- chen Wert der Induktivität einer für die reine Kommutierung notwendigen Induktivität einer Kommutierungsdrossel aufweist.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Fig. 1 ein Strom- und Spannungsoszillogramm eines herkömmlichen Gleichstrom-Lichtbogenofens mit einem Bogenabriss veranschaulicht. Fig. 2 gibt In schematischer Darstellung die elektrische Schaltung für einen erfindungsgemässen Gleichstrom-Lichtbogenofen wieder.
Das in Fig. 1 dargestellte Oszillogramm lässt deutlich erkennen, dass kurz vor dem Bogenabriss (bei A) zunächst der Strom I durch geänderte Bogenbrennbedingungen gesunken ist, z. B. durch eine Verlängerung des Lichtbogens infolge eines plötzlichen Einstürzens eines Im Lichtbogenofen vorhandenen Schrottkegels (bei B). Die Stromregelung eines Thyristorgleichrichters versucht zwar, den Sollwert des Stromes I durch Erhöhen der Spannung U wiederherzustellen. Dies gelingt jedoch nur bis zur Aussteuerungsgrenze der Thyristoren.
Wenn diese erreicht wird, erreicht auch die Erhöhung der Spannung U, und damit der Wert des Stromes I, sein Maximum (Mu, MI). Wie aus
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Fig. 1 ersichtlich ist, war die treibende Spannung U zu gering, und es kam zu einem Abreissen des
Lichtbogens.
Dies kann durch einen erfindungsgemäss ausgestalteten Gleichstrom-Lichtbogenofen I vermieden werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Elektrode 2 des Lichtbogenofens 1 von einem
Gleichstrom versorgt, der ausgehend von über einen Transformator 3 geführten Wechselstrom über eine zwólfpulsige Brücken-Gleichrichterschaltung 4 hergestellt wird.
Jedem der beiden sechspulsigen parallel geschalteten Gleichrichterkreise 5 ist ausgangsseitig eine Kommutierungsdrossel 6 zugeordnet. Die Kommutierungsdrosseln 6 sind hinsichtlich ihrer Induktivität so bemessen, dass sie einen ausreichenden Stromflusswinkel für eine einwandfreie
Kommutierung der Gleichrichterkreise 5 sicherstellen, wobei die Induktivität der Kommutierungsdrosseln 6 in Hinblick auf ohmsche Verluste klein bemessen sein soll. Die Grosse der Induktivität hinsichtlich einwandfreier Kommutierung ist proportional abhängig vom Strom.
Für eine hinreichende Stabilität des Lichtbogens 10 ist die für die Kommutierung ausreichende Induktivität der Kommutierungsdrosseln 6 jedoch zu klein. Aus diesem Grund ist in den den Gleichrichterkreisen 5 gemeinsamen Zweig der Zuleitung 7 zum Lichtbogenofen 1, d. h. nach der Vereinigung der beiden von den Gleichrichterkreisen 5 ausgehenden Zweige 8, zusätzlich eine Glättungdrossel 9 mit hinreichend grosser Induktivität zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit zwischengeschaltet, d. h. in Serie zur Gleichrichterschaltung 4 vorgesehen.
Diese Konfiguration der Kommutierungsdrosseln 6 und der Glattungsdrossel 9 verhindert bei plötzlichen Verlängerungen des Lichtbogens 10 - z. B. durch Einstürzen des Schrottkegels 11 - Abrisse des Lichtbogens 10 insoferne, als die Glättungsdrossei 9 ausreichend Spannung liefert. Die Glättungsdrossel 9 wirkt der Stromänderung durch die Energie ihres Magnetfelds entgegen, wodurch die Glättungsdrossel 9 den Strom bei einem kurzzeitigen Abfall weitertreibt, und zwar bis zum Eingriff durch die Thyristorstromregelung der Gleichrichterkreise 5, so dass ein Lichtbogenabriss verhindert wird.
Kommt es zu einem Verkürzen des Lichtbogens 10 bzw. zu einem Elektrodenkurzschluss, gelingt es durch die Gléíttungsdrossel 9, die auftretenden überströme zu begrenzen, und zwar ebenfalls bis zum Eingriff der Thyristorstromregelung.
Von Bedeutung sind die Dimensionierungen der Induktivitäten der Kommutierungsdrosseln 6 und der Gtättungsdrosse ! 9. Diese müssen unter Berücksichtigung der vorhandenen Netzimpedanzen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, vor allem deswegen, um unnötige ohmsche Ver- luste bei zu grosser Auslegung, insbesondere der Glättungsdrossel 9, zu vermeiden.
Die Induktivität der Glättungsdrossel 9 beträgt etwa das fünf- bis fünfzehnfache der Induktivität einer Kommutierungsdrossel 6. Bevorzugt ist der acht- bis zwölffache Wert. Eine Verlustminimierung ergibt sich, wenn die Induktivitäten der Kommutierungsdrossein 6 vergrössert und die der Glättungsdrossel 9 verkleinert werden. Zu diesem Zweck ist die induktivität der Kommutierungsdros- seln 6 ungefähr zwei-bis achtfach so hoch wie die für die reine Kommutierung der Glelchnchterkreise 5 notwendige Induktivität. Bevorzugt ist ein Bereich zwischen dem drei- und sechsfachen Wert.
Die Glättungsdrossel 9 weist dann vorteilhaft eine Induktivität auf, die etwa den fünfbis achtfachen Wert der Induktivität einer Kommutierungsdrossel 6 vor der Vergrösserung des Induktivitatswerts aufweist, d. h. die Induktivität der Glättungsdrossel 9 beträgt das etwa fünf-bis achtfach des Wertes der Induktivität der Kommutierungsdrossei 6, den diese alleine für eine einwandfreie Kommutierung der Gleichrichterkreise 5 benotigt.
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