DE1073124B

DE1073124B - Device for regulating the electrode position of arc and similar furnaces

Info

Publication number: DE1073124B
Application number: DE19561073124D
Authority: DE
Inventors: -Ing Wilhelm Kafka Tennenlohe-Turmberg bei Erlangen Dipl
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1956-09-12
Filing date: 1956-09-12
Publication date: 1960-01-14

Description

Zur Elektrodenregelung bei Lichtbogenofen ist heute allgemein die sogenannte Impedanzregelung verbreitet, bei der die Elektrode so lange bewegt wird, bis das Verhältnis von Elektrodenspannung zu Elektrodenstrom einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Das Verhältnis wird dabei so gemessen, daß die Elektrodenwechselspannung an den beweglichen Zuführungen zu den Elektroden abgenommen, ferner der Elektrodenstrom über Wandler in eine proportionale Spannung umgeformt wird, worauf Elektrodenspannung und stromproportionale Spannung je für sich gleichgerichtet und miteinander verglichen werden. Durch die getrennte Gleichrichtung geht die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung nicht mehr in den Vergleich ein, es wird also der Absolutwert der Impedanz als Regelgröße verwendet. Diese Art der Regelung wurde auch kurz als phasenkompensierte Regelung bezeichnet, da die Betriebsverhältnisse der beiden anderen Phasen nicht auf die eine Phase zurückwirken. Bei Lichtbogenöfen, die mit Leistungsfaktoren von 0,8 und höher arbeiten, ergibt der Absolutwert der Impedanz ein gutes Maß für die vom Ofen aufgenommene Leistung und die richtige Elektrodenstellung.So-called impedance control is generally used today for regulating electrodes in electric arc furnaces. in which the electrode is moved until the ratio of electrode voltage to electrode current corresponds to a predetermined target value. The ratio is measured so that the Electrode alternating voltage removed at the movable leads to the electrodes, furthermore the Electrode current is converted into a proportional voltage via converter, whereupon electrode voltage and voltage proportional to the current are each rectified and compared with one another. The phase shift between current and voltage is due to the separate rectification is no longer included in the comparison, i.e. the absolute value of the impedance is used as the controlled variable. This type of control was also briefly referred to as phase-compensated control, since the operating conditions of the other two phases do not affect the work back a phase. For arc furnaces that work with power factors of 0.8 and higher, results the absolute value of the impedance is a good measure of the power consumed by the furnace and the correct one Electrode position.

Nun weisen jedoch sehr große Lichtbogenofen, beispielsweise für 100 t Stahlinhalt bei Leistungen von 20 000 kW und mehr, wesentlich schlechtere Lei-• stungsfaktoren auf, insbesondere wenn mit kurzen Lichtbogen gearbeitet wird. So ist beispielsweise beim Frischen oder Feinen der Absolutwert der Impedanz gemessen an den Ofenzuleitungen kein ausreichendes Maß für die richtige Elektrodenstellung. Es ist bereits versucht worden, die Verhältnisse dadurch zu verbessern, daß die Impedanz der Lichtbogenstrecke selbst erfaßt wird. Hierzu ist es erforderlich, die Lichtbogenspannung über verdrillte Leitungen von den Elektroden abzunehmen. Die Verdrillung in unmittelbarer Nähe der heißen Elektrode bringt jedoch ganz erhebliche Schwierigkeiten.Now, however, have very large arc furnaces, for example for 100 t steel content with outputs of 20,000 kW and more, significantly poorer performance • performance factors, especially when working with short arcs. So is for example when freshening or refining, the absolute value of the impedance measured at the furnace feed lines is not sufficient Measure for the correct electrode position. Attempts have already been made to reduce the proportions to improve that the impedance of the arc gap itself is detected. For this it is necessary remove the arc voltage from the electrodes via twisted cables. The twist in the immediate vicinity of the hot electrode, however, brings very considerable difficulties.

Es ist bekannt, als Regelgröße die Wirkleistung an der Elektrode zu verwenden, die mittels eines Waagebalkenrelais gemessen wird und über eine Reihe weiterer Relais den Stellmotor steuert.It is known to use the active power at the electrode as a controlled variable, which is generated by means of a balance beam relay is measured and controls the servomotor via a number of other relays.

Derartige Einrichtungen sind jedoch für die Regelung moderner Elektrodenöfen wegen ihrer Störanfälligkeit und verhältnismäßig tragen Arbeitsweise praktisch unbrauchbar. Heute werden ganz allgemein kontaktlos und ohne bewegliche Teile arbeitende Regler verwendet. Diese gestatten jedoch nur die Regelung auf konstante Lichtbogenimpedanz, die mit den oben geschilderten Nachteilen behaftet ist.Such devices are, however, for the regulation of modern electrode furnaces because of their susceptibility to failure and relatively wear working method practically unusable. Today will be quite general contactless and without moving parts is used. However, these only permit regulation constant arc impedance, which has the disadvantages outlined above.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung eines konktaktlos aus ruhenden Elemen.-ten aufgebauten Reglers eine Vektorkomponenten-The invention is based on the object, using a contactless element made of resting elements built controller a vector component

zur Regelung der Elektrodenstellung
von Lichtbogen- und ähnlichen öfento regulate the electrode position
of arc and similar furnaces

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke
ίο Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke
ίο public limited company,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Wilhelm Kafka,Dipl.-Ing. Wilhelm Kafka,

Tennenlohe-Turmberg bei Erlangen,Tennenlohe-Turmberg near Erlangen,

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

regelung durchzuführen, um dadurch eine Verbesserung des Betriebes zu erzielen. Die Regeleinrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Regler einen phasenempfindlichen Gleichrichter oder Regelverstärker enthält. Derartige Gleichrichter bzw. Verstärker sind bekannt. Man kann beispielsweise einen wechselspannungsgesteuerten Magnetverstärker, gegebenenfalls in Gegentaktschaltung, heranziehen.to carry out regulation in order to achieve an improvement in operation. The control device according to the invention is characterized in that the regulator has a phase-sensitive rectifier or control amplifier. Such rectifiers or amplifiers are known. One can for example an AC voltage controlled magnetic amplifier, possibly in push-pull circuit, draw in.

Neben der Möglichkeit, eine Vektorkomponentenregelung mit rein statischen Mitteln zu erreichen, bringt die Erfindung den wichtigen Vorteil, daß die Regelung nicht nur auf die Wirkleistung, sondern auch auf verschiedene andere Betriebsgrößen abgestellt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Regelung auf konstanten Real teil der Lichtbogenimpedanz. Man kann die Regelung bei öfen beliebiger Bauformen anwenden, insbesondere auch bei solchen, die die Messung der Elektrodenspannung nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten gestatten.In addition to the possibility of achieving vector component control with purely static means, the invention brings the important advantage that the control not only on the real power, but can also be based on various other company sizes. Of particular importance is in In this context, the regulation on a constant real part of the arc impedance. You can do the scheme apply to ovens of any design, especially those that measure the Do not allow electrode voltage or only with great difficulty.

Als einfachstes Beispiel für eine erfindungsgemäße Elektrodenregelung sei die Verwendung des Realteiles der Ofenimpedanz als Regelgröße an Hand des in der Zeichnung in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.The simplest example of an electrode control according to the invention is the use of the real part the furnace impedance as a controlled variable on the basis of that shown schematically in the drawing in FIG. 1 Embodiment described.

In Fig. 1 ist mit 1 der Ofen bezeichnet, dessen drei Elektroden 2, 3 und 4 an je einer Phase U, V, W des nicht dargestellten Ofentransformators liegen. Die Regeleinrichtung ist nur für die Phase W dargestellt und für die beiden anderen Phasen analoe zu erganzen.In Fig. 1, 1 denotes the furnace, the three electrodes 2, 3 and 4 of which are each connected to a phase U, V, W of the furnace transformer, not shown. The control device is only shown for phase W and has to be supplemented analogously for the other two phases.

909-709/391909-709 / 391

In der Phasenzuleitung zur Elektrode 4 liegt ein Stromwandler 5, der aus dem Elektrodenstrom eine proportionale Spannung erzeugt. Diese wird mittels der Gleichrichterbrücke 6 in eine Gleichspannung U.₂ mit durch den Stellwiderstand 7 bestimmbarer Größe umgeformt. Diese Gleichspannung· treibt durch Steuerwicklungen eines magnetischen Nullstromverstärkers 9, die in der Figur durch eine Wicklung 8 angedeutet sind, einen Steuerstrom. Der Verstärker 9 weist zwei Ausgangsklemmen 10 und 11 auf, an die beispielsweise die Erregerwicklung eines nicht dargestellten Elektrodenstellmotors angeschlossen ist. Die Elektrodenspannung U₁, an die die Sekundärwicklung eines Transformators 12 angeschlossen ist, wird nun über einen Widerstand 21 zur Strombegrenzung an eine phasenempfindliche Gleichrichterbrückenschaltung 13 gelegt, die im wesentlichen einen Ringmodulator darstellt. Er besteht aus den Ventilen 14, 15, 16 und 17. An die Ausgangsklemmen der Brücke sind zwei gleich große Widerstände 18 und 19 angeschlossen, zwischen deren Verbindungspunkt und den Mittelpunkt der Primärwicklung des Transformators 12 eine Spannung U₂ gelegt ist, die über einen Transformator 20 aus der vom Stromwandler gewonnenen, dem Elektrodenstrom verhältnisgleichen Spannung hergeleitet ist. Die phasenempfindliche Brücke 13 liefert in bekannter Weise eine Ausgangsspannung U_B, die der in die Richtung des Elektrodenstromvektors fallenden Komponente der Elektrodenspannung proportional ist. Bei Leerlauf (Elektrodenstrom gleich Null) wird die Ausgangsspannung U_B gleich Null sein. Es ist jedoch erwünscht, daß in diesem Fall der Stellmotor in Senkrichtung läuft. Aus diesem Grunde wird über die Sekundärwicklung" des Transformators 12 eine der Elektrodenspannung proportionale Spannung einem Gleichrichtersatz 23 zugeführt, der eine Gleichspannung U₁ erzeugt. Diese Gleichspannung treibt einen Strom durch eine zweite Reihe von Steuerwicklungen des Magnetverstärkers 9, die wiederum durch eine einzige Wicklung 29 angedeutet ist. Die Durchflutungen D₁ und D₂ der beiden Steuerwicklungsreihen arbeiten gegeneinander. Steigt nun der Elektrodenstrom, so wird bei einem bestimmten Wert die Spannung U_B größer werden als die Spannung U₁, so daß das Ventil 22, das als elektrische Weiche wirkt, nunmehr die Ausgangsklemmen der Brücke an die Wicklung 23 legt. Es ist dann die Spannung U₁ unwirksam.In the phase lead to the electrode 4 there is a current transformer 5 which generates a proportional voltage from the electrode current. This is converted by means of the rectifier bridge 6 into a direct voltage U. ₂ with a variable that can be determined by the variable resistor 7. This DC voltage drives a control current through control windings of a magnetic zero current amplifier 9, which are indicated in the figure by a winding 8. The amplifier 9 has two output terminals 10 and 11 to which, for example, the excitation winding of an electrode servomotor (not shown) is connected. The electrode voltage U ₁ , to which the secondary winding of a transformer 12 is connected, is now applied to a phase-sensitive rectifier bridge circuit 13, which essentially represents a ring modulator, via a resistor 21 to limit the current. It consists of the valves 14, 15, 16 and 17 to the output terminals of the bridge are connected two equal resistors 18 and 19, a voltage U is established ₂ between their connection point and the center of the primary winding of the transformer 12, the transformer via a 20 is derived from the voltage obtained by the current transformer, which is in proportion to the electrode current. The phase-sensitive bridge 13 supplies, in a known manner, an output voltage U _B which is proportional to the component of the electrode voltage falling in the direction of the electrode current vector. With no-load operation (electrode current equal to zero), the output voltage U _{B will be} equal to zero. However, it is desirable that in this case the servomotor runs in the lowering direction. For this reason, a voltage proportional to the electrode voltage is fed via the secondary winding ″ of the transformer 12 to a rectifier set 23, which generates a direct voltage U ₁ The fluxes D ₁ and D _{2 of} the two rows of control windings work against each other. If the electrode current increases, the voltage U _{B will be} greater than the voltage U ₁ at a certain value, so that the valve 22, which acts as an electrical switch , now applies the output terminals of the bridge to the winding 23. The voltage U ₁ is then ineffective.

Die Wirkungsweise der Anordnung kann aus den Fig. 2 a bis 2 c abgelesen werden. Die Fig. 2 a, die schematisch den Leerlaufbetrieb zeigt, veranschaulicht, daß bei Fehlen einer Spannung U₂ die Spannung Uβ gleich Null ist. Es liegt dann auf der Wicklung 23 an der Spannung U₁ und erhält eine Durchflutung D₁, die wesentlich größer ist als die Durchflutung D₂, gewonnen aus dem Elektrodenstrom (der bei Leerlauf ■gleich Null ist) oder bei Strommessung auf der Primärseite des Ofentransformators aus dem Magnetisierungsstrom. Der Magnetverstärker 9 wird also, den Steuerbefehlen der Wicklung 23 folgend, ein Arbeiten des Stellmotors in Senkrichtung herbeiführen.The mode of operation of the arrangement can be read from FIGS. 2 a to 2 c. 2a, which shows the no-load operation schematically, illustrates that in the absence of a voltage U _2, the voltage Uβ is equal to zero. It is then on the winding 23 at the voltage U ₁ and receives a flux D ₁ , which is significantly greater than the flux D ₂ , obtained from the electrode current (which is ■ zero when idling) or with current measurement on the primary side of the furnace transformer from the magnetizing current. The magnetic amplifier 9 will therefore, following the control commands of the winding 23, cause the servomotor to work in the lowering direction.

Die Verhältnisse bei Nennlast sind in Fig. 2 b schematisch dargestellt. Es ist nun eine dem .Strom proportionale Spannung U₂ vorhanden, gegen die die Elektrodenspannung U₁ eine bestimmte Phasenverschiebung aufweist. Die Brücke 13 bildet daraus die in Richtung des ,Stromvektors fallende Komponente U_B. Da die Elektrodenspannung kleiner geworden ist, ist auch die Spannung U₁ kleiner. Gemäß der Funktion der Gleichrichterweiche 22, 23 ist U_B für die Aussteuerung über Wicklung 23 maßgebend und bewirkt dort die Durchflutung D₁. Andererseits wird aus dem Elektrodenstrom in der Wicklung 8 die Durchflutung D₂ hergeleitet. Im Nennbetrieb sind beide Durchflutungen gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, so daß der Stellmotor nicht läuft.The conditions at nominal load are shown schematically in Fig. 2b. There is now a voltage U ₂ proportional to the current, against which the electrode _{voltage U 1 has} a certain phase shift. The bridge 13 forms therefrom the component U _B falling in the direction of the current vector . Since the electrode voltage has decreased _{, the voltage U 1} is also lower. According to the function of the rectifier switch 22, 23, U _{B is} decisive for the modulation via winding 23 and causes the flooding D _{1 there} . On the other hand, the flow rate D _{2 is} derived from the electrode current in the winding 8. In nominal operation, both flows are the same size and directed in opposite directions, so that the servomotor does not run.

Fig. 2 c schließlich zeigt vereinfacht die Verhältnisse bei Kurzschluß. Es liegt nun eine entsprechend dem hohen Kurzschlußstrom große Spannung it., vor,Finally, FIG. 2 c shows the relationships in a simplified manner in the event of a short circuit. There is now a high voltage it., Corresponding to the high short-circuit current,

ίο während die Elektrodenspannung klein und gegen den Elektrodenstrom noch weiter phasenverschoben ist. Es ist daher auch die Spannung U_B sehr klein. Noch kleiner wird im allgemeinen die Spannung U₁ sein. Auf jeden Fall aber wird die Durchflutung D₁ ver-ίο while the electrode voltage is low and even further out of phase with the electrode current. The voltage U _B is therefore also very small. In general, the voltage U _{1 will} be even lower. In any case, however, the flow rate D _{1 is}

nachlässigbar gegenüber der Durchflutuiig D₂, so daß der Stellmotor in Hubrichtung läuft.negligible compared to the Durchflutuiig D ₂ , so that the servomotor runs in the stroke direction.

Dadurch, daß nicht der Absolutwert der Impedanz, sondern nur deren Realteil der Regelung zugrunde liegt, erzielt man den entscheidenden Vorteil, daß auch bei schlechten Leistungsfaktoren, wie sie bei sehr großen Öfen die Regel sind, eine genaue, rasche und wirksame Stellungsregelung erreicht wird.Because it is not the absolute value of the impedance but only its real part that the control is based on lies, one achieves the decisive advantage that even with poor performance factors, such as those at very large ovens are the rule, precise, quick and effective position control is achieved.

Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die in Richtung des Stromvektors fallende Komponente der Elektrodenspannung als Regelgröße verwendet. Es ist jedoch auch möglich, die Spannung nicht auf die Richtung des Stromes, sondern auf eine feste einstellbare Richtung zu beziehen, beispielsweise auf eine verkettete oder unverkettete Phasenspannung eines Drehstromnetzes. Zu diesem Zweck müßte der Transformator 20 in Fig. 1 statt an den Ausgang des Wandlers 5 an die gewünschte Bezugsspannungsquelle angeschlossen werden. Ferner ist es möglich, die Elektrodenspannung phasenunabhängig gleichzurichten und dafür die in eine bestimmte Richtung fallende Komponente des Elektrodenstromes als Regelgröße zu verwenden. Die feste Richtung wird zweckmäßig gegenüber der Netzspannung der gleichen Phase um einen solchen Winkel gedreht, daß bei Kurzschluß der volle Strom gemessen wird. Es handelt sich dann zwar nicht um eine Regelung nach dem Realteil der Ofenimpedanz, jedoch ist die Regelung eindeutig sowohl bei Kurzschluß als auch im Leerlauf und sehr empfindlich im Nennlastbereich. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, in der gleichgebildete Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen wurden. An der Primärseite des Ofentransformators 24 ist an die Netzklemmen R, S, T ein Mittel zur Phasendrehung, hier angedeutet durch einen Drehtransformator 25, angeschlossen. Dadurch entsteht ein zweites Drehstromnetz R', S', T', das die gewünschte Phasenverschiebung gegenüber dem Hauptnetz besitzt. Die Regeleinrichtungen jeder Elektrode können wieder phasenempfindliche Brücken 13 aufweisen, die einerseits aus dem Netz R', S', T' und andererseits von der Sekundär spannung des Stromwandlers 5 gespeist werden. In der Wicklung 26 des Magnetverstärkers 9, die wiederum eine Reihe von Steuerwicklungen andeuten soll, entsteht dann eine Durchflutung, die der in Richtung der Bezugsspannung fallenden Komponente des Elektrodenstromes proportional ist. Die Elektrodenspannung "wird über einen Gleichrichtersatz 27 in eine Gleichspannung umgeformt, die den Steuerkreis 28 des Magnetverstärkers 9 speist. Die Wirkungsweise ergibt sich aus der Schaltung ohne weiteres.In the exemplary embodiment described so far, the component of the electrode voltage falling in the direction of the current vector was used as the control variable. However, it is also possible to relate the voltage not to the direction of the current, but to a fixed, adjustable direction, for example to a chained or non-chained phase voltage of a three-phase network. For this purpose, the transformer 20 in FIG. 1 would have to be connected to the desired reference voltage source instead of to the output of the converter 5. It is also possible to rectify the electrode voltage independently of the phase and to use the component of the electrode current that falls in a certain direction as a control variable. The fixed direction is expediently rotated by such an angle with respect to the mains voltage of the same phase that the full current is measured in the event of a short circuit. In this case, it is true that there is no regulation based on the real part of the furnace impedance, but the regulation is unambiguous both in the event of a short circuit and in no-load operation and is very sensitive in the nominal load range. An exemplary embodiment is shown schematically in FIG. 3, in which identical parts have been provided with the same reference numerals as in FIG. 1. On the primary side of the furnace transformer 24, a means for phase rotation, indicated here by a rotary transformer 25, is connected to the mains terminals R, S, T. This creates a second three-phase network R ', S', T ', which has the desired phase shift with respect to the main network. The control devices of each electrode can again have phase-sensitive bridges 13, which are fed on the one hand from the network R ', S', T ' and on the other hand from the secondary voltage of the current transformer 5. In the winding 26 of the magnetic amplifier 9, which in turn is intended to indicate a series of control windings, a flux then arises which is proportional to the component of the electrode current falling in the direction of the reference voltage. The electrode voltage ″ is converted into a direct voltage via a set of rectifiers 27, which feeds the control circuit 28 of the magnetic amplifier 9. The mode of operation is readily apparent from the circuit.

Wenn in den Ausführungsbeispielen die Regelverstärker als Magnetverstärker dargestellt sind, so ist dies nur als eine Möglichkeit zu werten. Man kannIf the control amplifiers are shown as magnetic amplifiers in the exemplary embodiments, so this is only to be seen as a possibility. One can

I Ό Ιό I Ό Ιό

auch die beiden Komponenten, die die Regelabweichung bilden, galvanisch gegeneinanderschalten und sie etwa auf einen Transistor- oder Röhrenverstärker oder einen elektrohydraulischen Verstärker wirken lassen.also galvanically connect the two components that form the system deviation to one another and they can be applied to a transistor or tube amplifier or an electro-hydraulic amplifier let it work.

Es ist ferner möglich, den Wirkwiderstand des Elektrodenstromkreises dadurch zu erfassen, daß die Wirkleistung zu dem Quadrat des Elektrodenstromes in Vergleich gesetzt wird. Zur Bildung der beiden Werte können beispielsweise Hallgeneratoren dienen. Ferner kann man statt auf konstanten Wirkwiderstand auf konstante Wirkleistung regeln und den richtigen Steuersinn nach Überschreiten der maximalen Leistung in Kurzschlußnähe durch eine zusätzliche Kompoundierung in Abhängigkeit von Elektrodenstrom oder Elektrodenspannung erzwingen. Man erreicht dann, daß die als Regelabweichung dienende Größe nur im Nennbetriebspunkt das Vorzeichen wechselt. Zu diesem Zweck wird entweder der Leistungsregelgröße eine dem Strom proportionale Größe oder dem Sollwert eine der Spannung proportionale Größe zugesetzt. Es können auch beide Maßnahmen zugleich angewendet werden. Zur praktischen Verwirklichung eignen sich wieder Hallgeneratoren.It is also possible to adjust the effective resistance of the electrode circuit to be detected by the fact that the real power is compared to the square of the electrode current. To form the two Values can be used, for example, in Hall generators. Furthermore, one can instead use constant effective resistance regulate to constant active power and the correct direction of control after exceeding the maximum Power in the vicinity of a short circuit through additional compounding depending on the electrode current or force electrode voltage. What is then achieved is that which serves as a control deviation Size only changes sign at the nominal operating point. For this purpose, either the power control variable a value proportional to the current or a value proportional to the voltage Size added. Both measures can also be used at the same time. For practical implementation Hall generators are again suitable.

Schließlich sei noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Fig. 4 bis 6 beschrieben. Der Regelung ist hier in grundsätzlich ähnlicher Weise wie im Beispiel nach Fig. 3 die in eine bestimmte Richtung fallende Komponente des Elektrodenstromes zugrunde gelegt. In Fig. 4 sind Schaltelemente, die mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen.Finally, a further exemplary embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6. The scheme is here in a basically similar manner as in the example of FIG. 3 in a certain direction falling component of the electrode current is used as a basis. In Fig. 4 are switching elements, which correspond to those in FIG. 1 are again provided with the same reference numerals.

Zur Bildung der Regelabweichung werden folgende Größen miteinander in Vergleich gesetzt:The following variables are compared to form the control deviation:

a) eine Spannung, die der in Richtung einer festen Bezugsspannung fallenden Komponente des Elektrodenstromes proportional ist,a) a voltage that corresponds to the component of the electrode current falling in the direction of a fixed reference voltage is proportional,

b) eine Spannung, die der in Richtung der festen Bezugs spannung fallenden Komponente einer Spannung proportional ist, die ihrerseits die Summe aus der festen Bezugsspannung und einer dem Elektrodenstrom proportionalen Spannung ist.b) a voltage that is the component of a falling in the direction of the fixed reference voltage Voltage is proportional, which in turn is the sum of the fixed reference voltage and a is the voltage proportional to the electrode current.

Die Regelung ist in diesem Fall besonders vorteilhaft dadurch zu bewirken, daß zur Bildung der beiden zu vergleichenden Größen je ein phasen- und amplitudenabhängig spannungsflächengesteuerter Magnetverstärker herangezogen wird. Die beiden Magnetverstärker sind in Fig. 4 mit I und II bezeichnet und enthalten jeweils die Arbeitswicklungen 31, 32 bzw. 41, 42, die Gleichrichtersätze 33 bzw. 43, die Steuerwicklungen 34, 35 bzw. 44, 45, die jeweils mit einem Ventil in Reihe liegen, und die Abschluß widerstände 36 bzw. 46. Widerstände 49 und 59 dienen zur Steuerstrombegrenzung. Beim spannungsflächengesteuerten Magnetverstärker erfolgt bekanntlich die Steuerung durch Rückmagnetisierung mittels einer mit dem Arbeitswechselstrom gleichfrequenten Steuerwechselspannung, die in den stromlosen Pausen der einzelnen Arbeitswicklungen den betreffenden Kern auf den gewünschten Arbeitspunkt bringt. Über einen Transformator 60 mit zwei Sekundärwicklungen wird den beiden Magnetverstärkern eine Speisewechselspannung Uφ zugeführt, die gegenüber der Netzspannung um einen bestimmten Winkel phasenverschoben ist. Der erforderliche Winkel kann aus Fig. 5 entnommen werden. Zur Phasenverschiebung kann ein Drehtransformator oder auch ein geeignet geschalteter Zickzacktransformator dienen. Es ist unter Umständen vorteilhaft, die scharfe und die tote Drehstromphase durch abweichende Phasenverschiebung der jeweiligen Spannung Uφ zu berücksichtigen.In this case, the regulation is particularly advantageous in that a phase- and amplitude-dependent voltage-area-controlled magnetic amplifier is used to form the two variables to be compared. The two magnetic amplifiers are labeled I and II in FIG. 4 and each contain the working windings 31, 32 and 41, 42, the rectifier sets 33 and 43, the control windings 34, 35 and 44, 45, each with a valve lie in series, and the termination resistors 36 and 46. Resistors 49 and 59 are used to limit the control current. In the case of voltage-area controlled magnetic amplifiers, it is known that the control takes place by reverse magnetization by means of an alternating control voltage which has the same frequency as the working alternating current and which brings the relevant core to the desired working point in the currentless pauses of the individual working windings. Via a transformer 60 with two secondary windings, the two magnetic amplifiers are supplied with an alternating feed voltage U φ , which is phase-shifted by a certain angle with respect to the mains voltage. The required angle can be taken from FIG. A rotary transformer or a suitably switched zigzag transformer can be used for the phase shift. Under certain circumstances it is advantageous to take into account the sharp and dead three-phase phases by deviating phase shifts of the respective voltage U φ.

Die Steuerung des ersten Magnetverstärkers erfolgt, wenn zunächst die Schaltelemente 56, 57 und 58 nicht betrachtet werden, in Abhängigkeit von der in Richtung der Speisewechselspannung liegenden Komponente des Elektrodenstromes bzw. der ihm proportionalen, aus dem Wandler 5 gewonnenen und am Widerstand 61 abgenommenen Spannung. Diese seiThe first magnetic amplifier is controlled when the switching elements 56, 57 and 58 are not initially are considered, depending on the component lying in the direction of the alternating supply voltage of the electrode current or the proportional to it, obtained from the transducer 5 and am Resistor 61 decreased voltage. This is

ίο mit Uj bezeichnet. Die Steuerung des zweiten Magnetverstärkers erfolgt von der Summe der phasenverschobenen Spannung U ψ und der Summe Uy, wobei mittels eines Potentiometers 30 ein Abgleich der Summengröße hergestellt werden kann. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird im Leerlauf bei Fehlen der Spannung üj die volle Spannung u φ zur Steuerung des Magnetverstärkers II verwendet, was durch den gestrichelten Pfeil A angedeutet ist. Dieser Magnetverstärker ist also gesperrt. Die Spannung u φ muß nun eine solche Phasenverschiebung besitzen, daß im Nennbetrieb die beiden Magnetverstärker gleichartig ausgesteuert sind. Dann wirkt als Steuerung für den Magnetverstärker I die Komponente B' der Spannung UyY, für den Magnetverstärker II die Komponente B der Summenspannung als Steuergröße. Im Kurzschluß fall schließlich wird der Magnetverstärker I durch die Komponente C der Spannung Uy^ gesteuert, d. h. gesperrt, während die Steuerspannung für den Magnetverstärker II praktisch Null ist, da die Spannungen u φ und Uy^ annähernd in Gegenphase liegen.ίο designated with Uj . The control of the second magnetic amplifier takes place from the sum of the phase-shifted voltage U ψ and the sum Uy, whereby a potentiometer 30 can be used to adjust the sum. As can be seen from FIG. 5, when there is no voltage uj, the full voltage u φ is used to control the magnetic amplifier II, which is indicated by the dashed arrow A. This magnetic amplifier is therefore blocked. The voltage u φ must now have such a phase shift that the two magnetic amplifiers are controlled in the same way in nominal operation. Then, the component B 'of the stress uyy, for the magnetic amplifier II, component B acts as a control for the magnetic amplifier I the sum voltage as a control variable. In the event of a short circuit, the magnetic amplifier I is controlled by the component C of the voltage Uy ^, ie blocked, while the control voltage for the magnetic amplifier II is practically zero, since the voltages u φ and Uy ^ are approximately in opposite phase.

Aus Obigem ergibt sich, daß der Steuerkreis 38 des Magentverstärkers 9, der gegebenenfalls in Reihe mit einem Widerstand 37 liegen kann, einen Steuerstrom enthält, der nach Größe und Richtung die Drehgeschwindigkeit des Stellmotors 51 bestimmt. Der Magnetverstärker 9 speist dann die Erregerwicklungen 50 dieses Motors, der über die Welle 52 die Elektrode 4 antreibt. Um beim Steuerstrom Null im Steuerkreis 38 die Aussteuerung Null des Magnetverstärkers 9 zu erzielen, kann in an sich bekannter Weise eine gleichstromvorgespeiste Hilfswicklung 39 vorgesehen sein. Die Ausgangsspannungen der beiden Magnetverstärker I und II sind zwischen den betrach-From the above it follows that the control circuit 38 of the stomach amplifier 9, which may be in series with a resistor 37 may be, contains a control current, the size and direction of the speed of rotation of the servomotor 51 is determined. The magnetic amplifier 9 then feeds the excitation windings 50 of this motor, which drives the electrode 4 via the shaft 52. In order to have zero control current in Control circuit 38 to achieve zero modulation of the magnetic amplifier 9 can be known per se Way, a DC pre-fed auxiliary winding 39 can be provided. The output voltages of the two Magnetic amplifiers I and II are between the two

+5 teten Betriebsverhältnissen (Leerlauf, Nennbetrieb, Kurzschluß) in Fig. 6 schematisch dargestellt.+5 operating conditions (idling, nominal operation, Short circuit) in Fig. 6 shown schematically.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß zwischen Nennlast und Kurzschluß große Aussteuerungsänderungen der Magnetverstärker I und II und daher eine empfind-From Fig. 5 it can be seen that between the rated load and short circuit, large changes in modulation of the Magnetic amplifiers I and II and therefore a sensitive

S° liehe Regelung erzielt werden. Zur Dämpfung von Regelschwingungen und zum Stillsetzen bei Handsteuerung kann eine Rückführung durch die Stellmotorgeschwindigkeit vorgesehen sein. Eine Möglichlichkeit hierfür ist in Fig. 4 durch eine Wechselstromtachometermaschine 53 nach dem Ferraris-Prinzip angedeutet. Sie erhält eine Wechselstromerregung über die Wicklung 54 und liefert über die Wicklung 55 eine Spannung an die Primärwicklung 56 eines Transformators, der in die beiden Steuerkreise über je eine Sekundärwicklung 57 und 58 eine Spannung einspeist. Die Tachodynamo 53 kehrt bei Drehrichtungsumkehr die Phasenlage ihrer Wechselspannung um 180° um, so daß je nach der Drehrichtung jeweils der richtige Teilversiärker I oder II ab- bzw. aufwärts gesteuert wird. Man erzielt auf diese Weise eine Verstellung ohne Überschwingen und mit von der Größe der Abweichung abhängiger Geschwindigkeit.S ° loan scheme can be achieved. For damping control oscillations and for stopping manual control feedback through the servomotor speed can be provided. One possibility this is indicated in FIG. 4 by an alternating current tachometer machine 53 based on the Ferraris principle. It receives an alternating current excitation through the winding 54 and delivers one through the winding 55 Voltage to the primary winding 56 of a transformer, which is in the two control circuits via one each Secondary winding 57 and 58 feeds a voltage. The Tachodynamo 53 reverses when the direction of rotation is reversed the phase position of their alternating voltage by 180 °, so that depending on the direction of rotation, the correct one Partial insurance I or II is controlled downwards or upwards. An adjustment is achieved in this way without overshoot and with a speed that depends on the size of the deviation.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann an die Stelle des Magnetverstärkers 9 in entsprechend abgewandelter Schaltung ein beliebiger anderer Regel-In this exemplary embodiment, too, the magnetic amplifier 9 can be replaced by a correspondingly modified Any other control

verstärker treten. Es hat den Vorteil, daß eine Abnahme der Elektrodenspannung nicht notwendig ist. Im übrigen besteht noch eine ganze Reihe von weiteren Möglichkeiten zur Regelung gemäß der Erfindung, insbesondere hinsichtlich der Gewinnung der in eine bestimmte Richtung fallenden Komponente der elektrischen Betriebsgrößen. Die Erfindung ist auch nicht auf die Elektrodenregelung bei Lichtbogenofen beschränkt, sondern kann mit Vorteil überall da angewendet werden, wo nicht der Absolutwert einer elektrischen Größe, sondern nur eine Komponente dieses Wertes als Regelgröße dienen soll.kick amplifier. It has the advantage that it is not necessary to decrease the electrode voltage. In addition, there is a whole range of other possibilities for regulation according to the invention, in particular with regard to the extraction of the component of the falling in a certain direction electrical operating variables. The invention also does not apply to the electrode control in electric arc furnaces limited, but can be used with advantage wherever the absolute value of an electrical Size, but only one component of this value should serve as the control variable.

Claims

Patent claims:

1. Device for regulating the electrode position of arc and similar furnaces, whereby the controlled variable falling in the direction of the vector of an electrical operating variable of the furnace Contains a share of a further company size, using a non-contact from dormant Elements built-up controller, characterized in that the controller is a phase-sensitive Includes rectifier or control amplifier.

2. Device according to claim 1, characterized in that the direction of the electrode current lying component (real part) of the electrode voltage with the current of the relevant Electrode is set in comparison (Fig. 1).

3. Device according to claim 2, characterized in that a rectifier for part of the electrode voltage is provided to achieve full modulation in the lowering direction when idling, which works on the amplifier via an electrical switch so that the rectified voltage (U ₁ ) only becomes effective when the output voltage of the phase-dependent bridge falls below the value of this voltage.

4. Device according to claim 1, characterized in that the voltage in the direction of a fixed reference, in particular the mains voltage,

lying component of the electrode voltage in comparison with the current of the electrode in question is set.

5. Device according to claim 1, characterized in that the in the direction of a fixed reference voltage lying component of the electrode current is compared with the voltage of the electrode concerned (Fig. 3).

6. Device according to claim 5, characterized in that the reference voltage is approximately has the phase position of the short-circuit current.

7. Device according to claim 1 with the active power as the controlled variable, characterized in that that in the vicinity of the short-circuit state an additional compounding of electrode current and / or voltage is derived and introduced into the regulation.

8. Device according to claim 1, characterized in that the following sizes in with each other Comparison are set:

a) a voltage corresponding to the component of the falling in the direction of a fixed reference voltage Electrode current is proportional,

b) a voltage that corresponds to the component of a in the direction of the fixed reference voltage Voltage is proportional, which in turn is the sum of the fixed reference voltage and is a voltage proportional to the electrode current.

9. Device according to claim 8, characterized by one phase and one amplitude-dependent Spaiinungsfläche-controlled magnetic amplifier for the formation of the two sizes to be compared.

Considered publications:
German Patent No. 431,624;
U.S. Patent No. 2,539,912;
German patent application S 12087 VIII d / 21h (published on October 29, 1953), L 15460 VIII d / 21 h (published on July 14, 1955).

1 sheet of drawings