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Anordnung zur Erzielung einer gleichmäßigen Stromverteilung in den
Zuleitungen zu den Elektroden mehrphasiger Wechselstrom-Elektrodenöfen Es ist bekannt,
daß man durch eine Anordnung lamellierter Eisenkerne eine gleichmäßige Stromverteilung
in parallelen Zuleitungen zu einer oder mehreren Elektroden bei Wechselstrom-Elektrodenöfen
erreichen kann. Zu diesem Zweck werden die Leiter bzw. Gruppen von Leitern paarweise
in entgegengesetzter Richtung durch einen Eisenkern geführt, derart, daß alle Leiter
bzw. Leitergruppen gegebenenfalls mit Ausnahme von zwei Leitern magnetisch mit zwei
von den übrigen Leitern bzw. Leitergruppen gekoppelt sind.
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Wenn die Anzahl der Leiter bzw. Leitergruppen mit n bezeichnet wird,
sind für die magnetische Kopplung mindestens n-1 Kerne erforderlich. Diese Eisenkerne
können zu einem einzigen Kern zusammengefaßt werden, der mit einem Loch für jedes
Leiterpaar bzw. Leitergruppenpaar versehen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Anordnung zur Erzielung
einer gleichmäßigen Stromverteilung in den Zuleitungen zu den Elektroden mehrphasiger
»Knappsack«-gekoppelter Wechselstrom-Elektrodenöfen, wo die Leiter von den Enden
der einzelnen Transformatorphasen bzw. mehreren Wicklungen je Phase elektrisch getrennt
direkt oder nahe an die Elektroden geführt werden, derart, daß die Ströme in entgegengesetzter
Richtung in nebeneinanderliegenden Leitern fließen.
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Bei der sogenannten »Knappsack«-Schaltung wird der Strom von den sekundären
Wicklungsenden der betreffenden Transformatorphasen direkt zu den Elektroden oder
in deren nächste Nähe geführt, derart, daß der Strom in nebeneinanderliegenden Leitern
zu jeder Zeit in entgegengesetzter Richtung fließt. Direkt an den Elektroden oder
in deren Nähe werden die Leiter so miteinander verbunden, daß das System eine Dreieck-
oder Sternschaltung bildet.
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F i g. 1 der Zeichnung stellt eine solche »Knappsack«-Schaltung dar,
in der A, B und C die drei sekundären Phasenwicklungen bedeuten, 21 der Ofen
ist und 22, 23 und 24 die drei Elektroden des Ofens sind. Die Leiter von dem einen
Ende der Wicklungen führen dann Strom in der einen Richtung (z. B. auf den Ofen
hin), während von dem anderen Ende der betreffenden Wicklung Strom in der anderen
Richtung fließt (z. B. vom Ofen fort), wie dies mit den Pfeilen in F i g. 1 angedeutet
ist.
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Durch Mischen der Leiter in geeigneter Weise, z. B. abwechselnd Leiter
von den beiden Enden der betreffenden Phase, wird der gewünschte Effekt erreicht,
daß die durch die Ströme in den einzelnen Leitern verursachten Felder sich gegenseitig
annähernd ausgleichen, wodurch die Reaktanz niedrig wird.
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Der Haupttransformator für derartige Öfen wird im allgemeinen mit
mehreren getrennten Wicklungen für jede Phase gebaut.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Verhältnisse
ausgenutzt, um eine wesentliche Vereinfachung der Ausgleichsanordnung zu erzielen.
Gemäß der Erfindung wird in an sich bekannter Weise eine Anzahl Eisenkerne verwendet,
um eine paarweise magnetische Zusammenkopplung gleich starker, aber entgegengesetzt
gerichteter Ströme zu erzielen, wobei aber durch jeden Eisenkern ein Leiter von
dem einen Ende einer Wicklung und ein Leiter von dem anderen Ende derselben Wicklung
bzw. ein Leiter von dem anderen Ende einer anderen Wicklung derselben Phase geführt
werden, in der Weise, daß die Stromrichtung in den beiden Leitern zu jeder Zeit
entgegengesetzt ist und die Zahl der Eisenkerne n-m-1 ist, wobei n
die Anzahl
der Leiter ist und m die Anzahl der getrennten Transformatorwicklungen pro Phase.
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Die Erfindung soll nun zunächst näher beschrieben werden in Verbindung
mit einem in der Zeichnung, F i g. 2 und 3, gezeigten Ausführungsbeispiel.
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F i g. 2 zeigt ein Schaltungsschema einer Phase eines »Knappsack«-geschalteten
Ofens, wo die fünf Transformatorwicklungen getrennt sind und zwei Leiter von jedem
Wicklungsende ebenfalls getrennt
geführt sind. A 1 bis
A 5 sind sekundäre Wicklungen einer Transformatorphase, a-o sind Ausgleichstransformatoren,
während 22, 23 und 24 die Elektroden des Ofens bezeichnen: Die Anzahl der Leiter
n ist hier gleich 20, während die Anzahl der Kerne für die Ausgleichstransformatoren
nicht mehr als 14 ist. Diese Zahl wird gleich n-m-1, wobei n die Anzahl der
Leiter ist, und m die Anzahl der Wicklungen pro Phase, im vorliegenden Falle 20
bzw. 5.
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Wegen der Ausgleichstransformatoren a bzw. f ist
11=I, und 12=I3. Weiter ist I1+13=12+14, weil sie zu derselben Transformatorwicklung
gehören. Hieraus folgt: I1=12=13=14.
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Für die übrigen Wicklungen mit den zugehörigen Leitern findet man
in derselben Weise, daß die Ströme in den Leitern, die an eine Wicklung angeschlossen
sind, gleich groß werden.
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Es sind ferner ein Ausgleichstransformator b zwischen einem Leiter
von der ersten Wicklung A 1 und einem Leiter von der zweiten Wicklung A 2, ein Ausgleichstransformator
c zwischen einem Leiter der zweiten Wicklung und einem Leiter der dritten Wicklung
A 3 usw. angeordnet, wodurch erreicht wird, daß sämtliche Leiter denselben Strom
führen.
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Wie ferner mit den Pfeilen in F i g. 2 angedeutet, sind die Leiter
in solcher Weise angeordnet, daß in jedem zweiten Leiter Strom in der einen Richtung
fließt, während in den übrigen Leitern Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt.
Aus diesem Grunde können die Leiter direkt parallel und ohne Schleifen durch die
Kerne des Ausgleichstransformators geführt werden, wie in F i g. 3 gezeigt.
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Während bei der vorgenannten bekannten Anordnung mehr als n - 2 Magnetkerne
erforderlich sind, wird also deren Anzahl infolge der vorliegenden Erfindung um
in (Anzahl der getrennten sekundären Transformatorwicklungen pro Phase) reduziert.
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Weiter wird eine Vereinfachung dadurch erreicht, daß die Leiter direkt
parallel und ohne Schleifen durch die Kerne der Ausgleichstransformatoren geführt
werden können. Bei größeren Öfen werden heute gewöhnlich starke Kupferschienen für
die Stromleitung von den sekundären Transformatoranschlüssen bis in die Nähe des
Ofens benutzt, um mechanische Festigkeit sowie einfache Montage zu erzielen. Um
die für die Elektrodenbewegung geforderte Flexibilität zu erreichen, werden für
die Verbindung zwischen den Schienen des Transformators und den Schienen oder Rohren
am Ofen vieldrähtige Kupferkabel mit relativ kleinem Querschnitt benutzt.
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Als Beispiel kann ein Ofen mit acht Wicklungen pro sekundäre Transformatorphase
dienen, wo jedes Wicklungsende an eine Kupferschiene mit einem Querschnitt von 300
mm - 12 mm angeschlossen wird. Für jede Phase sind es also 16 Schienen. An jeder
Schiene sind beim Übergang zum Ofen acht Kabel, jedes mit einem Querschnitt von
500 mm2, angeschlossen. Dies wird insgesamt 16 - 8 = 128 Kabel pro Phase. Wenn man
bei allen diesen Kabeln den Strom ausgleichen sollte, würde man für jede Phase 128-8-1=119
Ausgleichstransformatoren benötigen. Diese große Anzahl wird die Anlage komplizieren.
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Eine erhebliche Vereinfachung der Anlage wird zunächst dadurch erreicht,
daß man die Kabel in Gruppen teilt, z. B. eine Kabelgruppe für jede Schiene. Die
Stromstärken in allen Schienen werden mit Hilfe von Ausgleichstransformatoren gleich
gehalten, wie vorstehend im Anschluß an F i g. 2 erläutert. In dem obenstehenden
Beispiel erhält man dann 16-8-1=7 Ausgleichstransformatoren und denselben Strom
in allen Kabelgruppen von je acht Kabeln. Der Strom wird sich doch in den acht Kabeln
jeder Gruppe nach der Selbstinduktanz der einzelnen Kabel verteilen. Es ist eine
bekannte Tatsache, daß der Strom am größten wird in den peripher liegenden Kabeln.
Um dieselbe Stromstärke in allen Einzelkabeln zu erhalten, werden gemäß einer Weiterbildung
vorliegender Erfindung außer den Ausgleichstransformatoren für die Kabelgruppen
Reaktoren in den Einzelkabeln, die sonst den stärksten Strom führen würden, eingesetzt.
Wegen der Ausgleichstransformatoren sind die Reaktoren klein und leicht anzubringen.
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Um einen vollständigen Stromausgleich zu erreichen, würde man theoretisch
eine Anzahl Ausgleichtransformatoren, die um 1 weniger ist als die Anzahl Kabel
in der Gruppe, brauchen.
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In der Praxis zeigt sich jedoch, daß auch bei Aufrechterhaltung eines
zufriedenstellenden Ausgleichs die Reaktoren für bestimmte Leiter ausgelassen werden
können und außerdem ein gemeinsamer Reaktor für zwei oder mehrere der übrigen Leiter
verwendet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in jeder Gruppe der
biegsamen Leiter ein Reaktanzkern um denjenigen Leiter verwendet, der sonst, d.
h. ohne Verwendung von Reaktanzkernen, den größten Strom führen würde.
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Vorteilhaft sind für jede Gruppe biegsamer Leiter Reaktanzkerne um
diejenigen Leiter angeordnet, die sonst einen wesentlich größeren Strom als die
mitlere Stromstärke in den biegsamen Leitern der betreffenden Gruppe führen würden.
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Die Reaktoren können als lamellierte Eisenkerne mit Luftspalt, die
rund um die Leiter geklemmt werden, ausgeführt werden.
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F i g. 4 und 5 zeigen eine derartige Anordnung. In F i g. 4 sind
A 6, A 7 und A 8 die drei getrennten sekundären
Wicklungen einer Transformatorphase. 1 bis 12 sind die Leiter von den beiden Enden
der Wicklungen. Diese Leiter sind z. B. als Kupferschienen ausgeführt.
p, q, r, s, t, u, v, w sind Ausgleichstransformatoren, die bewirken, daß
die Stromstärken in den Leitungen 1 bis 12 gleich groß werden. Die Stromrichtung
in den Leitern ist durch Pfeile angedeutet.
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An jedem dieser Leiter (Schienen) 1 bis 12 sind acht Kabel angeschlossen,
die den flexiblen Übergang zum Ofen bilden. Bei jeder solchen Kabelgruppe von acht
Leitern muß somit die Stromstärke dieselbe sein.
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In F i g. 4 ist der Deutlichkeit halber nur die Kabelgruppe eingezeichnet,
die an die Leitung 5 angeschlossen ist. Die Kabel dieser Gruppe sind mit 51,
52, 53, 54, 55, 56, 57 und 58 bezeichnet. Von diesen Kabeln
können zwei nebeneinander und vier übereinander angeordnet werden.
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Ein Schnitt durch die Gruppe wird in F i g. 5 gezeigt. Wenn alle Kabelgruppen
nebeneinander angeordnet sind, werden die Kabel 51, 52, 57 und 58 die stärksten
Ströme führen, wenn nichts unternowmen wird, um die Ströme auszugleichen.
Durch
Einführung der Reaktanzen 61, 62, 63 und 64 (F i g. 4) kann jedoch der Strom
in den genannten Kabeln so weit reduziert werden, daß er dem Strom in den anderen
Kabeln gleich wird. Wegen der Symmetrie erreicht man eine genügende Ausgleichung,
wenn die Reaktanzen gleich gemacht werden, wie bei F i g. 5 gezeigt wird. Die Reaktanz
kann deshalb eingeführt werden als gemeinsame Kerne mit Luftspalt je rund um die
Kabel 51 und 52 bzw. 57 und 58 in Gestalt der Eisenkerne 65 und 66.