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Einrichtung zur Impedanzregelung von Lichtbogenöfen Die Elektrodenstellung
von Lichtbogenöfen wird allgemein über die Impedanz des Lichtbogens, d. h. das Verhältnis
aus Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom, geregelt. Zu diesem Zweck sind Regeleinrichtungen
bekanntgeworden, bei denen das aus dem Vergleich von Spannung und Strom gewonnene
Regelabweichungssignal die Antriebsmotoren für die Elektroden beeinflußt. Weit verbreitet
ist dabei die Verwendung von Drehstrommotoren, die über Magnetverstärker gesteuert
werden. Bei dieser Regelungsart ist die erreichbare Regelgeschwindigkeit durch die
Verwendung von Magnetverstärkern als Regelverstärker begrenzt. Da außerdem in den
Drehstrommotoren nennenswerte Schlupfverluste auftreten, ist die Anwendung dieser
Technik vorwiegend bei kleinen Antriebsleistungen sinnvoll, d. h. bei kleinen und
mittleren Öfen und wenn Gegengewichte vorhanden sind, durch welche die Gewichte
der Elektrodenarme und der Elektroden weitgehend aufgehoben werden.
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In der Literatur finden sich bereits mehrfach Vorschläge, einen über
Stromrichter gespeisten Gleichstrommotor zur Elektrodenverstellung heranzuziehen.
Damit lassen sich zwar theoretisch die oben angeführten Nachteile vermeiden, doch
ist es in der Praxis nicht ohne weiteres möglich, die Vorteile der Stromrichterspeisung
für eine Elektrodenregelung nutzbar zu machen. Dies läßt sich folgendermaßen erklären:
Um die hohe Regelgeschwindigkeit eines Stromrichterantriebes ausnutzen zu können,
muß auch die Regelabweichung möglichst unverzögert wirksam gemacht werden. Das Regelabweichungssignal
enthält jedoch notwendig eine starke Welligkeit, insbesondere der Frequenz 100 Hz.
Ferner schwankt der Effektivwert des Ofenstromes infolge von Lageänderungen des
Lichtbogens an der Elektrode. Diesen Schwankungen kann man im statischen Mittel
eine Frequenz von etwa 4 bis 7 Hz zuschreiben.
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Würde man nun dieses mit starken Schwankungen und Oberwellen behaftete
Regelabweichungssignal auf den Regelkreis einwirken lassen, so würden sich zwangläufig
unerwünschte Reaktionen der flinken Regeleinrichtung ergeben. Versucht man dagegen,
die Schwankungen durch Glättung des Regelabweichungssignals zu beseitigen, so würden
mit einem Schlage die Vorzüge des stromrichtergespeisten Gleichstromantriebes verlorengehen,
da dann große Regelabweichungen (beispielsweise Elektrodenkurzschluß oder Abreißen
des Lichtbogens) wegen der Glättung nur mit großer Verzögerung wirksam werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung hoher Genauigkeit
und Geschwindigkeit bei minimaler Stehhäufigkeit zu schaffen. Dazu ist es nötig;
Mittel zur sinnvollen Verarbeitung des Regelabweichungssigaels anzugeben und dadurch
die Vorteile des Stromrichterantriebes auszunutzen, ohne durch die Schwankungen
des Regelabweichungssignals Unruhe in den Regelvorgang zu bringen. Die Erfindung
baut dabei auf verschiedenen Anregungen auf, die zum Teil der allgemeinen Regeltechnik
und zum Teil der speziellen Technik der Elektrodenregelung entstammen.
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Es ist bekannt; die Elektrodenverstellgeschwindigkeit abhängig von
der Regelabweichung der Impedanz zu wählen. Nachteilig ist; daß hierbei die eingangs
erwähnten Schwankungen des Impedanzmeßwertes voll zur Wirkung kommen. Ferner ist
es beispielsweise bekannt, dem Regelahweichungssignal bei der Impedanzregelung eine
Spannung zu überlagern, die der Geschwindigkeit des Verstellmotors proportional
ist. Dadurch soll vermieden werden, daß der Stellmotor mit zu hoher Geschwindigkeit
in die Solllage einläuft. Bei großen Abweichungen des Impedanzwertes von seinem
Sollwert wird mit Hilfe eines Relais die geschwindigkeitsproportionale Spannung
abgeschaltet und dadurch die Regelgeschwindigkeit erhöht. Diese Betriebsweise befriedigt
jedoch nicht, da die eingangs erwähnten Schwankungen des Impedanzmeßwertes auch
hier voll zur Wirkung kommen. Dagegen hat sich ein anderer Vorschlag als im vorliegenden
Falle besonders zweckmäßig erwiesen. Es handelt sich 'hierbei um einen Dreipunktregler,
dem
ein Integrator vorgeschaltet ist. Der Integrator bildet das Zeitintegral der Regelabweichung,
das auf Grund der eingangs erwähnten Schwankungen allein nicht über einen gewissen
Höchstwert ansteigt. Durch geeignete Bemessung des Dreipunktreglers kann man dieses
Zeitintegral noch innerhalb der Ansprechgrenzen halten und damit für die Regelung
unwirksam machen. Dauernde Regelabweichungen führen zu einem Ansteigen des Zeitintegrals
über die Ansprechgrenze hinaus und setzen damit etwas verzögert die Regelung in
Gang. Bei extrem großen Regelabweichungen ist es möglich, mit Hilfe eines Überbrückungsgliedes
bzw. einer äquivalenten Schaltungsmaßnahme das Regelabweichungssignal unverzögert
an den Dreipunktverstärker weiterzugeben, so daß sie unter voller Ausnutzung der
hohen Regelgeschwindigkeit beseitigt werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, einen derartigen Regler einem Geschwindigkeitsregelkreis
überzuordnen, dem seinerseits ein Ankerstromregelkreis für den Antriebsmotor unterlagert
ist. Diese Ausdrucksweise besagt, daß das Ausgangssignal des genannten Dreipunktreglers
als Geschwindigkeitssollwert den nachgeschalteten Geschwindigkeitsregler beaufschlagt
und das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers, das der Regelabweichung der
Geschwindigkeit entspricht, seinerseits als Sollwert den Ankerstromregelkreis beaufschlagt,
dessen Ankerstromregelverstärker dem Geschwindigkeitsregler nachgeschaltet ist.
Das Prinzip der unterlagerten oder vermaschten Regelkreise ist an sich bekannt und
bringt eine Reihe von Vorteilen, die gerade bei der Elektrodenregelung von Bedeutung
sind. Dies gilt nicht nur für den normalen Regelvorgang, sondern auch fair die Überwachung
der Regeleinrichtung, wie im folgenden noch näher erläutert wird.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Impedanzregelung von Lichtbogenöfen
mit stromrichtergespeisten Gleichstromstellmotoren, bei der fürgroße Werte der Impedanzregelabweichung
die Elektrodenverstellgeschwindigkeit der Impedanzregelabweichung entspricht, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Geschwindigkeitsregelkreis mit unterlagertem
Ankerstromkreis für jeden Stellmotor ein Impedanzregelkreis überlagert ist, der
einen Integrator zur Bildung des Zeitintegrals der Regelabweichung, ein Schwellwertglied
zur Unterdrückung kleiner Werte des Zeitintegrals und mindestens für den Integrator
ein Überbrückungsglied zur unverzögerten Verarbeitung großer Regelabweichungen enthält.
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Als Integrator eignet sich in bekannter Weise ein stetiger Verstärker,
der über einen Kondensator gegengekoppelt ist. Die Integrierzeit kann beispielsweise
durch Einstellung des Gegenkopplungskondensators beliebig gewählt werden.
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Das Schwellwertglied kann durch die Ansprechgrenzen eines Dreipunktreglers
realisiert werden, dessen Kennlinie bekanntlich in der Umgebung des Nulldurchgangs
einen Unempfindiichkeitsbereich hat. Die Ansprechgrenzen werden so eingestellt,
daß die vom Integrator verarbeiteten Schwankungen des Regeiabweichungssignals unwirksam
bleiben. Der Dreipunktregler tritt vielmehr erst dann in Tätigkeit, wenn ein Regelabweichungssignal,
sei es auch sehr klein, über eine bestimmte endliche Zeit andauert und das Ausgangssignal
des Integrators die An-Sprechgrenze erreicht. Damit ist eine feinfühlige Regelung
sichergestellt, die weitgehend unabhängig von den eingangs erwähnten störenden Überlagerungen
des Regelabweichungssignals ist. Legt man in den Gegenkopplungskreis des Integrators
einen geeignet bemessenen Widerstand, so ist es möglich, statt eines reinen Integralverhaltens
ein Proportional-Integtlverhalten herbeizuführen: In diesem Falle werden. Eingangssignale
am Integrator mit einem bestimmten Proportionalitätsfaktor unverzögert an den Ausgang
weitergegeben, unabhängig von der gleichzeitig einsetzenden Integration. Man kann
diesen Proportionalitätsfaktor nunmehr so bemessen, daß der durchgelassene Anteil
extrem großer Regelabweichungssignale sofort die Ansprechgrenze des Dreipunktreglers
überschreitet, so daß die Regeleinrichtung unverzögert reagiert. In diesem Falle
stellt also der erwähnte Widerstand das Überbrückungsglied dar. Auf diese Weise
lassen sich die eingangs gestellten Forderungen mit einem relativ einfachen, kontaktlosen
Impedanzregler erfüllen.
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Statt eines Dreipunktreglers läßt sich auch ein stetiger proportionaler
Regelverstärker verwenden. Er erhält zu diesem Zweck ebenfalls einen Unempfindlichkeitsbereich
in der Umgebung des Nullgangs der Kennlinie. Die grundsätzliche Wirku weise hinsichtlich
der Verarbeitung von Regel abweichungssignalen verschiedener Größe bleibt gleich.
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Es läßt sich auch eine Umschaltung zwischen Dreipunkt- und stetigem
Betrieb vornehmen, wenn man den Dreipunktregler als überkritisch rückgekoppelten
stetigen Verstärker ausbildet. Schaltet man die Rückkopplung ab und gegebenenfalls
statt dessen eine Gegenkopplung ein, so verhält sich der Verstärker ohne weiteres
stetig.
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Der Impedanzregler wird zweckmäßig mit einer Begrenzung des Ausgangssignals
versehen. Dies kann mit Hilfe geeigneter Begrenzerschaltungen in bekannter Weise
erfolgen.
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Das Ausgangssignal des Impedanzreglers dient 99 Sollwert; die Ausgangsspannung
einer Tachoermaschine als Istwert für den ünterlagerten Drehzahlregelkreis, dem
nach den bekannten Prinzipien vermaschter Regelkreise seinerseits ein Stromregens
unterlagen ist. Hierzu wird der Ankerstrom des Motors gemessen und mit dem vom Drehzahlregler
gelieferten Stromsollwert verglichen. Die Differenz beider Größen steilt die Regelabweichung
für d Stromregelkreis dar. Der Ankerstrom wird demach auf einen solchen Wert geregelt,
daß die geforderte Geschwindigkeit eingehalten wird. Da die C-achdigkeit ihrerseits
vom Impedanzregler vorgeschrieben wird, ergibt sich somit eine Verstellung der Elektroden
im Sinne der Einhaltung der gewünschten lichtbogenimpedanz.
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Beim praktischen Betrieb von lichtbog kommen häufig Abweichungen vom
ge 'wslnschten Impedanzwert vor; insbesondere beim Einsdimelzen reißt der Lichtbogen
des öfteren ab und muß 'r einen Kurzsdiluß der Elektrode mit dem tferatz neu gezündet
werden- Hierfür ist die -richtung nach der Erfindung auf Grund ihrer hohen Stehgeschwindigkeit
besonders geeignet.
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In der Regel ist es erwünscht, bei Kurzsctduß einer Elektrode des
Dreiphasenofens die beiden anderen Elektroden nicht zu beeinflussen. Um Rückwirkungen
auf das Netz möglichst klein zu halten, ist es jedoch unter Umständen aasgebracht;
die 1 Kurzschlußströme dadurch unschädlich zu nw4ma,
daß zugleich
der Strom der anderen Elektroden herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck muß man den
Stellantrieben dieser Elektroden einen Befehl in Hubrichtung geben, so daß die Lichtbogenlänge
vergrößert wird.
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Eine solche Regelmaßnahme ist beim Erfindungsgegenstand durch eine
Störwertaufschaltung möglich, die bei überschreiten eines vorgegebenen Stromhöchstwertes
einer Elektrode, gegebenenfalls nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungszeit,
Hubbefehle an die Stellantriebe der beiden anderen Elektroden gibt, so daß der Gesamtstrom
rasch gesenkt wird. Diese Störwertaufschaltung kann im Impedanzregler erfolgen,
indem diesem eine verminderte Lichtbogenspannung vorgetäuscht wird, oder es kann
ein zusätzlicher Drehzahlsollwert in den Drehzahlregelkreis eingegeben werden.'
Welche der beiden Maßnahmen man vorzieht, wird im allgemeinen von den Gegebenheiten
des zu regelnden Ofens abhängen. Die Anwendung unterlagerter Regelkreise bringt
Freizügigkeit hinsichtlich des Ortes der Störwertaufschaltung.
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Um bei Verwendung von nicht selbst sperrenden Getrieben, also Getrieben
mit hohem Wirkungsgrad, das aus dem Gewicht der Elektrodenarme, der Elektroden und
eventuell vorhandener Gegengewichte resultierende übergewicht aufzufangen bzw. durch
eine definierte Gegenkraft im Gleichgewicht zu halten, wird dem unterlagerten Stromregelkreis
ein Stromsollwert Ih entsprechender Größe zugeführt. ; Änderungen der zu
haltenden Gewichte, z. B. durch Abbrand oder Nachsetzen von Elektroden oder durch
unterschiedlich wirksame Gewichtsanteile der Stromzuführungsteile, werden durch
den nicht zu vermeidenden Rest an Getriebereibung innerhalb des sich daraus ergebenden
Unempfindlichkeitsbereiches für die am System angreifenden Kräfte aufgefangen.
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Der im Stellmotor dauernd fließende Haltestrom läßt sich dann zweckmäßig
zur Überwachung der Anlage heranziehen. Wird er in einem Störungsfall unterschritten,
so daß die Gefahr des Absinkens der Elektrode besteht, wird die Anlage durch Einfallen
einer Bremse automatisch stillgesetzt.
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An dieser Stelle sei noch erwähnt, daß durch die Anwendung unterlagerter
Regelkreise auch eine einfache Begrenzung des Hub- bzw. Senkstromes möglich ist.
In der Regel wird für beide Drehrichtungen des Motors je eine Stromrichtergruppe
mit zugeordnetem Steuersatz und Stromregler vorgesehen sein. Beide Stromregler erhalten
das Ausgangssignal des Drehzahlreglers als Sollwert. Legt man in den Eingangskreis
jedes Stromreglers ein Begrenzungsglied, so kann man dem Hub- und dem Senkvorgang
unabhängig voneinander beliebige Maximalströme zuordnen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale des Erfindungsgegenstandes, insbesondere
auch der Überwachungseinrichtung, sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert
werden, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Es zeigt F i g. 1 ein
Blockschaltbild einer Regeleinrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 eine Ausbildungsmöglichkeit
des Impedanzreglers, F i g. 3 ein Blockschaltbild einer überwachungseinrichtung.
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In F i g. 1 ist bei 1 ein Lichtbogenofen mit der Schrottfüllung 2
angedeutet. Der Einfachheit halber ist nur eine Elektrode 3 dargestellt; die übrigen
Elektroden haben identische Regeleinrichtungen. Mit Hilfe zweier Wandler 4 und 5
wird in bekannter Weise ein Meßwert il für den Elektrodenstrom und ein Meßwert ui
für die Elektrodenspannung gewonnen und in einem Impedanzmeßgerät 6 zur Bildung
des Regelabweichungssignals verarbeitet.
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Der Impedanzverstärker ist mit 7 bezeichnet. Das Regelabweichungssignal
wird über einen Eingangswiderstand 8 dem Integrator zugeführt, der aus einem stetigen
Verstärker 9 mit Gegenkopplung über Widerstand 10 und Kondensator Il besteht. Außerdem
liegt im Gegenkopplungskreis noch ein Widerstand 12 (überbrückungsglied), der dazu
dient, ein Proportional-Integralverhalten des Integrators herbeizuführen: Das dem
Sparmungszeitintegral der Regelabweichung entsprechende Signal gelangt an einen
Regelverstärker 13, der entweder als Dreipunktregler oder als stetiger Regler mit
Ansprechschwelle ausgebildet. sein .kann. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers
wird über einen Widerstand 14 auf den Eingang des Integrators rückgeführt. Für Einzelheiten
dieser Schaltung> sei. auf F i g. 2 verwiesen.
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Das Ausgangssignal des Imp edanzverstärkers stellt den Sollwert n
* für den unterlagerten Drehlzahlregelkreis dar. Mit 15 ist ein Sperrglied bezeichnet,
das der überwachungseinrichtung, angehört und in Störungsfällen die :Impedanzregelung
unterbricht.
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Der Drehzahlregler isst mit 16- bezeichnet und kann als IP-Regler
ausgeführt werden. Sein Ausgangssignal wird mittels Begrenzungsgliedern 17, 18 beispielsweise
vorgespannten Ventilen, für Hub- bzw. Senkrichtung getrennt begrenzt und als ,Stromsoll-;
wert Ial+ für die Senkrichtung.bzw. I.g* für die Hubrichtung den Stromreglern 19
und 22 zugeführt. Diese können ebenfalls IP-Regler sein. Über Gittersteuersätze.20.
und 23 werden Stromrichtergruppen für die beiden Drehrichtungen des Motors gesteuert,
die in F i g. 1 schematisch mit 21 und 24 angedeutet sind. Die Speisung des Elektrodenstellmotors
25 erfolgt aus einem Wechsel oder Drehstromnetz über Transformatoren 26, 27. Mit
?8 und 29 sind Ausgleichsdrosseln bezeichnet, 30 und 31 sind Meßfühler zur Erfassung
des Ankerstromes, der als Stromistwert lai bzw. I" Q mit den Soll: Werten verglichen
wird. Der Motor kann eine konstante Erregung an der Wicklung 32 aufweisen und verstellt
die Elektrode in bekannter Weise über ein geeignetes Getriebe. Dies ist in F i g.
1 nicht dargestellt. Auf der Motorwelle ist eine Tachometermaschine 33 angeordnet,
die den Drehzahlistwert n an den Mischort des Drehzahlreglers liefert.
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Mit Hilfe einer Ventilschaltung 34 kann der Strommeßwert ü gleichgerichtet
und über ein Schwellwertglied 35 als Grenzsigel. 1" G an den Eingang der
Impedanzregler oder Drehzahlregler für die beiden anderen Elektroden gegeben werden.
In entsprechender Weise kann. der Impedanzverstärker 7 oder Drehzahlregler 16 mit
ähnlichen Meßwerten i. G und 1, G der beiden anderen Elektroden beaufschlagt werden.
Dies dient zu der bereits erwähnten Herabsetzung des Gesamtstromes bei Kurzschluß
in einem Elektrodenstromkreis.
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In der Zeichnung sind noch Klemmen mit I bis V bezeichnet, die zur
Überwachungseinrichtung gehören und W der Besdhrder F i g. 3 besprochen werden.
Die
Wirkungsweise der Elektrodenregeleinrichtung ergibt sich ohne weiteres aus den eingangs
angestellten Betrachtungen. Periodische bzw. unregelmäßige Schwankungen der Impedanzregelabwe;chung
erreichen den Regler 15 nicht, da das Zeitintegral am Ausgang des Integrators 9
die Ansprechgrenze des Reglers 13 nicht überschreitet. Kleine dauernde Regelabweichungen
kommen verzögert zur Wirkung, während große Regelabweichungen, entsprechend einem
Elektrodenkurzschluß, Abreißen des Lichtbogens u. dgl., infolge des Proportional-Integralverhaltens
des Integrators urverzögert den Regler in Tätigkeit setzen.
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Wie bereits erwähnt, ist also der Widerstand 12 als Überbrückungsglied
im Sinne der Erfindung anzusehen. Das Ausgangssignal des Impedanzverstärkers schreibt
die Drehzahl für den unterlagerten Drehzahlregelkreis vor. Der Drehzahlregler 16
erzwingt einen solchen Ankerstrom, daß die geforderte Drehzahl und damit-schließlich
die gewünschte Impedanz eingehalten bzw: wgesteuert wird.
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Zum Auffangen des übergewichtes der Elektrodenarme kann man, wie bereits
erwähnt,, dem Mischort des Stromreglers 22 einen zusätzlichen Stromsollwert 1,,
zuführen, der so bemessen ist; daß in Zusammenarbeit mit der Getriebereibung die
Elektrode gehalten wird. Man kann diese Maßnahme als »elektrisches Gegengewicht«
bezeichnen.
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F i g. 2 zeigt die Innenschaltung eines für die Zwecke der Erfindung
bevorzugten Impedanzverstärkers. Man erkennt wieder den Eingangswiderstand 8 und
den Integrator 9, der aus zwei zweistufigen Transistorgegentaktverstärkern besteht.
An den Ausgangsklemmen der Verstärker liegen also jeweils Signale entgegengesetzter
Polarität. Der eine Ausgang des Integrators wird über einen Widerstand 36 mit der
Erde verbunden, während vom anderen Ausgang über einen Spannungsteiler aus den Widerständen
40 und 41 und einen Widerstand 10 eine obmsche Gegenkopplung abgenommen wird. Zusätzlich
ist zur Erzielung der Integrierwirkung eine Gegenkopplung über Kondensatoren 11
und 42 und einen Widerstand 12 vorgesehen, der in bereits erwähnter Weise zur Einführung
eines Proportionalanteils dient. Am Eingang des Integrators kann zur Begrenzung
des Eingangssignals eine Antiparallelschaltung von Ventilen 43 vorgesehen sein.
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Das Ausgangssignal des Integrators wird über eine geeignete Ankoppelschaltung
aus Widerständen 45 und 46 dem Dreipunktregler 13 zugeführt, der aus zwei zweistufigen,
überkritisch rückgekoppelten Transistorgegentaktverstärkern besteht: Seine Ansprechgrenzen
werden durch die Widerstände 44 und 47 festgelegt. Der Grad der Rückkopplung wird
durch die Widerstände 48 und 49 in Verbindung mit den Widerständen
50 und 51 bestimmt. Die Ausgangssignale der beiden Zweige werden über Ventile 52
und 53 an den Ausgangswiderstand 54 geführt. Ferner ist eine Rückführung über die
Ventile 54 und 55 und den Stehwiderstand 14 an den Eingang des Integrators
vorgesehen. Die Ventile 52 bis 55 dienen zur Abblockung der beiden Zweige gegeneinander.
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Der Spannungsteiler 40, 41 und der Gegenkopplungswiderstand
10 dienen zur Begrenzung der Verstärkung des Integrators und zur Festlegung
der Ansprechgrenzen bezüglich statischer Regelfehler. Die Integrierzeit, das ist
die Zeit, in der nach Anlegen einer konstanten Eingangsspannung die Ausgangsspannung
den Wert der Eingangsspannung erreich4 wird durch den Kondensator 11- bestimmt.
überstee das Ausgangssignal des Integrators die Anspreczen des Dreipuuktreglers,
so kippt einer der beidem Zweige und setzt die Regelung im Sinne einer Verkleinerung
der Regelabweichung in Gang. Die Rückführung über den Widerstand 14 :bewirkt eine
Rückintegration so lange, bis das Ausgangssignal des: Integrators unter die Abfallgrenze
des Reglers 13 gesunken ist und damit der entsprechende Zweig des Reglers
zurückkippt. Der Kondensator 11 und der Widerstand 14 sollen zweckmäßig in Abhängigkeit
voneinander einstellbar sein, in dem Sinne, daß bei Verkleinerung der Integrierzeit
durch Verkleinerung des Kondensators B der Widerstand 14 vergrößert
wird. Dadurch bleiben die regeldynamischen Verhältnisse unverändert.
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Die Größe des Widerstandes 1.2 bestimmt den Proportionalitätsfaktor,
mit dem ein Eingangssignal des Integrators urverzögert - lediglich geringfügig geglättet
durch den Kondensator 42 - an den Dreipunktregler weitergegeben wird. Große Regelabweichungen
werden dann rasch verarbeitet. über hat der Widerstand 12 die Wirkung, daß numuebr
auch bei kleineren Regelabweichungssignalen das: zum Ansprechen der Kippstufen erforderliche
Zeitintegral kleiner ist da ein Teil der Integrierzeit entfällt.
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Es ist empfehlenswert, die Rückkopplung über die Widerstände
48 und 49 so zu bemessen; daß das Verhältnis Ansprechwert zu Abfallwert
der beiden Kippzweige relativ groß wird. Dadurch wird vermieden, daß Schwankungen
des Regelabweicbungssignals zu intermittierendem Rückkippen des Dreipunktreglers
führen.
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Für nähere Einzelheiten bezüglich der Wirkungsweise sei auf die Patentanmeldung
S 68649 VIIIb/ 21 c verwiesen. Wie bereüs erwähnt" können die beiden Zweige des
Reglers 13 auch als stetige Verstärker betrieben werden, indem man die Rückkopplung
über die Widerstände 48 und 49 aufhebt, gegebenenfalls eine Gegenkopplung
einfährt. Es ist ohne weiteres möglich, den Regler zu diesem Zweck umschaltbar auszubilden.
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Die in F i g. 3 dargestellte überwachungseinrichtung für die Elektrodenregelung
nach der Erfindung ist unter Verwendung von logischen Elementen aufgebaut, wie sie
für solche Zwecke allgemein bekannt sind. Insbesondere finden Und-Gatter (X), Nicht-:
Gatter (N) (Umkehrstufen), Gedäcbtnisschaltu., (M); Zeitglieder (T), Kippstufen
(K) und Leistungsstufen (P) Verwendung. Selbstverständlich kann man nach den bekannten
Gesetzen der logischen Algebra die Schaltung des Ausführungsbeispiels variieren.
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Im schematischen Schaltbild nach F i g. 3 sind Klemmen I bis V dargestellt,
die mit den entsr»-chenden Klemmen im Schaltbild nach F i g. 1 verbunden werden:
über die Klemme I kann die Impedanzregelung gesperrt werden. über die Klemme 11
kann man ein Signal an den Drehzahlregeikreis geben; um die Elektrode aus dem Bad
voll auszufahren. An die Klemme III wird das Ausgangssignal des Impedanzreglers,
also der Drehzahlsollwert n* gelegt. An die Klemme IV :liefert die Tachometermaschine
33 den Drehzahlistwert n; während- der Klemme V ein der Elektrodenspannung proportionales
Signal zugeführt wird.
Die überwachungseinrichtung muß dafür sorgen,
daß ein unbeabsichtigtes Absinken der Elektrode verhindert wird. Dies kann beispielsweise
so erreicht werden, daß gleichzeitiges Vorliegen eines Drehzahlsollwertes im Hubsinn
und eines Drehzahlistwertes im Senksinn nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit,
die vorübergehende Störungen unwirksam macht, zum Stillsetzen des Antriebs und Einlegen
einer Elektrodenbremse führt. Bei Drehzahlistwerten im Senksinn wird über ein Ventil
und eine Kippschaltung 56 der Setzeingang 1 einer Gedächtnisschaltung 55 erregt.
Solange auch ein Drehzahlsollwert im Senksinn vorliegt, wird das Ausgangssignal
der Gedächtnisschaltung über den Löscheingang 0 unterdrückt. Schreibt der Drehzahlsollwert
jedoch ein Heben der Elektrode vor, bleibt der Löscheingang unbesetzt, und es gelangt
Signal an das Verzögerungsglied 57, das nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit
Signal an das Nicht-Gatter 58 gibt. Dadurch entfällt das Signal am Eingang 1 des
Und-Gatters 60. Der über eine Leistungsstufe 61 gespeiste Bremslüfter 62 wird stromlos,
und die Elektrodenbewegung wird durch Einfallen der Bremse stillgesetzt. Zugleich
wird über das Und-Gatter 76, dessen Eingang 2 kein Signal mehr erhält, die Impedanzregelung
gesperrt. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn der Drehzahlistwert eine bestimmte
Grenze überschreitet, die an der Kippschaltung 63 eingestellt werden kann.
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Liegt ein Drehzahlistwert im Senksinn vor und sinkt die Elektrodenspannung,
beispielsweise infolge von Netzausfall, unter einen bestimmten Wert, der an der
Kippschaltung 64 einstellbar ist, so entfällt das bisher vorhandene Signal am Löscheingang
der Gedächtnisschaltung 65, so daß auch in diesem Störungsfall, unabhängig vom Vorzeichen
von n*, eine automatische Abbremsung der Elektrode eintritt.
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Das aus der Kippschaltung 63 entnommene Signal wird außerdem dem Setzeingang
einer Gedächtnisschaltung 66 zugeführt, deren Löscheingang über einen Schalter 67
besetzt werden kann. Der Schalter 67 dient dazu, nach einer Notauslösung des Ofenschalters
die Wiederingangsetzung der Anlage einzuleiten.
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Die Gedächtnisschaltung 66 gibt im normalen Betrieb kein Signal ab,
so daß das Ausgangssignal des Nicht-Gatters 68 den Eingang 2 des Und-Gatters 59
besetzt. Bei zu hoher Elektrodengeschwindigkeit (Ausgangssignal der Gedächtnisschaltung
66 vorhanden) wird jedoch einerseits über eine Leistungsstufe ; 69 der Ofenschalter
70 geöffnet und andererseits in der bereits behandelten Weise die Bremse eingelegt
und die Regelung gesperrt. Außerdem entfällt das bisher vom Nicht-Gatter 71 an den
Eingang 1 des Und-Gatters 72 gelieferte Signal. In F i g. 3 sind die Hauptkontakte
des Ofenschalters fortgelassen und nur Hilfskontakte im überwachungskreis dargestellt.
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Zur Ein- und Ausschaltung der Regelung dient ein Umschalter 73, der
in der Einschaltstellung gezeigt ist. Solange der Ofenschalter geschlossen ist,
sind auch die oberen Hilfskontakte geschlossen, so daß der Setzeingang 1 der Gedächtnisschaltung
74 Signal erhält. Das Ausgangssignal dieser Gedächtnisschaltung besetzt den Eingang
2 des Und-Gatters 60, so daß bei Vorliegen der übrigen Sicherheitsbedingungen die
Bremse gelüftet und die Reglung freigegeben ist. Bei Öffnung des Ofenschalters sind
die oberen Hilfskontakte geöffnet, die unteren geschlossen. Es gelangt somit Signal
an das Nicht-Gatter 75, das nunmehr kein Ausgangssignal mehr abgibt, so daß der
untere Eingang 3 des Und-Gatters 76 unbesetzt bleibt. Dies ist einer der Betriebsfälle,
in denen die Impedanzregelung gesperrt wird.
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Öffnet der Ofenschalter unbeabsichtigt oder wird mittels des Schalters
73 die Regelung abgeschaltet, so sollen die Elektroden voll ausgefahren werden.
Hierzu ist das bereits erwähnte Und-Gatter 72 vorgesehen; das über die Klemme ZI
ein Ausfahrsignal an den Drehzahlregelkreis gibt, wenn beide Eingänge besetzt sind.
Der Eingang 1 ist besetzt, wenn die Elektrodengeschwindigkeit nicht unzulässig hoch
ist und die Gedächtnisschaltung 66 kein Signal abgibt: Mit 77 ist ein Endschalter
bezeichnet, der das Einlaufen der Elektrode in ihre höchste Stellung meldet. Normalerweise
sind die unteren Kontakte des Endschalters geschlossen, so daß.das Signal vom Schalter
73 oder 70 an den Eingang 2 des Und-Gatters 72 durchgegeben wird. Erreicht die Elektrode
beim Ausfahren ihre oberste Lage, so wird dieser Kontakt unterbrochen und das Ausfahrsignal
für den Drehzahlregelkreis abgeschaltet. Zugleich werden die oberen Kontakte des
Endschalters 77 geschlossen, und das Ausgangssignal des Zeitgliedes 78 löscht die
Gedächtnisschaltung 74 und führt damit zum Einfallen der Bremse. Das Zeitglied 78
ist vorgesehen, um nach Ablauf seiner Verzögerungszeit das Löschsignal für die Gedächtnisschaltung
74 zu unterbrechen und damit die Wiederinbetriebnahme der Regeleinrichtung zu ermöglichen.
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Wie aus F i g. 3 hervorgeht, wird die Impedanzregelung nur dann nicht
gesperrt sein, wenn alle drei Eingänge des Und-Gatters 76 besetzt sind. Dies ist
der Fall, wenn mittels des Schalters 73 die Regelung eingeschaltet, der Ofenschalter
eingelegt, der Bremslüfter erregt und außerdem die Bremse tatsächlich gelüftet ist.
Hierzu dienen die dargestellten Hilfskontakte des Bremslüfters 62.
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Die F i g. 1 und 3 zeigen, daß die Anwendung unterlagerter Regelkreise
die Möglichkeit bietet, alle Störungen durch das jeweils zugeordnete Signal unmittelbar
zu melden und die von der überwachungseinrichtung gelieferten Befehle an der günstigsten
Stelle des Regelkreises wirksam zu machen. Dieses im Interesse höchster Sicherheit
und optimaler Ausnutzung des Ofens wesentliche Merkmaltritt zu den sonstigen Vorteilen
dieses Regelprinzips noch hinzu. Hier ist vor allem noch der kontaktlose Aufbau
der Regeleinrichtung und ihre hohe Lebensdauer zu betonen, die durch die Verwendung
von Transistoren als Verstärker- und Schaltelemente erzielt werden kann.
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Beim Aufbau von Regeleinrichtungen nach der Erfindung ist man nicht
an die speziellen Merkmale des Ausführungsbeispiels gebunden. Insbesondere ist die
vorgeschriebene Funktion des Impedanzreglers auch durch andere Schaltmaßnahmen zu
verwirklichen.