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Anordnung zur Erfassung der Lichtbogenspannung - bei Drehs trom-Lichtbogenöfen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen der Lichtbogenspannung bei Drehstrom-Lichtbogenöfen.
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Die Voraussetzung für eine gezielte Ofenfahrweise und eine exakte
Elektrodenregelung bei Drehstrom-Lichtbogenöfen ist die Erfassung der genauen Lichtbogenspannung
an den Elektrodenspitzen. Solange diese Spannung nicht exakt und-kontinuierlich
gemessen werden kann, ist es auch nicht möglich, die tatsächliche Lichtbogenleistung
unter den drei- Elektroden zu messen. Diese Größen und die dazugehörigen Ströme
sind ausschlaggebend für eine wirtschaftliche Ofenfahrweise und neben einigen anderen
-Einflüssen maßgebend für die "Scharfe Phase".
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Aus praktischen Gründen ist es nicht möglich, die Lichtbogenspannung
direkt an den Elektrodenspitzen-bzw. in deren Nähe zu messen, da die Meßleitungen
nicht- entsprechend verlegt werden können. Deshalb wurde bisher eine Spannung meist
in der Nähe- der Eléktrodenfassung abgegriffen und von dort zu den Meß- und Regelgeräten
geführt. Diese bekannte Art der Meßwerterfassung ist mit Fehlern behaftet: - Die
Meßstelle liegt in der Hoehstrom-bertragungsstrecke. Das heißt, daß zu der Lichtbogenspannung
noch ein Teil des Leitungsspannungsabfalls mitgemessen wird.
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- Die Einstreuungen auf die Meßleitungen sind aufgrund der hohen
Ströme so groß, daß erhebliche nicht zu erfassende Verfälschungen auftreten4 Ein
weiteres bekanntes Verfahren, aufgrund von Kreisdiagrammen Rückschlüsse auf die
Lichtbogenspannung zu ziehen, wenn die Trafoapannung und dse Ströme bekannt sind,
ist auch mit Fehlern behaftet: - Die Kreisdiagramme gelten-nur bei sinusförmigen
Strömen und Spannungen, was bei Lichtbogenent--ladungen aber praktisch nie der Fall
ist.
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- Die Spannungsabfälle in den Leitungen werden- durch den jeweiligen
Leiterstrom und die Ströme in den Nachbarleitern bestimmt.
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Die Kreisdiagramme werden bei definierten, stationären und sinusförmigen
Strömen in den drei Leitern aufgenommen. In der Praxis können aber starke LastverschiebungCa
auftreten, die Ströme sind fast nie sinuaförmig und die Spannungsabfälle bzw. die
Gegeninduktionsspannungen sind von der- Stromänderungsgeschwindigkeit abhängig.
De-3halb ist das Krei-sdiagramm- für die Ermittlung des Betriebszustandes der Lichtbögen
nicht exakt aussagefähig.
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Der Erfindung liegt, die Aufgabe zugrunde, die (tatsächliche) Lichtbogenspannung
bei Drehstrom-Lichtbogenöfen kontinuierlich zu erfassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über die Leiterströme
im Hochstromsystem mit Hilfe von Differenziergliedern die induzierten Gegenspannungen
in den Hochstromleitern an einer Dreieck-Stern-Widerstandsschaltung und die ohmschen
Spannungsabfälle in den Hochstromleitern an Widerständen abgebildet
werden,
daß die abgebildeten induzierten Gegenspannungen und ohm'schen Spannungsabfälle
zu Gesamtspannungsabfällen addiert werden, und daß die Differenz der Trafoklemmenspannung
auf der Hochstromseite und der Gesamtspannungsabfälle gebildet wird.
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Mit der Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, die Lichtbogenspannung
auf indirektem Weg zu ermitteln. Die erfindungsgemäß gebildete Spannung ist ein
echtes Abbild der tatsächlichen Lichtbogenspannung, sowohl in Kurvenform und Größe
(Effektiv- oder Mittelwert) als auch in der Phasenlage. -Die Kenntnis der Lichtbogenspannung
ist die Voraussetzung für eine genaue Regelung der Länge der -Lichtbögen und der
Lichtbogen-Leistung sowie für eine selbsttätige optimale Anpassung des Ofentransformators.
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Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus.
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Die induzierten Gegenspannungen in den drei Leiterschleifen R-S, S-T
und T-R sind der zeitlichen Änderung der mit diesen Leiterschleifen verketteten
magnetischen Flüsse proportional (d.h. proportional ). Die Flüsse sind wiederum
jeweils proportional den drei Leiterströmen. Die Größe des Einflusses der Ströme
der Nachbarleiter auf den verketteten magn. Fluss in der Jeweiligen Leiterschleife
hängt von der geometrischen Anordnung der Leiter zueinander ab (praktisch konstant).
Die induzierte Gegenspannung in der Leiterschleife R-S beispielsweise ist 8 RS =
Kl . ç + K2 . - + K3 Analoges gilt für die anderen Leiterschleifen.
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In der Meßschaltung werden diese Gegeninduktionsspannungen erfindungsgemäß
dddurch abgebildet, daß die drei Leiterströme erfaßt, differenziert und als Spannung
an Widerständen abgebildet werden. Die einzelnen Konstanten K 1, K 2 und K 3 werden
durch Widerstandsabgriffe berücksichtigt.
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Die drei ermittelten Induktions spannungen werden entsprechend dem
Drehstromsystem in einer Dreieckschaltung zusammengeschaltet und mit einer symmetrischen
Widerstands-Sternschaltung verbunden. (Dreieck-Stern-Umwandlung). Die Spannungen
an den Stern-Widerständen sind somit ein echtes Abbild der induktiven Gegenspannungen
(Spannungsabfälle) in den einzelnen Phasen des Hochstromsystems.
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Zu diesen induktiven Spannungen werden die jeweiligen ohm'schen Spannungsabfälle,
die über den Strom an ohm'sehen Widerstän den nachgebildet werden, addiert. Die
Summe ist dem gesamten Spannungsabfall des jeweiligen Leiters proportional. Diese
Spannungsabfälle werden von der Trafo-Klemmenspannung (entsprechend untersetzt)
subtrahiert. Die Differenz entspricht der Lichtbogenspannung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben, Mit 1 ist ein schematisch angedeuteter
Lichtbogenofen bezeichnet, der drei Elektroden 2 hat. Diese werden über den (teilweise
gezeichneten) Ofentransformator 3 gespeist. K 1 - K 2 -K 3 - M ist eine aus den
WiderStänden Ri bis R12 bestehende Dreieck-Sternschaltung. Mit Hilfe von Differenzierwandlern
4, 5 und 6 werden Spannungen abgeleitet und an die Widerstände R1 f R2 und R gelegt.
Diese Spannungen sind proportional diR / dt , diS / dt und diT / dt. Analog abgeleitete
Spannungen werden an die Widerstände R4 , R5 und R6 sowie R7 , R8 und R9 gelegt.
Dann können zwischen den Punkten K 1, E 2, K 3 und M die den drei Phasen zugeordneten
induzierten Gegenspannungen (Spannungsabfälle) abgenommen werden.
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Anstelle der Differenzierwandler 4, 5 und 6 können auch an dere Mittel
verwendet Werden, um Spannungen abzuleiten, dio di dt proportional sind So beispielsweise
eine Drosseispule.
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-im Sekundärkreis eins Stromwandlers oder ein entsprechend angeordnster
Differenzierverstärker.
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Zu den induzierten Gegenspannungen werden die ohm'schen Spannungsabfälle
der einzelnen Phasen addiert. Die ohm'schen Spannungsabfälle werden an Widerständen
R13, R14 und R15 abgebildet, die von den Phasenströmen proportionalen Str omen durchflossen
sind. Zu diesem Zweck sind die Widerstände R13 , R14 und R15 mit Wandlern 7, 8 und
9 verbunden.
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Zwischen den Spannungen auf der Hochstromseite UR , US , UT und den
Spannungen #UR, #US, #UT, die aus der Addition der induzierten Gegenspannungen und
der ohm'schen Spannungsabfälle gebildet wurden, wird dann die Differenz gebildet.
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Dazu wird mit Hilfe des Transformators 16 an den Widerständen R 16
R17 und R18 eine den Spannungen UR , US und UT proportionale Spannung abgebildet0
Die Differenz der Spannungen UR-#UR, US-#US und UT-#UT steht an den Klemmen 10/1,1
12/13 und 14/15 und entspricht den Lichtbogenspannungen ULR , ULS und ULT Die erfindungsgemäß
abgeleitete, den tatsächlichen Lichtbogenspannungen entsprechenden Spannungen werden
zweckmäßigerweise in Verstärkern 17, 18 und 19 verstärkt, damit die nachgeschalteten
Meßwertumformer oder Meßgeräte die eigentliche, hochomige Meßschaltung nicht beeinflussen.
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Die an die Ausgänge der Verstärker 17, 18 und 19 anschließtaran Meßwertumformer
20 und 21 haben z.D. die Aufgabe, die Lichtbogenwechselspannungen ULR, ULS ULT in
Gleichspannungen umzuwandeln, die dem Effektivwert bzw., zusammen mit dem jeweiligen
Phasenstrom, der Lichtbogenleistung entsprechen. Diese Cleichspannungen sind für
eine genaue elektronische Lichtbogenregelung nötig und haben außerdem den
Vorteil,
daß sis für die Registrierung beliebig bedämpft werden können.