DE2250711C3 - Steuerbare Stromversorgungsanlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Stromversorgungsanlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen mit einem Regelkreis zur Regelung des Verbiaucherstroms.

Es ist neuerdings üblich, mit steuerbaren Halbleiter-Bauelementen, insbesondere mit Thyristoren bestückte Stromversorgungsanlagen zum Betrieb von Lichtbogen-Schmelzöfen einzusetzen. Diese Stromversorgungsanlagen werden im allgemeinen von einem Drehstromnetz gespeist. Sie liefern einen Verbraucherstrom, der durch Verstellung dei Zündzeitpunkte der steuerbaren Halbleiterventile verändert werden kann. Es ist somit möglich, den Verbraucherstrom, also den durch die Schmelze fließenden Schmelzstrom, in Abhängigkeit anderer Größen, z. B. von der Zeit, zu führen oder in einem Regelkreis zu regeln. Als steuerbare Stromversorgungsanlagen für den Betrieb von Lichtbogen-Schmelzöfen, die mit Gleichstrom gespeist werden, haben sich in erster Linie eine Schaltung mit Thyristoren in Drehsirom-Doppelsternanordnung und mit Saugdrossel sowie eine Schaltung mit Thyristoren in Drehstromstelleranordnung, die über einen Übertrager einen Gleichrichter speisen, in der Praxis bewährt

ίο Auf dem Gebiet der Veredelung von Stahl hat sich gegenüber anderen Umschmelzverfahren das Lichtbogen-Vakuum-Schmelzen mittels Gleichstrom durchgesetzt, weil das technoligische Prinzip dieses Verfahrens recht einfach ist In einem nach diesem Verfahren arbeitenden Schmelzofen herrscht ein durch Abpumpen erzeugter Druck von nur etwa 10~³ Torr. Dieses Vakuum schafft die Voraussetzung für die Erzeugung von gutem Stahl ohne Oxidation oder Gaseinschlüsse. In dem Schmelzofen wird zunächst zwischen einem Tiegel und einem hineinragenden Stahlknüppel ein Lichtbogen erzeugt. Dieser Lichtbogen brennt dann im Laufe des Schmelzprozesses zwischen der entstandenen Schmelze und dem Stahlknüppel. Die Lichtbogenspannung ist weitgehend unabhängig von der Lichtbogenlänge und vom Lichtbogenstrom. Das trifft auch für Lichtbogen-Schutzgas-Schmelzöfen zu, die nach demselben Prinzip und mit einem Schutzgas wie z. B. Argon arbeiten. Auch dort ist die 1 'chtbogenspannung annähernd konstant. Die dem Lichtbogen-Schmelzofen zugeführte elektrisehe Leistung läßt sich also nur über den Verbrauchergleichstrom steuern. Bei den über Halbleiter-Bauelemente steuerbaren Stromversorgungsanlagen beider Schmelzöfentypen werden daher Regelkreise eingesetzt, die für eine Konstanthaltung des Schmelzofens sorgen. Um den Lichtbogen am Brennen zu halten, sind bei diesen Stromversorgungsanlagen Glättungsdrosseln erforderlich.

Die Regelgeschwindigkeit eines solchen Regelkreises, der zur Konstanthaltung des Verbraucherstromes vorgesehen ist, wird nun im allgemeinen durch absichtlich herbeigeführte Maßnahmen und/oder durch den prinzipiellen Aufbau der Stromversorgungsanlage auf einen oberen Wert begrenzt. Wird beispielsweise eine Stromversorgungsanlage mit einem Drehstromsteller verwendet, so darf die Regelgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sicherheits-Grenzwert nicht überschreiten, da sonst die Gefahr einer Vormagnstisierung des zwischen Drehstromsteller und Gleichrichter angeordneten Übertragers besteht. Da der Lichtbogenbetrieb nur eine relativ langsame Stromregelung erfordert, werden üblicherweise Regelkreise verwendet, deren Stromregler schnellen Stromschwankungen nicht zu folgen vermögen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß diese Begrenzung ein stabiles Brennen des Lichtbogens gewährleistet und somit ein Vorteil für den Schmelzbetrieb ist. Die Regelgeschwindigkeit braucht bei Lichtbogenbetrieb nicht besonders hoch zu sein, sofern im Gleichstromverbraucherkreis eine Glättungsdrossel von genügend großer Induktivität vorhanden ist.

Durcii die begrenzte Regelgeschwindigkeit treten aber Probleme auf, wenn der Lichtbogen erstmalig oder nach einem kurzen Kurzschluß wiederum gezündet werden soll. Im Zündaugenblick steigt die Verbraucherspannung nämlich sehr schnell von einem Wert, der praktisch gleich Null ist, auf die Lichtbogenspannung a;i. Der Strom-Istwert sinkt dabei. Der Stromregler, dessen Strom-Sollwert unverändert bleibt, kann dieser Stromänderung nicht schnell genug folgen und die Stromver-

sorgungsanlage im Sinne einer höheren Stromabgabe aussteuern. Der Lichtbogen verlischt also. Es handelt sich somit um Zündschwierigkeiten, die aus prinzipiellen Gründen bei Lichtbogen-Schmelzöfen auftreten und die durch die üblichen langsamen Stromregelk reise nicht überwunden werden können.

Aus der DE-OS 15 65 062, insbesondere F i g. 2, ist eine Anordnung zur Lichtbogenstabilisierung von regelbaren Mehrverfahren-Schweißgleichrichtern bekannt, bei der die Schweißelektrode über einen ungesteuerten Gleichrichter und einen Drehstromsteller aus einem Drehstromnetz gespeist wird. Der Schweißstrom wird in einem Stromregelkreis geregelt. Am Ausgang des Schweißgleichrichters ist ein Spannungsteiler angebracht Zwischen den Spannungsteilerabgriff und einen zusätzlichen Sollwerteingang des Stromreglers ist ein Vierpol geschaltet, der als !ntegrationsglied mit Integrationskondensator ausgebildet Lt. Die Anorndung des Vierpols funktioniert so, daß bei öffnung eines Kurzschlusses der Schweißb;romquel-Ie, der durch die Schweißelektrode hervorgerufen wird, oder bei einer plötzlichen Abnahme der Belastung des Schweißgleichrichters ein zusätzlicher Strom-Sollwert auf den Eingang des Stromreglers geschaltet wird. Es wird also ein erhöhter Strom-Sollwert vorgetäuscht. Stattdessen kann aber auch ein niedrigerer Strom-Istwert vorgetäuscht ν rden. — Bei der bekannten Anordnung wird infolge des Integrationsgliedes s; indig ein zusätzlicher Strom-Sollwert dem Stromregler vorgeschoben, solange die Verbraucherspannung einen 3c (durch eine Zenerdiode vorgegebenen) Schwellwert überschreitet. Von Nachteil ist, daß diese Sollwertvorgabe einer Spannungsänderung nicht unverzögert folgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte steuerbare Stromversorgungsanlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen, die selbst von beliebigem Aufbau sein kann und einen Gleich- oder Wechselstrom abgibt, so auszugestalten, daß die geschilderten Schwierigkeiten behoben sind. Es soll also sowohl die erstmalige Zündung des Lichtbogens bei Betriebsbeginn als auch die Widerzündung natn Aufhebung eines Kurzschlusses mit Sicherheit gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbraucherspannung abgegriffen und einer besonderen ein Differenzierglied enthaltenden Zündhilfeschaltung zugeführt ist, welche bei einen sprunghaften Anstieg der Verbraucherspannung durch Sprnnungsdifferenzierung als Ausgangssignal eine differentielle Störgröße bildet, die auf den Stromregler des Regelkreises in dem Sinne zusätzlich aufgeschaltet ist, daß der Verbraucherstrom vergrößert wird.

Die differentielle Störgröße kann hierbei entweder zur Sollwerterhöhung oder aber zur Istwerter.iiedrigung dienen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Zündhilfeschaltung ein Grenzwertglied enthält, welches bei kleineren Sprüngen der Verbraucherspannung die Bildung der differentiellen Störgröße unterdrückt.

Das Grenzwertglied sorgt also dafür, daß nur dann, wenn die Verbraucherspannung über einen vorgesehenen Wert hinaus sprunghaft ansteigt, also praktisch nur im Falle der Zündung, eine differentielle Störgröße auf den Stromregler des Regelkreises gegeben wird.

Eine besonders einfach aufgebaute Ausgestaltung der Zündhilfeschaltung mit Grenzwertglied für einen mit Gleichstrom betriebenen Lichtbogen-Schmelzofen ergibt sich dadurch, daß die Verbraucherspannung an die Serienschaltung eines ersten Widerstandes mit einer Zenerdiode gelegt ist, wobei die Zenerspannung der Zenerdiode so gewählt ist, daß sie unter der Lichtbogenspannung liegt, und daß die Zenerdiode über die Reihenschaltung eines Kondensators mit einem zweiten Widerstand mit dem Stro.mregler verbunden ist. Wird der Lichtbogen-Schmelzofen mit Wechselstrom betrieben, so wird die Verbraucherspannung zunächst in einem Gleichrichter gleichgerichtet und dann an die erwähnte Serienschaltung der Zündhilfeschaltung gelegt.

In dieser Ausgestaltung stellt die genannte Serienschaltung einen Spannungsteiler dar, in welchem die Zenerdiode als Grenzwertglied wirkt Im Augenblick der Zündung wird die differentielle Störgröße mittels des Kondensators, der als Differenzierglied wirkt, gebildet und an den Stromregler weitergegeben. Kleinere Sprünge der Verbraucherspannung werden also unterdrückt. Der Kondensator wird vom Augenblick der Zündung an durch den Spannungsabfall an der Zenerdiode aufgeladen. Der impulsförmige Verschiebungsstrom des Kondensators wird dem Stromregler zugeleitet und wirkt dort als Korrekturgröße für den fest eingestellten Stromsollwert. Die veränderte Einstellung des Stromreglers bewirkt sehr schnell eine Erhöhung des Verbraucherstroms.

Damit der Kondensator nach dem Zünden wieder entladen werden kann, ist es zweckmäßig, wenn der Kondensator in Reihe mit einer Diode der Zenerdiode parallel geschaltet ist. In diesem Fall sollte der ohmsche Wert des ersten Widerstands wesentlich kleiner gewählt sein als der ohmsche Wert des zweiten Widerstands, z.B. um den Faktor 1000. Denn dann ist gewährleistet, daß die Aufladung des Kondensators über den ersten und zweiten Widerstand wesentlich langsamer vonstatten geht als im Kurzschlußfall die Entladung über den ersten Widerstand, die Kurzschlußstelle und die Diode. Mit anderen Worten: Die Zündhilfeschaltung ist nach einem Kurzschluß sehr schnell wieder betriebsbereit. - Die Zeitkonstante, die die Entladung des Kondensators bestimmt und die sich aus dem ohmschen Wert des ersten Widerstands und der Kapazität des Kondensators ergibt, sollte insbesondere kleiner als 100 μ5εα gewählt sein. Dieser Wert liegt unter der bei Lichtbogen-Schmelzöfen beobachteten mittleren Kurzschlußdauer.

Dem Eingang der Zündhilfeschaltung kann ein dritter Widerstand parallel geschaltet sein. Dessen ohmscher Wert sollte insbesondere hoch gewählt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine steuerbare Stromversorgungsanlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen mit Stromregelkreis und Zündhilfeschaltung in weitgehend prinzipieller Darstellung,

F i g. 2 den Verlauf der Verbrauchergleichspannung U in Abhängigkeit von der Zeit t bei Kurzschluß, beim erstmaligen Zünden und beim Widerzünden des Lichtbogens, und

F i g. 3 den entsprechenden zeitlichen Ablauf des Verbrauchergleichstroms / bei Anwendung der in Fig. 1 eingezeichneten Zündhilfeschaltung.

Fig. 1 zeigt eine steuerbare Stromversorgungsanlage für einen mit Gleichstrom betriebenen Lichtbogen-Schmelzofen. Es kann sich dabei um einen Lichtbogen-Vakuum- oder um einen Lichtbogen-Schutzgas-Schmelzofen, der z. B. mi; dem Schutzgas Argon

arbeitet, handeln. Der Lichtbogen-Schmelzofen umfaßt einen Tiegel 2, der als negative Elektrode dient, und einen Knüppel 3, hier einen Stahlknüppel, der als positive Elektrode verwendet wird. Die im Laufe des Schmelzvorgangs im Tiegel 2 aufgefangene Schmelze ist mit 4 bezeichnet. Ein eingezeichneter Abschluß 5 mit Pumpanschluß deutet schematisch an, daß der Innenraum des Tiegels 2 vor dem Zutritt von Außenluft geschützt ist.

Die steuerbare Stromversorgungsanlage umfaßt bei _T0 der dargestellten Ausführungsform einen mit steuerbaren Halbleiterventilen, insbesondere mit Thyristoren bestückten Drehstromsteller 6, der über einen Schalter 7 an ein Drehstromnetz 8 mit den Phasen R, S. T angeschlossen ist, sowie einen Gleichrichter 9 mit ,₅ ungesteuerten Ventilen in Drehstrombrückenschaliiing, der über einen Übertrager 10 mit dem Drehstromsteller 6 verbunden ist. Die Stromversorgungsanlage ist beispielsweise für einen Verbrauchergleichstrom / = 20 kA und eine Leerlauf-Verbrauchergleichspannung U =70 V ausgelegt. — Als Stromversorgungsanlage kann in Verbindung mit der Erfindung — abweichend von der Darstellung — jede beliebige bei Schmelzofen übliche steuerbare Anlage vorgesehen sein, also beispielsweise auch eine Stromversorgungsanlage mit Thyristoren in Drehstrom-Doppelsternschaltung.

Im Gleichstromkreis des Gleichrichters 9 ist eine Glättungsdrosssel 11 angeordnet. Die positive Verbindungsleitung des Gleichrichters 9 führt über diese Glättungsdrossel 11 und über einen ohmschen Meß- _J0 widerstand 12 an die positive Ausgangsklemme 13. Der ohmsche Meßwiderstand 12 ist als Meßglied zur Erfassung des Istwerts des Verbrauchergleichstroms / vorgesehen. Die negative Verbindungsleitung des Gleichrichters 9 führt zur negativen Ausgangsklemme 14, welche an Masse gelegt sein kann. Die positive Ausgangsklemme 13 ist elektrisch leitend mit dem Knüppel 3 und die negative Ausgangsklemme 14 ist elektrisch leitend mit dem Tiegel 2 verbunden.

Zur Regelung des Verbrauchergleichstroms / ist ein üblicher Stromregelkreis vorgesehen. Der am Meßwiderstand 12 abgegriffene Spannungsabfall wird einem Meßumformer 15 zugeführt, welcher einen entsprechenden Stromistwert I₁ an den ersten Eingang eines allgemein mit 16 bezeichneten Stromreglers abgibt. Als ^₅ Stromregler 16 ist ein PI-Regier, z. B. in integrierter Bautechnik vorgesehen. Sein Vergleichsglied ist mit 17 und sein Verstärker ist mit 18 bezeichnet. Dem zweiten Eingang des Stromreglers 16 ist am Vergleichsglied 17 ein einstellbarer Stromsollwert 1* zugeführt. Dieser ist an einem als Pontentiometer dargestellten Stromsollwertgeber 19 abgegriffen. Der Stromsollwert Γ kann im Laufe eines Schmelzvorganges mittels eines Motors 20 durch einen (nicht dargestellten) Zeitplangeber verändert werden. Mit anderen Worten: Der Stromsollwert Γ ist programmgesteuert und durch diesen Zeitplangeber vorgegeben.

Der Stromregler 18 liefert an einen nachgeschalteten Steuersatz 21 ein Eingangssignal, welches ein Maß für die ermittelte Regelabweichung (I* — l\) ist Der Steuersatz 21 ist über Steuerleitungen mit den steuerbaren Halbleiterventilen des Drehstromstellers 6 verbunden. Der Übersichtlichkeit wegen ist lediglich eine einzige Steuerleitung eingezeichnet Der Steuersatz 21 gibt Ober diese Steuerleitungen in Abhängigkeit von der Regelabweichung (Γ~Ι\) Steuerimpulse an die einzelnen steuerbaren Halbleiterventile. Das vom Stromregler 16 gelieferte Eingangssignal des Steuersatzes 21 bestimmt somit den Steuerwinkel des Drehstromstellers 6. Der Stromregelkreis sorgt dafür, daß die Regelabweichung (Γ—1\) auf dem Wert Null gehalten wird, d. h. daß der zeitliche Mittelwert des über die Glättungsdrossel 11, den Meßwiderstand 12 und über den Lichtbogen-Schmelzofen fließenden Verbrauchergleichstroms / konstant gehalten wird, und zwar unabhängig von der Belastung und von Schwankungen des Drehstromnetzes 8.

Zu Beginn eines Schmelzvorganges wird bei leerem Tiegel 2 der Knüppel 3 bis zum Berühren des Tiegels 2 hinuntergefahren. Dadurch wird der Gleichstromkreis des Gleichrichters 9 kurzgeschlossen. Nach Zuschalten der Stromversorgung über den Schalter 7 fließt im Gleichstromkreis als Verbrauchergleichstrom ein Kurzschlußstrom, der im allgemeinen nicht höher als 1 bis 2 kA sein sollte, um den Tiegel 2 nicht zu beschädigen, öffnet man nun den Kurzschlußkreis durch Anheben des Knüppels 3, so erzeugt der plötzlich zwischen den Ausgangsklemmen 13, 14 fließende Strom einen Lichtbogen, der zwischen dem Stahlknüppel 3 und dem Tiegel 2 und später zwischen dem Stahlknüppel 3 und der entstandenen Schmelze 4 brennt. Der Strom bringt das Schmelzgut Stahl zum Schmelzen.

Messungen haben ergeben, daß die Lichtbogenspannung in einem solchen Lichtbogen-Vakuum-Schmelzofen fast unabhängig von der Lichtbogenlänge und nahezu unabhängig vom Lichtbogenstrom etwa 22 V beträgt. Der Lichtbogenstrom liegt etwa im Bereich zwischen 1 und 15 kA. Diese Messungen der Lichtbogenspannung beziehen sich auf das Zünden, die anschließende Lichtbogenverlängerung durch Abheben des Knüppels 3, das darauf folgende Senken des Knüppels 3 auf die Schmelze 4 bis hin zum Kurzschluß. Bei Lichtbogen-Schutzgas-Schmelzöfen, die mit Argon als Schutzgas arbeiten, ist die Lichtbogenspannung ebenfalls weitgehend konstant. Sie beträgt etwa 35 bis 40 V. Deswegen kann man davon ausgehen, daß die im Lichtbogen umgesetzte Energie dem Schmelzstrom proportional ist.

Der Lichtbogen-Betrieb erfordert einen nur relativ langsamen Stromregeikrcis. Soll aber der Lichtbogen gezündet werden, treten dadurch Probleme auf. die im folgenden am Beispiel eines Lichtbogen-Vakuum-Schmelzofens näher erläutert werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß zu Beginn des Schmelzvorganges der aus Stahl bestehende Knüppel 3 bis zum Berühren des Tiegels 2 hinuntergefahren wird. Über die Kurzschlußstelle fließt als Verbraucherstrom J ein Kurzschlußstrom, dessen Wert durch die Einstellung am Stromsollwertgeber 19 auf einen Betrag von 1 bis 2 kA begrenzt ist. Bei diesem niedrigen Kurzschlußstrom beträgt der Steuerwinkel für die steuerbaren Halbleiterventile der Stromversorgungsanlage etwa 100° el. Die Verbrauchergleichspannung U zwischen der Ausgangsklemmen 13 und 14 ist praktisch Null. Wird nun der Knüppel 3 angehoben, so wird der Lichtboger gezündet, und die Verbrauchergleichspannung L zwischen den Ausgangsklemmen 13 und 14 springt aul den Wert der Lichtbogenspannung von ca. 22 V. Ohm daß ein Lichtbogenstrom / fließt würde dadurch schor ein Steuerwinkel von ca. 80° el erforderlich sein. Da: bedeutet daß der Stromregler 16 das Eingangssigna des Steuersatzes 21 schlagartig so ändern müßte, daü der Steuerwinkel sofort von 100° el auf 80° el springer müßte. Da der Stromregler 16 aber bei normalen Lichtbogenbetrieb aus Stabilitätsgründen des Lichtbo gens langsam sein muß, verlischt der Lichtbogen wieder

Ein Lichtbogenbetrieb mit einem langsamen Stromregelkreis ist daher nicht möglich.

Mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen Zündhilfeschaltung 24, die auf einer differentiellen limitierten Störgrößenaufschaltung beruht, lassen sich die angeführten Zündprobleme einwandfrei lösen. Mit dieser Zündhilfeschaltung 24 erreicht man sogar, wie aus F i g. 3 hervorgeht, eine Erhöhung des Verbrauchergleichstroms /zum Zünden des Lichtbogens.

Aus F i g. 1 ergibt sich, daß in der Zündhilfeschaltung 24 die Verbrauchergleichspannung U an die Serienschaltung eines ersten Widerstands 25 mit einer Zenerdiode 26 gelegt ist. Der erste Widerstand 25 und die Zenerdiode 26 bilden zusammen einen Spannungsteiler. Die Zenerspannung u _z der Zenderdiode 26 ist so gewählt, daß sie unter der Lichtbogenspannung üb liegt, vergl. auch F i g. 2. Die Lichtbogenspannung beträgt, wie bereits erwähnt, in einem Lichtbogen-Vakuum-Schmelzofen etwa 22 V. In diesem Fall könnte die Zenerspannung u, beispielsweise bei 10 V liegen. Der erste Widerstand 25 und die Zenerdiode 26 können prinzipiell auch vertauscht werden, doch hat die dargestellte Reihenfolge den Vorzug, daß die negative Anschlußleitung 27 an Masse gelegt werden kann.

Parallel zur Zenerdiode 26 ist die Reihenschaltung eines Kondensators 28 mit einer Diode 29 angeordnet. Die Diode 29 ist für eine schnelle Entladung des in der eingezeichneten Weise aufgeladenen Kondensators 28 über eine Kurzschlußstelle zwischen den Ausgangsklemmen 13, 14 vorgesehen. Die Diode 29 ist hier mit ihrer Anode an die negative Anschlußleitung 27 angeschlossen. Werden Kondensator 28 und Diode 29 in ihrer Reihenfolge vertauscht, so muß die Diode 29 gleichfalls so gepolt sein, daß sich der von der Zenerdiode 26 aufgeladene Kondensator 28 bei Kurzschluß im Schmelzofen über die Kurzschlußstelle und die Diode 29 entladen kann. An der Verbindungsstelle zwischen Kondensator 28 und Diode 29 ist das eine Ende eines zweiten Widerstands 30 angeschlossen. Dieser Widerstand 30 liegt mit seinem anderen Ende an einer positiven Anschlußklemme 31. Es ergibt sich somit zwischen der positiven Ausgangsklemme 13 und der Anschlußklemme 31 eine Reihenschaltung von erstem Widerstand 25, Kondensator 28 und zweitem Widerstand 30. Der Kondensator 28 und der zweite Widerstand 30 bilden dabei ein Differenzierglied. Die Anschlußklemmen 31,32 der Zündhilfeschaltung 24 sind mit einem Zusatzeingang des Stromreglers 16 verbunden, was durch die Verbindungsleitung 33 angedeutet ist. Dem Eingang der Zündhilfeschaltung 24 kann ein hochohmiger dritter Widerstand 34 parallel geschaltet sein.

Im vorliegenden Fall ist die Zeitkonstante Γι, die sich gemäß Ti = Ri · C aus dem ohmschen Wert R\ des ersten Widerstands 25 und der Kapazität C des Kondensators 28 ergibt, kleiner als ΙΟΟμβεα gewählt Bei einer Kapazität C= 0,5 μΡ und einem ohmschen Wert Ai = 100 Ohm ergibt sich eine Zeitkonstante Ti=50usec. Weiterhin ist der ohmsche Wert Äi des ersten Widerstands 25 wesentlich kleiner gewählt als der ohmsche Wert R₂ des zweiten Widerstands 30. Daraus ergibt sich, daß die für den Entladevorgang des Kondensators 28 verantwortliche Zeitkonstante 7"ι = Λι · C wesentlich kleiner ist als die für den Aufladevorgang verantwortliche Zeitkonstante T₂=R₂ · C Der ohmsche Wert des zweiten Widerstands 30 kann beispielsweise 100 kOhm betragen. Der Kondensator 28 wird somit um den Faktor 10³ langsamer aufgeladen als entladen.

Die F i g. 2 und 3 zeigen den Verlauf der Verbrauchergleichspannung U bzw. des Verbrauchergleichstroms / in Abhängigkeit von der Zeit t.

Zum Zeitpunkt fo berührt der Knüppel 3 den Tiegel 2. Die Verbrauchergleichspannung U ist Null, und über die Kontaktstelle fließt als Verbrauchergleichstrom /ein Kurzschlußstrom in Höhe von z. B. 2 kA, welcher dem am Stromsollwertgeber 19 eingestellten Stromsollwert

ίο I* entspricht.

Im Zeitpunkt t\ wird der Lichtbogen durch Trennen des Knüppels 3 vom Tiegel 2 gezündet. Die Verbrauchergleichspannung U springt sofort auf die Lichtbogenspannung u b, welche z. B. beim Lichtbogen im Vakuum etwa 22 V beträgt. Das Zünden ist also mit einem sprunghaften Anstieg der Verbrauchergleichspannung U verbunden. Die Lichtbogenspannung u\, liegt auch am dritten Widerstand 34, also am Eingang der Zündhilfeschaltung 24 an. An der Zenerdiode 26 des Spannungsteilers 25,26 besteht dabei eine Spannung u _z (F i g. 2), weiche im weiteren Verlauf der Zeit t unabhängig von den in F i g. 2 eingezeichneten Schwankungen der Lichtbogenspannung üb ist. Die Zenerdiode 26 ist als Grenzwertglied anzusehen, welches erst dann ein Signal weitergibt, wenn die Verbraucherspannung U einen durch die Zenerspannung u_z bestimmten Grenzwert überschreitet.

Durch die an der Zenerdiode 26 abfallende zeitlich konstante Zenerspannung u _z wird der Kondensator 28 vom Zeitpunkt t \ an entsprechend der Zeitkonstanten T₂-R₂ ■ C mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen. Über das Differerizierglied 28, 30 fließt dabei ein Verschiebungsstromstoß, welcher dem Stromregler 16 als differentielle Störgröße /d zugeführt wird.

Dieser Stromstoß kann als Stromsollwertstoß oder Stromistwertstoß angesehen werden; er steuert vom Zündzeitpunkt 11 an den Stromregler 16 entsprechend der P-Verstärkung auf, woraus sich wiederum eine entsprechende Steuerwinkeländerung ergibt. Dadurch ist die in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnete Zu- und Abnahme des Verbrauchergieichstroms /, also die Zu- und Abnahme des Lichtbogenstroms zu erklären. Der Stromregler 16 ist ohne Zündhilfeschaltung 24 zu langsam, um beim Sprung der Verbrauchergleichspannung U zum Zündzeitpunkt t\ den Lichtbogenstrom nachzuführen.

Vom Zündzeitpunkt fi bis zum Zeitpunkt t₂ bleibt nach F i g. 2 die Lichtbogenspannung u b erhalten. Der Verbrauchergleichstrom 7 geht nach F i g. 3 im Verlaufe

dieser Zeitspanne i, bis t₂ auf den Wert des Kurzschlußstroms zurück, da der am Stromsollwertgeber 19 eingestellte Stromsollwert Γ nicht geändert wurde. Im Lauf der weiteren Zeit r kann der /' mittels des (nicht dargestellten) Zeitplangebers hochgefahren werden.

Im Schmelzbetrieb treten häufig Kurzschlüsse auf. Ein solcher Kurzschluß ist in den Fig.2 und 3 zum Zeitpunkt t₂ angenommen worden. Es wurde weiter angenommen, daß dieser Kurzschluß nur von kurzer Dauer ist und noch vor dem Zeitpunkt {3 wieder aufgehoben ist

Beim Eintreten des Kurzschlusses vom Zeitpunkt t₂ geht die Verbrauchergleichspannung U auf den Wert Null zurück, und der Verbrauchergleichstrom / erfährt

⁶S wegen der Glättungsdrossel 11 eine kurzzeitige Erhöhung. Die dargestellte Zündhilfeschaltung 24 gewährleistet nun, daß bereits wieder zum Zeitpunkt t 3, z.B. nach lOOusec gezündet werden kann. Vom

Kurzschlußzeitpunkt /2 an wird der Kondensator 28 nämlich sehr schnell über den ersten Widerstand 25, die Kurzschlußstelle zwischen den Ausgangsklemmen 13, 14, die Verbindungsleitung 27 und die Diode 29 entladen. Die Entladung findet mit der durch die Bemessung des ersten Widerstands 25 und des Kondensators 28 gewählten Zeitkonstanten T\ praktisch innerhalb von 50 μβεΰ statt. Es wurde ja bereits erwähnt, daß die Zeitkonstante T\ im Entladekreis erheblich kürzer ist

10

als die Zeitkonstante 7" 2 im Aufladekreis. Dadurch ist die Zündhilfeschaltung 24 innerhalb von 50 μϊεΰ, also sehr schnell nach Auftreten des Kurzschlusses zum Zeitpunkt 12, für eine Wiederzündung zum Zeitpunkt / 3 bereit.

Die Wiederzündung zum Zeitpunkt t₃ erfolgt entsprechend der erstmaligen Zündung zum Zeitpunkt f ι.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Steuerbare Stromversorgungsanlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen mit einem Regelkreis zur Regelung des Verbraucherstroms, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucherspannung (U) abgegriffen und einer besonderen, ein Differenzierglied (28, 30) enthaltenden Zündhilfeschaltung (24) zugeführt ist, welche bei einem sprunghaften Anstieg der Verbraucherspannung (U) durch Spannungsdifferenzierung als Ausgangssignal eine differentielle Störgröße (l_c) bildet, d₍e auf den Stromregler (16) des Regelkreises in dem Sinne zusätzlich aufgeschaltet ist, daß der Verbraucherstrom (I) vergrößert wird.

2. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfeschaltung (24) ein Grenzwertglied (26) enthält, welches bei kleineren Sprüngen der Verbraucherspannung (U)die Bildung der differentiaien Störgröße (Ii) unterdrückt

3. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucherspannung (U) an die Serienschaltung eines ersten Widerstands (25) mit einer Zenerdiode (26) gelegt ist, wobei die Zenerspannung (U₁) der Zenerdiode (26) so gewählt ist, daß sie unter der Lichtbogenspannung (u t,) liegt, und daß die Zenerdiode (26) über die Reihenschaltung eines Kondensators (28) mit einem zweiten Widerstand (30) mit dem Stromregler (16) verbunden ist.

4. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (28) in Reihe mit einer Diode (29) der Zenerdiode (26) parallel geschaltet ist.

5. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Wert des ersten Widerstands (25) wesentlich kleiner gewählt ist als der ohmsche Wert des zweiten Widerstands (30).

6. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante (T]), die sich aus dem ohmschen Wert des ersten Widerstands (25) und der Kapazität des Kondensators (28) ergibt, kleiner als 100 μεεο gewählt ist.

7. Steuerbare Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der Zündhilfeschaltung (24) ein dritter Widerstand (34) parallel geschaltet ist.