DE2449617A1

DE2449617A1 - Einrichtung zur leistungssteuerung in einem elektrischen energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE2449617A1
Application number: DE19742449617
Authority: DE
Inventors: Toshio Nanjyo; Shozo Yasukawa
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1975-11-06
Also published as: AU475441B2; AU7400274A; US3952138A; JPS50140835A; JPS5414745B2; SE7413102L; FR2269833B1; IT1030716B; FR2269833A1; CA1056887A; BR7408663A; GB1456803A

Description

15.189 30/ei

PATENTANWALT k
Or. m. jiaf. DIiITfS LOl'IS
Dipl-Vbys. CLAUS WhILAXJ
»ipL-lng, FXANZ LOHKEjVTZ
8SOO NDRNB

Firma ISHIKAWAJIMA-HARIMA JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, ■ Tokio / Japan

Einrichtung zur Leistungssteuerung in einem elektrischen Energieversorgungssystem

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leistungssteuerung in einem elektrischen Energieversorgungssystem, bei dem wenigstens eine unabhängige, Energie erzeugende Einheit mechanisch mit einem elektrischen Heizelement als Verbraucher eines Lichtbogen-Ofens, eines elektrischen Frischofens od. dgl. gekoppelt ist. Dabei sollen· mit einer Einrichtung nach der Erfindung die nachteiligen Effekte auf andere Verbraucher oder sonstige Installationseinheiten vermieden werden, die auf die plötzliche Veränderung der Last bzw. Belastung eines Ofens in einem so weiten Bereich wie zwischen O und

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200 % zurückzuführen sind. Weiterhin soll eine beachtliche Verbesserung in der Eigenstabilität des Lichtbogens oder des elektrischen Heizelementes als Verbraucher erreicht werden, um die. Belastung eines Primärantriebes in der unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit gleichmässig zu gestalten und so eine wirksame Leistungssteuerung bzw. -regelung für den Lichtbogen- oder Frischofen in Abhängigkeit von seinen Betriebsbedingungen zu .erreichen.

Allgemein wird ein elektrischer Lichtbogen-Ofen mit Energie von einem gemeinsamen Energieversorgungssystem versorgt, welches auch für die Energieversorgung anderer Maschinen, Ausrüstungsgegenstände und Geräte, beispielsweise für Beleuchtungssysteme, Rechner od. dgl., dient. Aus diesem Grunde erzeugt die Spannungsveränderung bzw. das Flackern, das von der Veränderung der Last des Lichtbogen-Ofens hervorgerufen ist, äussere Störungen bezüglich der anderen Verbraucher oder Einrichtungen. Um dieses Problem wirtschaftlich zu überwinden, wurde lange Zelt bei der Installation von elektrischen Lichtbogen-Öfen oder Frischöfen verlangt, dass deren Stromversorgung über eine unabhängige, Energie erzeugende Einheit bzw. Einheiten erfolgten sollte.

In einem Energieversorgungssystem, das eine Energie erzeugende Einheit/, die unabhängig von einem allgemein zur Veraufweist

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fügung*stehenden Energieversorgungssystem installiert ist, für ein Kleinwalzwerk od. dgl» mit einem elektrischen Lichtbogen-Ofen, einer kontinuierlichen Giessanlage und einem Stab-Walzstand zur kontinuierlichen Erzeugung von Stahlstäben od. dgl. aus Rohmaterial, "beispielsweise Abfällen, ändert sich die Last des Lichtbogen-Ofens plötzlich über einen grossen Bereich, der sich von 0 bis 200 % erstreckt. Um daher die Änderung der anderen Geräten zugeführten Spannung in einem Bereich von 5 bis 10 % zu halten, muss die Bemessung des Generators in der unabhängigen,Energie erzeugenden Einheit so gewählt werden, dass sie grosser ist als die von dem Kleinwalzwerk benötigte Leistung. Dies hat zur Folge, dass sowohl die Installationskosten als auch die auf den Verbrauch bzw. die Leistung zurückzuführenden Kosten erhöht werden, so dass es in der Praxis nicht günstig ist, ein eigenes bzw. unabhängiges Energieversorgungssystem für eine Anlage mit sehr kleiner Kapazität vorzusehen.

Gamäss der Erfindung· wird nun eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass zur Leistungssteuerung die Kennwerte wenigstens eines Generators in der mindestens einen unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Ofens einstellbar sind.

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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn dabei eine sättigbare Reaktanz jeweils zwischen die unabhängige, Energie erzeugende Einheit und das elektrische Heizelement zur Leistungsregelung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Ofens eingeschaltet ist.

Erfindungsgemäss wird also unter Berücksichtigung der vorstehenden Erläuterungen ein elektrischer Lichtbogen- oder Frischoi'en mit Energie von einer unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit bzw. solchen Einheiten versorgt, die unabhängig von anderen EnergieVersorgungssystemen für weitere Anlagen, Ausrüstungen oder Geräte installiert ist. Darüberhinaus können die Generatorspannung und die eigentümlichen oder grundsätzlichen Kennwerte eines Lichtbogen-Ofens in idealer Weise abhängig von den Betriebsbedingungen des Ofens eingestellt werden. Weiter kann die Arbeitsleistung bzw. Wirtschaftlichkeit eines elektrischen Lichtbogen-Ofens beachtlich verbessert und dessen zuverlässiges und stabiles Arbeiten gewährleistet werden, ohne dass die Bemessung oder Kapazität der unabhängigen bzw. privaten Energie erzeugenden Einheit vergrössert werden müssten.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung sowie aus den

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weiteren Ansprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung ist auf Vorteile des Erfindungsgegenstandes, die sich für den Fachmann aufgrund des Standes der Technik ergeben, nicht besonders hingewiesen. Sie sind Jedoch ebenfalls der Erfindung zuzurechnen.

In der Zeichnung stellen dar:

Figuren 1,

und 3 in scheraatischer Ansicht drei verschiedene

Ausführungsformen von Systemen gemäss der Erfindung;

Figur 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Lichtbogen-Strom und dem Spannungsabfall;

Figur 5 in graphischer Darstellung das Verhältnis

zwischen dem Laststrom und dem Spannungsabfall an den Anschlüssen einer sättigbaren Reaktanz, wie sie erfindungsgeinäss Anwendung finden kann, und

Figur 6 in graphischer Darstellung die Belastungsspannungs-Kennlinien eines elektrischen Lichtbogen-Ofens,

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In der Zeichnung werden in sämtlichen Figuren für gleiche bzw. vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Erstes Ausführungsbeispiel, Figur 1;

Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist mit 1 ein Primärantrieb, beispielsweise ein Dieselmotor, eine Gas- oder Dampfturbine od. dgl., bezeichnet. Ein Dreiphasen-Wechselstrom-Generator 2 ist mechanisch und direkt mit dem Primärantrieb 1 gekoppelt und bildet mit diesem zusammen eine eigene bzw. unabhängige, Energie erzeugende Einheit. 3 bezeichneten einen elektrischen Lichtbogen-Ofen, d.h. eine elektrische Heiz-Last. In diesem Ofen 3 ist ein Elektrode k angeordnet. 5 ist ein Impedanz anpassender Lichtbogen-Ofen-Transformator. Mit 6 ist ein automatischer Spannungsregler zur Aufrechterhaltung einer konstanten Generatorspannung, die vom Generator 2 erzeugt wird, bezeichnet. An dem Lichtbogen-Ofen 3 ist ein Detektor 7 angebracht, der die Arbeitsbedingungen des Ofens 3 abfühlt. Bei X_ß handelt es sich um die innere Reaktanz des Generators 2. i„ ist der Erregerstrom. Mit Xm ist die innere Reaktanz des Transformators 5 bezeichnet, während Xp eine Reaktanz des Lichtbogen-Ofens 3 darstellt. Die Ausgangsspannung des Generators 2 ist Vq. An die Elektrode 4 wird eine Spannung V"_E angelegt. Das von

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dem Lichtbogen-Ofen 3 abgehende Steuer- bzw. Regelsignal ist mit S bezeichnet.

Die optimale Leistungsregelung.des Lichtbogen-Ofens 3 hängt von der Eingangsspannung, dem Energieverbrauch, dem Leistungsfaktor, der Geschwindigkeit (°C/min) des Temperaturanstieges an einer Stelle der Ofenwand gegenüber der Elektrode 4, der Temperatur des schmelzflüssigen Bades, dem Elektrodenstrom, der Spannung zwischen Elektrode und Erde usw., ab. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Betriebsbedingungen des Lichtbogen-Ofens 3 in Abhängigkeit von den vorerwähnten Faktoren bzw. Kriterien bestimmt werden, so dass die Generatorspannung VC=K^n) eingestellt werden kann, indem man die Flussdichte d) durch Regelung des Erregerstromes i~ einstellt, der erheblich kleiner hinsichtlich der Grössenordnung als die Generatorspannung V ist. Weiterhin kann die Generatorspannung V durch den automatischen Spannungsregler 6 (der beliebig und üblich ausgebildet sein kann) konstant gehalten werden. Infolgedessen lässt sich eine optimale Leistungsregelung bzw. -steuerung für den Lichtbogen-Ofen 3 in einer sehr einfachen, jedoch sehr wirksamen Weise erreichen. Die Spannungsregelung bzw. -einstellung mittels des Transformators 5 wird nicht langer benötigt, so dass seine Unterhaltung entfallen kann.

Um eine optimale Regelung der Leistungsversorgung für den

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Lichtbogen-Ofen zu erreichen, muss die optimale Wechselspannungsfrequenz f der Generatorspannung in Abhängigkeit von den Belastungs-Kennwerten des Lichtbogen-Ofens 3» den elektrischen und thermischen Eigenschaften der Elektrode 4 usw., gewählt werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die günstigste Zahl von Polen ρ des Generators 2 und die Arbeitsgeschwindigkeit η des Primärantriebes 1 in Abhängigkeit von der Beziehung

f = p,n/60

innerhalb der Grenzen zu wählen, die durch die Erhöhung der Installationskosten der eigenen Energieversorgungseinrichtung und einer Transformatorstation gegeben sind. Auf diese Weise können die eigenen und grundsätzlichen Kennwerte des Lichtbogen-Ofens 3 und die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Elektrode 4 beachtlich verbessert werden zur optimalen Energieversorgungs-Steuerung des Lichtbogen-Ofens 3 in Abhängigkeit von seinen Betriebsbedingungen.

Da die Energie erzeugende Einheit, die aus dem Primärantrieb 1 und dem Generator 2 besteht, unabhängig von anderen Energie erzeugenden oder zuführenden Einheiten installiert ist, kann die Bemessung des Generators 2 auf eine Grosse reduziert werden, die lediglich ausreicht, um der Lichtbogen-Ofen-Last zu entsprechen. In diesem Falle erhöht sich die innere Reak-

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tanz X_G um etwa 25 % und wirkt als Puffer-Reaktanzglied, so dass die BelastungsSchwankungen des Lichtbogen-Ofens 3 stabilisiert werden können. ' -

Zweites Ausführungsbeispiel, Figur 2:

Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird die Energieversorgung für Jede Elektrode 4 unabhängig von der Jeweils anderen Elektrode in Abhängigkeit von verschiedenen Arbeitsbedingungen des Lichtbogen-Ofens geregelt. Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von dem Verhältnis, der Lage usw., zwischen der Spitze jeder Elektrode und der Füllung, beispielsweise Abfällen oder Schrott, die im allgemeinen nicht gleichmässig in dem Lichtbogen-Ofen 3 verteilt ist, die Energieversorgung derart geregelt wird, dass optimale Lichtbogen-Verhältnisse zwischen den Elektroden 4 und der Ofenfüllung erzeugt werden. Auf die Weise kann die thermische Wirksamkeit bzw. der thermische Wirkungsgrad beachtlich verbessert werden.. Die Abnutzung und der Abrieb von feuerfesten Teilen kann auf ein Minimum reduziert werden mit einer entsprechenden Verminderung der Zahl erforderlicher Reparaturen an der Auskleidung, so dass sich eine Arbeitsersparnis erreichen lässt.

Bei der Ausführungsform der Figur 2 wird die Energie jeder

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Elektrode 4 von einer unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit zugeführt, die aus einem Primärantrieb 1, einem Einphasen-Generator 2' und der automatischen Spannungsregelung 6 besteht, und zwar über den Lichtbogen-Ofen-Transformator 5 und einen Strom-Unterbrecher 8. In Abhängigkeit von dem Regelungssignal von jeder der Elektroden 4 wird der Erregerstrom i^ jedes Generators 2¹ so gesteuert, dass in stufenloser Weise die Flussdichte A) derart verändert wird, dass eine optimale Lichtbogen-Spannung an jede Elektrode 4 angelegt wird. Weiterhin wird abhängig von dem Regelsignal die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl jedes Generators ebenfalls verändert, um die optimale Generatorspannung V (und Frequenz f=p.n/60) zu erreichen. Auf diese Weise kann die Reaktanz X = 27TfL in optimaler Weise für jede Elektrode 4 geregelt werden. Dies bedeutet, dass ansprechend auf die Arbeits- oder Lichtbogen-Bedingungen jeder Elektrode 4 die Erregung jedes Generators 2¹ (in der Grb'ssenordnung von 50 kW) gesteuert wird, um so die Lichtbogen-Leistung zu steuern (die in der Grössenordnung von 50.000 kW liegt). Dies bedeudet mit anderen Worten, dass über die Steuerung bzw. Regelung der Erregerleistung eine etwa 1.000 mal so grosse Leistung bzw. Energie gesteuert werden kann. Dies hat zur Folge, dass der Lichtbogen-Ofen-Transformator 5 nur zur Impedanz-Anpassung, nicht jedoch zur Spannungsregelung wie bei den Systemen gemäss dem Stand der Technik, verwendet wird. Infolge-

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dessen kann der Lichtbogen-Ofen-Transformator einfach aufgebaut werden, so dass keine Wartung bzw. Unterhaltung erforderlieh ist.

Es soll nun das Leistungssteuersystem der Erfindung zusammen mit Steuersystemen gemäss dem Stand der Technik zum Zwecke des Vergleiches beschrieben werden. Gemäss der Erfindung wird der Generator so bemessen, dass er im wesentlichen der Last der elektrischen Heizung bzw. des Lichtbogens angepasst ist. Die^!interene Reaktanz X_n des Generators ist 3 bis 5 mal so hoch wie die bei Systemen gemäss dem Stand der Technik. Infolgedessen sind die Installationskosten im Vergleich zum Stand der Technik niedrig. Darüberhinaus kann der Generator eine äquivalente Impedanz von etwa 25 bis 30 % haben. Als Folge davon kann die eigentümliche Lichtbogen-Kennlinie, die, wie aus Figur 4 ersichtlich ist, abfällt bzw. neagtiv verläuft, so modifiziert werden, dass sie einen positiven Kennlinienverlauf erhält, wie dies in der gleichen Figur gezeigt ist, und wie dies bei Steuer- bzw. Regelsystemen gemäss dem Stand der Technik der Fall ist, die ein Puffer-Reaktanzglied aufweisen. Infolgedessen kann die Eigenstabilität beachtlich verbessert werden, während die Veränderungen bezüglich der Last oder Energieaufnähme des Generators vermindert werden können, so dass die Stabilität beim Arbeiten des Primärantriebes beachtlich verbessert werden kann. Die Verminderung

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der internen Impedanz des Generators kann ausreichend und leicht dadurch kompensiert werden, dass eine entsprechende Zeitkonstante gewählt wird und dass der Erregerstrom entsprechend den Erfordernissen eingestellt wird, ohne die Lichtbogen-Stabilität nachträglich zu beeinflussen.

Bei einem Lichtbogen-Ofen gemäss dem Stand der Technik, der von einer allgemein zur Verfügung stehenden Energiequelle, z.B, dem öffentlichen lMetz, abhängig 1st, ist die Frequenz entweder auf 50 oder 60 Hz festgelegt. Darüberhinaus ist die Induktanz Lp, die die Reaktanz X^ = 2"/TfLp in einem Lichtbogen-Ofen-Kreis bestimmt, hauptsächlich und einzig abhängig von der geometrischen Anordnung der Sekundärwicklungen und der Elektroden. Infolgedessen verändert sich die Reaktanz grob über einen grossen Bereich für jede Elektrode. Gemäss der Erfindung ist jedoch eine unabhängige, Energie erzeugende Einheit für jede Elektrode vorgesehen. Die Generatorspannung V (= K φ η) wird durch Regelung der Flussdichte (ψ gesteuert und die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Primärantriebes, der mechanisch mit dem Generator gedoppelt ist, wird innerhalb eines vorbestimmten Bereiches in Abhängigkeit von der Veränderung des Leistungsfaktors, des Elektrodenpotentials, des Stromes, der Spannung usw., geregelt. Auf diese Weise lässt sich die optimale Reaktanz eines Lichtbogen-Ofen -Kreises erhalten, so dass die Bogen-Ubertragungs-

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leistung "beachtlich verbessert werden kann, die Abnutzung der feuerfesten Auskleidung des Lichtbogen-Ofens auf ein Minimum sich vermindern lässt, und ein gleichmässiges und rasches Schmelzen bzw. Erhitzen erreicht werden kann. Darüberhlnaus kann gemäss der Erfindung die optimale Frequenz hinsichtlich des Durchmessers und des Eigenwiderstandes jeder zu verwendenden Elektrode gewählt werden, so dass Stromkonzentrationen an der Oberfläche der Elektrode infolge des sogenannten Skin-Effektes wirksam verhindert werden können, die tatsächliche Strom-Belastbarkeit der Elektrode erhöht werden kann, der Verbrauch infolge Oxidation der Elektrode sich auf ein Minimum senken lässt und das Verhältnis der Elektroden-Kosten zu den gesamten Betriebs-Kosten sich vermindern lässt.

Es sei weiter noch darauf hingewiesen, dass das Frequenzumwandlung^ system gemäss der Erfindung vollständig das Problem der Grenzen lösen kann, die sich infolge der Reaktanz Xp und des Skin-Effektes der Elektroden bei Speisung eines ausserordentlich grosse Abmessungen besitzenden, extremen Hochleistungs-Lichbogen-Ofens ergeben, der in Verbindung mit der Eisen- und Stahlproduktion unter Verwendung von IMuklearenergie zum Einsatz kommen kann.

Drittes Ausführungsbeispiel, Figur 3?

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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel, das in Figur 5 gezeigt ist, ist eine sättigbare Reaktanz 10 zwischen den Generator 2 und den Lichtbogen-Ofen-Transformator 5 eingeschaltet. Der Detektor 7 für die Ofenbedingungen ist mit dem automatischen Spannungsregler .6 über ein automatisches Regelglied, beispielsweise einen sogenannten ¹¹IMAMIC" gekoppelt, das in der Lage ist, die optimale Leistung in Abhängigkeit von den Ofenbetriebsbedingungen zu regeln. Der automatische Regler 11 ist auch mit einer Einrichtung 12 zur automatischen Steuerung der Eigenschaften der sättigbaren Reaktanz 10 verbunden. Auf diese Weise kann der Lichtbogen-Strom, der das Bestreben hat, sich mit fortschreitender Erhitzung zu ändern, stets auf einem vorbestimmten, konstanten Wert gehalten werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 kann der Erregerstrom des Generators 2 und der Erreger-Gleichstrom für die sättigbare Reaktanz 10 automatisch in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Lichtbogen-Ofens 3 eingestellt wer-' den, die von dem Detektor 7 festgestellt werden, so dass der Blindwiderstand X_On der sättigbaren Reaktanz 10 automatisch eingestellt werden kann, wenn die Last bzw. der Verbraucher kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise können die optimale Spannung und der optimale Strom abhängig von den Betriebsbedingungen des Lichtbogen-Ofens eingestellt werden und es kann die Belastungs-Änderung des Generators 2 minimal gehalten werden.

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Der Erreger strom i^.' für die sättigbare Reaktanz wird automatisch von dem automatischen Regler 11 unter Ansprechen auf das Signal von dem Detektor 10 gesteuert. Wenn die Lichtbogen stabilisiert sind, ist der Blindwiderstand Xg_R der sättigbären Reaktanz 10 nahezu 0 %. Sind dagegen die Lichtbogen nicht stabil, so wird der Lichtbogen-Strom automatisch so eingestellt, dass für den Fall, dass der Lichtbogen-Strom den Einsteilpunkt überschreiten sollte, der Blindwiderstand Xoj- plötzlich sich von 5 auf 20 % erhöht. Dies hat zur Folge, dass der Gesamt-Blindwiderstand des Lichtbogen-Ofen-Kreises (= Blindwiderstand des Generators + Blindwiderstand der sättigbaren Reaktanz) sich von 70 auf 85 % erhöht, so dass die Veränderung des Lichtbogen-Stromes um mehr als 20 % reduziert werden kann. Dies bedeutet, dass die Bemessung bzw. grössenmässige Auslegung des Generators 2 um mehr als 20 % vermindert werden kann. Aus diesem Grunde kann eine unzweckmässige Verbrennung im Primärantrieb 1 verhindert werden, die Gesamtstabilität und Zuverlässigkeit des Lichtbogen-Ofen-Stromkreises kann gewährleistet werden und es lassen sich die Unterhaltungskosten vermindern.

Es sei nun auf Figur 5 Bezug genommen und der Spannungsabfall an den Anschlüssen der sättigbaren Reaktanz 10 infolge der Veränderung des Belastungsstromes nachstehend beschrieben. Für einen voreingestellten konstanten Strom I₀ beträgt

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der Spannungsabfall V₀, während der Spannungsabfall für den bei Kurzschluss der Last auftretenden Strom I„ = Vq ist. Es ist leicht einzusehen, dass der Spannungsabfall in der sättigbaren Reaktanz 10 für den eingestellten Laststrom Iq sehr niedrig ist, so dass die Wirtschaftlichkeit des Lichtbogen-Ofen-Kreises nicht nachteilig beeinflusst wird. Der Spannungsabfall in der sättigbaren Reaktanz 10 steigt abrupt an, wenn der Laststrom den voreingestellten Punkt oder Wert übersteigt. Wird beispielsweise die Last kurzgeschlossen, so wringt der Spannungsabfall auf Vq in Figur 5. Wenn der Erreger-Gleichstrom i~· der sättigbaren Reaktanz 10 erhöht wird auf die Werte i^ ' , i^^{1 unci} ^fV ^ln Figur 5, so lassen sich die Eigenschaften bzw. Kennlinien der sättigbaren Reaktanz 10 an die Veränderungen hinsichtlich des Einstellpunktes des Laststromes anpassen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Last-Kennlinie ausreichend gegenüber der vertikalen Kennlinie, beispielsweise der Lichtbogen-Last, infolge der Strom-Spannung s-Kennlinie des sättigbaren Reaktanz stabilisiert werden kann.

Die Kennlinien bzw. Eigenschaften des Lichtbogen-Ofen-Schaltkreises des dritten Ausführungsbeispieles sollen nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 6 näher erläutert werden, in der die Spannungs-Kennlinien der Lichtbogen-Ofen-Last dargestellt sind. In Figur 6 zeigen die ausgezogenen Kurven den Span-

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nungsabfäll, wenn die sättigbare Reaktanz 10 in den Lichtbogen-Ofen-Kreis eingebaut ist, während die gestrichelte Kurve den Spannungsabfall zeigt, wenn keine sättigbare Reaktanz vorhanden ist. V, stellt die Bogenspannung dar.

Wie vorstehend beschrieben, fällt, wenn eine sättigbare Reaktanz 10 eingebaut ist, die Bogenspannung abrupt ab, sobald der Laststrom einen voreingestellten Punkt überschreitet. Infolgedessen kann die Last stabilisiert werden und es ist möglich, den Strom bei kurzgeschlossener Last auf 120 % in Abhängigkeit von der Bemessung der sättigbares Reaktanz zu begrenzen, so dass ein Unterbrecher entfallen kann.

Die Vorzüge des Erfindungsgegenstandes können folgendermassen zusammengefasst werden:

1. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, die ihrerseits abhängig sind von der Speisung, dem Energieverbrauch, dem Leistungsfaktor, der Elektrodenspannung, dem -lilektrodenstrom, dem Wärme fluss und dem Verhältnis des Temperaturanstieges an einem Punkt der Ofenwand gegenüber einer Elektrode usw., wird die stufenlose Regelung der Leistungs-Generator-Spannung ν(=Κφ η) durch Regelung der Flussdighte (p basierend auf dem Verhältnis V .= K φ η und f = p.n/60 erreicht. Infolgedessen

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lässt sich eine optimale Energieversorgung in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen des Lichtbogen-Ofens erreichen. Die grundsätzlichen Kennwerte bzw. Eigenschaften des Rasch-Schmelz- und Frisch-Verfahrens können verbessert werden. Die Veränderung bezüglich der Belastung kann um mehr als 2o % vermindert werden, so dass die Leistung der unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit um mehr als 20 % gesenkt werden kann. Das zuverlässige Arbeiten kann verlängert werden.

2. Die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl η des Primärantriebes und die Anzahl der Pole des Generators werden abhängig von den Betriebsbedingungen des Lichtbogen-Ofens so gewählt, dass der Blindwiderstand X_p auf der Seite des Lichtbogen-Ofens sowie der Skin-Effekt der Elektroden beachtlich vermindert werden können. Wenn beispielsweise die Frequenz f von 60 Hz auf 40 Hz vermindert wird, kann der Blindwiderstand bzw. die Reaktanz um etwa 35 % vermindert werden. Auf diese Weise können die Wirtschaftlichkeit des Lichtbogens sowie das Verhältnis der Kosten einer Elektrode zu den gesamten Betriebskosten eines Lichtbogen-Ofens beachtlich verbessert werden. Die Frequenz f Hz kann gesteuert werden, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Priuiärantriebes gesteuert wird, so dass der Blindwiderstand Xp auf der Seite des Lichtbogen-

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Ofens gemäss der Veränderung der Betriebsbedingungen des ■ Lichtbogen-Ofens entsprechend eingestellt werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine optimale Lichtbogen-Leistungssteuerung erreichen.

3. Da der Lichtbogen-Ofen oder die veränderliche Last von anderen Energieversorgungssystemen getrennt ist, lässt sich das Flackern bzw. Spratzen vollständig verhindern. Da man gestatten kann, dass sich die Spannung der Energie-" quelle über einen weiten Bereich verändert, kann die Bemessung des Generators so gewählt werden, dass er etwa der Verbraucher-Leistung entspricht. Infolgedessen können die Einrichtungskosten der Energie erzeugenden Einheit auf 1/3 bis 1/5 von Energie erzeugenden Einheiten gemäss dem Stand der Technik reduziert werden. Die Veränderung in der Belastung kann stabilisiert werden, so dass der Generator kleiner ausgelegt werden kann. Als Ergebnis hiervon lassen sich die Installations- und Betriebskosten der Energie erzeugenden Einheit vermindern.

4. Die innere Impedanz des Generators dient zur Stabilisierung von Lichtbogen-Veränderungen, so dass die Belastung des Primärantriebes vermindert und das durchschnittliche Püllniveau erhöht werden kann, was zu einer Erhöhung der Produktivität führt. Dies bedeutet, dass eine Veränderung

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hinsichtlich der Belastung des Generators auf ein Minimum reduziert werden kann, so dass die Belastung gleichmässlg gemacht werden kann, ein stabiles Arbeiten des Primärantriebes möglich ist und sich eine Erleichterung hinsichtlich der Einstellung und des Unterhaltes des Primärantriebes ergibt.

5. Aus dem unter 1. erläuterten Grund kann der Lichtbogen-Ofen-Transformator mit dem zugehörigen Spannungsregler hinsichtlich seiner Konstruktion einfach sein, was zu einer Verminderung der Kosten und einer Verringerung der Unterhalts-Aufwendungen führt.

6. Der Erfindungsgedanke lässt sich nicht nur auf elektrische Lichtbogen-Öfen zur Erzeugung von Stahl aus Abfällen und reduzierten Pellets, auf elektrische Frischöfen und auf Karbidöfen anwenden, sondern ebenfalls auf Ultra-Hochleistungs-Lichtbogen-Öfen, die in Verbindung mit der Eisen- und Stahlerzeugung unter Ausnutzung der !Nuklearenergie eingesetzt werden.

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Claims

2AA9617 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Leistungssteuerung in einem elektrischen Energieversorgungssystem, bei dem wenigstens eine unabhängige, Energie erzeugende Einheit mechanisch mit einem elektrischen Heizelement als Verbraucher eines Lichtbogen-Ofens, eines elektrischen B'rischofens od. dgl., gekoppelt ist»" dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungssteuerung die Kennwerte wenigstens eines Generators (2) in der mindestens einen unabhängigen, Energie erzeugenden Einheit (1, 2) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Ofens (3, 4") einstellbar sind.

2. Einrichtung nach.Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sättigbare Reaktanz (10) Jeweils zwischen die unabhängige·, Energie erzeugende Einheit (1, 2) und das elektrische Heizelement (4) zur Leistungsregelung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Ofens (3) ein^ geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (p.n/60 Hz) wenigstens eines Generators (2) einstellbar ist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung (K φ η) wenigstens eines Generators (2j einstellbar ist.

5. -Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrode (4j des Ofens (3) ein Generator (2¹) zugeordnet ist, dessen Frequenz
und/oder'Spannung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der jeweiligen" Elektrode auswählbar ist.

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