DE2827875A1

DE2827875A1 - Mehrphasen-lichtbogenofen und verfahren zu dessen regelung

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Publication number: DE2827875A1
Application number: DE19782827875
Authority: DE
Inventors: Ian James Barker; Alistair Bruce Steward
Original assignee: NAT INST METALLURG
Current assignee: NAT INST METALLURG
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1979-01-18
Anticipated expiration: 1998-06-25
Also published as: FI782070A; CA1116670A; IT1105331B; GB2000615A; IT7850060A0; DE2827875C2; SE431814B; GB2000615B; JPS5411809A; AU3728578A; FI68918B; AU519217B2; SE7807079L; ES471065A1; BR7804166A; NO782221L; US4296269A; FI68918C; FR2396486A1; FR2396486B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Regelung eines Lichtbogenofens und insbesondere die Ableitung der auf der Sekundärseite herrschenden Bedingungen zur Durchführung der Regelung.

Die wirksame Regelung eines Lichtbogenofens wird bei der Optimierung ihres Wirkungsgrades oder ihrer Produktionsrate oft durch die bei der Messung der erforderlichen Ströme und Spannungen auf der Sekundärseite des Transformators auftretenden Schwierigkeiten behindert. Die Optimierung wird dabei zumeist von Umgebungsbedingungen bestimmt, und der Transformator wird üblicherweise mit drei Phasen angesteuert. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Leistungsverteilung im Lichtbogenofen.

Obgleich die Erfindung alle Mehrelektrodenöfen umfaßt, wird sie im folgenden anhand von Dreielektrodenöfen beschrieben, die die häufigsten Lichtbogenofen darstellen. Eine Dreielektrodenschaltung kann als Stern-Dreieck-Kombination aufgefaßt werden, wobei jeder Teil der Schaltung durch punktförmige Parameter, beispielsweise Induktanz und Widerstand, darstellbar ist, die in ihrem Verhalten nicht notwendigerweise linear zu sein brauchen.

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Die Leistung wird bei Lichtbogenöfen über Transformatoren mit einstellbarem Abgriff oder anderen Sekundärspannungssteuereinrichtungen zugeführt. Üblicherweise lassen sich dabei u.a. die folgenden Messungen vornehmen:

(a) Primärspannung, Phase-zu-Phase;

(b) Primärströme, und zwar üblicherweise (jedoch nicht immer) nur die Sternströme;

(c) Sekundärsternströme, aus der Ableitung von Primärmessungen und Abgriffstellung;

(d) sekundärseitige Phase-zu-Phase-Spannungen an irgendwelchen Punkten des Transformators der Übertragungsschienen, der Elektroden oder der angeschlossenen Leiter;

(e) sekundärseitige Phase-zu-Ofenbad-Spannungen; und

(f) TransformatorabgriffStellung.

Die sekundärseitigen Messungen sind aus den nachfolgenden Gründen ungenau: Jede Spannungsmessung auf der Sekundärseite unter Verwendung einer Meßschleife, durch die ein elektromagnetischer Fluß treten kann, ist aufgrund der magnetisch induzierten Spannungen mit Fehlern behaftet. Diese induzierten Fehlerspannungen sind zwar kompensierbar, wenn die Sekundärströme

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bekannt sind. Hierzu müssen die sekundärseitigen elektrischen Parameter, nämlich die drei Widerstände und die drei Induktanzen durch Messung (i) der Spannungen bezüglich des Elektrodenbades, und (ii) der Sekundärströme festgestellt und anschließend die Resultate entweder analog oder digital berechnet werden. Dies erfordert jedoch eine Messung am Ofenbad, die nicht immer durchführbar ist und die auch nicht unbedingt einen neutralen Spannungspunkt ergibt. Daher ist es in den meisten Fällen unmöglich, die Widerstände und Induktanzen'lediglich aus den sekundärseitigen Messungen genau zu bestimmen und zu berechnen.

Die primärseitigen Messungen sind im allgemeinen genauer als die sekundärseitigen, es ist jedoch unmöglich, diese Sekundärwiderstände und Induktanzen aus den Primärmessungen und der Transformatorabgriffstellung ohne zusätzliche andere Information zu ermitteln.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Lichtbogenofens zu schaffen, bei dem die Sekundärwerte derart abgeleitet werden sollen, daß zumindest in vielen Fällen diese Werte zur besseren Regelung heranziehbar s ind.

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Neben den zuvor erwähnten Schwierigkeiten bei der Regelung von Öfen sind die bekannten Verfahren auch nicht in der Lage, bestimmte Betriebsvariablen gemäß den Umgebungsbedingungen zu beschränken. Es ist hingegen wünschenswert, die folgenden Betriebsbeschränkungen oder Randbedingungen vorzugeben, über die die Betriebsvariablen nicht hinausgehen sollen:

(a) Begrenzung der einzelnen Elektrodenströme zur Vermeidung ihrer Beschädigung; oder

(b) Begrenzung des TransformatorStroms zur Vermeidung von dessen Überhitzung;

(c) Begrenzung der Gesamtofenleistung. Dies kann dort erforderlich sein, wenn elektrische Leistung wie bei Vollast zugeführt wird, selbst wenn der Transformator höhere Leistungsabgaben verkraften kann. Dies trifft jedoch im allgemeinen nur dann zu, wenn die Leistung billig angeboten wird, beispielsweise von Wasserkraft, so daß eine derartige Begrenzung lediglich dann vorgenommen werden würde, wenn dies notwendig wäre.

(d) Eine Begrenzung der scheinbaren Leistung oder MVA der Transformatoren zur Vermeidung von deren Überhitzung.

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(e) Die Transformatorausgangsspannung wird lediglich aus der Gruppe ausgewählt, die den vorgesehenen Abgriffss te1lungen entsprechen.

(f) Der Wirkwiderstand des Ofens muß in bestimmte Schranken fallen, sonst wird der Betrieb des Ofens schwierig.

(g) Zusätzliche Beschränkungen werden auferlegt, während eine Elektrode "eingebacken" (baked-in) wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Kurvenschar verschiedener Grenzkurven;

Figur 2 ein Blockschaltbild eines an einen üblichen Lichtbogenofen angeschlossenen Regelgeräts;

Figur 3 ein vereinfachtes Schaltbild der Sekundärseite eines Lichtbogenofens;

Figur 4 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines Steuergeräts; und

Figur 5 die Grundzüge eines Programms für einen in dem Steuergerät vorgesehenen Computer.

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Die Kurve in Figur 1 gibt demnach den maximalen praktischen Betriebswiderstand eines Lichtbogenofens an, während Kurve 2 den minimalen praktischen Betriebswiderstand darstellt. Die Kurve 3 entspricht der Elektrodenstrombegrenzung, während Kurve 4 die Transformatorstromgrenze darstellt. Kurve 5 zeigt die scheinbare Leistungsgrenze (MVA) an. Die Kurvenschar 6 der gegen den Strom aufgetragenen Leistung entspricht verschiedenen Abgriffsstellungen des Transformators. Der zulässige oder zumindest bevorzugte Betriebsbereich ist der gepunktete Bereich zwischen den Kurven.

Es kann vorkommen, daß in manchen Fällen ein Teil der Randbedingungen oder Beschränkungen wie im vorliegenden Fall bedeutungslos sind, bei dem die oberen Abgriffsstellungen nicht verwendet werden können und der Transformatorstrom völlig unwichtig ist. Letzteres ist deswegen der Fall, weil die Elektrodenstromgrenzkurve auf der linken Seite der Transformators tromgrenz kurve liegt.

Es ist daher mit Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens zu schaffen, das die oben erwähnten Grenzen aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren gemäß Hauptanspruch .

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Es wird angenommen, daß die Induktanzen der Sekundärseite sich gemäß einer vorgegebenen Kennlinienschar verhalten, und für viele Fälle sollen die Induktanzen zueinander gleich sein.

Die Berechnung der Werte erfolgt im allgemeinen mittels eines on-line-Computers, der mit der vorhergehenden Voraussetzung programmiert wurde und durch den die erforderliche Regelung des Lichtbogenofens zur Anzeige der erforderlichen Einstellung durchführbar ist. Die Berechnung kann jedoch auch von Hand erfolgen, obgleich dies mit Schwierigkeiten verbunden ist. Je nach dem vorgegebenen üblichen Verlauf der Induktanzkurven lassen sich auch Induktanzwerte angeben, die von Änderungen in anderen Ofenvariablen abhängig sind.

Die Erfindung schafft somit eine Lichtbogenofensteuerung mit einer Einrichtung zur Feststellung anderer gewünschter Werte als der Spannungswerte des Ofenbades, mit einem Computer zur Berechnung der erforderlichen Regelwerte unter der Annahme, daß die Induktanzen der Sekundärseite theoretisch voraussagbar sind, und mit Einrichtungen zum Anlegen der Regelwerte an den Lichtbogenofen.

Die Induktanzen der Sekundärseiten werden im wesentlichen von der Geometrie der Strompfade regiert. Sie sind somit von der

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Gesamtkonstruktion des Lichtbogenofens, der Lage des Leitungspfades in der Beschickung und der Stellung und Länge der Elektroden abhängig. Dies bedeutet, daß die folgenden Annahmen denkbar sind: wobei L die Induktanz eines bestimmten Kreises ist.

(a) L₁ = f_±.(L₁ ,L₂,L₃), i = 1,2,3

(oder äquivalente Formeln mit L₁=L₃=L₃).

(b) L^ = f .^ (Sternspannungen) , i = 1,2,3 (oder äquivalente Formeln)

(c) L. = f. (Elektrodenströme), i = 1,2,3 (oder äquivalente Formeln)

(d) L. = f- (Hebestellungen), i = 1,2,3, (oder äquivalente Formeln)

(e) L. = f₁ (punktförmige Stern-Widerstände), i = 1,2,3, (oder äquivalente Formeln)

(f) L. = f. (Elektrödenlängen), i = 1,2,3.

(g) Irgendeine Kombination von (a) bis (f).

Es ist daher möglich, den Hochleistungskreis und die zugehörigen Bauelemente eines Dreielektroden-Lichtbogenofens oder oder eines Lichtbogenwiderstandsofens für optimale Produktion

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darzustellen oder zu regeln, indem die Sekundärkreiselemente aus den Primär- und/oder Sekundärmessungen durch Verwendung ausgewählter Annahmen für die Induktanzen abgeleitet werden. Im Falle von Sekundärmessungen brauchen die Spannungen in bezug auf das Ofenbad nicht gemessen zu werden, so daß die damit verbundenen Fehler vermieden werden.

Zur nachfolgenden Erläuterung der Erfindung wird darauf hingewiesen, daß die Regeleinrichtung ein Computermodell ist, welches verschiedene Variable eines dreiphasigen Lichtbogenofens 11 und dessen zugehörige Bauteile mißt. Aufgrund der Messungen erfolgt die erforderliche Berechnung basierend auf diesen Variablen zur Bestimmung des Zustands bestimmter elektrischer Variablen, wozu eine Steuereinheit 12 dient. Der Zustand dieser Parameter wird auf einer Anzeige 13 der Steuereinheit 12 angezeigt, und es werden Steuerbefehle zu einer normalen Regelkonsole 14 übertragen, die zur Einstellung der Abgriffsstelle des Transformators 15 und/oder zur Einstellung der einzelnen Elektrodenstellungen mit Hilfe eines Betätigungsteils 16 dient, so daß der elektrische Zustand des Lichtbogenofens innerhalb gewünschter Schranken und bei im wesentlichen besten Bedingungen innerhalb der Schranken gehalten wird. Diese Schranken oder Randbedingungen sind die zuvor erwähnten Bedingungen, die dem Computer zusammen mit einem

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die Annahme über die Induktanzen enthaltenden Programm eingegeben werden.

Der Computer ist an die die Ofenwerte angebenden Instrumente angeschlossen, und jeder Regelzyklus von beispielsweise 1,0 Sekunden liefert demnach die folgenden Messungen:

(i) Transformatorabgriffstellung K,

(ii) die Transformatorprimärströme Zi, I₂, IO # die zum Erhalt der Sekundärströme I₂/ I₂, I3 ^mit der Transformatorübersetzung bei der Abgriffsstellung K berechnet werden können;

(iii) Transformatorprimär spannungen V^j „, V₂-., V' , die zum Erhalt der Sekundärspannungen V₁₂, V„_, V-.. mit der Transformatorübersetzung bei der Abgriffstellung K berechenbar sind;

(iv) Gesamtkreisleistung P; und
(v) Elektrodenhöhe h.. , h„, h-,.

Das Leistungsbild des Ofens ist als Stern darstellbar, wobei die Reaktanzen und Widerstände in jedem Arm des Sternes liegen und von einer Dreieckschaltung gemäß Figur 3 spannungsmäßig versorgt sind.

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In Figur 3 sind die drei Phasenvektorgrößen V..,,, V₃₃, V₃₁ und I., !„, I₃ komplexe Zahlen. Die gemessenen Größen V₁₂, V₃₃, V₃.. und I.., I₂, I₃ sind die Größen dieser Phasenvektoren und stellen reelle Zahlen dar. In den nachfolgenden Gleichungen und Betrachtungen sind ©₁₂r B₃₃ und ©₃₁ die Winkel der Phasenvektoren V₁₂r ^93' ^₃₁ bezüglich einem festen Wert. Durch geeignete Wahl eines Bezugswertes kann einer der Winkel θ als Null angenommen v/erden. Es gilt demnach folgendes, wobei χ = J-λ ist.

exp <1θ₁₂)

^V23 ^exp

exp (ϊθ₃₁)

— (1)

Da die Phasenvektorspannungen ein Dreieck bilden, gilt folgendes:

*12 ⁺%3 ⁺*31 ⁼⁰

Durch Gleichung 2 sind die Θ-Winkel in den Gleichungen 1 miteinander verknüpft und lediglich ein θ braucht unabhängig angegeben zu werden. Nimmt man beispielsweise Q^ ₂ als 0° an, dann lassen sich die tatsächlichen Werte für Q₃₃ und Q₃₁ aus den Messungen von V₁₃, V₃₃, V₃₁ unter Verwendung des Kosinussatzes für ein Dreieck angeben. Aus diesen Winkeln sind die Phasenvektoren V₁₃, V₃₃, V₃₁ berechenbar.

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Im folgenden ist der Winkel ß der Winkel des Vektors I₁ in bezug auf den gleichen Bezugswert, der für die Bestimmung des Winkels θ verwendet wurde. Die Winkel 0_O und 0_. sind die Winkel zwischen I₂ und I₁ bzw. zwischen I₃ und I₁.

Die Ströme lassen sich somit folgendermaßen darstellen:

I₁ = I₁ exp (iß)

I₀ = I₀ exp (i (ß+ 0_O) )

I, = I-, exp (i (ß+ 0-J )

und da am Knotenpunkt des Sterns Stromgleichgewicht herrscht, gilt I₁ + I₂ + I₃ = 0.

Die Winkel in Gleichung 3 sind dabei wiederum voneinander abhängig, und zwar sind 0_O und 0-, aus den Messungen von I₁ , und I₃ berechenbar, während ß unabhängig wählbar ist.

Der Winkel ß ist über die Leistung P mit den Winkeln θ-I₂/ θ₀₃ und Q₃₁ in Beziehung gesetzt. Nach der 2-Wattmeter-Methode zur Leistungsmessung läßt sich folgendes angeben:

^P = ^I2^V12 ⁺ Vl₃ ^{= I}2^V12 - ^X3^V31 (das negative Vorzeichen resultiert von der Umkehrung der

Richtung von V₁₃ in V₃₁) und daher gilt

^{= I}2^V12^{exp 1(Θ}12 ^{+ 3 + Φ}2^} " ¹S^l ^{exp i (Θ}31 ^{+ 3+Φ}3⁾

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Bis auf ß sind alle Variablen in Gleichung 5 bekannt, so daß man ß berechnen kann. Ausgehend von diesem ß lassen sich dann zusammen mit 0₂ und 0-, die Stromphasenvektoren I₁, I~, I-. berechnen.

Hierauf lassen sich die Widerstände und Reaktanzen in jedem Zweig der Ofenschaltung zu komplexen Impedanzen kombinieren

+ X

R₂ + iX₂

= R

— (6)

Aus den Spannungsabgleichen in dem Kreis erhält man

12

¹I²I

¹S²S

31

— (7)

Unter Verwendung von R für den Realteil und I für den Imagi närteil ergibt sich

¹IR ^{+ 11}II ^: H
^V12^{R + iV}12I ^:

⁺ ^1Χ2Ι ■· ~^f3 ⁼ ^V23R ^{+ iV}23I ^s

^{= V}

31R

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Die Auflösung der Gleichungen 7 in Realteile und Imaginärteile liefert:

^{I2R ^X	Ρ—Τ ν Χ ■2 21 2	) - (i_1R	X	^Ri -	¹II	X	X₁)	^{= V}12R I
ί^Χ2Ι ^Χ	T? +T ν V ^K2 ^{+ 1}2R ^{X X}2	) - (I₁₁	X	^Rl ⁺	¹IR	X	X₁)	^{= v}i2i i
^(I3R^X	π „- *r ν Χ	.^J - ^(I2R		^R2 -	^J2I	χ	^X2^}	^{= V}23R j
(I₃ χ	ρ 4- T ν V	^ - ^(I2I	X	R₂ +	^X2R	χ	^X2>	= ^V23I ^:

(I_1Rx R₁

IR

— (8)

^R3 - ^T

3I

= V

31R

= V

311

— (10)

In den obigen sechs Gleichungen gibt es sechs Unbekannte, nämlich R^, R„, R_, X.., X„ und X₃. Ein Gleichungspaar, nämlich die Gleichungen (1 θ), stellen jedoch eine Kombination der anderen beiden Gleichungspaare (8) und (9) dar, wenn man die Bedingung ^V12 ^{+ V}23 ^{+ V}31 ⁼ ° ^verwendet· Dies führt zu vier Gleichungen mit sechs Unbekannten. Trifft man eine Annahme über die Beziehung zwischen den Reaktanzen, dann sind die vier Gleichungen lösbar. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, nämlich:

(i) Angenommen es seien X₁ = X^=Xn= X. Obgleich diese Angabe keine vollständig genaue Lösung gibt, vermittelt sie doch-ein wesentlich besseres Resultat gegenüber anderen Techniken, die sich der Messungen von Elektrode zu Ofen-

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badspannungen bedienen. In diesem Fall sind die vier Unbekannten somit R- , R~, R-. und X.

(ii) Angenommen es seien X₁ = X + f (I₁)

X„ = X + g (1_)

X₃ = X + h (I₃) .

Hier nimmt man an, daß die Reaktanz einen gemeinsamen Basisterm plus einen von Elektrodenlängen 1., I₂, I₃ abhängigen Term besitzt.

(iii)Es sind auch andere Annahmen basierend auf den zuvor erwähnten Beziehungen möglich.

Nach der auf obige Weise erfolgenden Berechnung der Widerstände muß die Steuerung entscheiden, ob eine Elektrode bewegt werden soll oder nicht, um den gewünschten Widerstand zu erhalten. Vorgegebene Einstellpunkte für die Widerstände sind der Steuerung zuvor eingegeben worden.

Für die Entscheidung, ob eine Elektrode bewegt werden soll, werden die grob berechneten Widerstände zunächst über ein Digitalfilter zu ihrer Glättung eingegeben. Ist F der gefilterte Wert von R₁ und cL eine von der Zeitkonstanten des Filters abhängige Konstante, dann lautet die Filtergleichung folgendermaßen:

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F_n = dUF_o + (I-Ol)
worin F der jeweils vorliegende Wert und F der jeweils unmittelbar vorhergehende Wert sind.

Dieser gefilterte Wert F kann innerhalb einer schmalen Totzone um den Einstellpunkt ohne Veränderung verbleiben. Bewegt sich der Wert für F außerhalb der Totzone, dann wird ein Impuls an die Betätigungseinrichtung übertragen, um die Elektrode entweder nach oben oder nach unten zu bewegen. Die Länge dieses Impulses ist der Differenz zwischen R₁ und dem Einstellpunkt proportional. Es muß natürlich überprüft werden, ob diese Impulse in einem vernünftigen Bereich liegen, um jedes abnorme Verhalten zu verhindern.

Während R.,, wie oben erwähnt, überprüft wird, werden auch R- und R₃ in gleicher Weise überprüft und eine entsprechende Steuerung vorgenommen. Zusätzlich zu den Widerständen werden die
Betriebsgrenzen ebenfalls überprüft.

Bei der überprüfung der Betriebsgrenzen werden die tatsächliche Leistung P, die Spannungen V..«, V₂₃, V₃₁, die Ströme T^, I₃, I, und die scheinbare Leistung einschließlich der reaktiven
Komponente, die leicht als Teil der Widerstandsgleichungen berechnet werden kann, mit ihren Grenzwerten verglichen. Von
diesen Variablen werden nur die am nächsten an ihrer zugehörigen

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Grenze liegenden Vierte weiter geprüft. Die Entscheidung erfolgt ähnlich wie bei einem Widerstandsentscheidungsprozeß. Das Verhältnis der höchsten Variablen zu ihrem Grenzwert wird wiederum gefiltert. Liegt dieser gefilterte Wert außerhalb der kleinen Totzone um 1,0, dann werden die Transformatorzapfstellen demgemäß angehoben oder abgesenkt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Verhältnis 1,0 ist, wenn die Variable ihrem Grenzwert entspricht.

Im Vorstehenden ist somit die Wirkungsweise der Steuerung des Lichtbogenofens beschrieben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind außerdem auch andere berechnete oder gemessene Variable darstellbar, wobei auch angegeben werden kann, gegen welchen Grenzwert gearbeitet wird. Durch Überprüfung der Elektrodenbewegung nach der Aussendung eines Bewegungsimpulses kann die Steuerung auch ein Warnsignal abgeben, wenn der Hebemechanismus sich festgesetzt haben sollte. Dies ist für den Betrieb eines automatisch gesteuerten Lichtbogenofens von größerer Sicherheit, da die Steuerung in dem Fall Hilfe anfordern kann. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung werden die erwähnten Variablen gemessen und die angegebene Berechnung durchgeführt. Hierzu gehört die Bestimmung der Elektrodenlänge durch periodisches Messen der Elektroden und die Verwendung der berechneten Leistungen jeder Elektrode für die Vorhersage ihrer Erosion anhand

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eines Elektrodenerosionsmodells. Durch Messung des Elektrodenschlupfes ist somit eine hinreichend genaue Elektrodenlängenbestimmung durchführbar.

Zur Steuerung ist ein geeigneter Computer, der vorzugsweise on-line an den Lichtbogen angeschlossen ist, verwendbar. Der Computer wird mit einem Programm gespeist, das die Annahmen über die Induktanzen des Lichtbogenofens enthält. Das Programm enthält außerdem vorzugsweise die erwähnten Grenzen, um sicherzustellen, daß der Ofen nicht außerhalb der in Figur 1 dargestellten Bereiche arbeitet. Andererseits können die Grenzen auch variabel angegeben werden, wobei ein auf der Steuerkonsole 41 vorgesehener Radschalter 40 zum Einstellen der gewünschten Grenzwerte dient. Weitere Radschalter auf der Steuerkonsole 41 dienen zur Auswahl der auf einer Anzeige angezeigten Information, sofern die Anzeige lediglich einen Wert zur Zeit je Phase anzeigt.

Vorzugsweise wird in das Programm außerdem eine andere Gruppe variabler Grenzen aufgenommen, die bezüglich irgendeiner der Elektroden während ihrens "Einbackens" verwendet wird. Das "Einbacken" einer oder mehrerer Elektroden erfolgt automatisch mittels der Steuerung. Vorzugsweise soll das "Einbacken" (bake-in) unter Computersteuerung erfolgen, da eine

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Handsteuerung häufig zu einer schlechten Abgleichung und zu v/eiteren Schwierigkeiten führt.

Ein "Einback"-Vorgang umfaßt den Beginn bei einem unter-normalen Strom und allmähliches Erhöhen des Stroms durch Höherfahren des Transformatorabgriffs bis zum normalen Betriebsstrom. Während dieses "Einbackens" darf die Elektrode zur Verhinderung eines "frischen Bruchs" nicht bewegt werden. Die Wahl eines derartigen "Einback"-Vorganges wird von der Steuerung durch einen Wahlschalter auf der Steuerkonsole 41 von Hand durchge fuhr t.

Die Computersteuereinheit liefert Ausgangssignale, die zur Veränderung der Abgriffsstellungen und damit zum unabhängigen Anheben oder Absenken der Elektroden geeignet sind. Diese Ausgangssignale sind vorzugsweise in dem Maße variabel, als der Regelvorgang betroffen ist, um eine Korrektur der Einstellungen des Ofens proportional zur Abweichung von den jeweils gerade erforderlichen Werten zu liefern.

Die Steuereinheit besitzt entweder einen Ausgabedrucker oder eine Anzeige zur exakten Bestimmung des jeweiligen Ofenzustandes. Die angezeigte Information umfaßt beispielsweise den Elektrodenstrom, die Leistung oder die Abgriffsstellung, wobei

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der Begrenzungsfaktor gegen eine bestimmte Zeit unabhängig davon betätigt wird, ob eine Elektrode sich in einem "Einback"-Vorgang befindet. Die Steuerung kann daher jede gewünschte Formation zu jeder beliebigen Zeit abgeben. Sie kann außerdem zur Feststellung eines Ofenfehlers, beispielsweise zur Anzeige einer festsitzenden Elektrode, eingerichtet sein. Beim Auftreten einer Betriebsstörung wird sodann ein spezifisches Warnsignal ausgegeben.

Der Betrieb des computergesteuerten Ofens wird im folgenden anhand der Figuren 4 und 5 näher erläutert. Kabel 42 führen von und zu den Instrumenten des Ofens und sind an einer Klemmleiste 43 im Steuergehäuse 12 angeschlossen. Verbindungen sind zu Wandlern 44 für die Umsetzung der Ofensignale in computerverarbeitbare Signale vorgesehen. Von den Wandlern werden die Signale in die Computerelektronik 45 eingespeist. Eine Ausgangsleitung 46 der Computerelektronik 45 führt zu einer Anpaßschaltung 47, die Relais 48 für die Steuerung der elektrischen Leistungszufuhr zu den Ofenregelinstrumenten steuern.

Der Computer ist ferner über eine Leitung 49 an eine Radwahlschalterkonsole angeschlossen, wodurch die von den Radwahlschaltern eingestellten Werte einspeisbar sind. Eine weitere Ausgangsleitung 50 des Computers ist an eine Anzeige angeschlossen.

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Der Computer ist derart programmiert, daß eine Folge von Schritten jede Sekunde wiederholt durchlaufen wird. Diese Schrittfolge wird vom Computer gemäß Figur 5 durchgeführt. Der erste Schritt ist das Abfragen der Werte für die Spannungen, Ströme, Leistung und Hebestellungen der Ofeninstrumente, was durch den Block 51 in Figur 5 dargestellt ist. Gleichzeitig werden über die Radwahlschalter eingegebene Informationen gelesen und die Widerstände und andere erforderliche Werte auf zuvor beschriebene Weise im Schritt 52 berechnet. Im nächsten Schritt 53 werden die Variablen mit ihren Grenzwerten verglichen, und es wird entschieden, ob die Transformatorabgriffsstellungen verändert werden sollen. In diesem Schritt 53 kommt die zuvor erwähnte Totzonentechnik für die abgelesenen Werte zur Anwendung, um zu entscheiden, ob bereits eine Transformatorabgriffsänderung vorgenommen werden soll. Sollen die Transformatorabgriffe verändert werden, dann sendet der Computer ein Signal zum Anheben oder Absenken eines oder mehrerer Transformatorabgriffe gemäß Block 54.

Im nächsten Schritt wird der berechnete Widerstand mit dem Stellpunktwiderstand verglichen, und es wird entschieden, ob eine oder mehrere Elektroden abgesenkt oder angehoben werden sollen. In der Praxis wird jede Elektrode zyklisch getrennt behandelt, und der durch den Block 56 dargestellte Schritt wird daher wiederholt durchlaufen. Wenn die Resultate dieser

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Rechnung anzeigen, daß eine oder mehrere der Elektroden angehoben oder abgesenkt werden sollen, dann sendet der Computer Signale an die Ofensteuerung, um die Elektroden im erforderlichen Maße anzuheben oder abzusenken, was durch den Block angedeutet ist.

Ob die vom Computer ausgesandten Befehle durchgeführt wurden, wird im Schritt 58 angezeigt, und sofern Fehler festgestellt werden, wird in einem Fehlerschritt 59 ein Alarm ausgelöst, der vorzugsweise auch auf der Anzeige angezeigt wird. Alle Informationen, nämlich ob die Transformatorabgriffe angehoben oder abgesenkt wurden, oder ob die Elektroden angehoben oder abgesenkt wurden, werden ebenfalls wie die festgestellten Fehler im Schritt 60 vom Computer an die Anzeige übertragen. Daher ist es für eine Bedienungsperson einfach, den jeweiligen Betriebszustand des Lichtbogenofens abzulesen.

Es wird darauf hingewiesen, daß ein Mikrocomputer zur Durchführung der Ofensteuerung verwendbar ist, der in üblicher Weise programmiert werden kann.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die genaue mechanische und elektrische Steuerung des Betriebes von jedem Ofensteuerfachmann ausgelegt und von einem Programmierer geschrieben werden kann.

hu: bü

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e e r s e ι τ e

Claims

Ansprüche

1. ) Verfahren zur Regelung eines Mehrphasen-Lichtbogenofens durch Regelung seiner Sekundärseite, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Werte für die Steuerung der Sekundärseite aus bestimmten Primär- und/oder Sekundärseitenmessungen unter Ausschluß der bezüglich des Ofenbades gemessenen Sekundärphasenspannungen gemessen und berechnet werden, wobei die Berechnung der gewünschten Regelwerte unter der Annahme erfolgt, daß das Induktanzverhalten der Sekundärwicklungen während anderer Schwankungen des Lichtbogenofens vorhersagbar ist, und daß die derart berechneten Regelwerte bestimmten Randbedingungen in Abhängigkeit von betriebsbedingten Ofenvariablen unterworfen werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung und Steuerung mit Hilfe eines Computers erfolgt, der unter Berücksichtigung der Induktanzen der Sekundärseite programmiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer zu einem einen Betrieb außerhalb bestimmter Grenzen ausschließenden Betrieb programmiert wird, wobei diese Grenzen durch einen oder mehrere Parameter der Gruppe bestehend aus Einzelelektrodenstrom, Einzeltransformatorstrom, Gesamtleistungsaufnahme des Ofens, scheinbare Leistungsaufnahme des Transformators sowie
Widerstand und Spannung des Ofens bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen extern von Handwahlschaltern eingestellt
werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanzen der Sekundärseiten
innerhalb der Betriebsbereiche des Ofens untereinander als gleich angenommen werden, während andere Parameter sich ändern können.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden allein geregelt

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werden kann, während die anderen Teile des Lichtbogenofens unter üblicher Steuerung verbleiben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels der berechneten Werte den Transformatorabgriff an den einzelnen Elektroden einstellt.

8v Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstandswerte der Elektrodenschaltkreise berechnet werden und daß man die berechneten Werte zur Entscheidung heranzieht, ob die Elektroden zur Veränderung der Widerstandswerte in Richtung auf einen gewünschten Wert angehoben oder abgesenkt werden sollen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Elektrodenwiderstände nur dann vorgenommen wird, wenn die berechneten Werte von den gewünschten Werten um mehr als einen vorgegebenen Betrag abweichen, so daß eine regelfreie Totzone erzielt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Primär- und Sekundärkreismessungen die folgenden Parameter ergeben:

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Transformatorabgriffsteilung K,

Transformatorprimärstrom I', I', I', die mit der Transformatorübersetzung bei der Transformatorabgriffstellung K zu Angabe der Sekundärströme I₁, I- und I_ bewertbar sind,

Transformatorprimärspannungen Vi„, V' , V' , die zur Angabe der Sekundärspannungen V,„, V„o, V₃₁ mittels der Transformatorübersetzung bei der Abgriffstellung K ermittelt werden können;
Gesamtleistung P; und
Elektrodenhöhe hu , h„, h-..

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung durch Lösung irgendeines der nachfolgenden drei Gleichungspaare oder ihrer Äquivalente unter der Annahme durchgeführt wird, daß das Verhalten der Sekundärseiteninduktanzen vorhersagbar ist:

^(IiR - ^Ri - ¹H * ^(Ι1Ι - ^Rl ^{+ 1}IR

^(I2R X ^R2 + ^J2i χ X₂) - ^(I1R χ ^Rl - ¹H χ X₁ ) ^=V12R i ^(I2I X R₂ - χ X₂) - ^(Ιιΐ χ ^Ri ^{+ 1}IR XX₁ > ^{= v}i2i : ^(I3R X ^R3 + hi χ X ο) " ^(I2R χ ^R2 χ X₂ ) ^{= V}23R i ^(I3I X ^R3 ¹SR X Xn) - (I₂₁ X ^R2 ^{+ X}2R x ^X2 ) ^=V23I ^;

^(I3R * ^R3 - ¹SI - ^Χ3> = ^V

3 IR

(I₃₁ χ R₃ + I_3R χ X₃) = V

311

— (IO'

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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Annahme, daß die Induktanzen bezüglich der Phasen gleich sind, daß also X₁ = X_? = X, = X gilt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Annahme, daß X₁ = X + Fd₁)

X₂ = X + g(1₂)

X₃ = X + h(1₃)

ist.

14. Mehrphasen-Lichtbogenofen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufnahme von anderen erforderlichen Werten als den Spannungswerten des Ofenbades, durch einen Computer für die Eingabe der ermittelten Werte zur Berechnung von erforderlichen Regelwerten unter der Annahme, daß die Induktanzen der Sekundärseite theoretisch während anderer Schaltkreisveränderungen voraussagbar sind und durch eine Einrichtung zum Anlegen der Regelwerte an den Lichtbogenofen unter wahlweiser Auferlegung von durch den Betrieb des Ofens verursachter Schranken.

15. Lichtbogenofen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer zur Lösung von Gleichungen programmierbar ist.

809883/0802