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Es ist bekannt, daß beim Betrieb von Verbrauchern elektrischer
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Energie mit schnellwechselnder Last in einem bestimmten Häufigkeitsbereich
Rückwirkungen im Versorgungsnetz auftreten können, die zu störendem Flicker (Lichtflimmern)
führen. Flickererscheinungen ergeben sich, wenn zwischen der aufgenommenen Leistung
und der Netzkurzschlußleistung ein ungünstizes Verhältnis besteht.
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Verbraucher, die Flicker verursachen, sind insbesondere Lichtbogenöfen,
aber auch Schweißmaschinen und dergleichen.
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Bei Lichtbogenöfen entsteht der Flicker im wesentlichen während der
Schrott-Einschmelzphase und zwar in der Regel kurz nach Schmelz beginn eines jeden
Korbes, sowie zum Beginn der metallurgischen Arbeit. Obgleich Flickererscheinungen
nur während zeitlich begrenzter Betriebsphasen auftreten, verlangen die Energieversorgungsunternehmen
üblicherweise, daß der Verbraucher ständig mit einer Leistung betrieben wird, bei
der auch das Auftreten von Flicker ausgeschlossen ist. Dadurch muß ein Lichtbogenofen
auch in den unkritischen Betriebsabschnitten mit einer aus Sicherheitsgründen unnötig
verringerten Leistung gefahren werden, was eine verminderte Schmelzleistung des
Aggregats zur Folge hat.
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Man kann zwar Flickererscheinungen dadurch eliminieren, daß durch
Blindleistungskompensationsanlagen die aus dem Netz bezogene Blindleistung reduziert
wird. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Kompensationsanlagen die Schwankungen
der Leistungsaufnahme nicht schnell genug ausregeln können, Eigenverluste aufweisen
und sehr hohe Investitionskosten veru-sachen.
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Man hat -bereits erwogen, ein Flickermeßgerät zur Regelung eines Lichtbogenofens
einzusetzen, um diesen in allen Betriebszuständen überwachen und mit der höchstzulässigen
Leistungsaufnahme betreiben zu können. Es gelang jedoch nicht, eine technisch zufriedenstellende
Lösung hierfür aufzuzeigen.
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Aufgabe der Erfindung ist demgemäß, ein Verfahren zu schaffen, das
mit relativ einfachen Mitteln einen durchgehend optimalen Betrieb von Lichtbogenöfen
ermöglicht.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens,
dem die elektrische Energie in regelbarer Weise zugeführt wird, z.B . über einen
Transformator mit Stufenschalter-Steuerung, wobei die auftretenden Flickererscheinungen
mit Hilfe eines Flickermeßgerätes ständig erfaßt werden, die Meßergebnisse einem
Soll-Ist-Vergleich unterzogen werden und bei Überschreiten eines oberen Sollwertes
bzw. Unterschreiten eines unteren Sol)-wertes während eines vorgegebenen Zeitabschnittes
die Leistungseinbringung erniedrigt bzw. erhöht wird, z. B. dadurch, daß der Transformator
auf eine niedrigere bzw. höhere Sekundärspannung umgeschaltet wird. An die Stelle
einer Umschaltung auf höhere Leistung kann auch die Freigabe für die Schalthandlung
treten.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung besteht darin, daß in einem
ersten (Meß-) Kanal innerhalb gleichlanger Zeitabschnitte die relative Häufigkeit
der Pegelüberschreitung seit dem Ende des vorhergehenden Zeitabschnittes (Bildung
des Quotienten aus der Pegelüberschreitungsdauer und der Dauer des Zeitabschnittçs)
ermittelt wird, daß in mindestens einem zweiten (Intervall-) Kanal die relative
Häufigkeit der Pegelüberschreitung seit Beginn eines laufenden, sich über mehrere
Zeitabschnitte erstreckenden Meßintervalls (Bildung des Quotienten aus Gesamt-Oberschreitungsdauer
und der Dauer des laufenden Meßintervalls) ermittelt wird, sowie daß die ermittelten
relativen-Häufigkeiten der Pegelüberschreitung in der Weise zur Erteilung eines
Stellbefehls an das Stellglied für die Leistung, z. B. eines Schaltbefehls an die
Stufenschalter-Steucrung des Transformators, verwertet werden, daß die Freigabe
zur Umstellung auf niedrigere Leistung erfolgt, z. B. die Umschaltung auf eine niedrigere
Schaltstufe, wenn in beiden Kanälen oder dem zweiten Kanal der Sollwert überschritten
wird, daß die Freigabe zur Umstellung auf eine höhere Leistung erfolgt, wenn der
Sollwert in beiden Kanälen unterschritten wird, und daß keine Anderung erfolgt,
wenn der Sollwert im ersten Kanal unter-, im zweiten Kanal jedoch überschritten
wird.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß der Lichtbogenofen lediglich in
den Betriebsphasen, in denen Flickererscheinungen auftreten, mit einer nur so weitgehend
reduzierten Leistungsaufnahme betrieben wird, daß die genannten Erscheinungen ein
vorgegebenes Ausmaß nicht überschreiten, während in den flickerfreien Betriebsphasen
der Ofen mit voller Leistungsaufnahme betrieben werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
in den weiteren Patentansprüchen enthalten.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird ein Flicker-Meßwertgeber
verwendet. Dieser setzt die sich in einer Glühlampe bei Netzspannungsschwankungen
ergebenden Helligkeitsänderungen mit Hilfe einer Fotozelle in Spannungsschwankungen
um, die ein Maß für die Flickererscheinungen darstellen. Am Ausgang des Flicker-Meßwertgebers
steht somit ein der momentanen Flickerempfindung proportionales elektrisches Signal
(Strom oder Spannung) in analoger Form zur Verfügung. In der nachfolgenden Erläuterung
wird davon ausgegangen, daß die Überschreitung des Pegels z. B. dem 1,3-fachen der
Bemerkbarkeitsgrenze oder Reizschwelle des menschlichen Auges entsprechen darf,
sofern diese Überschreitung nicht mehr als 1 t der Dauer des Meßintervalls, das
im folgenden auf z. B. 15 Minuten festgesetzt worden ist, beträgt.
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Dem Flicker-Meßwertgeber nachgeschaltet ist ein Pegelhäufigkeitswächter
oder -zeitzähler. Seine Aufgabe ist es, die relative Häufigkeit der Oberschreitung
des zulässigen Flickerpegels zu messen und mit dem Sollwert zu vergleichen. Das
daraus entstehende Signal wird zur Erzeugung eines Schaltbefehls benutzt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt' Fig.
1 das Prinzip der Wirkungsweise des Pegelhäufigkeitswächters, i Fig. 2 eine schematische
Darstellung der aus den Meßergebnissen entstehenden Zustände,
Fig.
3 eine Prinzipskizze der Messung und Meßwertverarbeitungs Fig. 4 ein Flußdiagramm
für den Normalbetrieb, Fig. 5 den Belegungsplan des I-Kanal-Paares, Fig. 6 ein Flußdiagramm
bei Messung mit einem dritten I-anal und der Periode TI, Fig. 7 das Prinzip der
Registrierung der relativen H§ufigkeit eines Flickerpegels, Fig. 8 ein Blockschaltbild
des Regelkreises, Fig. 9 eine Formeltafel, Fig.lO ein Blockschaltbild für die Regel
des Sollwertes der Elektroden-Lage> Fig.11 die Messung der relativen Dauer/Häufigkeit
von Pegelüberschreitungen bei regellos schwankender Meßgröße, Fig.12 Grundprinzip
und einfachste Ausführung der gleitenden Häufigkeitsmessung mit Schieberegister,
Fig.13 Simulation der Netzimpedanz.
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Gemäß Fig. 1 ist der Pegelhäufigkeitswächter mit zwei voneinander
unabhängigen Kanälen M und I ausgestattet. Die im oberen Teil von Fig. 1 vom Flickermeßwertgeber
gemeldete Flickerintensität PF verläuft nach einer unregelmäßigen Kurve, die zeitweilig
den zulässigen Pegelgrenzwert Pg = 0,3 überschreitet. Unabhängig von der Höhe der
jeweiligen Überschreitung wird die Dauer der jeweiligen Oberschreitung tl, t2 ....
t6 zur weiteren Auswertung den Kanälen M und I zugeführt.
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Im Kanal M wird während fester, gleichlanger Zeitabschnitte TM jeweils
die relative Häufigkeit hM der Überschreitung des zulässigen Flickerpegels seit
dem Ende des vorhergehenden Zeitabschnitts TM ermittelt. Dazu wird der Quotient
aus tüm = Gesamtüberschreitungsdauer und TM gebildet.
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Im Kanal I wird während einer festgelegten Meßintervalldauer TI, bestehend
aus mehreren Zeitabschnitten TM (im vorliegenden Beispiel besteht das Meßintervall
T1 aus 3 Zeitabschnitten TM) die relative Häufigkeit hI der Pegelüberschreitung
seit Beginn des laufenden Zeitabschnittes TI ermittelt. Dazu wird der Quotient aus
tOl = Gesamtüberschreitungsdauer und TI gebidet.
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Innerhalb eines jeden Zeitabschnitts TM wird die Summe aus den jeweiligen
Pegelüberschreitungszeiten gebildet. Bei dem dargestellten Beispiel treten im ersten
Zeitabschnitt 0 bis 1 TM die Oberschreitungen t1 und t2 auf. Die relative Häufigkeit
ergibt sich t1 + t2 für Kanal M hM = --TM und t1 + t2 für Kanal I hI = --TM Im zweiten
Zeitabschnitt 1 TM bis 2 TM ergibt sich t3 hM = -TM t1 + t2 + t3 hI = --2 TM
Im
dritten Zeitabschnitt 2 TM bis 3 TM ergibt sich t4 + t5 + t6 hM = --6 TM
Im unteren Teil von Fig. 1 sind die resultierenden Werte für hM und hI maßstäbgerecht
aufgegeben. Im ersten Zeitabschnitt 0 bis 1 TM ist hM = hI, d. h. es wird nur ein
nicht aussagekräftiger Wert für hl ermittelt. Vom zweiten Zeitabschnitt an jedoch
ist der h1-Wert aussagekräftig.
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Zur Verstellung des Stellgliedess welches die Leistungseinbringung
erniedrigt oder erhöht, z. B. des Transformatorstufenschalters, dient ein Befehl,
der sich aus dem Vergleich der relativen Pegelüberschreitungsdauern in den Kanälen
M und I (hM; hI) ergibt.
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In Fig. 2 sind anhand von Feldern die Möglichkeiten der aus den Meßergebnissen
entstehenden Zustände und die daraufhin auszulösenden Schaltbefehle angegeben. Alle
Meßwerte sind auf einen Grcnzpegel bezogen. In Fig. 1 ist PG = 093. In den folgenden
Beispielen ist das Intervall TI auf 15 Minuten, der 99 %-Wert hzul I= 10-2 = hzul
M = 0,01 und PG = 0,45 festgelegt.
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Im Feld 1 liegt die Überschreitungshäufigkeit im Kanal M bei hM über
dem zulässigen Wert; es wird demzufolge der Schaltbefehl "ab", d h. Erniedrigung
der Leistungsaufnahme, gegeben. Der gleiche Befehl wird bei dem Zustand gemäß Feld
2 ausgelöst, nämlich dann, wenn sowohl im Kanal M wie auch I die Überschreitungshäufigkeiten
oberhalb der zulässigen Grenzwerte liegen.
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Umgekehrt ist bei Unterschreiten der zulässigen Überschreitungshäufigkeiten
in beiden Kanälen M und I der Schaltbefehl "auf" gegeben; dieser Zustand liegt im
Feld 3 vor. In Feld 4 ist im Kanal I bei hI eine unzulässige Oberschreitungshäufigkeit
des Ctenzpegels zu zu verzeichnen, während die Überschreitungshäufigkeit im Kanal
M bei hM unter 0,01, also im zulässigen Bereich, liegt. Da T1= laufendes Meßintervall
bis zum Ende des Intervalls zunimmt und
aus diesem Grunde kleiner wird, ist der im Feld 4 gegebene Zustand für die Schaffung
einer Ruhestellung geeignet, obgleich ansich der Befehl "ab" gegeben werden könnte.
Durch Schaffung der Ruhestellung wird vermieden, daß periodisch nach jedem Zeitabschnitt
PM geschaltet wird.
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Der Inhalt der Fig. 2 ist in der nachfolgenden Tabelle nochmals zusammengefaßt:
| Feld Meßergebnis hü-Kanal Befehl Begründung |
| 1 hM > 0,01 hI< 0,01 M ab schnelle Abwehr |
| 2 hM> 0,01 hI> 0,01 M & I ab zwingend notwendig |
| 3 hM < 0,01 hI < 0,01 - auf gute Ausnutzung |
| 4 hM < 0,01 hI > 0,01 I Ruhe hI sinkt von selbst |
In Fig. 3 ist das Prinzip der Messung und der Meßwertverarbeitung dargestellt.
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Verwendet wird ein Flicker-Meßwertgeber 1 als Istwertgeber sowie ein
Sollwertgeber 2 mit Festwert-Regelung. Ferner sind die Zeitzähler 3a bis 3d vorgesehen,
die im dargestellten Beispiel mit Analogwert-Ausgang ausgestattet sind und die Zeitabschnitte
mit positivem Eingangssignal addieren. 4a und 4b sind Operationsverstärker, die
als Quotientenbildner arbeiten. 5 ist ein Programmgeber.
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Am Ausgang des Flicker-Meßwertgebers erscheint das Signal p Der als
99 t-Wert zulässige Grenzwert PG = 0,3 wird als Gleichspannung vom Signal PF abgezogen.
Die Dauer der Oberschreitungen, d. h. die Summe der Zeitabschnitte, in denen die
Differenz PF ~ G positif war, wird im Kanal M mit dem Zeitzähler tü gemessen. Zur
Ermittlung der relativen Häufigkeiten hM und h1 muß auch die Gesamtzeit tM bzw.
tI gemessen werden, die seit der letzten Rücksetzung der Zeitzähler auf Null vergangen
ist. Die Quotientenbildung ist dadurch die Operationsverstärker VM und VI symbolisch
dargestellt.
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Das Programm-Steuergerät P sorgt für die Verarbeitung der Meßwerte,
für das Rücksetzen der Zähler und für die Erarbeitung bzw. Weitergabe der meßwertabhängigen
Befehle.
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Das Flußdiagramm des Regelprogramms ist in Fig. 4 dargestellt.
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Danach werden hM und hI periodisch zu den Zeitpunkten n o TM ermitteilt
und zwecks Erarbeitung des Schaltbefehls mit dem Sollwert 0,01 t1 verglichen. Am
Ende jeder Meßperiode TM werden die Zähler tüM und tM auf Null gesetzt. NGrenz ist
die vorwählbare höchstzulässige Stufenstellung, n ist die tatsächliche momentane
Stufenstellung.
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Es ist vorteilhaft, den Kanal I doppelt vorzusehen, also einen Kanal
11 und I2 zu benutzen. Dadurch wird vermieden, daß im ersten Zeitabschnitt -der
Messung ein nicht aussagekräftiger Wert für h1 - wie im Zusammenhang mit Fig. 1
erwähnt - ermittelt wird. In Fig. 5 ist schematisch ein I-Kanal-Paar mit dem dafür
vorgesehenen Belegungsplan dargestellt. Jeweils am Ende des Meßintervalls T1 wird
der Kanal umgeschaltet auf einen Zähler, der schon um die Zeit 0,5 TI früher gestartet
war. Es wird somit jedem Abschnitt I während dem der Kanal von TM zu TM neue Meßwerte
liefert, ein Vorfüllbetrieb V vorgeschaltet. Nach jedem Abschnitt I folgt ein Abschnitt
O = Kanal außer Betrieb, worauf wieder der Vorfüllbetrieb einsetzt.
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Damit wird eine ausgewogene Erfasstng der Werte hI erreicht.
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Wenn der Zähler tül den Wert 0,01 TI erreicht, wird das in Fig. 6
im Flußdiagramm angegebene, übergeordnete Begrenzungsprogramm gestartet. Dabei wird
der Stufenschalter um N Stufen zurückgesetzt.
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Bei Bedarf kann jeweils ein Ruheband zwischen "auf=- und "ab"-Befehle
eingefügt werden. Dann erhält Fig. 2 sechs Felder und die Tabelle dementsprechend
sechs Zeilen.
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Wie bereits ausgeführt, ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die Einhaltung vorgegebener Grenzwerte zu gewährleisten.
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Geduldet wird auf Grund von Erfahrungen und Übereinkunft die Oberschreitung
der Bemerkbarkeitsgrenze oder Reizschwelle der Flickerempfindung um das 1,3-fache
innerhalb eines Kurzzeitintervalls TIK = 15 Minuten (oder um das 2-fache innerhalb
eines Langzeitintervalls TIK = 1 Woche), sofern die Überschreitung nicht mer als
1 % des Meßintervalls ausmacht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die
Einhaltung dieser Festlegung in vielen aufeinanderfolgenden Kurzzeit-Intervallen
zu überwachen.
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Nachfolgend wird erläutert, wie eine Registrierung der Erfüllung dieser
Festlegung durchgeführt werden kann. Außerdem werden mit dem Einbau weiterer Meßkanäle
kürzere Meßintervalle und eine umfassendere statistische Auswertung ermöglicht.
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In Fig. 7 ist dem Flicker-Meßwertgeber 1 ein Schmitt-Trigger 12 mit
Schwellwert-Einstellung für PF nachgeschaltet. 13 ist ein Zeitzähler zur Messung
der Oberschreitungsdauer t1. 14 ist eine Datenverarbeitungs-Einheit, die zur Bildung
von t, mit einstellbarer Integrationszeit TI dient. 15 ist ein Registriergerät.
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Es wird somit die Summe der im Meßintervall registrierten Zeitabschnitte
der Pegelüberschreitung als Treppenkurve aufgeschrieben. Die auch in Zeitprozenten
ablesbare Höhe der einzelnen Treppenstufen wird mit dem zulässigen Wert (1 %) graphisch
vergleichen.
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In der Mehrkanal-Ausführung der Anordnung können zusätzlich weitere
statistische Merkmale des Flickerverlaufs, z. B. Mittelwert und Streuung der Zeitabschnitte
registriert und digital crfaßt werden. Hierbei ist auch das Meßintervall unabhängig
von Kanal 1 einstellbar. Bevorzugt werden 1/3 oder 1/5 des für den Kanal 1 vorgeschriebenen
Meßintervalls von z. B. 15 Minuten.
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Die Registrierung zeigt dann die mittlere Überschreitungsdauer des
gewählten Pegels und die Streuung der einzelnen Überschreitungsdauer bei größtmöglicher
Zeitauflösung an. Der digitale Ausgang ermöglicht eine automatische Datenübertragung
zwecks Auswertung am Großrechner.
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Als Registrierzusatz können z. B. gewöhnliche Papierschreiber mit
etwa 60 mm/h Papiervorschub verwendet werden. Bei der Benutzung von Mehrfarben-Punktschreibern
ist die erforderliche Punktzahl/Zciteinheit von dem Meßintervall des Gerätes abhängig.
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Die durch die Anordnung ermöglichte besondere graphische Darstellung
der statistischen Merkmale gibt auch bei der Verwendung einfacher Bauteile einen
guten Überblick. Die periodisch ermittelten statistischen Hauptmerkmale, nämlich
der Mittelwet und/oder häufigste Wert, können auch als Stichproben eines kontinuierlich
ver*§nderlichen Istwertes aufgefaßt werden, wobei der Sollwert im Sinne der vorgenannten
Festlegung der zulässige 99 %Wert ist. Auf dieser Basis kann bei Einsatz eines geeigneten
Stellgliedes auch eine selbsttätige Regelung des Flickerpegels vorgenommen werden.
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Während in dem eingangs geschilderten Beispiel die stufenweise Beeinflussung
des Lichtbogenofens durch den Stufenschalter des Ofentransformators erfolgt, ist
es unter Beibehaltung des Verfahrens zur Erfassung der Überschreitungshäufigkeit
vorgegebener Flickerpegel in zwei Kanälen I und M durch Abwandlung der Meßwertverarbeitung
eine stetige Beeinflussung der Störquelle möglich. Allerdings sind auch im letzteren
Falle die Meßgrößen unstetig, jedoch werden sie in regelmäßigen Zeitabständen an
die Regelorgane gegeben.
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Bei einem Lichtbogenofen kann zur stetigen Regelung des Flickerpegels
e-in Elektroden-LageRegler als Stellglied benutzt werden.
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Die dazu benötigten Bauteile und das Grundsätzliche des Verfahrens
werden nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren 8 bis 10 beschrieben.
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Die zwei Häufigkeits-Meßkanäle der stufenweisen Regelung werden beibehalten,
weil sie eine genauere Regelung ermöglichen als nur ein Meßkanal.
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Fig. 8 zeigt das Prinzip der Regelung. Die Einrichtung gibt einen
Sollwert für die Elektroden-Lage Soll so vor, daß der zulässige Flickerpegel während
des vorgeschriebenen Meßintervalls T1 (= 15 min) eingehalten wird. Dieser Sollwert
wird abhängig von der Pegelüberschreitungs-Häufigkeit in den Meßkanälen I und M
in Zeitabständen TM regelmäßig korrigiert. Die Zeit TM ist nicht vorgeschrieben,
sie wird auf etwa 1 min eingestellt. (Die Zeit TI kann auch frei gewählt werden,
sofern ein zusätzlicher Flicker-Meßkanal die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte
kontrolliert Der Hauptregler vergleicht den Sollwert von hM mit seinem Istwert.
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Der Sollwert von hM wird durch hI beeinflußt, damit der zulässige
Bereich optimal ausgenutzt werden kann.
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Der Sollwert hM Soll ist so einzustellen, daß am Ende des Meßintervalls
TI der Meßwert H der zulässigen Häufigkeit (wo ) entspricht. Dies ist anhand der
Formeltafel in Fig. 9 erläutert. Die im Meßintervall TI laufende Zeit tI sei das
n-fache von TM und T1 sei das N-fache von TM (siehe C'. 1 und 2). Für die momentane
Häufigkeit im Kanal I, d. h. für hI gilt dann Gl. 3. Am Ende des Intervalls TI wird
der Wert gem. Gl. 4 erreicht. Im Zeitpunkt nTM, irgendwo im Laufe des Intervalls
TI, kann der Zähler von Gl. 4 in zwei Glieder aufgeteilt werden, in das bekannte
erste Glied Summe der tüM bis zum Zeitpunkt nTM) und in ein zweites Glied, das die
noch nicht eingetretenen Ereignisse enthält. Für dieses zweite Glied gilt unter
Voraussetzung unveränderter Betriebsbedingungen und einer wirksamen Regelung: (N
- n) . TM hM Soll als einfachster Schätzwert. Dieser Wert wurde in Gl. 5 noch mit
einem Symbol F (als Faktor aber auch als Funktions-Symbol lesbar) ergänzt. Auch
für die linke Seite von GI. 5 gelte die Voraussetzung,
daß die
Regelung ihr Ziel erfüllt und der Sollwert von hI erreicht wird. Unter der Annahme
eines Faktors F =-1 folgt dann für hM Soll die Gl. 6, die unter Anwendung von Gl.
1 und Gl. 2 aus Gl. 5 gewonnen wurde. Weitere Umformungen ergeben die Gl. 7 und
.
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Die Lage des Zeitpunktes der Messung von hI innerhalb des Meßintervalls
TI wird mit n gekenazeichnet. Der Sollwert hM Soll wird von n stark beeinflußt.
wird abhängig von den Meßzeiten n . TM der für das kommende Intervall gültige Sollwert
hM Soll mit dem Parameter h1 aufgetragen, zeigt sich, daß Gl. 7 zu Beginn des Intervalls
T1 eine sehr schwache und zum Ende des Intervalls eine sehr starke Beeinflussung
des Sollwertes bewirkt. Gegen das Ende des Intervalls können nicht realisierbare
negative Sollwerte 11M Soll berechnet werden. In einem solchen Fall wird hM Soll
gleich Null gesetzt.
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Zwei Maßnahmen zur Einschränkung des Bereiches von hM Soll auf veI-nünftige
Werte sind: 1. Die Benutzung von zwei mit Zeitverschiebung gesteuerten I-Meßkanälen,
wie bereits früher beschrieben. In diesem Falle sollte damit die ausschließliche
Benutzung von Meßwerten hI aus, dem mittleren Bereich der Intervalle T1 erreicht
werden. Dies entspricht etwa einer Einschränkung der Meßzeitpunkte auf den Bereich
0,2 N = n 0,7 N.
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2. Die Einführung einer experimentell zu ermittelnden Funktion F in
Gl. 5.
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Die stetige Regelung des Lichtbogenofens ist durch die beschriebene
und in Fig, 10 schematisch dargestellte Einrichtung zur getakteten Vorgabe eines
Sollwertes L Soll für die Elektrodenlage möglich. Die Wirksamkeit der Regelung ist
stark von dem Zusammenhang zwischen Lichtbogenlänge und Flickerpegel abhängig.
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Die digitale Meßschaltung zur Oberwachung kurzzeitiger Überschreitungen
eines vorgegebenen Spannungspegels kann auch mit Hilfe eines Schieberegisters durchgeführt
werden.
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Eine analoge Meßgröße darf einen vorgegebenen Pegel nur in einem geringen
Bruchteil der Zeit überschreiten. Zur Überwachung der quasi kontinuierlichen Erfüllung
dieser Bestimmung soll das nachstehend beschriebene Meßgerät angewandt werden.
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Bei einer regellos schwankenden Meßgröße ist die Erfüllung der o.
g. Bestimmung auch von der Wahl der Zeitteilung abhängig. Als Beispiel sei ein Beobachtungszeitraum
der Dauer TM genannt und eine zulässige Häufigkeit der Pegelüberschreitung von hZ.
(Konkretes Beispiel: TM = 1 min, hZ = 10 2, d. h. die gesamte Pegelüberschreitungsdauer
darf 0,6 s je Minute Beobachtungsdauer nicht überschreiten). Die diskrete Erfüllung
der Bestimmung ist nachgewiesen, wenn bei periodischer Überprüfung der Häufigkeit
in jeder Minute, der Meßwert hM stets unter hz = 10 bleibt. Zu einer kontinuierlichen
Oberprüfung der o. g. Bestimmung sollte jedoch der Beobachtungszeitraum TM (= 1
min) nicht periodisch wiederholt werden, sondern über alle Meßwerte hinweggleiten,
siehe Fig. 11. Bei der stetigen Überwachung wird auch die ungünstigste Kombination
von verhältnismäßig langen Einzelüberschreitungen erfaßt.
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Die stetige Oberwachung der Meßgröße kann zwar mit einem Schieberegister
nicht exakt erreicht, jedoch mit ausreichender Genauigkeit angenähert werden. Die
Genauigkeit steigt mit der Schiebe- (Takt-) Frequenz. Eine Funktionsbeschreibung
wird anhand der in Fig. 12 dargestellten Blockschaltung gegeben.
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Die Aufgabe der Oberwachungseinrichtung ist die quasi kontinuierliche
Messung der relativen Summenhäufigkeit hM der Pegelüberschreitungen bezogen auf
die Meßdauer TM Das Auftreten einer Pegelüberschreitung wird mit dem Schmitt-Trigger
festgestellt. Dieser wechselt sein Ausgangssignal von 0 auf L bzw. von L auf 0,
sooft seine Eingangsgröße den eingestellten Pegel steigend oder fallend überquert.
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Die Gesamtdauer der Pegelüberschreitungen wird mit dem Schieberegister
gemessen. In periodisch aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten TR werden in den Schieberegistern
die Ausgangswerte O bzw. L des Schmitt-Triggers eingelesen. Der neu eingelesene
Wert schiebt alle vorangegangenen Werte um einen Register weiter. Die Zahl der zur
Auswertung heranzuziehenden Register ergibt sich (bei der vorgegebenen Meßdauer
TM) zu R = TM/TR. Wird die Gesamtzahl der Register, die während Pegelüberschreitungen
geladen wurden mit 0 bezeichnet, so ist die relative Häufigkeit der Pegelüberschreitungen
im unmittelbar zurückliegenden Zeitabschnitt TM annähernd hM = O/R. Die Zahl 0 kann
sich nach jeder Verschiebung, in diskreten Zeitabständen TR jeweils um i 1 ändern.
Bei ausreichend großer Registerzahl R, d. h. bei ausreichend kleinem Zeitabstand
TR, wird eine sehr feinstufige, quasi kontinuierliche Messung von hM ermöglicht.
Auf diese Weise gelingt es, die relative Häufigkeit der Pegelüberschreitungen, die
eigentlich für diskrete Zeitabschnitte TM definiert ist, bei gleitendem Zeitabschnitt
TM durch eine annähernd stetig verlaufenden Größe zu ersetzen und zugleich eine
strenge Oberwachung der Pegelüberschreitungen vorzunehmen.
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Dabei wird auch der ungünstigste Fall, in dem durch das Zusammentreffen
zeitlich dicht aufeinanderfolgender Pegelüberschreitungen in einem ungünstigst liegenden
Meßabschnitt TM die höchste Häufigkeit hM auftreten kann, erfaßt.
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Die Auswertung der Gleichung hM = O/R kann bei Anwendung verschiedener
Schieberegister in unterschiedlicher Weise vorgenommen werden. Der einfachste Weg
ist die Anwendung eines Schieberegisters mit seriellem Aus- und Eingang. Dann wird
die Zahl 0 am besten mit einem vorwärts-rückwärts-Zähler ermittelt, indem der bisherige
Zählerstand mit dem neu hinzukommenden und mit dem wegfallenden Wert korrigiert
wird. Weitere Möglichkeiten bietet die Anwendung von Serien-Parallel-Schieberegistern.
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Bei langer Meßzeit (TM = 10 3 Minuten) wäre es zwecklos, einc sehr
große Anzahl von Registern anzuwenden. Zweckmäßiger erscheint eine digitale Messung
der Überschreitungsdauer und die fort laufende Speicherung der im Zeitabschnitt
TR aufgelaufenen Gesamt-Oberschreitungsdauer im Schieberegister. Dabei käme auch
eine Optimierung zwischen Registerzahl und Speicherkapazität des Einzelregisters
in Frage.
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Bei den obigen Beispielen wurde davon ausgegangen, daß das Flickermeßgerät
die mit Flickererscheinungen behaftete Spannung aus dem Versorgungsnetz an dem Verknüpfungspunkt
mit dem Lichtbogenofen bezieht. Dieses Verfahren ist jedoch nur dann ratsam, wenn
außer dem betreffenden Lichtbogenofen keine anderen Verbraucher angeschlossen sind,
die ebenfalls Flicker verursachen.
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Sind jedoch z. B. noch andere Lichtbogenöfen, die keine Einrichtung
zur Begrenzung des Flickers aufweisen, an das Netz angeschlossen, dann leidet der
mit der Flickerbegrenzungseinrichtung ausgerüstete Ofen, weil er beim Auftreten
jeglichen Flickers, also auch von solchem, den er selbst garnicht verursacht, auf
verminderte Leistung schaltet.
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Um diese Benachteiligung zu vermeiden ist es möglich, eine Trennung
der vom eigenen und vom fremden Betrieb erzeugten Flicker anteile dadurch zu erreichen,
daß die dem Flickermeßgerät zugeführ te Spannung als Spannungsfall des ofenseitigen
Stromes über der in geeigneter Weise nachgebildeten Netzimpedanz ermittelt wird.
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Die auf diese Weise simulierte Spannung wird auf das Flickermeßgerät
gegeben, das dann die Bewertung des Flickers so durchführen kann, als sei der betreffende
Verbraucher der alleinige Flickererzeuger.
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In Fig. 13 ist schematisch eine entsprechende Schaltung wiedergegeben,
wobei mit A und B die beiden möglichen Alternativen angegeben sind.
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Die vom E-Werk gelieferte Energie (Strom) wird von einem ersten Transformator
T rl auf die für die Anwendung am Lichtbogenofen zweckmäßige Zwischenspannung gebracht.
Ein zweiter mit Stufenschalter-Steuerung ausgestatteter Transformator T r2 dient
als Stellglied für die Einstellung der Ofenspannung und damit der Ofenleistung.
Der betreffende Schaltbefehl wird vom Flickerpegelwächter 1 gegeben. Vom Netz ist
insbesondere die Impedanz Zv wirksam, die in Fig. 13 durch die Kapazitäten C, C,
den Blindwiderstand X und den Wirkwiderstand R dargestellt ist. Bei der Alternative
A liegt das Gerät 1 über einen Spannungswandler S unmittelbar an der am Verknüpfungspunkt
PCC herrschenden Spannung. Am Gerät 1 werden daher alle am Verknüpfungspunkt auftretenden
Flicker registriert und verarbeitet und zwar einschließlich aller Abnehmer, die
von diesem Verknüpfungspunkt versorgt werden.
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Um den Einfluß von fremdem Flicker auszuschalten wird die Alternative
B verwendet. Hierbei wird die Spannung für das Gerät 1 ofenseitig, d. h. zwischen
PCC und T abgenommen. Damit sollen nur die Rückwirkungen erfaßt werden, die von
der betreffenden Lichtbogemofenanlage Tr1> Tr2> 0 ausgehen. Bei Zväq wird
die Netzimpedanz v durch die Längsimpedanz und Queradmittanzen nachgebildet. Der
sich daraus ergebende Spannungsfall wird durch das Gerät 1 entsprechend bewertet
und entsprechend dem Verfahren A zur Steuerung des Tr2 genutzt.
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