DE3019133C2 - Stromversorgungseinrichtung zum elektrischen Beheizen eines geschmolzenen Mediums - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung zum elektrischen Beheizen eines geschmolzenen Mediums (Schmelze), das sich in einer Schmelzwanne befindet, durch gleichphasige Teilwechselströme, die über einen Transformator oder eine Anzahl Einzeltransformatoren mit je einer Primärwicklung und mit einer oder einer Anzahl Sekundärwicklungen aus denselben in die Schmelze eingespeist werden und die die Schmelze über darin eingetauchte Elektroden- und Gegenelektroden durchsetzen.

Derartige Stromversorgungseinrichtungen sind verfahrenstechnisch zum Beheizen von geschmolzenen Medien solcher Art einsetzbar, die dem Beheizungsstrom einen ohmschen Widerstand entgegensetzen, mithin einen ohmschen Verbraucher darstellen. Betref· so fende Einrichtungen werden z. B. bei Glasschmelzen und bei Salzschmelzen eingesetzt. Bekannt sind auch Einrichtungen der eingangs angegebenen Art mit nur einem Transformator durch DE-PS 8 41 489 und mit mehreren Transformatoren durch DE-OS 26 26 798.

Dem in eine Schmelzwanne verbrachten geschmolzenen Medium wird der Beheizungsstrom aus einer Wechselstromquelle über einen Transformator oder eine Anzahl Einzeltransformatoren mit einer Anzahl Sekundärwicklungen bzw. je einer Sekundärwicklung und weiter über; Elektroden, die in das Medium eingetaucht sind, zugeführt, und wird über Gegenelektroden, die ebenfalls eingetaucht sind, aus dem Medium abgeführt Mit der Elektrodenanordnung wird bewirkt, daß der Beheizungsstrom in eine Anzahl Teilwechselströme entsprechend der Anzahl von Pa-yen der Elektroden und Gegenelektroden über einen Querschnitt durch das geschmolzene Medium verteilt wird.

Von den Stromversorgungseinrichtungen wird gefordert, daß eine gleichmäßige Erhitzung des Schmelzenmaterials erreicht wird und die Elektroden und Gegenelektroden möglichst gleiche Strombelastungen erfahren, damit diese im Betrieb gleichmäßig abgetragen werden, mithin alle beteiligten Elektroden möglichst gleiche Standzeiten erreichen.

Einer möglichst gleichen Strombelastung der Elektroden stellen sich Schwierigkeiten dadurch entgegen, daß die Verteilung der Teilwechselströme (Stromverteilung) infolge von Unterschieden und Änderungen der lokalen Zustände in einer Schmelze unterschiedlich ist und verändert wird. Eine gleichmäßige oder eine Stromverteilung in einem gewollten Verhältnis wird erzielt indem die Teüwechselströme galvanisch voneinander getrennt aus je einer Sekundärwicklung eines Transformators oder über Einzeltransformatoren eingespeist werden, und wesentlich dadurch, daß die einzelnen Elektrodenpaare durch eine Stromverteilungsschaltung entsprechend miteinander elektromagnetisch verkettet sind (DE-PS 8 41 489). Bei der Einrichtung nach DE-OS 26 26 798 sind beispielsweise die Primärwicklungen der Einzeltransformatoren in Reihenschaltung an die Speisequelle angeschlossen. Dabei ist der Reihenschaltung ein Spannungsregler, welcher durch je einen Strom- und einen Spannungsdetektor beeinfluß wird, vorangeschaltet, womit die Leistungszufuhir und der Gesamtstrom und damit auch die Teilströme konstant gehalten werden. Unterschiede zwischen den Teilwechselströmen, die in der Schmelze lokal bedingt sein können, werden verringert, indem nur Elektroden und Gegenelektroden, die paarweise räumlich versetzt einander gegenüberstehen, an je eine Sekundärwicklung eines Transformators mit gemeinsamer Primärwicklung oder eines Einzeltransformators angeschlossen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der mit einer die einzelnen Elektrodenpaare miteinander elektromagnetisch verketteten Stromverteilungsschaltung unter Verwendung eines herkömmlichen Transformators mit einer Primär- . wicklung, welcher der Gesamtstrom zugeführt wird, eine gleichhohe Strombelastung erzielt wird oder — wie bekannt — durch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse der Verkettungstransformatoren eine Strombelastung erzielt wird, bei der die Teilwechselströme in einem gewünschten Größenverhältnis miteinander stehen, falls eine bestimmte Temperaturverteilung in der Schmelze eingestellt werden soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mit je einer Sekundärwicklung eines Transformators oder Einzeltransformatoren eine oder mehrere Sekundärwicklungen eines zusätzlichen Transformators in Reihe geschaltet sind, und die Primärwicklungen des zusätzlichen Transformators in Reihenschaltung kurzgeschlossen sind, diese Primärwicklungen und die zugeordneten Sekundärwicklungen je für sich

gleiche oder derart vorgegebene WindungszahJen haben, daß sich gleich große bzw. in einem gewünschten Größenverhältnis stehende Teilwechselströme ergeben. Bei dieser Stromversorgungseinrichtung wirken ein gewöhnlicher Netztransfonnator mittelhoher Leistung mit einer Primärwicklung und einer Anzahl hiermit gekoppelter Sekundärwicklungen oder Einzeltransformatoren als herkömmlicher Transformator bzw. Transformatoren, und ein zusätzlicher Transformator, dessen mehrere in Reihenschaltung kurzgeschlossen sind, zusammen. Diese Primärwicklungen und die zugeordneten Sekundärwicklungen haben je für sich gleiche oder derart vorgegebene Windungszahlen, daß sich gleich große bzw. in gewünschten· Größenverhältnis stehende Teilwechselströme ergeben.

Werden bei dieser Einrichtung die Sekundärwicklungen des herkömmlichen Transformators durch unterschiedliche Teilwechselströme belastet, wobei dann die Spannung an diesen Sekundärwicklungen gleich groß ist, so entstehen an den Sekundärwicklungen der zusätzlichen Transformatoren unterschiedlich große Spannungen, die den Teilwechselströmen entsprechen; "sowie auch mit unterschiedlicher Polarität dadurch, daß die primären Teilwicklungen in Reihenschaltung kurzgeschlossen sind. Diese Spannungen setzen sich mit den Spannungen an den Sekundärwicklungen des herkömmlichen Transformators zu Gesamtspannungen zusammen, unter weichen alle Teilwechselströme gleich groß werden.

Entsprechend der gewünschten Anzahl von Teilströmen eines ein geschmolzenes Medium durchsetzenden Beheizungsstroms ist eine Anzahl Transformatoren so geschaltet, daß durch einen durch die in Reihe geschalteten Primärwicklungen fließenden Strom die gewünschte Anzahl möglichst gleich großer oder in einem vorgegebenen Verhältnis stehender Teilströme sekundärseitig vorgegeben wird.

Den Primärwicklungen des bzw. der zusätzlichen Transformatoren kann eine Sekundärwicklung zugeordnet sein, "der es können mehrere Sekundärwicklungen zugeordnet sein.

Sollen die Teilwechselströme konstant gehalten werden, genügt es, den durch die Primärwicklungen fließenden Strom konstant zu halten und, einer weiteren Ausbildung der Erfindung entsprechend, den Primärwicklungen ein Wechselstrom-Stellglied mit zwei gegenpolar parallelgeschalteten Thyristoren vorzuordnen, welches mit einem für die Konstanthaltung des den Primär-wicklungen zugeführten Wechselstroms ausgebildeten Regler zusammenvirkt.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Transformatoren weisen Eigenschaften eines Ssromwandlers auf, so daß Störungen im Betrieb, wie insbesondere gefährlich hohe Überspannungen, die bei Unterbrechung eines Teilwechselstroms auf i/er Sekundärseite auftreten, tunliehst vermieden werden müssen.

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Das zu beheizende, geschmolzene Glas befindet sich in der Schmelzwanne W. die in Draufsicht (Grundriß) dargestellt ist. Längs von zwei einander gegenüberstehenden Wänden der Wanne sind je vier stabförmige Elektroden, die z. B. aus Graphit bestehen, in einer Reihe angeordnet und sind in die Glasschmelze eingetaucht. In der Reilie oben sind die Elektroden E 1 bis /f 4 und in der Reihe ικιι^η die Gegenelektrodcn E' I bis /T'4 angeordnet. Alle Elektroden folgen in der

jeweiligen Reihe mit gleichen Abständen aufeinander, und jeder Elektrode Ei, E2, £3, EA steht eine, zugeordnete Gegenelektrode β V, E1',E3', EV mit je gleichem Abstand gegenüber. Es sind vier Elektrodenpaare (Ei, E'l), (EZ E'2), (E3, E'3), (E4, E'4), und zwar je eine Elektrode Fund eine Gegenelektrode E', über je zwei Stromleitungen an Wicklungen angeschlossen, aus denen vier gleichphasige Teilwechselströme i_x, /2, ö, u in die Glasschmelze zur Beheizung eingespeist werden. Jeder Teilstrom setzt sich aus Strombahnen zusammen, die ·— wie angedeutet — von den Elektroden E aus bauchförmig divergieren und zu den Gegenelektroden 2?'hin konvergieren. Beim Durchgang durch die Glasschmelze überkreuzen sich die Teilströme /i und i₂ sowie die Teilströme i₃ und J₄. Eine solche Anordnung kann zweckmäßig sein, um abhängig von der Gestalt der Wanne W und dem Schmelzprozeß möglichst günstige Betriebsbedingungen zu erzielen.

Damit nun alle Elektroden und Gegenelektroden eine gleiche Strombelastung erfahren, mü>-en unabhängig von den lokalen Zuständen in der Glasschmelze und dem davon bedingten elektrischen Widerstand in den verschiedenen Volumenbereichen die über die Elektroden eingespeisten Teilwechselströme i_x bis U gleich groß einstellbar sein und während des Beheizungsbetriebs ggf. konstant gehalten werden. Erfüllt wird diese Forderung unter Verwendung eines Stromversorgungstransformators Γ mit einer Primärwicklung U', die an ein Wechselstromnetz N angeschlossen ist, vier Sekundärwicklungen V_x, V₂, V₃, V₄ mit zusätzlich einem Transformatorsystem 1 aus vier Einzeltransformatoren 1, 2, 3, 4 mit je einer Primärwicklung Ui bis i/4 und je einer Sekundärwicklung Vl bis V4. Diese wie die Sekundärwicklungen V₁ bis V₄ haben gleiche Windungszahlen, die in einem gewählten Verhältnis zur Windungszahl der vier Primärwicklungen bzw. zur Primärwicklung t/'von Γ festgelegt sind.

Man braucht nur noch den Primärstrom konstant zu halten, damit auch die Sekundärströme zeitlich konstant und unabhängig von der Netzspannung werden. Dazu kann ?in Wechselstrom-Steller dienen, bestehend aus zwei gegenparallelgeschalteten Thyristoren, der mit einem Stromregler zusammenwirkt.

Die Forderung nach vier gleich großen Teilwechselströmen i\ bis U wird bei der Stromversorgungseinrichtung mit dem Transformator Γ dadurch erfüllt, daß bei dieser- mit jeder Sekundärwicklung V'\, V₂, Vj, V₄ je eine zusätzliche Sekundärwicklung V_x, V₂, Vy, V₄ der Transformatoren 1,2,3,4 in Reihe geschaltet ist, womit die vier Elektrodenpaare (E_x, £',), (E₂, E'₂), (Ey, E₃). (Ea, EU) an je zwei in Reilve geschalteten Sekundärwicklungen von Transformatoren angeschlossen sind, und daß die Transformatoren 1, % 3, 4 primärseitig kurzgeschlossen sind, d. h. daß die Reihenschaltung der vier primären Teilwicklungen U_x, U₂, Uy, Ut in sieh kurzgeschlossen ist.

Wird nun die Primärwicklung U'des Transformators Γ an die Wechselstromquelle (Netz N) angeschlossen, dann wird von der Primärwicklung U' ein Primärstrom aufgenommen, welcher der Summe der vier Teilströme /ι bis /4 in den vier Sekundärwicklungen V_x bis V₄ entspricht, wobei diese Teilströme in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand der Strombahnen in der Glasschmelze in den einzelnen Volumenbereichen an sich unterschiedlich jroB sein können. Da jeder Teilstrom über eine Sekundärwicklung der priniärseitig kurzgeschlossenen Transformatoren 1 bis 4 fließt, so werden an den primären Teilwicklungen unterschied!)-

ehe Spannungen, die den unterschiedlichen Teilströmcn in den Sekundärwicklungen V, bis V₄ entsprechen, induziert, welche Spannungen (zumindest eine hiervon in Bezug auf die übrigen Spannungen) unterschiedliche Beträge und Polaritäten haben, da an der kurzgeschlos- ', senen Reihenschaltung der Primärwicklungen die Summe der induzierten Spannungen Null ist. Hierdurch wird bewirkt, daß zu oder von den gleich großen Spannungen an den Sekundärwicklungen V₁ bis V\ jeweils eine der Spannungen, die an den zusätzlichen Sekundärwicklungen V, bis V₄ erzeugt werden, hinzugesetzt bzw. abgesetzt wird, so daß alle vier Teilwechselströme /Ι bis U gleich groß eingestellt werden. Die Schaltungsanordnung der Transformatoren I bis 4 bei dieser Einrichtung hat überdies noch die Wirkung, daß π auch bei veränderter Spannung des Netzes N die Teilwechselströme jeweils gleich groß eingestellt werden. Werden jedoch zeitlich konstant bleibende Teilströme verlangt, dann genügt dafür wiederum nur ein Wechselstrom-Stellglied mit einem zugeordneten >o Konstantstromregler, das der Primärwicklung U' von Γ vorgeordnet wird.

Hinsichtlich der Anforderung, die Teilwechselströme bei festgelegtem Verhältnis der Windungszahlen der primären Wicklungen und der Sekundärwicklungen der r> Transformatoren 1 bis 4 mit einer gewünschten geringen Abweichung einstellen zu können, sind für diese Transformatoren Transformatorenkerne mit kleinem Magnetisierungsbedarf, beispielsweise Schnittbandkerne mit kornorientiertem Werkstoffblech, vor- w gesehen.

Zum Schutz der Transformatorschaltung gegen Überspannungen wird zumindest jeder Sekundärwicklung V'i ... V₄ ein bipolarer Oberspannungsbegrenzer B, die z.B. unter der Bezeichnung »U-Diode« oder J5 »Thyrector« bekannt sind, in Reihenschaltung mit je einem Stromeriassüngsgüed paraüeigeschaliei. Jedes Erfassungsglied weist einen Ausgang auf. Die Ausgänge aller Erfassungsglieder sind mit einer gemeinsamen Signalleitung verbunden, wodurch die Stromerfassungs- -ίο glieder mit einem Störungsauswerter, und zwar mit dessen Eingang, verbunden sind Damit wird jede an einer Sekundärwicklung infolge einer Störung entstehende Überspannung durch einen Stromimpuls signalisiert, von einem Erfassungsglied erfatit und vom Störungsauswerter registriert. Ein Ausgang davon ist mit dem erwähnten Stromregler verbunden. Im Falle einer Störung wird der Stromregler so beeinflußt, daß z. B. alle Teilwechselströme unmittelbar abgeschaltet werden.

Die Einspeisung gleich großer Teilwechselströme in der Glasschmelze über in Gruppen zusammengefaßte Elektroden und Gegenelektroden wird unter Verwendung von Stromversorgungstransformatoreri erreicht, die gemäß der Figur geschaltet sind, bei denen jedoch den Primärwicklungen je zwei oder mehr Sekundärwicklungen zugeordnet sind. Es können bei der Stromversorgungseinrichtung auch nur zwei solcher Transformatoren 1,2 verwendet werden, bei denen den Primärwicklungen U\, U₂ je zwei Sekundärwicklungen, nämlich V,,. Vn (zu Ui) unü v>i. Vi₂(ZU U₂) zugeordnet sind. Aus den je zwei der insgesamt vier Sekundärwicklungen werden in der Glasschmelze die Teilwechselströme ;'i, i2, h. i* über eine Gruppe von Elektroden En. E\\. Eu, E'a und eine Gruppe Gegenelektroden E_2t. E'_2]; E₂₂, E'21 eingespeist. Es können diese zwei Gruppen in zwei Volumenbereichen der Glasschmelze eingetaucht sein, die hinsichtlich ihres ohmschen Widerstandes im Mittel erheblich unterschiedlich sind. Trotzdem stellen sich die vier Ströme A bis ti gleich groß ein.

Die Teilwechselströme brauchen nicht gleich groß eingestellt zu werden. Sie können vielmehr bedarfsweise in bestimmten Volumenbereicnen der Schmelze auch unterschiedlich groß eingestellt sein. Dies kann z. B. einfach durch eine entsprechend unterschiedliche Festlegung der Windungszahlverhältnisse bei den einzelnen, den Volumenbereichen zugeordneten Transformatoren und der Windungszahlen der zugeordneten Sekundärwicklungen eines Transformators nsii nur einer Primärwicklung bewirkt werden, um zu erreichen, daß in einer Glasschmelze, die sich in einer länglichen Wanne befindet, die Teilströme in den zwei Endbereichen der Schmelze größer als im Mittenbereich eingestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungseinrichtung zum elektrischen Beheizen eines geschmolzenen Mediums (Schmelze), das sich in einer Schmelzwanne befindet, durch gleichphasige Teil Wechselströme, die über einen Transformator oder über Einzeltransformatoren mit einer Primärwicklung und mit einer oder mehreren Sekundärwicklungen aus denselben in die Schmelze eingespeist werden und die die Schmelze über darin eingetauchte Elektroden und Gegenelektroden durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß mit je einer Sekundärwicklung (V\... V₄) eines Transformators (V) oder Einzeltransformatoren eine oder mehrere Sekundärwicklungen (Vt... Vj₁) eines zusätzlichen Transformators (1 bis 4) in Reihe geschaltet sind, und die Primärwicklungen (Uy... Ut) der zusätzlichen Transformatoren in Reihenschaltung kurzgeschlossen sind, diese Primärwicklungen und die cugeordneten Sekundärwicklungen (V\ ... V₄) je für sich gleiche oder derart vorgegebene Windungszahlen haben, daß sich gleich große bzw. in einem gewünschten Größenverhältnis stehende Teilwechselströme (i\.. /4) ergeben.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, ₂s dadurch gekennzeichnet, daQi>ei jedem Transformator (1 ... 4) den Primärwicklungen (U\ ... Ut) eine Sekundärwicklung (V\... Va) zugeordnet ist

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Transformator (1 ... '^ den Primärwicklungen (U\ ... U*) mehrere Sekundärwicklungen (Vu, V\x Yn, V22) zugeordnet sind.

4. Stromversorgungseirrrichir-.tg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärwicklung des Transformators (V) ein Wechselstromglied (2') mit zwei gegenpolar parallelgeschalteten Thyristoren (21', 22') vorgeordnet ist, welches mit einem für die Konstanthaltung des der Primärwicklung (u') zugeführten Wechselstromes (i) ausgebildeten Regler (3') zusammen wirkt