DE4200329C2 - Regelbare Speisestromquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Speisestromquelle für elektrische Lichtbögen aufweisende Verbraucher, insbesondere für Gleichstrom-Lichtbogenöfen, mit einem Wechselstrom in Gleichstrom umwandelnden Wandler, der einen Transformator und einen Gleichrichterteil aufweist bzw. einen Transforma­ tor, bei dem an der Primärwicklung ein Dreiphasenstrom an­ liegt, mit einer Sekundärwicklung und einem Kondensator für eine Phasenverschiebung in jeder Phase und einem Gleich­ richterteil, wobei letzterer als eine Gleichrichterventile aufweisende Gleichrichterbrücke ausgebildet ist und ein Ausgang dieser Gleichrichterbrücke mit dem Verbraucher in Verbindung steht, wobei die Spannung an dem eine Elektrode aufweisenden Verbraucher geregelt ist, wobei in einem Komparator die Istspannung Ud und die Sollspannung Uds miteinander verglichen werden und der Komparatorausgang mit dem Eingang einer Regeleinrichtung für eine Elektroden­ positionierung in Verbindung steht.

In einer gattungsgleichen regelbaren Speisestromquelle für Gleichstrom-Lichtbogenöfen (vgl. D. Grünberg, W. Reinhard, "Die Stromversorgung des ersten Gleichstrom-Lichtbogen­ ofens", BBC-Nachrichten, 1983, Heft 5, Seiten 151 bis 157, bzw. DE-OS 31 23 297, H 05 B 7/18 aus dem Jahre 1981), deren Wandler einen stufenweise schaltbaren Transformator auf­ weist und wobei die Sekundärwicklung des Transformators an eine Thyristorbrücke zugeschaltet ist, werden die Elektroden des Ofens über glättende Drosseln mit Gleichstrom versorgt. Jedoch sind die Regelkreise des Stromes und der Spannung sowie die Impulserzeugungsstufen der Thyristor­ brücke in dieser Speisestromquelle ein kompliziertes aufwendiges Steuerungssystem. Sie weisen übermäßig viele in besonderer Weise schaltbare Glieder auf, so daß ihr Gewicht und Abmessungen in Verbindung mit aufwendigen Thyristoren erheblich sind, wobei ein solcher Wandler unter hoher Leistung betrieben werden muß. Mit Hilfe der Thyristorbrücke ist es zwar möglich, kontinuierlich den Arbeitsstrom zu regulieren.

Es müssen die Leistung des Lichtbogens gemäß gestellten Anforderungen reguliert sowie die Stromschwankungen und Kurzschlußströme des Ofens begrenzt werden. Nachteilig hier­ bei ist, daß wegen der Trägheit der Thyristor-Gleichrichter diese in ihrem Ausgang die Spannung nicht entsprechend den schnellen Änderungen im Lichtbogen ändern bzw. anpassen kann. Folglich muß zur Regulierung des Lichtbogens zwingend eine Leistungsdrossel zugeschaltet werden. Ferner ist es erforderlich, um die häufigen Lichtbogenunterbrechungen zu bewältigen, die nominale Lichtbogenspannung mindestens um 20 bis 25 Prozent niedriger als die Leerlaufspannung des Wandlers zu halten. Diese einzuhaltende Bedingung ergibt jedoch, daß die Leistung des Transformators zu erhöhen ist und der Leistungsfaktor cos ϕ lediglich 0,7 bis 0,8 beträgt.

Durch den Thyristor-Gleichrichter ist die Kurvenform des dem Netz entnommenen Stromes verzerrt, was zu einer nicht zuläs­ sigen Veränderung des Kurvenverlaufs der Netzspannung und somit zu Störungen bei anderen elektroenergetischen Verbrau­ chern führt, wenn die Kurzschlußleistung des Speisenetzes nicht ausreichend ist.

Um die höheren harmonischen Ströme sowie die Blindleistung zu kompensieren, ist es unerläßlich, Oberschwingungsfilter zu verwenden. In den Fällen jedoch, wenn der Thyristorwand­ ler nicht im ausreichenden Maße die Netzspannungsschwingungen unterdrücken kann, wird es zusätzlich erforderlich, besonde­ re und kostspielige dynamisch arbeitende Kompensationsanla­ gen vorzusehen.

Zwar ist aus der SU-34 77 580 (UdSSR-Urheberschein Nr. 1066 000 A, H 02 M 7/06 aus dem Jahre 1982) eine gattungsgleiche Speisestromquelle bekannt. Diese Speisestromquelle hat jedoch keine Regelkreise zur kontinuierlichen Regelung der Spannung und der Leistung des Lichtbogens. Die für den Be­ trieb erforderliche Regelung kann man aber nach der bei Wechselstromöfen bekannten Weise realisieren. Bei dieser Art der Regelung sind jedoch eine große Stufenanzahl bei dem Transformator und dem Schalter und eine unstete Regelung nachteilig. Nachteilig ist auch, daß im hohen Maße Oberschwingungen bzw. höhere harmonische Ströme in dem aus dem Netz zu entnehmenden Arbeitsstrom auftreten. Dies gilt besonders dann, wenn mit einem Einphasen-Wandler gearbeitet wird, wobei dieser Nachteil vor allem auf die Gegen-EMK und auf den elektrischen Lichtbogen einwirkt. In dem Wandler liegt nachfolgender Stromkreis (Stromprofil) vor:

Kondensator - Ventil - Last - Ventil - Abzweigung der Sekun­ därwicklung - Wicklung - Kondensator, wobei der zugehörige induktive Widerstand lediglich nur einen Teil der Streureak­ tanz des Transformators ausmacht.

Beim Ein- und Ausschalten der Gleichrichterventile bei der Kommutation in diesem Stromkreis findet vielfach ein starker Spannungsabfall statt. Dies führt zu schnellem Anstieg oder schnellem Stromabfall in der Sekundärwicklung des Transfor­ mators. Dadurch vergrößern sich die Amplituden der Ober­ schwingungen in dem netzseitigen Strom.

Aus der DE 22 50 711 ist eine steuerbare Stromversorgungs­ anlage für einen Lichtbogen-Schmelzofen bekannt, insbe­ sondere ein Lichtbogen-Vakuum- oder Lichtbogen-Schutzgas­ schmelzofen mit einem Tiegel, der als negative Elektrode dient und einem Stahlknüppel, der als positive Elektrode dient, mit einem Wechselstrom in Gleichstrom umwandelnden Wandler, der einen Transformator und ein Gleichrichterteil aufweist, wobei letzteres als eine Gleichrichterbrücke aus­ gebildet ist und ein Ausgang der Gleichrichterbrücke mit dem Verbraucher, dem Tiegel, in Verbindung steht und wobei die Spannung an dem eine positive Elektrode aufweisenden Ver­ braucher geregelt ist.

Die steuerbare Stromversorgungsanlage umfaßt einen mit steu­ erbaren Halbleiterventilen, insbesondere mit Thyristoren bestückten Drehstromsteller, der an das Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T angeschlossen ist sowie eine Gleichrichterbrücke mit ungesteuerten Ventilen (Dioden) in der Drehstrombrückenschaltung, die über den Transformator mit dem Drehstromsteller verbunden ist.

Im Gleichstromkreis der Gleichrichterbrücke ist eine Glät­ tungsdrossel angeordnet. Die positive Verbindungs­ leitung führt über die Glättungsdrossel und über einen ohmschen Meßwiderstand an die positive Ausgangsklemme zur Stromversorgung der Ofenelektrode. Die negative Verbindungs­ leitung der Gleichrichterbrücke führt zur negativen Aus­ gangsklemme, die elektrisch leitend mit dem Tiegel verbunden ist.

Aus der DE 30 25 466 ist ein Lichtbogen-Schmelzofen bekannt, bei welchem über einen Transformator aus einem Wechselstrom­ netz die Lichtbogen-Elektroden gespeist werden, wobei auf der Sekundärseite bereits Kompensationskondensatoren vorge­ sehen sind, die über steuerbare Schalter geschaltet sind. Diese Kondensatoren sind auf der Sekundärseite so nahe wie möglich am Transformator angeordnet, um diese mit ausreichend hoher Spannung zu betreiben. Der hier verwendete Phasenstellerzweig weist einen Kondensator und eine Sekundärwicklung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer regelba­ ren Speisestromquelle und einer zugehörigen Wandlerschaltung der eingangs genannten Art, bei einfacher Regelung des Lichtbogenofens, den Aufwand der elektrischen Bauteile an Gewicht und Abmessungen bei einfacherer Bauart zu verrin­ gern, einen hohen Leistungsfaktor sicherzustellen und im netzseitigen Strom die Oberschwingungen und die Netzspan­ nungsschwankungen zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch 1 sowie im unabhängigen Nebenanspruch 4 ange­ gebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den je­ weiligen Unteransprüchen dargestellt.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung ergibt sich eine Ver­ einfachung der Konstruktion der Speisequelle erstens da­ durch, daß anstelle von Thyristoren Dioden verwendet werden. Ein das Steuerungssystem der Thyristoren regelnder Kreis und ein für die automatische Regulierung des Stromprofiles re­ gelnder Kreis des Wandlers fehlen somit. Bei näherungsweiser Abschätzung der Kosten der Dioden aufweisende Gleichrichter­ brücke sind die Aufwendungen schätzungsweise neunmal kleiner als bei einer Thyristorbrücke mit zugehörigem Regelkreis und Steuerungssystem. Zweitens verringert sich die installierte Leistung der Leistungskomponenten, so daß diese vereinfacht und verbilligt werden.

In der Thyristor-Stromquelle sind im Gleichstromleiterkreis eine oder mehrere reaktive Glieder, d. h. Drosselspulen, nachfolgend Spulen genannt, vorhanden.

Bei der erfindungsgemäßen regelbaren Speisestromquelle gibt es zwar eine größere Anzahl von Spulen im Wechselstromkreis, jedoch ist die summarisch erforderliche installierte Lei­ stung dieser Spulen um den Faktor 2 bis 2,5 mal kleiner. Der Leistungsunterschied der Spulen begründet sich darin, daß diese in den unterschiedlichen Speisestromquellen auch un­ terschiedliche Funktionen ausüben.

Der erfindungsgemäße Transformator wird im Vergleich zur erforderlichen installierten Leistung vorteilhaft kleiner. Die bei der Thyristor-Stromquelle erforderliche installierte Leistung des Transformators übersteigt in der Regel die Nennleistung dieser Speisestromquelle um das 1,5- bis 1,6 fache; bei der erfindungsgemäßen Speisestromquelle ist dies jedoch nur um 5 bis 10 Prozent der Fall. Der Unterschied erklärt sich durch die unterschiedliche Arbeitsweise. Bei der Thyristor-Speisequelle ist die Nennspannung um 20 bis 25 Prozent niedriger als die Leerlaufspannung, wobei die Verringerung der Spannung durch die erforderliche Regelung der Öffnungswinkel der Thyristoren erreicht wird. Infolge der Verringerung der von der Speisestromquelle herrührenden Spannung und aufgrund der bei Stromfluß erscheinenden Blindkomponente ergibt sich, daß im Nennbetrieb die von der Speisestromquelle erreichbare Leistung etwa 1,5 mal kleiner als die der Maximalleistung wird. Jedoch ist bei der erfindungsgemäßen Speisequelle der Wert der Nennspannung etwa gleich der Effektivspannung der Sekundärwicklungen des Transformators und die Ströme des Transformators enthalten bei dieser Arbeitsweise keine zu berücksichtigende Blindkomponente. Deshalb unterscheidet sich die scheinbare Leistung des Transformators im Nennbetrieb bei der üblichen Arbeitsweise nur wenig von der Leistung auf der Gleichstromseite der Speisestromquelle.

Im Thyristor-Gleichrichter ist zwar eine Kondensator­ batterie nicht vorgesehen, aber mit dem Ziel, einen wirt­ schaftlichen Leistungsfaktor (etwa 0,95) zu erhalten, ist es unerläßlich, parallel zur Thyristor-Speisestromquelle mindestens eine statische Saugkreisanlage einzuschalten, welche die Blindleistung abgibt. Diese Anlage besteht aus Kondensatorbatterien, welche gegenüber den Stromoberwellen durch Drosselspulen geschützt sind. Die erforderliche Leistung dieser Kondensatoren in der Saugkreisanlage ist um 5 bis 50 Prozent größer als die erforderliche Leistung der Kondensatoren im Verbund mit der erfindungsgemäßen Speisequelle.

Die vereinfachte Konstruktion und das Verkleinern der in­ stallierten Leistung der Vorrichtung führt dazu, daß der Kostenaufwand der erfindungsgemäßen Speisestromquelle ledig­ lich ca. 60 Prozent derjenigen der reinen Thyristor-Speise­ stromquelle beträgt. Dies gilt als vorläufige Abschätzung für den Fall, daß die während der Arbeit der Thyristor-Spei­ sestromquelle auftretenden Netzspannungsschwankungen einen nicht vorgegebenden Umfang überschreiten und eine Kompensa­ tion nicht erforderlich wird.

Die Verringerung der Netzrückwirkungen drückt sich sowohl durch die Verringerung der Spannungsschwankungen im Netz als auch durch eine Verringerung der Oberwellen in dem dem Netz entnommenen Strom aus.

Eine Verringerung der Netzspannungsschwankungen wird dadurch erreicht, daß die Blindkomponente des Kondensatorbatterie­ stromes und die Blindkomponente des Drosselstromes gegensei­ tig kompensiert werden und die Blindleistungskomponente des Netzstromes der erfindungsgemäßen Stromquelle in allen Ar­ beitsbereichen, beginnend beim Leerlauf bis zum Kurzschluß, relativ gering wird. Die maximal vorkommenden Werte des Netzblindstromes betragen 20 bis 40 Prozent des Netz­ wirkstromes des Nennbetriebs. Bei dem Thyristor­ gleichrichter erreicht jedoch der Netzblindstrom im Kurz­ schlußbetrieb praktisch den gleichen Wert des ganzen Netz­ stromes und beträgt etwa 100 bis 120 Prozent des Wirkstromes bei Nennbetrieb. In Verbindung damit verringern sich die Spannungsschwankungen im Netz vorteilhaft drei- bis viermal.

Die Verringerung der Oberschwingungen in dem dem Netz ent­ nommenen Strom wird dadurch erreicht, daß die Speisestrom­ quellenschaltung keine elektrischen Glieder mit Phasenrege­ lung aufweist, d. h. keine geregelten Drosseln oder geregel­ te Thyristoren. Bei Einsatz einer Phasenregelung fehlt zu Beginn der Halbperiode der Netzstrom, jedoch zu einem ande­ ren beliebige Zeitpunkt, beispielsweise während der Mitte der Halbperiode, findet eine Stromsättigung im Stahlkern der Drossel bei dieser Regelung statt. Daher wird dem Thyristor ein Zündimpuls eingespeist und danach steigt der Netzstrom steil auf einen Wert an, welcher durch den Belastungswider­ stand bestimmt ist. Auf diese Weise findet eine Verzerrung des sinusförmigen Stromes statt. Da erfindungsgemäß jedoch solche Regelglieder fehlen, fehlen auch derartige Stromverzerrungen. Andererseits findet eine Verzerrung des sinusförmigen Stromes auch in der nicht geregelten Diodenbrücke statt, indem tatsächlich ein Ablauf durch Schließen der ersten und Öffnen der anderen Dioden stattfin­ det und damit verbunden ein Umschalten der Stromkreise.

Der Umschaltvorgang ruft in den elektrischen Gliedern des Stromkreises eine sprungartige Änderung der Spannung hervor, wodurch der sinusförmige Strom verzerrt wird, der diese Glieder durchfließt. Diese Spannungssprünge verzerren den Strom um so mehr, je kleiner die gesamte Induktivität in dem Stromkreis ist. Die kleinste Induktivität besitzen Strom­ kreise, welche die Kondensatorbatterie und die zugehörigen Sekundärwicklungen des Transformators durchsetzen. Die Zu­ satzdrossel im Stromkreis, die den Verbindungspunkt der Pha­ senverschiebungsketten mit dem Verbindungspunkt der Zusatz- Gleichrichterventile verbindet, gestattet die Induktivität dieses Stromkreises zu erhöhen. Damit ist das Niveau der Oberschwingungen im Arbeitsstrom verringert. Das erreichbare Niveau der Oberschwingungen im Arbeitsstrom in allen Ar­ beitsbereichen übersteigt nicht mehr als 6 bis 8 Prozent des Nennstromes. Ohne die Vergrößerung der Anzahl der Phasen des Wandlers wären es 2 bis 3 Prozent, bei Vergrößerung der An­ zahl der Phasen erreicht man bis 12 Prozent. Der Bereich der harmonischen Oberschwingungen in einem Thyristor-Gleich­ richter erreicht im Vergleich dazu Werte von 20 bis 25 Prozent.

Eine Verringerung der Spannungsschwingungen des Netzes und der höheren harmonischen Oberschwingungen des benötigten Stromes gestatten es, daß die erfindungsgemäße Speisestrom­ quelle ohne einen teuren dynamischen Kompensator und ohne im Netz zwischengeschaltete Filter arbeiten kann, wobei in die­ sen Netzen die Kurzschlußleistung des Netzes die Leistung der Speisequelle nur 12- bis 15 mal übersteigt. Dies ist 3 bis 4 mal weniger als bei Verwendung eines Thyristor-Gleich­ richters.

Die Herabsetzung der notwendigen Kurzschlußleistung des Netzes um das Drei- bis Vierfache erhöht wesentlich die Anzahl der Stromnetze, mit welchen gearbeitet werden kann, ohne eine dynamische Kompensation verwenden zu müssen. Die Kosten einer Thyristor-Speisestromquelle mit dynamischer Kompensation sind etwa 50 bis 60 Prozent höher als die Kosten ohne einen Kompensator.

Wenn anstelle einer Thyristor-Speisestromquelle und eines dynamischen Kompensators die erfindungsgemäße Speisestrom­ quelle verwendet wird, dann beläuft sich die Reduzierung der einzusetzenden Apparatur etwa um den Faktor 2,2.

Bei der erfindungsgemäßen Speisestromquelle erreicht man einen höheren Wert des Wirkungsgrades als bei einer Thyri­ stor-Speisestromquelle. Der Wirkungsgrad vergrößert sich durch eine Verringerung der Leistungsverluste im Transforma­ tor, in den Drosseln und letzlich dadurch, daß die Thyristo­ ren durch Dioden ersetzt werden.

Der Wirkungsgrad der Transformatoren bei der Thyristor- Speisestromquelle und bei der erfindungsgemäßen Speise­ stromquelle ist etwa gleich. Bei der Thyristor-Speise­ stromquelle sind jedoch die Leistung des Transformators als auch die Leistungsverluste im Transformator etwa um den Fak­ tor 50 Prozent höher als bei der erfindungsgemäßen Speise­ stromquelle.

Wegen der höheren installierten Leistungen der Drosseln in der Thyristor-Speisestromquelle - etwa 2 bis 2,5 mal - ist die Summe der Leistungsverluste in diesen Drosseln etwa um den gleichen Faktor größer.

In der Thyristor-Speisestromquelle läuft der Belastungsstrom durch zwei hintereinander geschaltete Thyristoren der aus­ richtenden Gleichrichterbrücke, bei der erfindungsgemäßen Speisestromquelle läuft er jedoch durch zwei hintereinander geschaltete Dioden. Weil der Spannungsabfall im Thyristor etwa um den Faktor 2 größer ist als bei der Diode, folgt, daß der Leistungsverlust in der Thyristorbrücke ebenfalls um den Faktor 2 größer ist als bei der Diodenbrücke.

Folglich betragen die Verluste in der erfindungsgemäßen Speisestromquelle nur ca. 60 Prozent der Thyristor- Speisestromquelle. Der Wirkungsgrad der erfindungs­ gemäßen Speisestromquelle ist bei einer Leistung von 70 MW etwa 0,98. Dies ist 1,5 bis 2 Prozent mehr als bei der Thyristor-Speisestromquelle.

Bei der erfindungsgemäßen Speisestromquelle wird vergleichs­ weise auch die Stabilität des Lichtbogens erhöht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Leerlaufspannung ihre Nenn­ spannung auf 30 bis 40 Prozent erhöht. Dies ist um den Fak­ tor 1,5 bis 2 größer als bei der Thyristor-Speisestromquel­ le. Vorteilhaft wird dadurch die Anzahl der Lichtbogenabris­ se verringert, da die Speicherung der Spannung vorteilhaft erhöht wird.

Die erfindungsgemäße Speisestromquelle gestattet es, ohne den Einsatz von steuerbaren Ventilen und ohne eine Stufenum­ schaltung der Spannung am Transformator die dem Ofen zuzu­ führende Leistung kontinuierlich etwa in Grenzen von 65 bis 100 Prozent, bezogen auf die Nennleistung, zu regeln. Hier­ bei führt die Regelung praktisch zu keiner Verschlechterung des Leistungsfaktors, zu keiner Erhöhung des Pegels der Oberschwingungen und zu keiner Verringerung des Wirkungsgrades, wie dies z. B. bei der Thyristor- Speisestromquelle der Fall ist.

Wenn im Einzelfall bei der erfindungsgemäßen Speise­ stromquelle im Stromkreis der induktiven Phasenver­ schiebungskette des Wandlers steuerbare Ventile (Dioden) verwendet werden, z. B. zwei Thyristoren pro Phase, dann kann man in diesem Einzelfall vorteilhaft die kontinuierli­ che Regulierung der Leistung auf 15 bis 20 Prozent des Nor­ malwertes erreichen. Die Regelung verlangt in diesem Falle aber nicht, dem Netz eine Blindleistung zu entnehmen, son­ dern umgekehrt, ein gewisses Volumen der Blindleistung wird in das Netz eingespeist. Eine Erhöhung der Oberschwingungen und eine Herabsetzung des Wirkungsgrades ist beim Regeln jedoch wesentlich kleiner als vergleichsweise bei einem Thy­ ristor-Gleichrichter.

Wenn eine Dreiphasen-Speisestromquelle verwendet wird, bei der die Phasenstellerzweige des Wandlers in einer Dreieckschaltung verbunden sind, kann man durch Veränderung der Phasenfolge der Speisespannung eine Regelstufe der Leistung erhalten.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in folgendem näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1, 10, 11 und 13 die Schaltbilder einer regelbaren Einphasen-Stromquelle für den Lichtbogenofen, wobei wesentliche Bauteile der Schaltbilder gestrichelt veran­ schaulicht sind,

Fig. 2 und Fig. 12 eine der Fig. 1 entsprechende Dar­ stellung mit zusätzlichen Drosseln in Wechselstromleiter­ kreise des Wandlers und mit Thyristoren, welche den Pha­ senstellerzweigen mit Drosseln zugeschaltet sind,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, jedoch mit zusätzlich angeordneten Drosseln im Gleichstromkreis­ kreis des Wandlers,

Fig. 4 Schaltbilder der regelbaren Dreiphasen-Stromquelle des Lichtbogenofens, aufgebaut auf der Grundlage von 3 x einphasigen Wandlern mit einer zusätzlichen Drossel im Wechselstromkreis,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung, jedoch mit einer zusätzlichen Drossel im Gleichstromkreis,

Fig. 6 ein Schaltbild der regelbaren Dreiphasen-Stromquelle des Lichtbogenofens mit zusätzlichen Drosseln im Wechsel­ stromkreis und mit zusätzlichen Phasenzweigen, zusammenge­ schaltet in Form eines "Dreiecks",

Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, jedoch mit den Phasenzweigen in Sternschaltung,

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, jedoch mit der Schaltung der Phasenzweige als ein "gleitendes Dreieck",

Fig. 9 eine der Fig. 7 entsprechende Sternschaltung mit zusätzlichen Drosseln im Gleichstrom-Leiterkreis und mit kapazitiven Phasenstellerzweigen, die zwei Transformator­ wicklungen in verschiedenen Phasen haben und in der Gleichrichterbrücke regelbare Dioden aufweisen,

Fig. 10, 11, 12 bzw. 13 unterschiedliche Ausführungsformen der Phasenstellerzweige und ihre Verbindung mit einem Ein­ phasenwandler der Speisestromquelle (s. auch Fig. 1 und Fig. 2),

Fig. 14 die typische Arbeitsweise eines Wandlers der Stromquelle und die Zuordnung der einzelnen Arbeitsbereiche der Stromquelle unter Ausnutzung zusätzlicher Drosseln im Wechelstrom-Leiterkreis des Wandlers,

Fig. 15 ein Vektordiagramm des Einphasenwandlers gemäß Fig. 1 für ein erstes Arbeitsintervall,

Fig. 16 ein Vektordiagramm eines Einphasenwandlers gemäß Fig. 2 für ein zweites Arbeitsintervall,

Fig. 17, 18 und 19 Ausbildungsformen der Speisestromquelle für niedrige Spannungen.

Beispiel 1: (Bevorzugte Ausführungsform)

Die regelbare Einphasen-Speisestromquelle für den Lichtbo­ genofen entsprechend Fig. 1, 10, 11 und 13 des Ofens 1 weisen einen Wandler 2 zur Umwandlung von Wechelstrom in Gleichstrom auf, der mit einem Transformator 3 versehen ist, wobei die Primärwicklung 4 des letzteren an diesen Wandler 2 angeschlossen ist sowie eine Gleichrichtereinrichtung, auf­ gebaut in Form einer Brücke, nachfolgend Gleichrichterbrücke 5. Der diagonale Stromzweig der Gleichrichterbrücke 5 ist an die Elektrode 7 des Ofens 1 angeschlossen. Ein Wandler 2, eine Einrichtung 10b zur Verstellung der Position der Elektrode 7, um den Abstand zwischen der Elektrode 7 und dem Badspiegel 8a der Schmelze im Ofen 1 zu regulieren, ein Spannungsregler 9, ferner ein Komparator 10a sowie ein Meßwandler 11 dienen zur Ausbildung bzw. zur Überwachung der Spannungskennlinien an den Elektroden 7, 8 des Ofens 1. Die Ausgangsspannung des Wandlers 2 wird zum Ofen 1 zugeführt, aber ebenfalls durch den Meßwandler 11 in Form eines Signales Ud auf den negativen Eingang bzw. den Minuseingang des Komparators 10a für den Spannungsvergleich, wobei auf den positiven Eingang des Komparators 10a der Sollwert der gleichgerichteten Spannung Uds zugeführt wird. Der Ausgang des Komparators 10b ist mit einem Positionsregler 9a für die Stellung der Elektrode bzw. des Elektrodenarmes 6a mit Hilfe des Spannungsreglers 9 in Verbindung. Das positive Ausgangssignal des Spannungsreglers 9 dient zur Verstellung der Elektrode 7 nach aufwärts, jedoch das entsprechende negative Signal zur Verstellung der Elektrode 7 abwärts.

Der Transformator weist zwei Sekundärwicklungen 12 und 13 auf. Der Wandler 2 weist zwei in Reihe liegende Phasenstel­ lerzweige 14 und 15 auf. Der Phasenstellerzweig 14 wird ge­ bildet aus einander nachgeschalteter Sekundärwicklung und einer Drossel 16, dagegen der Phasenstellerzweig 16 aus ei­ ner hintereinander geschalteten Sekundärwicklung 13 und ei­ nem Kondensator 17, wobei die Wicklungen 12 und 13 gleich­ sinnig geschaltet sind. Die freien Ausgänge A, A′ der Phasenstellerzweige 14 und 15 sind an die Eingänge der Gleichrichterbrücke 5 zugeschaltet, welche aus den Dioden 18 bis 21 bestehen, aber ihre zusammengeschalteten Ausgänge 22a, 22b sind an die Elektroden des Ofens 1 mit Hilfe von zusätzlichen nicht gesteuerten Dioden 22 und 23 geschaltet, die mit gleicher Polarität geschaltet sind, wie es bei den den Elektroden zugeschalteten Ventilen 18, 20 sowie 19, 21 der Fall ist. Ferner sind die Phasenstellerzweige 14, 15 über einen Verbindungspunkt B den Elektroden 7, 8 über je ein Zusatzgleichrichterventil 22, 23 zugeschaltet. Um den Leistungskoeffizienten der Spannungsquelle zu regulieren, sind die Dioden 18 und 19 des einen Wechselstrom-Diagonal­ zweiges der Gleichrichterbrücke 5, an den Phasenstellerzweig 14 zugeschaltet, welcher die Drossel 16 enthält; die Dioden 18, 19, 20, 21, 22, 23 sind als steuerbare Dioden ausgebildet.

Eine Verkürzung des Lichtbogens erfolgt durch die Vergrößerung der Anzahl der den Strom begrenzenden Zweige des Wandlers 2, wie in den Fig. 10, 11 und 13 dargestellt.

Beispiel 2:

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der steuerbaren Speisestromquelle, entsprechend Fig. 2, ist eine Drossel 24 im Wechselstromzweig der Brücke 5 vorgesehen, wobei die Drossel 24 zwischen dem Verbindungspunkt B und den zusätzlichen Dioden 22 und 23 und dem Verbindungspunkt C der Phasenstellerzweige 14 und 15 angeschlossen ist.

Beispiel 3:

Gemäß einer dritten Ausführungsform der steuerbaren Speisestromquelle entsprechend Fig. 3 ist vorgesehen, zusätzliche Drosseln 25 und 26 im Leiterkreis der Gleichrichterbrücke 5 anzuordnen, wobei diese Drosseln 25, 26 zwischen jeder Ofenelektrode 7 bzw. 8 und mit ihm gleichpolige Verbindungspunkte L, L′ den zusätzlichen Dioden 22 und 23 zugeschaltet sind.

Einzelheiten im Betrieb der regelbaren Dreiphasen-Stromquelle am Lichtbogenofen

Die Dreiphasen-Speisestromquelle entsprechend Fig. 4 besitzt in jeder Phase einen einphasigen Wandler 2c. Diese einphasigen Wandler 2c sind an einer Gleichstromseite parallel geschaltet. Die Ausgangsspannung dieser parallelgeschalteten einphasigen Wandler 2c ist im wesentlichen gleich derjenigen Spannung, die während der Arbeit der einphasigen Wandler 2c einzeln für sich anliegt, während der Ausgangsstrom etwa um das Dreifache größer ist, verglichen mit dem Ausgangsstrom nur eines der Wandler 2c.

Die Speisestromquelle weist einen Transformator 3 auf, bei dem an der Primärwicklung 4 ein Dreiphasenstrom anliegt, mit einer Sekundärwicklung 13 und einem Kondensator 17 für eine Phasenverschiebung in jeder Phase und einem Gleichrichter­ teil, wobei dieser als eine Gleichrichterventile aufweisende Gleichrichterbrücke 5b ausgebildet ist und die Ausgänge 22a, 22b dieser Gleichrichterbrücke 5b mit dem Verbraucher in Verbindung stehen.

Die Speisestromquelle ist in jeder Phase mit zueinander in Reihe geschalteten Phasenstellerzweigen 14, 14′, 14′′, 15, 15′, 15′′ versehen, wobei der Transformator 3 in jeder Phase mit mindestens zwei gleichsinnig geschalteten Sekundärwicklungen 12, 12′, 12′′, 13, 13′, 13′′ versehen ist.

Die Phasenstellerzweige 14, 14′, 14′′ weisen Sekundär­ wicklungen 12, 12′, 12′′ und Drosseln 16, 16′, 16′′ auf, die in Reihe geschaltet sind. Die Phasenstellerzweige 15, 15′, 15′′ weisen Sekundärwicklungen 13, 13′, 13′′ und Kondensatoren 17, 17′, 17′′ auf, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind.

Ein erster Ausgang 22a der Gleichrichterbrücke 5b ist mit einen Meßwandler und ein zweiter Ausgang 22b der Gleichrichterbrücke 5b ist mit einer Elektrode 8 des Verbrauchers verbunden. Die freien Ausgänge der miteinander verbundenen Phasenstellerzweige 14, 15, 14′, 15′, 15′′ sind einzelnen Eingängen zwischen 18, 19, 20, 21, 18′, 19′, 20′, 21′, 18′′, 19′′, 20′′, 21′′ der Gleichrichterbrücke 5b zugeschaltet.

Jeder Verbindungspunkt dieser Phasenstellerzweige 14, 15, 14′, 15′, 14′′, 15′′ ist den Elektroden des Verbrauchers über Zusatzgleichrichterventile 22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′ zugeschaltet, diese Zusatzgleichrichterventile 22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′ sind mit der gleichen Polarität zugeschaltet wie die den Elektroden zugeschalteten Gleichrichterventile 18, 20, 18′, 20′, 18′′, 20′′; 19, 21, 19′, 21′, 19′′, 21′′ der Gleichrichterbrücke 5b.

An jeder Phase ist jeder Verbindungspunkt F, F′, F′′ der Phasenstellerzweige 14, 15, 14′, 15′, 14′′, 15′′ entsprechend Fig. 4 durch eine Zusatzdrossel 24, 24′, 24′′ an die ungeregelten Zusatz-Gleichrichterventile 22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′ zugeschaltet.

Die Dreiphasen-Speisestromquelle entsprechend Fig. 5 hat in jeder Phase einen Einphasenwandler mit einer zusätzlichen Drossel im Gleichstromkreis. Hier sind die zusätzliche Drossel 25 aller drei Phasen 22, 22′, 22′′ zu einer Drossel und die zusätzliche Drossel 26 aller drei Phasen 23, 23′, 23′′ zu einer zweiten Drossel vereinigt. Die an den Drosseln 25 und 26 entstehende Spannung liegt an den zusätzlichen Ventilen 22, 22′, 22′′ und 23, 23′, 23′′ an. Deshalb bewirkt die Änderung des Stromes, der durch die zusätzlichen Dioden 22 (oder 23) in einer Phase geht, die Änderung der Kommutationsbedingungen der zusätzlichen Dioden 22 (oder 23) in den übrigen zwei Phasen. Die zusätzlichen Drosseln 25 und 26 haben praktisch keinen Einfluß auf das Gleichgewicht der reaktiven Leistungen im Zustand des Kurzschlusses.

Varianten von den Dreiphasen-Speisestromquellen entsprechend den Fig. 6, 7, 8 haben in jeder Phase einen Einphasenwandler, wobei sukzessive Ketten aus Phasenstellerzweigen 14, 14′, 14′′, 15, 15′, 15′′ von Wandlern unterschiedlicher Phase als Dreieck (Fig. 6), wahlweise in einer Sternschaltung, (Fig. 7), oder als gleitendes Dreieck ( Fig. 8) geschaltet werden können. Im Leerlaufbetrieb fehlen die Spannungsabfälle auf den Reaktanzen. Die Leerlaufspannung der Wandler wird gleich derjenigen, die vorhanden wäre, wenn im Schaltkreis die Kondensatoren 17 und die Drosseln 16 fehlen würden, d. h., sie entsprechen den Schaltungen der Phasenwicklungen des Transformators 3 im Dreieck, in Sternschaltung oder als gleitendes Dreieck. Im Falle des Kurzschlusses ist der Anfang und das Ende jedes Phasenstellerzweiges 14, 14′, 14′′, 15, 15′, 15′′ einer beliebigen Phase jeweils in sich durch die gleichrichtenden Dioden 18-21 geschlossen und die kurzgeschlossenen Kreise sind mit den Elektroden 7, 8 des Ofens 1 verbunden.

Deshalb sind die Kompensationsbedingungen für die induktive Leistung im Falle des Kurzschlusses praktisch so, als ob eine Verbindung zwischen den Phasenstellerzweigen unter­ schiedlicher Phasen fehlen würde, also gleich denjenigen, wie im Schaltkreis entsprechend Fig. 4 dargestellt. Jedoch wird der Strom zwischen den kurzgeschlossenen Elektroden 7, 8 des Ofens 1 um eine bestimmte Größe kleiner als die Summe der Ströme der Phasenstellerzweige aller Phasen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß an den Verbindungspunkten der Phasenstellerzweige unterschiedlicher Phasen nur ein Teil des Stromes des Zweiges durch die Dioden und die Ofenelek­ troden geht, der andere Teil dieses Stromes verläuft aber direkt durch den Phasenstellerzweig der anderen Phase. Besonders anschaulich ist dies der Dreiecksschaltung entsprechend Fig. 5 zu entnehmen, wo der Ofen-Kurzschluß­ strom im Vergleich zum Nennstrom lediglich um 20 bis 30 Prozent größer ist.

Im Nennbetrieb als auch in den Arbeitsintervallen, wo die Leistung reguliert wird, entstehen ebenfalls Ströme, die aus einer Phase des Wandlers in die andere durch den Verbindungspunkt der Stromzweige unterschiedlicher Phasen verlaufen. Die Größe dieser Zwischenphasenströme hängt im wesentlichen von der Phasenverschiebung der Ströme in diesen vereinigten Stromzweigen ab. Diese verschobenen Winkel hängen von der jeweiligen gegenständlichen Ausführung der Schaltung ab. In den Schaltkreisen entsprechend Fig. 6, 7 und 8 sind diese Phasenwinkel unterschiedlich. In solchen Fällen, wenn ein induktiver Phasenstellerzweig einer Phase mit einem kapazitiven Phasenstellerzweig einer anderen Phase verbunden wird, eine solche Verbindung ist in Fig. 6 und 8 dargestellt, verändert sich die Phasenverschiebung der Ströme zwischen diesen Zweigen in Abhängigkeit von der Last, d. h. von der Länge des Lichtbogens im Ofen.

In den üblichen Dreiphasen-Stromrichterkreisen erscheint die Phasenverschiebung zwischen den Strömen in Wicklungen von unterschiedlichen Phasen des Transformators bei beliebigen Belastungen praktisch konstant. Die Abweichungen in mehr­ phasigen Leiterkreisverbindungen sind darauf zurückzuführen, daß die äußeren Kennlinien der Stromquellen nach Fig. 6, 7, 8 zwischen ihnen unterschiedlich sind, ebenfalls im Vergleich mit der Speisestromquelle entsprechend Fig. 4 und Fig. 4a, bei der die Wandler jeder Phase parallel arbeiten. Bei der Dreieckschaltung entsprechend Fig. 6 hängt die äußere Kennlinie der Stromquelle in großem Maße von der Folge der Phasen der Speisespannung ab. Wird die Folge der Phasen verändert, wird die Nennleistung mehr als um das Zweifache und die Nennspannung fast um das Zweifache verändert. Durch diesen Effekt erreicht man eine günstige Stufe für Regulierzwecke.

Das Vorliegen des beschriebenen Wirkungszusammenhangs bzw. Effektes ist dadurch zu erklären, daß eine Veränderung der Folge der Phasen die Bedingungen bei der Summierung einer ständigen Phasenverschiebung einer Dreiphasenspannung (120 Grad) mit der variablen Phasenverschiebung der Spannung, die auf den Reaktanzen der Bauelemente entsteht, nach sich zieht. Befindet sich der einen Kondensator aufweisende Phasenstellerzweig in der ersten Phase und der mit ihm verbundene, eine Drossel aufweisende Phasenstellerzweig in der zweiten Phase, so verringert die wechselnde Phasenverschiebung der Reaktanzen die Phasenverschiebung des Dreiphasen-Schaltkreises. Dadurch verkleinert sich der Zwischenphasenstrom, jedoch vergrößert sich der Strom durch die Dioden in dem Ofen. Umgekehrt jedoch, wenn ein Phasenstellerzweig mit einer Drossel sich in der ersten Phase befindet und der mit ihm verbundene Phasenstellerzweig mit dem Kondensator sich in der zweiten Phase befindet, so vergrößert die wechselnde Phasenverschiebung die gleichmäßige Phasenverschiebung. Dadurch wird der Zwischenphasenstrom vergrößert. Bei summarischer Phasenverschiebung von 180 Grad erreicht dieser Strom sein Maximum und es verringert sich der Strom durch die Dioden im Ofen.

Beschreibung der Arbeit der regelbaren Stromquelle

Regelung der Lichtbogenspannung: (siehe Fig. 1-3 sowie Fig. 4).

Vor Arbeitsbeginn wird dem Komparator 10a die Sollspannung Uds des Wandlers 2 zugeführt, welche geringfügig höher als die Leerspannung Udo des Wandlers 2 ist. Im Ausgang des Komparators 10a steht ein positives Signal zur Verfügung und die Elektrode 7 wird in die obere Höchststellung gefahren. Zur gleichen Zeit wird vom Wechselstromnetz dem Transformator 3 des Wandlers 2 die Spannung zugeführt. Bei Hochstellung der Elektrode 7 fehlt eine Belastung des Wandlers 2 und an den Drosseln 16 und den Kompensatoren 17 findet kein Spannungsabfall statt. Im Ausgang der Gleichrichterbrücke 5 entsteht eine Leerlaufspannung Udo, welche aus der Summe der Spannungen der Sekundärwicklungen 12 und 13 des Transformators 3 gewonnen wird.

Wenn die Speisestromquelle die Arbeit aufnimmt, wird dem Komparator 10a die Sollspannung Uds zugeführt, deren Wert unter dem des Leerspannungswertes Udo des Wandlers 2 liegt. Im Ausgang des Komparators 10a entsteht dann ein negatives Signal, wodurch eine Bewegung der Elektrode 7 abwärts bewirkt wird. Die Verstellung der Elektrode 7 findet bis zu einem Kurzschluß (Kz) im Ofen 1 statt. Dabei verringert sich die Ausgangsspannung des Wandlers 2 fast auf den Wert Null, was zur Entstehung eines positiven Signales im Ausgang des Komparators 10a führt, so daß die Elektrode 7 beginnt, sich aufwärts zu bewegen. Gleichzeitig entsteht im Ofen 1 zwischen der Elektrode 7 und der Ofenfüllung (Schrott) ein Lichtbogen, dessen Länge zu wachsen beginnt. Beim Leistungsbogen (im Falle großer Ströme) hängt die Spannung etwa direkt proportional von der Länge des Bogens und weniger vom Strom Id, der von der Speisestromquelle kommt, ab. Bei der Aufwärtsbewegung der Elektrode 7 vergrößern sich die Länge des Lichtbogens und die Spannung der Belastung auf parametrischem Wege, d. h. ohne eine Regeleinwirkung, wobei neue Strom- und Spannungswerte entstehen. Die erforderliche Spannung U_arc für die vorgegebene Bogenlänge erhält man aufgrund des Spannungsabfalls an der Drossel 16 und dem Kondensator 17, welche in Reihe mit dem Lichtbogenofen geschaltet sind. Die Anhebung der Elektrode 7 und die Ver­ größerung des Lichtbogens werden durch den Komparator 10 b ausgelöst, bis der ermittelte Wert der Spannung Ud des Wandlers 2 gleich dem Sollwert der Spannung Uds wird. Dann ist das Signal im Ausgang des Spannungsreglers 9 gleich Null und die Elektrode wird angehalten. Im weiteren Verlauf folgte eine automatische Korrektur der Stellung der Elektrode 7 im Zuge der Bearbeitung der Schmelze 8 in dem Gefäß des Ofens 1. Bei der Änderung des Sollwertes Uds verändert sich wiederum die Länge des Bogens, bis sich an ihm die neue zugehörige Spannung einstellt.

Die vorbezeichnete Regelung ist unter der Berücksichtigung der Eigenschaften des Lichtbogens, der Regelgrafik der Elektrodenposition und der Kennlinie des Wandlers 2 mit seinen induktiven und kapazitiven Bauteilen in den Leistungszweigen möglich. Die Regelung der elektrischen Größe, die hier und gleichzeitig im Ausgang des Wandlers 2 als Lichtbogenspannung erscheint, wird auf mechanischem Wege erreicht, d. h. durch Verstellung bzw. Verschiebung der Elektrode 7.

Arbeitsweise des Wandlers

Für jeden Spannungswert des Lichtbogens entsteht im Ausgang des Wandlers ein jeweils bestimmter Stromwert

Id = f (U_arc),

wobei die Lichtbogenspannung U_arc sich vom Wert Null (bei betrieblichem Kurzschluß) bis zur Leerlaufspannung U_do des Wandlers ändern kann. An der Grenze dieser Arbeitsbereiche kann man drei bestimmte Arbeitsintervalle des Wandlers 2 unterscheiden:

• 1) Arbeit bei Belastungsstromstärken und Kurzschlüssen;
• 2) Arbeit im Nennbetrieb und nahe an diesem;
• 3) Arbeit bei niedrigen Strombelastungen nahe am Leerlauf.

Bei der Einphasen-Stromquelle gemäß Schaltkreis von Fig. 1 ist eine Einteilung dieser Betriebsbereiche für die Kennlinie Id = f (Ud) in Fig. 14 dargestellt. Diese drei Arbeitsbereiche unterscheiden sich durch die Zusammensetzung, die Folge und die Fortdauer der im Wandler 2 entstehenden Stromkreise. Es sind sechs Stromkreise möglich.

Die Stromkreise entsprechend Fig. 1 sind die folgenden:

Erstens:

Wicklung 12, Drossel 16, Diode 18, Ofen 1, Diode 23, Wicklung 12.

Zweitens:

Wicklung 13, Kondensator 17, Diode 20, Ofen 1, Ventil 23, Wicklung 13.

Drittens:

Wicklung 13, Kondensator 17, Diode 20, Ofen 1, Diode 19, Drossel 16, Wicklung 12, Wicklung 13.

Viertens:

Drossel 16, Wicklung 12, Diode 22, Ofen 1, Diode 19, Drossel 16.

Fünftens:

Kondensator 17, Wicklung 13, Diode 22, Ofen 1, Diode 21, Kondensator 17.

Sechstens:

Wicklung 12, Drossel 16, Diode 18, Ofen 1, Diode 21, Kondensator 17, Wicklung 13, Wicklung 12.

Bei Stromkreisen gemäß erster und vierter Ausführung erhält der Ofen die Spannung von dem induktiven Phasenstellerzweig 14, bei dem Stromkreis gemäß zweiter und fünfter Ausführung von dem kapazitiven Phasenstellerzweiges 15. Hierbei ist die Speisespannung bei diesen Stromkreisen gleich der Spannung einer der zweiten Wicklungen (12 oder 13). Beim dritten und sechsten Stromkreis erhält der Ofen die Speisespannung von den einander nachgeschalteten Verbindungen der induktiven und kapazitiven Phasenstellerzweige. Die Speisespannung bei diesen Stromkreisen ist gleich der Summe der Spannungen der beiden Wicklungen 12 und 13. In diesen Stromkreisen ist ein Stromkreis (z. B. der erste) während einer Halbperiode, wirksam, während der zweite Kreis (z. B. der vierte) in der zweiten Halbperiode wirksam wird.

Arbeit des Wandlers im ersten Arbeitsintervall

Entsprechend Fig. 14 kommen beim Betrieb in der ersten Halbperiode der erste und der zweite Stromkreis zum Einsatz, in der zweiten Halbperiode der vierte und fünfte Stromkreis. Die Stromkreise drei und sechs werden praktisch nicht gebildet. Die Ströme und Spannungen in der Gleichrichter­ brücke sind im ersten Arbeitsintervall fast sinusförmig. Deshalb kann man vorteilhaft ein Vektordiagramm nutzen, welches in Fig. 15 für den Fall niedriger Spannungen des Lichtbogens dargestellt ist. Die Indizes der Strom-, der Spannung- und der EMK-Vektoren in Fig. 15 stimmen mit den Bezeichnungen der Bauteile gemäß Fig. 1 überein. Die Spannungen im Ausgang der Gleichrichterbrücke 5 sind mit U_r1, U_r2 und U_r3 bezeichnet. Der Spannungsabfall am Scheinwiderstand der äquivalenten Streuinduktivität der Wicklung 12 ist durch U_s12 und die äquivalente Streuinduktivität der Wicklung 13 als U_s13 dargestellt.

Das Vektordiagramm gemäß Fig. 15 ist mit Bezug auf den Verbindungspunkt der induktiven 14 und kapazitiven 15 Phasenstellerzweige aufgebaut. In diesem Falle sind beim Übergang von der Sekundärseite zur Primärseite des Transformators die Stromvektoren und Spannungsvektoren einer Wicklung 13 dargestellt, d. h. sie ändern ihre Richtung in die gegenüberliegende Lage; hierbei ändern die Strom- und Spannungsvektoren der zweiten Wicklung 12 ihre Richtung nicht. Die Ströme I₁₂ und I₁₃ der Sekundärwicklungen sind mit Bezug auf die Primärwicklung als I′₁₂ und I′₁₃ dargestellt. Diese Ströme haben die gleiche absolute Größe und sind auf einen gleichen Winkel in unterschiedlichen Richtungen in bezug auf die Vektoren der EMK der Sekundärwicklungen E₁₂ und E₁₃ verschoben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannungen der Sekundärwicklungen 12 und 13 gleichwertig ausgewählt sind, wobei jedoch die Widerstände der induktiven Bauteile in den Phasenstellerzweigen unter Beibehaltung nachfolgender Beziehung ausgewählt werden:

X₁ = X_c-X_s

wobei gilt: X₁ - induktiver Widerstand der Drossel 16,
X_c - kapazitiver Widerstand des Kondensators 17,
X_s - Widerstand der Streuinduktivität des Transformators.

Die geometrische Summe der Ströme I′₁₂ und I′₁₃ erscheint als der Netzstrom I₄, der sich in Phase mit der Speisespannung befindet. Auf diesem Wege erreicht man eine Blindleistungskompensation für den Netzstrom I₄ im ersten Arbeitsbereich. Von dem Verbindungspunkt der beiden Phasenstellerzweige fließt zu den zusätzlichen Dioden 22 und 23 ein Strom Ir, der als geometrische Summe der Ströme I₁₄ und I₁₅ erscheint und seine Größe in dem ersten Arbeitsbereich ist wesentlich größer als der Strom der Zweige I₁₄ oder I₁₅.

Als Sonderfall des ersten Arbeitsbereiches erscheint der Kurzschlußbetrieb. Dann ist die Spannung im Ausgang als auch im Eingang der Gleichrichterbrücke nahezu Null. Dies entspricht dem Fall, wenn die Drossel 16 mit ihren beiden Ausgängen zur Wicklung 12 sowie der Kondensator 17 mit seinen beiden Ausgängen an die Wicklung 13 angeschlossen sind. Die Wicklungsspannung des Transformators entspricht den Spannungsabfällen an der Drossel 16 und an dem Kondensator 17 und letztere bestimmen die Begrenzung des Stromes. Die Ströme der Phasenstellerzweige 14 und 15 befinden sich in diesem Falle in bezug auf den Verbindungspunkt dieser Phasenstellerzweige praktisch in Phase. Die Summe dieser Ströme (Strom I_r geht von diesem Vereinigungspunkt der die Ströme begrenzenden Zweige zu den zusätzlichen Dioden 22 und 23 und geht weiter im gerichteten Zustand zu den kurzgeschlossenen Elektroden des Ofens 1. Dadurch wird der Ofenstrom bei Kurzschluß auf das Niveau der Summe von Strömen der beiden Phasenstellerzweige 14 und 15 begrenzt. Diese Ströme der Phasenstellerzweige 14 und 15 summieren sich in der Primärwicklung fast als gegenläufige Ströme. Von der Wechselstromquelle wird lediglich ein niedriger Strom benötigt, um Energieverluste auszugleichen. Die Drossel 16 und der Kondensator 17 bilden im Kurzschlußbetrieb einen LC-Parallelschwingkreis, wobei ein Energieaustausch zwischen der Drossel 16 und dem Kondensator 17 durch die Sekundärwicklungen des Transformators 3 verwirklicht wird.

Arbeitsweise des Wandlers im dritten Arbeitsbereich

Bei der Arbeit im dritten Arbeitsbereich entsprechend Fig. 14 gilt für eine Halbperiode der Stromkreis drei und in der zweiten Halbperiode der sechste Stromkreis. Ein Strom I_r von dem Vereinigungspunkt der beiden Phasenstellerzweige 14, 15 zu den zusätzlichen Dioden fehlt. In den Stromkreisen drei und sechs sind die Drossel 16 und der Kondensator 17 hintereinander geschaltet, während ihre Scheinwiderstände im Sinne der vorstehenden Ausführungen ausgewählt sind. Dadurch bildet sich der LC-Reihenschwingkreis aus und die ersten Oberschwingungen an der Drossel 16 und an dem Kondensator 17 werden gegenseitig kompensiert. Durch die Gleichrichterbrücke 5 wird in den Ofen 1 nahezu die arithmetische Summe der Spannungen der Wicklungen 12 und 13 hereingeschickt. In diesem Arbeitszustand hat der Strom eine pulsierende Form und sie entsteht in jeder Halbperiode dann, wenn der Wert der Spannung der in Reihe geschalteten Wicklungen 12 und 13 die Lichtbogenspannung übersteigt. In Verbindung damit entstehen in dem Strom Oberschwingungen und gewisse Blindkomponenten. Die Bedeutung der Oberschwingungen ist jedoch relativ gering, da der LC-Reihenschwingkreis auf die Oberschwingungen dämpfend einwirkt.

Arbeit des Wandlers im zweiten Arbeitsbereich

Hier teilt sich jede Halbperiode (erste und zweite) in vier Intervalle mit unterschiedlichen Stromkreisen auf. Die Stromkreise sind die folgenden: zum ersten Intervall gehören die Kreise zwei und eins (fünf und vier); zum zweiten Intervall gehören die Kreise zwei und drei (fünf und sechs); zum dritten Intervall gehört der Kreis drei (sechs); zum vierten Intervall gehören die Kreise drei und vier (sechs und eins). Die in Klammern angegebenen Kreise gelten für die zweite Halbperiode. Das erste Intervall wirkt beim Durchgang der Speisespannung durch die Position Null. In dieser Wechsel folge der Stromkreise in einer Halbperiode der Speisespannung werden die Phasenstellerzweige 14 und 15 aus der parallelen Verbindung in die Stellung hintereinander und zurück umgeschaltet. Somit ist die Paralellschaltung während des Überganges der Speisespannung durch Null wirksam, andererseits ist die Reihenschaltung wirksam, wenn die Spannung einen Maximalwert erreicht. Die in den Verbund der Phasenstellerzweige eingehenden Kondensatoren und Drosseln werden ebenfalls aus der Parallelschaltung in die Reihenschaltung geschaltet und umgekehrt. In beiden Ausführungsformen, durch Zuschaltung der reaktiven Leistung auf den Kondensator 17 und auf die Drossel 16, kompensieren sich diese gegenseitig. Deshalb ist auch im zweiten Arbeitsbereich die Blindkomponente des dem Netz entnommenen Stromes relativ niedrig.

Der Effekt der Stabilisierung der Bogenleistung im normalen Arbeitsbereich

Bei Umschaltung der Phasenstellerzweige 14 und 15 zusammen mit den Sekundärwicklungen 12 und 13 des Transformators 3 aus der Parallelschaltung in die Reihenschaltung oder umgekehrt, findet eine Veränderung des Übersetzungs­ verhältnisses des Transformators statt. Beim Übergang aus dem dritten Arbeitsbereich, wo die Wicklungen 12 und 13 hintereinandergeschaltet sind, in den Kurzschlußbereich, wo die Wicklungen parallel liegen, vergrößert sich das Übersetzungsverhältnis um den Faktor 2. Im zweiten Arbeitsbereich ist die Zeitdauer, an welchem die parallele Anordnung vorhanden ist, in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung kontinuierlich veränderlich. Dies entspricht einer stetigen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators.

Im Nennbetrieb, der gekennzeichnet ist durch den Maximalbedarf an Wechselstrom I₄, (vgl. Fig. 14), ist der Ofenstrom Id um ein gewisses Maß größer als der Strom einer der Sekundärwicklungen und die Ofenspannung U_arc ist um ein gewisses Maß kleiner als die Summe der Spannungen der beiden Sekundärwicklungen. Das Leistungsvolumen des Ofens (ohne Berücksichtigung der ohmschen Verluste) macht 95 bis 97 Prozent der installierten Leistung des Transformators 3 in dem genannten Betrieb aus. Bei nicht zu großer Abweichung der Lichtbogenspannung in bezug auf den Nominalwert (ungefähr + 15%) ändert sich der Netzstrom I₄ (vgl. Fig. 14) und mit ihm die Leistung des Ofens nur wenig. Dies hängt damit zusammen, daß beim Absinken der Lichtbogenspannung aufgrund der Änderung des Übersetzungsverhältnisses sich ein solches Wachstum des Lichtbogenstromes ausbildet, daß eine Vergrößerung des Stromes und der Spannung kaum eintritt. Schwankungen der Lichtbogenspannung, die tatsächlich während des Betriebes auftreten, führen nicht zu einer wesentlichen Änderung der Lichtbogenleistung (eine Ausnahme bilden lediglich relativ seltene Schwingungen mit hoher Amplitude), so daß ein praktisch stabiler und maximaler Strom dem Ofen zugeführt wird.

Regelung der Bogenleistung

Verringert sich die Lichtbogenspannung im Verhältnis zur Nennspannung um mehr als 15 bis 20%, verringert sich der Netzstrom I₄ (s. Fig. 14) und die Ofenleistung entsprechend. Durch die Positionsänderung der Elektrode kann man die Leistung des Lichtbogens im Ofen regulieren. Wird z. B. die Elektrode abwärts gefahren, wird die Länge und Spannung des Lichtbogens verringert, während der Wandler hierauf durch Bildung von neuen Werten für Strom und Spannung antwortet.

Hierbei ist die Vervielfältigung neuer Strom- und Spannungswerte kleiner, verglichen mit den früheren Werten und entsprechend ist die Lichtbogenleistung in der neuen Position kleiner. Bei einem derartigen Regulieren der Nennleistung in den Grenzen von 100 bis 60 Prozent verringert sich der Wirkungsgrad nicht wesentlich. Bei weiterer Vergrößerung des Regelbereiches beginnt sich der Wirkungsgrad weiter zu verringern und ein Einregeln auf weniger als 30 Prozent der Nennleistung ist unzweckmäßig. Der Leistungsfaktor behält in allen Regelbereichen seinen hohen Wert, wobei die Oberschwingungen des dem Netz entnommenen Stromes sich zunächst im bestimmter Weise vergrößern, und zwar auf ungefähr 30 Prozent im Vergleich zum Nennbetrieb, aber danach fallen sie wieder ab.

Die Verkürzung des Bogens beim Regulieren der Leistung

Am Ende des Regelbereiches wird die Spannung zwei- bis dreimal niedriger gegenüber der Nennspannung, während der Strom um 30 bis 50 Prozent höher ist, d. h. die Leistungsverringerung wird von der Stromvergrößerung begleitet. Deshalb verkürzt sich die Länge des Lichtbogens nicht proportional mit der Verringerung der Leistung, sondern mehr progressiv. Damit wird die Leistungsver­ ringerung von der Lichtbogenverkürzung begleitet. Die Arbeit mit dem gekürzten Lichtbogen kann für gewisse Phasen des Schmelzbetriebes günstig sein, um zerstörende Einwirkungen des Lichtbogens auf die feuerfeste Auskleidung des Ofens zu verkleinern.

Veränderung der Länge des Lichtbogens bei der Leistungsregulierung

Die Länge des Lichtbogens kann man bei Bedarf im Einzelfall verändern. Dies erfolgt durch die Vergrößerung der Anzahl der Phasenstellerzweige des Wandlers, Ausführungsformen mit drei Zweigen sind in den Fig. 9 bis 13 dargestellt. Im allgemeinen kann man sowohl induktive als auch kapazitive Zweige hinzufügen. Entsprechende Parameter der Zweige werden so ausgewählt, daß einmal im Kurzschlußbetrieb die Summe der Blindleistungen der Kondensatoren gleich ist der Summe aus den Drossel-Blindleistungen und der Blindleistung der Streuinduktivität des Transformators.

ΣQ_C = Q_L + Q_SL

mit der Bedeutung
Σ Q_C = Summe der Blindleistung der Kondensatoren beim Kurzschluß,
ΣQ_L = Summe der Blindleistung der Reaktoren, d. h. der Drosselspulen, beim Kurzschluß,
Q_SL = Blindleistung, bezogen auf die Streuindukti­ vität des Transformators.

Die Summe der Blindwiderstände aller in Reihe geschalteten Phasenstellerzweige läuft nahe dem Wert Null zu. Durch Vergrößerung der Anzahl der Zweige erreicht man keine qualitativen Veränderungen in der Arbeitsweise der Speisestromquelle. Jedoch vergrößert sich gleichzeitig mit der Vergrößerung der Anzahl der Zweige die Leerlaufspannung sowie der Kurzschlußstrom des Wandlers. So ist für die Zweige gleicher Spannung und bei gleichen Blindleistungs­ widerständen der Leerlaufstrom der Stromquelle

U_do = n·U_br

und der Kurzschlußstrom der Stromquelle

I_ds ≈ n·I_sbr

Als gesamte Summe der Scheinleistungen der Phasen­ stellerzweige ergibt sich

Σ S_br = n · I_sbr · U_br

und das Verhältnis

U_do · I_ds/S_br ≈ n

mit nachfolgender Bedeutung der Formelglieder:
n - Anzahl der Phasenstellerzweige,
U_do - Leerlaufspannung der Stromquelle,
I_ds - Kurzschlußstrom der Stromquelle,
U_br - Nennspannung eines Phasenstellerzweiges,
I_sbr - Kurzschlußstrom einer der Phasenstellerzweige,
S_br - Scheinleistung einer der Phasenstellerzweige.

Aus Vorstehendem ist erkennbar, daß die Vergrößerung der Leerlaufspannung auf den Wert des Kurzschlußstromes nahezu genau proportional mit dem Anwachsen der Anzahl der Zweige wächst. Dieser Effekt kann dadurch erklärt werden, daß bei der Vergrößerung der Anzahl der Zweitwicklungen des Trans­ formators sich der Bereich vergrößert, in dem sich das Über­ setzungsverhältnis ändert. Die Wicklungen werden aus dem Parallelzustand in den Zustand der Reihenschaltung gebracht. Gemäß Fig. 9 ist eine Ausführungsform einer Dreiphasen- Stromquelle mit drei Phasenstellerzweigen in einer Phase dargestellt; in den Fig. 10, 11, 12 und 13 sind unterschied­ liche Ausführungsformen eines Einphasen-Wandlers mit drei Phasenstellerzweigen dargestellt.

Verringerung der Oberwellen im Netzstrom mit Hilfe einer Zusatzdrossel

Ein bevorzugter Arbeitsablauf des Wandlers gemäß der Erfindung erfolgt im zweiten Arbeitsbereich, wo in jeder Halbperiode vier Stromkreise zugeschaltet sind. Die Umschaltung der Stromkreise ruft bei den Bauteilen des Wandlers sprungartige Änderungen der Spannung hervor, die ihrerseits eine Verzerrung des sinus-förmigen Stromes mit sich bringt, der durch diese Bauteile geht. Deshalb ist der aus dem Netz kommende Strom ebenfalls nicht sinusförmig, der Klirrfaktor im Nennbetrieb beträgt daher 15 bis 20 Prozent.

Die Spannungssprünge verzerren den Strom um so mehr, je kleiner die Gesamtinduktivität im Stromkreis ist. Die kleinste Induktivität weisen die Stromkreise zwei und fünf auf, welche durch den Kondensator 17 gehen. Die in den Schaltkreis zugeschaltete Drossel 24, entsprechend Fig. 2, sowie die zugeschalteten Drosseln 25 und 26, entsprechend Fig. 3, vergrößern die Induktivität in den Stromkreisen zwei und fünf und erlauben den Klirrfaktor des Netzstromes um den Faktor zwei zu verringern. Im ersten und zweiten Arbeitsbereich findet in der Zusatzdrossel ein Abfall der Spannung vom Strom der ersten Oberschwingung statt. Der Vektor dieser Spannung U_z4 hat in etwa die Phase wie auch die Spannung der Wicklung 12 des Transformators. Die Spannung U_z4 zeigt im Eingang des Gleichrichters etwa die gleiche Wirkung, die der Verringerung der Spannung an der Wicklung 12 entspricht und gleichzeitig die gleiche Vergrößerung der Spannung an der Wicklung 13 hervorruft. Durch den Einsatz der Zusatzdrossel 24 wird das Verhältnis der Blindleistungen an den Blindleistungsgliedern 16, 17, 24 verändert. Zwecks Beibehaltung der Blindleistungskompen­ sation im Netzstrom werden die Parameter der Bauteile 3, 16, 17, 24 unter Berücksichtigung des Blindleistungsgleich­ gewichtes im Kurzschlußbetrieb ausgewählt. Dies bedeutet, daß die Blindleistung des Kondensators 17 gleich der Summe der Blindleistungen der Drosseln 16 und 24 der Streufelder des Transformators 3 ist. Hierdurch wird die Blindleistung kompensiert. Im Nennbetrieb ist der durch die Zusatzdrossel 24 fließende Strom etwa um den Faktor 2.0 kleiner als der Strom, der durch den Kondensator 17 und die Drossel 16, s. Fig. 14, fließt. Deshalb ist ein Zuschalten der Zusatzdrossel 24 in den Schaltkreis vorteilhaft, ausgehend von einer der Enden des Zweiges 15, der den Kondensator 17 enthält und bei dem eine Verbindung mit dem zweiten Zweig 14 zu den Elektroden 7 und 8 des Ofens durch die zusätzlichen Dioden 22 und 23 gegeben ist.

Die Zusatzdrosseln können sich im Kreis des Wechselstromes des Wandlers, entsprechend Fig. 2, oder im Kreis des Gleichstromes des Wandlers, entsprechend Fig. 3, befinden.

Der Einsatz einer Zusatzdrossel im Kreis des Gleichstromes ergibt eine konstruktive Maßnahme in der Dreiphasen-Speise­ stromquelle, z. B. gemäß Fig. 5 und 9, wo die Möglichkeit besteht, durch die Drossel 25 alle drei Phasen 22, 22′, 22′′ in einem Punkt L und durch die Drosseln 26 alle drei Phasen 23, 23′, 23′′ indem Punkt L′ zu vereinigen. Jedoch ist der Zustand der Oberschwingungen im Wandler 2 mit zusätzlichen Drosseln 25, 26 im Kreis des Gleichstromes, entsprechend Fig. 5, in bestimmter Weise ungünstiger, verglichen mit der analogen Ausführungsform, bei der zusätzliche Drosseln 24, 24′ im Wechselstromkreis des Wandlers 2 eingeschaltet sind (s. Fig. 4).

Neben den bekannten Verfahren zur Vergrößerung der Anzahl der Phasen kann man dem Klirrfaktor bei den Dreiphasen- Speisestromquellen dadurch verringern, indem man die Wicklungen des Transformators aufteilt, welche sich in den kapazitiven Phasenstellerzweigen 15 befinden, nämlich durch Teilung in zwei Teile und durch ihre Versetzung auf unterschiedliche Phasen des Transformators, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Hierdurch wird die Phase der Speisespannung des kapazitiven Phasenstellerzweiges 15, 15′, 15′′ in bezug auf die Phase der Speisespannung des induktiven Phasen­ stellerzweiges 14, 14′, 14′′ verändert und um etwa 30 Grad verschoben. Jede Phase des Transformators besitzt dann, zwecks Speisung der kapazitiven Phasenstellerzweige, an­ stelle einer Wicklung zwei Halbwicklungen. Der kommutative Stromstoß durch den kapazitiven Phasenstellerzweig wird dann zwischen zwei Phasen des Transformators verteilt, wodurch die Amplitude der Oberschwingungen des Netzstromes verringert wird.

Außer der Verringerung der Oberschwingungen ist dieser Effekt von einer gewissen Änderung der Kennlinien der Speisestromquelle begleitet, wobei die äußeren Kennlinien bei der Vorwärts- und Rückwärtsfolge der Dreiphasen- Spannung unterschiedlich sind.

Einsatz von Thyristoren in dem einen induktiven Phasen­ stellerzweig aufweisenden Kreis

Bei den Arbeitsweisen des Ofens 1, bei denen von der Speisestromquelle keine maximale Leistung verlangt wird, kann man die Speisestromquelle auch zur Bildung einer Blindleistung für das speisende Netz heranziehen. Hierfür sind die Dioden 18 und 19 im Kreis, der den Phasensteller­ zweig 14 aufweist, s. Fig. 2, regelbar ausgeführt (z. B. in Form von Thyristoren). Unterliegen die Thyristoren keinen Steuerimpulsen, so ist der Strom durch den Phasensteller­ zweig 14 nicht vorhanden und der Ofen 1 wird lediglich durch den anderen kapazitiven Phasenstellerzweig 15 versorgt. Der Kondensator 17 in diesem Zweig bewirkt eine Phasen­ verschiebung des Stromes in der Wicklung 13 des Trans­ formators in Abhängigkeit von der Spannungsphase in dieser Wicklung. Hierbei wird durch die Wicklung 4 des Transforma­ tors eine Blindleistung in das Netz eingespeist. Die maxima­ le Größe dieser Leistung beträgt etwa 30 Prozent der Nenn­ leistung der Speisestromquelle. Durch Regeln des Öffnungs­ winkels der Dioden 18 und 19 kann man kontinuierlich die erzeugte Blindleistung praktisch bis auf Null herunterre­ geln. Bei dieser Arbeitsweise hängt die Blindleistung auch von der Länge des Lichtbogens im Ofen ab. Vergrößert man die Lichtbogenlänge, erreicht man, daß die zu erzeugende bzw. einzuspeisende Blindleistung verringert wird. Wenn anderer­ seits der durch den induktiven Phasenstellerzweig 14 gehende Strom verringert wird, wird die in den Ofen zu schickende aktive Leistung verringert. Deshalb ist die Erzeugung einer Blindleistung nicht möglich, wenn mit maximaler Leistung, d. h. im Nennbetrieb, gearbeitet wird.

Die steuerbaren Dioden 18 und 19 gestatten, außer der Rege­ lung der Blindleistung, den Bereich des kontinuierlichen Regelns der aktiven Leistung zu vergrößern. Werden die Dioden 18 und 19 ganz geschlossen, bei nur unwesentlicher Verkleinerung des Wirkungsgrades, kann man durch Einstellung der Position der Elektrode die effektive Leistung um 15 bis 20 Prozent gegenüber der Nennleistung verringern.

Hierbei entsteht jedoch zwangsweise eine in das Netz abfließende Blindleistung.

Ausbildung der Speisestromquelle für niedrige Spannung

In anderen Anwendungsfällen, z. B. beim elektrischen Schwei­ ßen, wird eine relativ niedrige, weniger als 100 Volt betra­ gene Spannung benötigt. Hierbei hat der Kondensator, der sich in einer solchen Speisestromquelle in der Sekundär­ wicklung des Transformators befindet, eine niedrige Arbeits­ spannung. Die Größe der Kapazität dieses Kondensators hat eine umgekehrt proportionale Abhängigkeit zur zweiten Potenz der Spannung. Deshalb ruft die niedrige Spannung eine Vergrößerung der Kapazität, der Abmessungen und der Kosten des Kondensators hervor. Dem kann man vorteilhaft begegnen, indem der Kondensator in die Primärwicklung des umformenden Transformators, wie aus Fig. 17, 18 oder 19 zu entnehmen ist, eingeschaltet wird.

Im ersten Falle ist die Arbeitsspannung des Kondensators etwa gleich der Speisespannung, während sie im zweiten Falle etwa das Zweifache der Speisespannung beträgt. Um in diesen Netzen die Gefahr von Ferro-Resonanzen zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, entweder parallel zum Kondensator oder zur Sekundärwicklung des Transformators zusätzliche Leiterkreise einzuschalten, welche die Entladung des Kondensators bei scharfen Spitzen des Lastabfalls veranlassen.

Die Erfindung ist auf die beschriebenen und/oder gezeichne­ ten Ausführungsformen nicht beschränkt.

Je nach Einzelfall sind verschiedene Abweichungen im Rahmen der Erfindung möglich, vorteilhaft ist der Verbraucher ein Gleichstrom-Lichtbogenofen, wie dies an dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt wird. Neben weiteren Ausfüh­ rungsbeispielen, wie anhand der Fig. 17, 18 und 19 erläu­ tert, kann die Speisestromquelle überall dort eingesetzt werden, wo durch ein technologisches bzw. thermisches Ver­ fahren metallische Werkstoffe, in der Regel reine Metalle, Legierungen, Schrott, Metallhalbzeug und dgl., kostensparend durch einen elektrischen Lichtbogen bearbeitet, d. h. ge­ schmolzen, verbunden, verschweißt, etc. werden.

Claims (10)

1. Regelbare Speisestromquelle für elektrische Lichtbögen aufweisende Verbraucher (1), insbesondere für Gleichstrom-Lichtbogenöfen, mit einem Wechselstrom in Gleichstrom umwandelnden Wandler (2), der einen Transformator (3) und einen Gleichrichterteil aufweist, wobei letzterer als eine Gleichrichterventile (18-21) aufweisende Gleichrichterbrücke (5) ausgebildet ist und ein Ausgang dieser Gleichrichterbrücke (5) mit dem Ver­ braucher (1) in Verbindung steht, wobei die Spannung an dem eine Elektrode (7) aufweisenden Verbraucher (1) ge­ regelt ist, wobei in einem Komparator (10a) die Istspan­ nung Ud und die Sollspannung Uds miteinander vergli­ chen werden und der Komparatorausgang mit dem Eingang einer Regeleinrichtung (10b) für eine Elektrodenposi­ tionierung in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speisestromquelle zueinander in Reihe geschal­ tete Phasenstellerzweige (14, 15) aufweist, wobei ihr Transformator (3) mit mindestens zwei gleichsinnig ge­ schalteten Sekundärwicklungen (12, 13) versehen ist, daß mindestens einer der Phasenstellerzweige (14) eine Sekundärwicklung (12) und eine Drossel (16) aufweist, die in Reihe geschaltet sind,
daß der andere Phasenstellerzweig (15) eine andere Sekundärwicklung (13) und einen Kondensator (17) aufweist, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind,
daß ein erster Ausgang (22a) der Gleichrichter­ brücke (5) auf einen Meßwandler (11) und ein zweiter Ausgang (22b) der Gleichrichterbrücke (5) einer zweiten Elektrode (8) des Verbrauchers (1) zugeschaltet ist,
daß andererseits die freien Ausgänge (A, A′) der miteinander verbundenen Phasenstellerzweige (14, 15) einzelne Eingängen zwischen den Gleichrichterventilen (18, 19) und zwischen den Gleichrichterventilen (20, 21) der Gleichrichterbrücke (5) zugeschaltet sind, daß jeder Verbindungspunkt (B) dieser Phasenstellerzweige (14, 15) jeder der Elektroden (8 bzw. 7) des Verbrauchers (1) über je ein Zusatz-Gleichrichterventil (22, 23) zugeschaltet ist,
daß die Zusatz-Gleichrichterventile (22, 23) mit der gleichen Polarität zugeschaltet sind wie die den Elektroden (8 bzw. 7) zugeschalteten Gleich­ richterventile (18, 20, 19, 21) der Gleich­ richterbrücke (5) und wobei die Zusatz-Gleich­ richterventile (22, 23) als unregelbare Ventile ausgebildet sind.

2. Speisestromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Leiterenden (C, C′) jeder der Phasenstellerzweige (15, 15a), welche die Kondensatoren (17, 17a) aufweisen und welche mit dem anderen Phasenstellerzweig (14) in Verbindung stehen, über in Reihe nachgeschaltete Zusatz­ drosseln (24, 24a) den Zusatz-Gleichrichterventilen (22, 23), (22c, 23c) zugeschaltet sind.

3. Speisestromquelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Drosseln (25, 26) im Leiter­ kreis der Gleichrichterbrücke (5) angeordnet sind, wobei diese Drosseln (25, 26) zwischen jeder Ofenelektrode (8, 7) und den zusätzlichen Gleichrichterventilen (22, 23) zugeschaltet sind.

4. Regelbare Speisestromquelle für einen elektrischen Lichtbogen aufweisenden Verbraucher (1), insbeson­ dere für Gleichstrom-Lichtbogenöfen, mit einem Wechselstrom in Gleichstrom umwandelnden Wandler (2), der einen Transformator (3) aufweist, bei dem an der Primärwicklung (4) des Transformators (3) ein Dreiphasenstrom anliegt, mit einer Sekundär­ wicklung (13) und einem Kondensator (17) für eine Phasenverschiebung in jeder Phase und einem Gleichrichterteil, wobei letzterer als eine Gleichrichterventile aufweisende Gleichrichter­ brücke (5b) ausgebildet ist und ein Ausgang dieser Gleichrichterbrücke (5b) mit dem Verbraucher (1) in Verbindung steht, wobei die Spannung an dem eine Elektrode (7) aufweisenden Verbraucher (1) geregelt ist, wobei in einem Komparator (10a) die Istspannung Ud und die Sollspannung Uds miteinander verglichen werden und der Komparatorausgang mit dem Eingang einer Regeleinrichtung (10b) für eine Elektrodenpositionierung in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speisestromquelle in jeder Phase mit zuein­ ander in Reihe geschalteten Phasenstellerzweigen (14, 14′, 14′′, 15, 15′, 15′′) versehen ist, wobei der Transformator (3) in jeder Phase mit mindestens zwei gleichsinnig geschalteten Sekundär­ wicklungen (12, 12′, 12′′, 13, 13′, 13′′) versehen ist,
daß die Phasenstellerzweige (14, 14′, 14′′) Sekundärwicklungen (12, 12′, 12′′) und Drosseln (16, 16′, 16′′) aufweisen, die in Reihe geschaltet sind,
daß die anderen Phasenstellerzweige (15, 15′, 15′′) zweite Sekundärwicklungen (13, 13′, 13′′) und Kondensatoren (17, 17′, 17′′) aufweisen, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind,
daß ein erster Ausgang (22a) der Gleichrichter­ brücke (5b) auf einen Meßwandler (11) und ein zweiter Ausgang (22b) der Gleichrichterbrücke (5b) einer zweiten Elektrode (8) des Verbrauchers (1) zugeschaltet ist,
daß andererseits die freien Ausgänge der mitein­ ander verbundenen Phasenstellerzweige (14, 15, 14′, 15′, 14′′, 15′′) einzelnen Eingängen zwischen (18, 19, 20, 21, 18′, 19′, 20′, 21′, 18′′, 19′′, 20′′, 21′′) der Gleichrichterbrücke (5b) zugeschaltet sind,
daß jeder Verbindungspunkt dieser Phasensteller­ zweige (14, 15, 14′, 15′, 14′′, 15′′) den Elektroden (7 bzw. 8) des Verbrauchers (1) über Zusatzgleichrichterventile (22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′) zugeschaltet sind,
daß die Zusatzgleichrichterventile (22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′) mit der gleichen Polarität zugeschaltet sind wie die den Elektroden (7 bzw. 8) zugeschalteten Gleichrichterventile (18, 20, 18′, 20′, 18′′, 20′′; 19, 21, 19′, 21′, 19′′, 21′′) der Gleichrichterbrücke (5b) und wobei die Zusatzgleichrichterventile (22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′) als unregelbare Ventile ausgebildet sind.

5. Speisestromquelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Phase jeder Verbindungspunkt (F, F′, F′′) der Phasenstellerzweige (14, 15, 14′, 15′, 14′′, 15′′), durch eine Zusatzdrossel (24, 24′, 24′′) an die ungeregelten Zusatz-Gleichrichter­ ventile (22, 23, 22′, 23′, 22′′, 23′′) zugeschaltet ist.

6. Speisestromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Drosseln (25) und (26) im Leiter­ kreis der Gleichrichterventile (18, 19, 20, 21, 18′, 19′, 20′, 21′, 18′′, 19′′, 20′′, 21′′) zwischen jeder Ofenelektrode (7, 8) angeordnet sind, die über gleichpolige Verbindungspunkte (L, L′) den zusätzlichen Gleichrichterventilen aller Phasen (22, 22′, 22′′, 23, 23′, 23′′) zugeschaltet sind.

7. Speisestromquelle nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Phasenstellerzweigen (15, 15′, 15′′), welche die Kondensatoren (17, 17′, 17′′) enthalten, die Wicklung dieser Zweige aus zwei einander in Reihe nachgeschalteten Teilen (13a, 13b, 13a′, 13b′, 13a′′, 13b′′) besteht, die zweiphasig ausgelegt sind.

8. Speisestromquelle nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Phasenstellerzweige unterschiedlicher Phasen (14, 15), (14′, 15′), (14′′, 15′′) als Dreieckschaltung (E, E′, E′′) geschaltet sind und daß in der Gleichrichterbrücke (5b) alle Ventilpaare, die parallel geschaltete Ventile unterschiedlicher Phasen enthalten, in Ventilen (27, 27′, 27′′; 28, 28′, 28′′) vereinigt sind.

9. Speisestromquelle nach den Ansprüchen 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenstellerzweige unterschiedlicher Phasen (14, 15), (14′, 15′), (14′′, 15′′) in Sternschaltung (M) geschaltet sind und daß in der Gleichrichterbrücke (5a) alle Ventilgruppen, die parallel geschaltete Ventile aller Phasen ent­ halten, in dem Ventil (29, 30) vereinigt sind.

10. Speisestromquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander nachgeschalteten Phasensteller­ zweige unterschiedlicher Phasen (14, 15), (14′, 15′), (14′′, 15′′) in Form einer gleitenden Dreieckschaltung (N, N′, N′′) geschaltet sind und daß alle Ventilpaare, die aus einem Ventil der Gleichrichterbrücke und einem zusätzlichen Gleichrichterventil gebildet und parallel geschaltet sind, in Ventilen (31, 32, 31′, 32′, 31′′, 32′′) vereinigt sind.