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Vorrichtung zur Regelung des Leistungsfaktors von induktiv belasteten
Wechselstromkreisen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Leistungsfaktors
von induktiv belasteten Wechselstromkreisen, insbesondere der Stromkreise von Induktionsschmelzöfen
mit zusätzlicher Kapazität. Es ist bereits bekannt, eine selbsttätige Regelung des
Leistungsfaktors des Ofenstromkreises von Induktionsöfen dadurch zu bewirken, daß
unter dem Einfluß der Phasenverschiebung in dem Stromnetz Kondensatoren oder Reaktanzspulen
selbsttätig ein- bzw. ausgeschaltet werden. Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen
besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß während der einzelnen Regelvorgänge
die Spannung der das Stromnetz speisenden Stromquelle herabgesetzt wird. Hierdurch
wird die Gefahr des Durchschlagens der Kondensatoren wesentlich herabgesetzt und
der Vorteil erreicht, d'aß man mit einer geringeren Anzahl entsprechend größer bemessener
Kondensatoren oder sonstigen Korrektureinheiten auskommen kann.
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Die Herabsetzung der Spannung der das Stromnetz speisenden Stromquelle
ist insbesondere bei der Abschaltung der Kondensatoren oder sonstigen Korrektureinheiten,
d. h. also bei Strornvoreilung, von Bedeutung. Wenn die Regelung des Leistungsfaktors
durch einen das Ein- oder Ausschalten der Kondensatoren oder Reaktanzspulen bewirkenden
Schaltmotor erfolgt, welcher an mit einem Phasenmesser o. dgl. verbundene Hilfsstromkreise
angeschlossen ist, erfolgt die Herabsetzung der Spannung zweckmäßig in der Weise,
d'aß bei Schließung eines der beiden zu dem Schaltmotor führenden Hilfsstromkreise
in die Erregerwicklung des das Hauptstromnetz speisenden Generators ein Widerstand
eingeschaltet wird. Die Einschaltung des Widerstandes in die Erregerwicklung des
Generators kann hierbei durch einen elektromagnetischen Schalter bewirkt werden,
dessen Erregerwicklung an den Hilfsstroriikreis des Schaltmotors angeschlossen ist.
Die Betätigung des elektromagnetischen Schalters erfolgt dann zweckmäßig in der
Weise, daß der Stromkreis der Erregerwicklung des Schalters beispielsweise durch
eine mit einem beweglichen Kontakt zusammenwirkende Kurvenscheibe o. dgl. in zeitlicher
Abhängigkeit von der Aufwärts- und Abwärtsbewegung eines mit dem Zeiger des Phasenmessers
zusammenwirkenden Hebels o. dgl. geschlossen bzw. geöffnet wird.
Die
Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und zwar ist
Abb. i ein Schaltungsschema einer gemäß der Erfindung ausgeführten Regelvorrichtung.
Abb. 2 und 3 zeigen die mit dem Zeiger des Phasenmessers zusammenwirkenden Kontakthebel
in verschiedenen Stellungen.
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Abb.4 zeigt die Schaltung des Phasenmessers, und Abb. 5 ist eine Seitenansicht
zweier Kurvenscheiben, bei deren Umlauf die Stromkreise der Regelvorrichtung in
bestimmten Zeitabschnitten , geschlossen bzw. geöffnet werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient der als
gewöhnliche Anzeigevorrichtung für den Leistungsfaktor ausgeführte Phasenmesser
dazu, die Einschaltung bzw. Ausschaltung einer Anzahl im Nebenschluß in den Ofenstromkreis
eingeschalteter Kondensatoren zu bewirken. In Abb. i sind die Stromkreise des Phasenmessers
der Übersicht halber fortgelassen, und es ist lediglich ein der Nadel des Instrumentes
entsprechender Hebel 5 dargestellt. Die Schaltung des Phasenmessers geht aus Abb.4
hervor, und zwar sind hier die Stromspulen 6 und 7 an die Sekundärwicklung 8 eines
in dem Ofenstromkreis vorgesehenen Transformators angeschlossen, während die Spannungsspulen
9 und io unter Einschaltung einer Reaktanz i i und eines Widerstandes 12 mit der
Sekundärwicklung 13 eines Spannungstransformators in Verbindung stehen, welcher
an die Stromleitungen 14, 15 des Generators im Nebenschluß angeschaltet ist. Die
Leitungen 14, 15 führen zu der Ofenspule i6 und einem Kondensator 17, durch
welchen ein Teil der Reaktanz der Spule 16 kompensiert wird.
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Der Hebel 5 kann anstatt durch den Zeiger einer Anzeigevorrichtung
auch durch einen beliebigen anderen beweglichen Teil gebildet werden, der bei seiner
Auslenkung oder Verschiebung die Einschaltung oder Ausschaltung von Kondensatoreinheiten
derart bewirkt, daß der Leistungsfaktor verbessert und der bewegliche Teil in die
Normalstellung zurückbewegt wird. Auch in sonstiger Hinsicht kann das Steuerwerk
der Regelvorrichtung verschiedenartig ausgeführt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform
wirkt der schwenkbare Zeiger 5 mit zwei um Achsen 181 und igl schwenkbaren Kontakthebeln
i8 bzw. i9 zusammen, über denen zwei feste Kontakte 2o bzw. 21 angeordnet sind.
Ferner ist ein Hebel 22 vorgesehen, welcher durch eine auf der Welle 24 eines Motors
25 sitzende Kurvenscheibe 23 in bestimmten Zeitabschnitten, vorzugsweise mehrere
Male in der Minute, angehoben und gesenkt wird. Der Hebel22 ist in Führungen 26
verschiebbar gelagert, und seine Endlagen sind in den Abb. i bis 3 durch voll ausgezogene
bzw. gestrichelte Linien angedeutet.
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Der Zeiger 5 liegt in der Mittelstellung unterhalb des Zwischenraumes
27 zwischen den freien Enden der Kontakthebel 18 und i g. Wenn sich bei dieser Stellung
des Zeigers 5 der Hebel22 aus der durch die gestrichelten Linien dargestellten Lage
in die mit vollen Linien gezeichnete Stellung bewegt, wird der Zeiger 5 angehoben,
ohne in Berührung mit den Kontakten 18 und ig zu kommen. Wenn dagegen der Strom
in dem Stromkreis 14, 15 des Induktionsofens eine Voreilung gegenüber der Spannung
über den zulässigen Wert hinaus aufweist, bewegt sich der Zeiger 5 nach der einen
Seite, beispielsweise in Abb. 3 nach links, so daß er unter den Kontakthebel i8
zu liegen kommt. Wenn jetzt der Hebel 22 durch die Kurvenscheibe 23 angehoben wird,
bewegt sich der Zeiger 5 nicht in den Zwischenraum 27, sondern kommt gegen den Kontakthebel
18 zur Anlage, so- d'aß dieser angehoben und mit dem Kontakt 2o in Berührung
gebracht wird. In entsprechender Weise wird bei Nacheilung des Stromes der Zeiger
5 bei der Aufwärtsbewegung des Hebels 22 gegen den beweglichen Kontakthebel ig zur
Anlage gebracht, so--daß dieser angehoben wird und mit dem festen Kontakt 21 in
Berührung kommt. Dieser Fall ist in Abb. 2 dargestellt.
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Bei der Schließung der Kontakte 18 und 2o bzw. ig und 2i werden zwei
von einer Stromduelle 28 durch Leitungen 29 und 291 gespeiste Stromkreise geschlossen,
in welchen eine oder mehrere im Gegensinne gewickelte Feldspulen 30, 301
eines Motors 31 angeordnet sind. Bei der Schließung wird der Motor 31 infolgedessen
in der einen oder anderen Richtung in Drehung versetzt und betätigt hierbei einen
Schalter 32 in dem einen oder anderen Sinne.
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Bei dem in Abb.2 dargestellten Fall, bei welchem eine Nacheilung des
Stromes angenommen ist, fließt der Strom durch eine Leitung 33 und die Feldwicklung
301 (Abb. i), während bei dem in Abb. 3 dargestellten Fall, d. h. bei Voreilung
des Stromes, ein durch die- Feldwicklung' 3o, Leitungen 34 und 341, einen Elektromagneten
35 und eine von diesem zu dem Kontakt to -führende Leitung 342 gebildeter Stromkreis
geschlossen wird. Jede gegenseitige Berührung der Kontakte 18 und 2o bzw. i g und
21 hat also eine Drehung des Motors 31 zur Folge; eine Erregung des Elektromagneten
35 findet Jedoch nur bei Stromvoreilung statt: Die Übertragung der Bewegung von
dem Motoranker 311 auf den Schalter 32 bzw.
dessen Schalthebel 39
erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Seilrollen 36, 37 und 361,
371, die durch Seile 38 und 381 miteinander verbunden sind. Der Schalthebel
39 wirkt bei seiner Drehung nacheinander auf Kontakthebel 4o ein, so daß diese je
nach .dem Drehsinn des Schalthebels 39 in der einen oder anderen Richtung ausgelenkt
werden. Neben den drehbaren Kontakthebeln 4o sind Kontakte 41 vorgesehen, an welche
Leitungen 42, 42, , 422, 423, 424 und 42' angeschlossen sind. Jede dieser Leitungen
führt über einen Elektromagneten 43 und eine gemeinsame Leitung 44 zu dem einen
Pol einer Stromquelle 45, deren anderer Pol durch eine Leitung 441 mit den Kontakthebeln
4o in Verbindung steht. In Abb. i sind vier Kontakthebel 40 geschlossen dargestellt,
so daß die in dem zugehörigen Stromkreise angeordneten Elektromagnete 43 erregt
werden und die Anziehung von Schalthebeln 46 bewirken, die gewöhnlich durch Federn
47 in der geöffneten Stellung gehalten werden. Bei der Anziehung der Schalthebel
46' durch die Elektromagnete 43 wird eine Verbindung zwischen einer Leitung 48 und
einer Anzahl von Kondensatoreinheiten 49 hergestellt. In dem vorliegenden Falle
sind also vier Kondensatoreinheiten eingeschaltet. Eine Drehung des Schalthebels
39 im Sinne des Uhrzeigers hat die Einschaltung weiterer Kondensatoreinheiten zur
Folge, während bei Drehung des Schalthebels im entgegengesetzten Sinne die eingeschalteten
Kondensatoreinheiten nacheinander ausgeschaltet werden.
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Gemäß der Erfindung ist nun die Einrichtung so getroffen, daß während
der Abschaltung der Kondensatoren, also bei Stromvoreilung, die Generatorspannung
selbsttätig herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck ist bei der in Abb. i dargestellten
Einrichtung -ein Widerstand 53 vorgesehen, welcher während des Regelvorganges selbsttätig
mit einer Erregerspule 54 des den Heizstrom liefernden Generators in Reihe geschaltet
wird. Der Widerstand 53 ist gewöhnlich durch einen Leiter 55 und den durch eine
. Feder 47 in der geöffneten Stellung gehaltenen Anker 56 eines elektromagnetischen
Schalters kurzgeschlossen. Die beiden Enden der Magnetwicklung 35 dieses Schalters
stehen mit einem festen Kontakt 57 bzw. einem beweglichen Kontakt 58 in Verbindung.
Die Kontakte 57, 58 werden durch eine auf der Welle 24 des Motors 25 sitzende Kurvenscheibe
59 abwechselnd geöffnet und geschlossen. Der Kontakt 58 ist an die zu dem festen
Kontakt 2o des Steuerwerkes der Regelvorrichtung führende Leitung 342 angeschlossen,
so daß die Magnetwicklung 35 nur dann von Strom durchflossen wird, wenn sowohl die
Kontakte 57, 58 als auch die Kontakte 18, 2o geschlossen sind Dieser Fall tritt
nur dann ein, wenn der Strom der Spannung voreilt. Der Antrieb der Kurvenscheibe
59, der im vorliegenden Falle durch dieselbe Welle 24 erfolgt wie der Antrieb der
Kurvenscheibe 23, kann natürlich auch gegebenenfalls getrennt hiervon erfolgen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Schließung der Kontakte 57, 58 durch die
Kurvenscheibe 59 bereits etwas vor Beginn des Regelvorganges, d. h. vor der Schließung
der Kontakte 18 und 2o, erfolgen zu lassen und die Kontakte auch noch eine kurze
Zeit nach Beendigung des Regelvorganges geschlossen zu halten. Aus diesem Grunde
ist im vorliegenden Fälle, wie aus Abb. 5 ersichtlich ist,. der Nocken 591 der Kurvenscheibe
59 in Richtung des Umfanges breiter ausgeführt als der Nocken 231 der Kurvenscheibe
23, so daß der Nocken 591 den Nocken z31 nach beiden Seiten hin überlappt.
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Die Erregerwicklung 54 ist mittels der Anschlüsse 6o an den Feldstromkreis
des mit dem Hauptstromnetz 14, 15 in Verbindung stehenden Generators, der in der
Zeichnung nicht dargestellt ist, angeschlossen. Die Wicklung 54 kann die gesamte
oder einen Teil der Feldwicklung des Generators bilden. Der durch den Generator
erzeugte Strom fließt durch die Ofenspule 16, deren Reaktanz mit X und derenWiderstand
mit R bezeichnet ist. Wenn der Leistungsfaktor des Hauptstromkreises von
dem Einheitswert abweicht und solange dies der Fall ist, schlägt der Zeiger 5 des
Phasenmessers aus seiner Mittelstellung nach der einen oder anderen Seite aus, je
nachdem, ob die Zuschaltung oder Abschaltung von Kapazität erforderlich ist. Bei
der Aufwärtsbewegung der Stange 22 werden dann j e nach der Lage des Zeigers 5 die
Kontakte 18, 2o oder i9, 21 geschlossen und der Schaltmotor 31 sowie der Schalterhebel
39 in dem einen oder anderen Sinne in Drehung versetzt. Die Bewegung des Schalterhebels
39 wird unterbrochen, sobald die Stange 22 sich wieder senkt, und der Zeiger 5 kann
sich jetzt in eine andere Lage einstellen. Wenn die durch den Umlauf des Schaltmotors
31 während eines Regelvorganges bewirkte Verbesserung des Leistungsfaktors noch
nicht hinreichend ist, liegt der Zeiger 5 nach der Regelung auf derselben Seite
wie vor Beginn des Regelvorganges, so daß bei der nächsten Aufwärtsbewegung der
Stange 22 ein weiterer Regelvorgang in demselben Sinne stattfindet. Wenn der Leistungsfaktor
des Hauptstromkreises infolge der selbsttätigen Regelung den gewünschten Wert erreicht
hat, steht der Zeiger 5 in seiner Mittelstellung und verharrt in .dieser Stellung
so lange, bis wieder eine
Änderung des Leistungsfaktors eintritt,
worauf sich dann der Regelvorgang wiederholt.
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Bei dem _in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Fallangenommen, daß die Mittellage des Zeigers 5 dem Einheitswert des Leistungsfaktors
entspricht, obwohl natürlich die Einrichtung auch so getroffen werden kann, daß
sich der Zeiger bei einer bestimmten Voreilung oder Nacheilung (des Stromes in der
Mittellage befindet. Im allgemeinen ist es sogar zweckmäßig, dem Leistungsfaktor
eine geringe Voreilung zu geben. In jedem Falle kann die Vorrichtung entweder von
vornherein so ausgebildet oder durch Lagenänderung der Kontakte 18, 19 so
eingestellt werden, daß der Leistungsfaktor den gewünschten Wert annimmt.