DE639533C - Anordnung zur Temperaturregelung elektrischer Widerstandsoefen mittels gittergesteuerter Entladungsstrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturregelung mehrphasig angeschlossener Widerstandsöfen, bei denen jede Phase des Netzes einen Teilwiderstand des Ofens speist, unter Verwendung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen.

Bei den in der Industrie verwendeten elektrischen Widerstandsöfen ist in der Regel die Aufgabe gestellt, die Ofentemperatur von

ίο außen einzustellen und innerhalb sehr enger Grenzen konstant zu halten. Gewöhnlich geschieht dies durch intermittierendes Ein- und Ausschalten der Heizwiderstände, wobei die Größe der Ein- und Ausschaltdauer von Thermoreglern gesteuert wird. Es ist auch bereits bekannt, die damit verbundenen Unzulänglichkeiten (Abnutzung von Schaltkontakten usw.) dadurch zu vermeiden, daß zur Regelung der Heizleistung gittergesteuerte Gleichrichter benutzt werden, deren Gitter von einer von der Ofentemperatur abhängigen Einrichtung mittelbar oder iXnmittelbar gesteuert werden.. Die Widerstände des Ofens werden dort also mit Gleichstrom gespeist.

' Solche Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß bei Netzen ohne Nulleiter entweder ein für die volle Leistung bemessener Transformator benötigt wird oder aber ein künstlicher Nullpunkt geschaffen werden muß.

ίο Diese Nachteile werden durch die nachstehend beschriebene Anordnung vermieden. Erfindungsgemäß, werden die im Stern angeordneten Widerstände des Ofens mit ihrem einen Ende an das Mehrphasennetz angeschlossen, während ihre anderen Enden über die Entladungsstrecken oder bei Parallelschaltung je einer Entladungsstrecke zu jedem Widerstand unmittelbar zusammengeschlossen sind. Es können hierzu entweder mehrere Entladungsgefäße mit je einer Anode und Kathode oder mehranodige Gefäße mit gemeinsamer Kathode benutzt werden, deren Steuergitter in bekannter Weise von einer von der Ofentemperatur abhängigen Einrichtung, beispielsweise einem Temperaturregler bekannter Bauart, mittelbar oder unmittelbar beeinflußt werden. Zusätzlich kann eine willkürliche Einstellung der Steuerung vorgesehen sein. Ein besonderer Vorzug der Anordnung ist der, daß mit ihrer Hilfe vorhandene Drehstromöfen ohne große Kosten mit einer weitgehenden und stetigen Regelung ausgerüstet werden können.

Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise verwirklichen, wie in den nachstehenden Ausführungsbeispielen gezeigt wird.

In Abb. r der Zeichnung ist eine Ausführung für einen Drehstromofen dargestellt, bei der im Sternpunkt der Widerstände 1, 2, 3 drei einanodige Entladungsgefäße 7,8,9 zu

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Helmut Cypra in Berlin-Hermsdorf.

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einem Dreieck zusanimengeschaltet sind. Die Gitter der Gefäße werden beispielsweise durch einen Phasenregler 6 gesteuert, dessen Verdrehung von dem Temperaturregler io al>;:| hängig ist. Die Phasen des DrehstromnetzöSj»,; sind gleichlautend mit den an sie angeschlos??, senen Nutzwiderständen mit i, 2, 3 bezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung ist in Abb. 2 der Zeichnung unter der Annahme, daß die Gittersteuerung den Einsätz der Entladung vollständig freigibt, und mit Vernachlässigung der Lichtbogenabfälle erläutert. Die volle Periode zerfällt deutlich.in ZeitabscMiittel bis VI, in deren jedem der Strom einen anderen Weg nimmt. Es fließt z. B. in Abschnitt I ein Strom von Phase 1 über das Entladungsgefäß 7 nach Phase 3. Der umgekehrte Weg über die Entladungsgefäße 8 und 9 ist wegen der eindeutigen Stromdurchlaßfähigkeit gesperrt. Das Teilstück der gestrichelten Kurve«? in Abb. 2 gibt den Potentialverlauf der Kathode des Entladungsgefäßes 7 bzw. der Anode des Entladungsgefäßes 9· wieder, wenn die Nutzwiderstände 1,2,3 gleich; groß und die Entladungsgefäßc 8 und 9 stromlos sind. TatsäcMidi fließt jedoch auch in Phase 2 während des Zeitabschnittes I ein Strom, denn bei Stromlosigkeit der Phase'2 würde der SpanntHigsunterschied zwisehen der Phasenspannung 2 und der Kurve d iß der ersten Hälfte des Abschnittes I am Entladungsgefäß 9 und in der zweiten Hälfte am Entladungsgefäß 8 liegen. Das führt jedoch, sofort zur Zündung, so daß die Elektrodenpotentiale sämtlicher Entladungsgefäße den durch: die Kurve α (NuHinie) gegebenen Wert annehmen. Die Lage der Kurve a läßt sich leicht durch Mittelung der drei gestrichelten Kurven b, c und d feststellen, deren jede den Verlauf der Potentiale an den Entladungsgefäßen wiedergibt, falls nur zwei Phasen spannungführend sind, und zwar gilt Kurve bj wenn Phase 3, Kurve c, wenn Phase 1, und Kurvet, wenn Phase 2 stromlos ist. Es ergibt sich, also, daß während des ganzen Zeitabschnittes I ein' Strom von Phase 1 über Entladungsgefäß 7 nach. Phase 3 fließt, ferner während des ersten Halbabschnittes ein Strom von Phase 1 über die Entladtingsgefäße 7 und 9 nach. Phase 2 und im zweiten Halbabschnitt ein Strom von Phase 2 über die Entladungsgefäße 8 und 7 nach. Phase 3. Die gleichen Verhältnisse, nur mit cyclischer Vertauschung der Phasen und Gefäße, ergeben sich, in den Abschnitten III und V. In den· Abschnitten II, IV, VI gilt das Entsprechende, jedoch, mit der Maßgabe, daß wegen der umgekehrten Polarität der Momentanwerte der Spannungen immer zwei Gefäße (z. B. 8 und 9 in Abschnitt IV) dort die Verbindung zweier Phasen (z. B. 1 und 3) übernehmen, wo in dem entsprechenden Abschnitt der ersten Gruppe das dritte Gefäß (z.B. 7 in Abschnitt I) die Stromführung zwischen den Ijeffenden Phasen übernahm, und umge-

Leitet man die in den einzelnen Zeitiitten fließenden Teilströme zwischen je ''■zwei Phasen aus Abb. 2 ab und setzt man sie in sinngemäßer Weise zusammen, so erhält man einerseits den Strom je Phase, anderseits den Strom je Gefäß. Als Beispiel sind in Abb. 3 der Strom Z₁ der Phase 1 und in Abb. 4 der Strom 4 des Gefäßes 8 wiedergegeben. Wie ersichtlich, besitzt der Phasenstrom keine oder zumindest keine nennenswerte dritte Harmonische,, was für den vorgeschalteten Transformator von großem Vorteil ist. Ferner hat die treppenförmige Form der Stromkürve, verbunden mit der großen Brenndauer von 240⁰ jedes Einzelgefäßes, u.a. den Vorzug,, daß die Rückzündungsgefahr stark verringert wird. Die Gittersteuerung der Entladungsgefäße gestattet eine Leistungsregelung von ο bis 100 o/_o der Nennleistung des OfeftSj wobei die einzelnen Phasen des Netzes für jeden Grad der Aussteuerung vollkommen symmetrisch belastet sind.

Die beschriebene Anordnung ist nicht auf Drehstromsysteme beschränkt, sondern kann für Netze beliebiger Phasenzahl, deren Nullpunkt nicht zugänglich ist, angewandt werden. Es werden dabei so viel Einzelgefäße in Vieleck geschaltet, als das Netz Phasen besitzt. Soll aus irgendeinem Grunde die Verwendung einanodiger Gefäße vermieden werden oder soll eine Ersparnis an Entladungsgefäßen erzielt werden, so kann der Erfindungsgedaake auch in einfacher Weise entsprechend dem in Abb. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht werden.

Für den Fall, daß unsymmetrische Netzbelastung in Kauf genommen werden kann, läßt sich die Regelung des Drehstromofens beispielsweise durch Gittersteuerung eines Entladungsgefäßes mit nur zwei Anoden und gemeinsamer Kathode durchführen. Die Schaltung zeigt Abb. 5. Die Kathode des zweianodigen Gefäßes 7 ist dabei an den einen Widerstand 2 und die Anoden an je einen der beiden anderen Widerstände 1 und 3 angeschlossen. Die Steuergitter der beiden Entladungsstreckerx des Gefäßes. 7 werden von einem Drehregler 6 gesteuert, der seinerseits beispielsweise über ein Relais von einem von der Ofentemperatur abhängigen Temperaturregler beeinflußt wird. Die beschriebene Anordnung kommt wegen der unsymmetrischen Netzbelastung in erster Linie für kleine Leistungen in Frage, wo sich, die Ersparnis an Anoden im Gleichrichtergefäß bzw. von ganzen einanodigen Gefäßen am meisten bemerkbar macht.

Eine andere Ausführung der unmittelbaren Regelung von Widerstandsöfen durch gittergesteuerte Entladungsstrecken empfiehlt sich, wenn ein vorhandener Drehstromofen mit ge-, schlossener Sternschaltung regelbar gemacht werden soll, ohne daß seine Schaltung geändert werden kann, oder wenn die Regelung mit einem mehranodigen Entladungsgefäß, beispielsweise einem Eisengleichrichtergefäß,

to bei vollkommener Wahrung der Belastungssymmetrie im Netz erfolgen soll. In diesem Falle wird nach Abb. 6 der Zeichnung ein dreianodiges Gefäß 7 vorgesehen, dessen Kathode an den Sternpunkt und dessen Anoden jeweils an den Anfangspunkt eines der Ofenwiderstände gelegt sind. Die Steuergitter werden, gegebenenfalls über einen Zwischentransformator 11, von einem Drehregler 6 gesteuert, der in bereits bekannter Weise von einem Temperaturregler 10 abhängig ist.

Die Wirkungsweise ist die folgende: Bei vollständiger Sperrung der Entladungsstrecken arbeitet der Ofen, als ob er ohne Regelung an das Netz angeschlossen wäre.

Sobald eine Entladungsstrecke freigegeben wird, wird der betreffende Nutzwiderstand kurzgeschlossen und die Leistung in den beiden anderen Widerständen gesteigert. Die maximale Leistung ergibt sich, wenn die Steuerung den Einsatz der Entladung in keiner Weise behindert. Dann ist dauernd ein Widerstand kurzgeschlossen, wodurch die durch die entsprechende verkettete Spannung in jedem der beiden anderen Widerstände erzeugte Leistung den dreifachen Wert, erreicht. Dazu kommt noch die Leistung des Stromes, der von der an den beiden nicht kurzgeschlossenen Widerständen liegenden verketteten Spannung durch diese getrieben wird, so daß sich im ganzen eine Regelung von 100 bis etwa 2400/0 der Ofenleistung, bezogen auf die Normalleistung in geschlossener Sternschaltung, erzielen läßt. Der Ofen muß hinsichtlich seiner Leistung dieser Regelung natürlich angepaßt werden, indem er beispielsweise an einem Netz entsprechend geringerer Spannung betrieben wird. Eine andere Möglichkeit, welche gleichzeitig mit der Einführung der Regelung eine Leistungsvergrößerung erlaubt, ist die, daß dem vorhandenen Ofen noch drei Nutzwiderstände in offener Sternschaltung vorgeschaltet werden, welche ihrerseits entweder eingebaut werden oder zu einem besonderen Ofen gehören, der dann mitgeregelt wird.

Auch diese Art der Regelung ist nicht auf Drehstromnetze beschränkt, sondern auf Netze beliebiger Phasenzahl anwendbar.
-' Die beschriebene Regelung von Widerstandsöfen ist besonders zweckmäßig, weil weder ein Nullpunkt erforderlich ist noch irgendwelche teuren Apparate außer den Entladungsgefäßen und der Steuereinrichtung be- · nötigt werden, insbesondere ein Transformator vermieden wird, und weil ferner vorhandene Drehstromöfen bequem und mit geringen Kosten regelbar gemacht werden können.

Claims (4)

Patentansprüche ·.

1. Anordnung zur Temperaturregelung mehrphasig angeschlossener Widerstandsöfen, bei denen jede Phase des Netzes einen Teilwiderstand des Ofens speist, unter Verwendung von gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen mit 'lichtbogenartiger Entladung, deren Steuerung willkürlich oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Ofentemperatur eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stern angeordneten Widerstände des Ofens mit ihrem einen Ende an das Mehrphasennetz angeschlossen sind, während ihre anderen Enden über die· Entladungsstrecken oder bei Parallelschaltung 8g je einer Entladungsstrecke zu jedem Widerstand unmittelbar zum Sternpunkt zusammengeschlossen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1 für Drehstromnetze, dadurch gekennzeichnet, daß im Sternpunkt der Widerstände drei emanodige Entladungsgefäße zu einem Dreieck zusammengeschaltet sind (Abb. 1).

3. Anordnung nach Anspruch Ί für Drehstromnetze, dadurch gekennzeichnet, daß im Sternpunkt der Widerstände ein zweianodiges Entladungsgefäß vorgesehen ist, dessen Kathode an den einen Widerstand und dessen Anoden an die beiden anderen Widerstände angeschlossen sind (Abb. s).

4. Anordnung nach Anspruch 1 für Drehstromnetze, dadurch gekennzeichnet, daß bei Parallelschaltung der Entladungsstrecken zu den Widerständen des Ofens ein dreianodiges Gefäß vorgesehen ist, dessen Kathode an den Sternpunkt und dessen Anoden jeweils an den Anfangspunkt eines der Ofenwiderstände gelegt sind (Abb. 6). n₀

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen