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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Elektroden in Lichtbogenöfen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Elektroden
in Lichtbogenöfen, deren motorischer Antrieb bei Sollzustand des Betriebes gebremst
wird.
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Bei der selbsttätigen Regelung der Elektrodenstellung in Lichtbogenöfen
ist es häufig erforderlich, denAntrieb für die Elektroden festzubremsen, wenn die
für die Regelung maßgebenden Betriebsgrößen- ihren Sollwert erreicht haben. Hierfür
sind zweierf'ei Gründe maßgebend. Zunächst hat der Verstellmotor, wenn der Regelimpuls
verschwindet, infolge seiner Bewegungsenergie das Bestreben, die Verstellbewegung
noch weiter fortzusetzen, was aus Gründen der eindeutigen Einstellung. und zum Vermeiden
von Pendelungen vermieden werden muß. Sodann ist damit zu rechnen, daß die Elektroden
durch Abbrand leichter werden, was bei der außerordentlich geringen Reibung, mit
der die Elektrodenaufhängung ausgeführt werden muß, unerwünschte Verstellungen infolge
von Gleichgewichtsstörungen zwischen den Elektroden und deren Gegengewichten zur
Folge haben würde. Schließlich ist es häufig überhaupt nicht erwünscht, daß Abweichungen
der Betriebsgrößen von ihren Sollwerten, die an sich nur gering sind, bereits einen
Regelvorgang auslösen. Eine solche empfindliche Regelung würde in vielen Fällen
die Regeleinrichtung ständig in Bewegung halten, was naturgemäß eine erhebliche
Abnutzung zur Folge haben würde.
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Bei den bekannten Anordnungen zur selbsttätigen Elektrodenregelung
ist daher häufig eine Bremsung in der Weise vorgesehen, daß der Anker des Antriebsmotors
bei Erreichung des Sollzustandes durch ein Schütz kurzgeschlossen wird. Dieses Schütz
muß für starke Ströme bemessen sein und muß verhältnismäßig häufig schalten. Daraus
ergibt sich die Notwendigkeit einer häufigen Kontrolle des Schützes, die für den
Betrieb sehr störend ist.
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Es ist auch bekannt, zur Bremsung der Elektroden eine mechanische
Bremse zu verwenden, die beim Verstellen der Elektroden
mittels
eines Elektromagneten gelüftet wird. Infolge der sehr häufigen.Brelnsung, wie sie
sich bei empfindlich eingestellten Elektrodenregelungen ergibt, unterliegt eine
solche me@ chanische Bremse naturgemäß einer starWü Abnutzung; die eine erhebliche
Unsicherliea' in den Betrieb hineinbringt. Außerdefi braucht man für d4e Lüftung
der mechanischen Bremse ebenfalls wieder ein Schütz, welches allerdings gleichzeitig
auch zur Ein-und Ausschaltung des Verstelllnotors benutzt werden kann.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Bremsvorrichtung geschaffen
werden, die die Schaltung nur geringer Ströme erforderlich macht und die ohne Schwierigkeiten
auch ohne Verwendung eines mechanischen Schützes ausgebildet werden kann. Die Erfindung
besteht darin, daß als Bremse ein mit dem Antriebsmotor mechanisch gekuppelter @veiterer
Motor mit in sich geschlossenem Ankerkreis dient, dessen Erregung nur dann an Spannung
liegt, wenn die für die Regelung maßgebenden Betriebsgrößen sich auf ihrem Sollwert
befinden, wobei vorzugsweise die Ein- und Ausschaltung des Erregerstromkreises durch
steuerbare Entladungsstrecken erfolgt. Zweckmäßig sind weiterhin der Erregerstromkreis
des Bremsmotors und der Stromkreis des Antriebsmotors in der Weise gegeneinander
verriegelt, daß stets nur in einem der beiden Stromkreise Ström fließen kann: Dadurch
wird verhindert, daß der Antriebsmotor anläuft, während die Bremse wirksam ist.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung in den Fällen, in denen, wie es bereits
vorgeschlagen würde, der Antriebsmotor seinen Strom über in Abhängigkeit von der
für die Regelung maßgebenden Betriebsgröße steuerbare Entladungsstrecken empfängt,
da dann in den Steuerkreis dieser Entladungsstrecken- ein von dem Erregerstrom des
Bremsmotors durchflossener Widerstand derart eingeschaltet werden kann, daß der
an ihm auftretende Spannungsabfall als Sperrspannung für dieEntladungsstrecken dient.
Wird die Erregung des Bremsmotors ebenfalls durchs teuerbare Entladungsstrecken
ein- bzw. ausgeschaltet, so kann man die Gitterkreise der beiden Stromrichtergruppen
so miteinander in Verbindung bringen, daß dieselbe von dem Betriebszustand der Elektroden
abhängige Regelspannung; die die Zündung der einen Entladungsstreckengruppe bewirkt,
gleichzeitig auch zur Sperrung der anderen dient. Alle diejenigen Maßnahmen, die
sich auf die Steuerung des Erregerstromes des Bremsmotors und deren Beziehungen
zu der Steuerung des Antriebsmotors beziehen, können erfolgreich auch dann angewendet
werden, wenn die Bremse anderer Natur ist, wenn es sich z. B: um eine mechanische
Bremse handelt, die mittels eines Steuerstromes ausgelöst bzw. freigege-.ben wird.
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-"',In Fig. i der Zeichnung ist ein Aus-,eü#rungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. ¢Jer Antriebsmotor z ist als Gleichstromreihenschlußmotor mit dem Anker
2 und den beiden Erregerwicklungen 3 und 4 ausgebildet, von denen die eine für Rechts-,
die andere für Linkslauf bestimmt ist. Der Anker des Bremsmotors ist-mit 5 bezeichnet.
Er ist über einen Widerstand 7 in sich geschlossen, wobei der Widerstand 7 einstellbar
ist, um die Größe des Bremsmöinentes .regeln zti können. Beide Anker, 2 und 5, sind
mechanisch miteinander gekuppelt. Um eine möglichst große Bremswirkung zu erzielen,
kann man als Bremse einen Motor benutzen, der an sich für eine wesentlich niedrige
Drehzahl bestimmt ist als der Antriebsmotor 2.
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Zur Speisung des Antriebsmotors i und der Erregerwicklung 6 des Bremsmotors
ist ein Entladungsgefäß 8 vorgesehen, das insgesamt sechs Anoden und die dazugehörigen
Steuergitter sowie eine allen gemeinsame Kathode 13 enthält. Die beiden Anoden
9 und 9' mögen dabei den Rechtslauf, die Anoden io und iö den Linkslauf des Antriebsmotors
i beherrschen. Die ebenfalls in Vollweggleichrichterschaltung liegenden Anoden i
1 und i i' dienen zur Speisung der Erregerwicklung 6 des Strommotors. Die Antriebsenergie
für den Antriebsmotor und der Erregerstrom für den Bremsmotor werden über einen
Transformator i2 mit drei Sekundärwicklurgen dem Wechselstromnetz entnommen.
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Die Steuerung erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit
von dem Strom des Lichtbogens 18, der mit einem konstanten Strom verglichen wird.
Zu diesem Zweck ist in die Elektrodenleitung ein Stromwandler i9 eingeschaltet;
der über einen Gleichrichter 2o' den Widerstand 14 mit Gleichstrom speist. Zur Schaffung
der Vergleichsgröße dient der von einem konstanten Strom durchflossene Widerstand
21, an dem eine einstellbare konstante Spannung abgegriffen wird, die ihrerseits
über den Gleichrichter 22 den Widerstand 15 speist Als Regelspannung dient die an
der Reih'e'nschaltung der Widerstände 14 und i5 auftretende Differenzspannung. Diese
ist Null, solange der Lichtbogenstrom seinen Sollwert besitzt, und erscheint bei
Abweichungen des Lichtbogenstromes von seinem Sollwert mit dem einen oder anderen
Vorzeichen, je nachdem ob die Abweichung nach unten oder oben erfolgt.
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Diese Differenzspannung wird nun dem Steuergitter der. Entlädungsstreckengruppe
g,
g' bzw. io, iö' zugeführt. Ist die Differenzspannung so gerichtet, daß beispielsweise
die obere Klemme des Widerstandes 1q. positiv gegenüber der unteren Klemme des Widerstandes
15 wird, so entsteht an dem Widerstand 16, der zwischen der Kathode
13 und den Gittern der Entladungsstreckengruppe g, g' liegt, eine Spannung,
die diese Gitter gegenüber der Kathode positiv macht und die Entladungsstreckengruppe
g, g' zündet. Der Motor läuft dann im. Sinne des Rechtslaufes an. Gleichzeitig bleibt
aber die Entladungsstreckengruppe io, io' gesperrt, da sich das Potential ihres
Steuergitters gegenüber der Kathode 13 in negativer Richtung verschiebt. Das Umgekehrte
tritt ein, wenn eine Differenzspannung an den Widerständen 14 und 15 mit umgekehrtem
Vorzeichen erscheint.
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Die gleiche Differenzspannung. dient auch zur Steuerung der Entladungsstreckengruppe
i i, i i', die die Erregerwicklung 6 des Bremsmotors speist. Zu diesem Zweck ist
eine phasendrehende Brückenanordnung 23 vorgesehen, die die beiden vormagnetisierten
Drosseln 26, und 27 enthält. Beide werden durch die genannte Differenzspannung so
beeinflußt, daß unabhängig davon, mit welchem Vorzeichen die Differenzspannung erscheint,
die Phasenlage der Gitterwechselspannung für die Entladungsstreckengruppe i i, i
i' stets in demselben Sinn, nämlich im Sinne der Sperrung, verschoben wird. Die
Phasenlage der Gitterwechselspannung im Sollzustand läßt sich durch den Kondensator
25 von vornherein einstellen. Sie wird zweckmäßig so gewählt, wie das in Fig. 2
dargestellt ist.
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In Fig. 2 bedeutet U" die Wechselspannung an der Anode i i bzw. i
i'. Das Gitter der betrachteten Anode möge die konstante Vorspannung U" im Sinne
der Sperrung besitzen. Der Kondensator 25 wird nun so eingestellt, daß die Gitterwechselspannung,
die von- der Brückenschaltung 23 im Normalzustand geliefert wird, eine Phasenlage
besitzt, wie sie durch die Kurve U, dargestellt ist. Die Kurve Ug schneidet mit
ihrem ansteigenden Ast die Nullinie in genau demselben Punkt, in dem auch der ansteigende
Ast der positiven Halbwelle U" durch die Nullinie hindurchgeht. In diesem Zustand
wird also die betreffende Anode stets voll ausgesteuert. Das gleiche gilt selbstverständlich
auch für die andere Anode derselben Gruppe.
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Eine auftretende Differenzspannung an den Widerständen 1q. und .i5,
die eine Vormagnetisierung der Drosseln 26 und 27 hervorruft, bewirkt nun eine Verschiebung
der Gitterwechselspannung im Sinne der Voreilung. Hierdurch wird zunächst keine
Änderung in der Aussteuerung der Anodenz;ruppe i i, i i' erzielt. Diese Anodengruppe
wird so lange voll ausgesteuert, bis die Gitterwechselspannung die durch die Kurve
Ug dargestellte Grenzlage erreicht hat. Solange bleibt also der Bremsmotor erregt
und hält den Antrieb fest. Erst wenn jetzt die Differenzspannung noch weiter steigt,
wenn also die Abweichung der Betriebsgrößen des Lichtbogens vom Sollwert noch stärker
wird, tritt schlagartig eine völlige Sperrung der Entladungsstreckengruppe i i,
i i' ein, da nunmehr beispielsweise in der Lage Ug' während der Zeit der positiven
Halbwelle von U" keine zündende Gitterwechselspannung mehr vorhanden ist. Die Bremsung
wird also plötzlich ausgeschaltet, und der Antrieb kann die erforderliche Verstellung
bewirken.
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Damit nun der Antriebsmotor i nur dann an Spannung gelegt wird, wenn
die Erregerwicklung 6 des Bremsmotors stromlos und der Antrieb damit freigegeben
ist, ist ein Widerstand 24 vorgesehen, der von dem Er= regerstrom der Wicklung 6
durchflossen wird. Der hierdurch an dem Widerstand 2d. hervorgerufene Spannungsabfall
verschiebt das Potential der Steuergitter, die zu den Entladungsstreckengruppen
g, g bzw: io, io' gehören, gegenüber- der Kathode 13 in negativer Richtung. Diese
Verschiebung muß so groß sein, daß eine Zündung der genannten Entladungsstreckengruppen
nicht möglich ist, solange die Erregerwicklung 6 von Strom durchflossen wird.
Erst wenn die Erregerwicklung 6 stromlos ist, kann die bereits vorhandene Regelspannung
an den- Widerständen 16 bzw. 17 die eine oder die andere Entladungsstreckengruppe
für den Antriebsmotor zünden und diesen in Bewegung setzen.