DE824980C - Anordnung zur Regelung elektrischer Lichtbogenoefen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Regelung elektrischer Lichtbogenöfen Beim Betrieb von Lichtbogenöfen, die häufig als Drehstromlichtbogenöfen ausgeführt werden, ist es erwünscht, die Leistung im Lichtbogen möglichst konstant zu halten. Zu diesem Zweck werden die Elektroden, d. h. die Lichtbogenlänge, geregelt. Als Regelgröße dienen dabei sowohl die Lichtbogenspannung als auch der Lichtbogenstrom. Weicht die Leistung eines Lichtbogens von dem geforderten Wert ab, so ändern sich diese beiden Größen im entgegengesetzten Sinne. Wenn die Lichtbogenspannung abnimmt, steigt der Strom und umgekehrt. Man hat diese Tatsache benutzt, um die Regelung durchzuführen. Wird ein drei- oder mehrphasiger Lichtbogenofen verwendet, so findet dabei, wenn die Leistung einer der Phasen vom Sollwert abweicht, durch die Rückwirkung dieser Phase auf die anderen keine Regelung in den anderen Phasen statt, weil in den anderen Phasen durch die Rückwirkung sich die beiden Größen im gleichen Sinne ändern. Es ist auch bekannt, die zur Regelung dienenden Größen, Spannung und Strom, über Gleichrichter auf zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen im Steuergenerator eines Leonardumformers wirken zu lassen, von denen der Verstellmotor für die zugehörige Elektrode gespeist wird. Diese Anordnung erfordert einen erheblichen Aufwand, weil für jede Elektrode außer dem Verstellmotor selbst ein besonderer Leonardumformer erforderlich ist. Außerdem haftet dieser Anordnung eine gewisse Unempfindlichkeit an, weil gerade in der Nähe des Stillstandes erst beträchtliche Abweichungen in der Differenzerregung des Steuergenerators auftreten müssen, bis die unvermeidlichen Übergangsspannungen überwunden sind und der Motor anläuft. Auch beim Abbremsen treten die gleichen Schwierigkeiten auf.
• Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie diese Schwierigkeiten zu vermeiden sind. Sowohl zum Antrieb als auch zum Bremsen dient dabei eine einzige Gleichstrommaschine, die zur Vermeidung der Unbestimmtheiten in der Nähe des Stillstandes in sog. Stromschaltung betrieben wird. Bei Stromschaltungen werden der Maschine, insbesondere dem Anker, Ströme bestimmter Größe aufgezwungen, so daß Übergangsspannungen, Widerstandsänderungen usw. sich nicht nachteilig auswirken können. Man kann mit solchen Schaltungen Drehmomente als Steuergrößen vorschreiben. Drehzahl und Spannung treten dann als Folgegrößen auf. Schon eine Reihenschlußmaschine weist in gewissem Sinne die Merkmale einer Stromschaltung auf.
• Gemäß der Erfindung wird nun ein dem Lichtbogenstrom und ein der Lichtbogenspannung verhältnisgleicher Gleichstrom im entgegengesetzten Sinne auf das Feld der Gleichstrommaschine zur Einwirkung gebracht, deren Anker in Stromschaltung gespeist wird. Beim Sollwert des Lichtbogenstroms halten sich die in der Maschine entwickelten Drehmomente das Gleichgewicht. Bei Abweichungen vom Sollwert dagegen dreht sich die Maschine in der einen oder anderen Richtung und bewirkt dadurch die Verstellung der Elektroden. Durch Verwendung gesättigter Kreise im Wechselstromkreis der Steuergrößen kann man erreichen, daß beim Abweichen der Steuergrößen vom Sollwert eine mehr als verhältnisgleiche Änderung der Steuergrößen vorgetäuscht wird, so daß ein schnelles Ansprechen und eine schnelle Ausregelung gewährleistet sind.
• In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• In Fig. i stellt i einen Drehstromlichtbogenofen dar, von dessen drei Elektroden nur eine dargestellt und mit 2 bezeichnet ist. Sie wird über eine Induktivität 3, die normalerweise der Induktivität der Zuleitung entspricht, vom Drehstromnetz .I gespeist. Die Elektrode wird durch den Gleichstrommotor s gehoben und gesenkt. Der Motor ist als Reihenschlußmotor mit zwei einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen ausgeführt, von denen die eine, 6, zusammen mit dem Anker über die Trockengleichrichteranordnung 7 und den Stromwandler 8 mit einem dem Lichtbogenstrom entsprechenden Strom gespeist wird. Die andere Erregerwicklung 9 wird ebenfalls einschließlich des Ankers über die Trockengleichrichteranordnung io und den Stromwandler ii mit einem der Lichtbogenspannung entsprechenden Strom gespeist. Diese beiden Steuergrößen werden über die Stromwandler 8 bzw. ii dem Stromkreis je einer hochg iittigten Drossel 12 bZW. 13 entnommen, wobei esi die Drosselspule 12 parallel zu den dem Ofen vorgeschalteten Scheinwiderständen (Zuleitungen) liegt, während die andere parallel zum Lichtbogen geschaltet ist. Zur 'Erhöhung der beabsichtigten Wirkung liegt in Reihe mit der Drosselspule 12 noch ein Kondensator 14 und in Reihe mit der Drosselspule 13 ein Kondensator 15.
• In Fig. 2 ist die Kennlinie a der gesättigten Drossel dargestellt, d. h. der Verlauf der Spannung LT über dem Strom J. Wie man sieht, nimmt

  nach Überschreiten des S:ittigungsl:nies der Strom

  stark zu. Schaltet man noch den Kondensator in

  Reihe mit der Drosselspule, wobei die Strom-

  spannungskennlinie des Kondensators durch die

  Gerade b gegeben ist, so verläuft die Gesamt-

  spannung an der Reihenschaltung von Drosselspule

  und Kondensator in Abhängigkeit vom Strom J

  nach der Kennlinie c, die nach Überschreiten des

  Sättigungsknies nahezu waagerecht verläuft. Die

  veränderliche Spannung acn Motor 5 wirkt über

  die Stromwandler 8 bzw. i i auf den Kreis der

  Drosselspulen 12 bzw. 13 zurück. Sie ist jedoch

  gegenüber der an der Drosselspule und Konden-

  sator auftretenden Spannung um nahezu 9o° ver-

  schoben. Macht man sie außerdem noch klein

  gegenüber der Spannung der Drosselspule bzw. der

  Summenspannung an Drosselspule und Konden-

  sator, so gibt die Kurve a bzw. c an, wie sich der

  der Erregerwicklung und dein Anker des Motors

  zugeführte Strom in Abhängigkeit von dem Licht-

  bogenstrom bzw. der Lichtbogenspannung ändert.

  Man legt nun den normalen Betriebspunkt in die

  Nähe des Knies der Kennlinie a bzw. c und wählt

  die Bemessung so, daß bei gleichen Windungs-

  zahlen der Spulen 6 und 9 die Ströme in den Spu-

  len gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind.

  Der im ausgeregelten Zustand den beiden Gleich-

  richtern 7 und io zugeführte Strom ist verhältnis-

  mäßig klein, so daß dieser auch bei stillstehendem

  Motor über den Kommutator fließende Strom den

  Kommutator und die Wicklung nicht gefährdet.

  Steigt der Lichtbogenstrom an, so nimmt auch die

  Summenspannung an Drossel 12 und Kondensator

  14 zu und das Knie der Kennlinie a bzw. c wird

  schnell überschritten. Infolgedessen tritt eine kräf-

  tige Zunahme des über den Gleichrichter 7 der Er-

  regerwicklung 6 und denn @\lotor 3 zufließenden

  Stroms ein. -Mit der Zunahme des [-ichtbogen-

  stronis sinkt die Spannung acn Lichtbogen, so daß

  der Strom im Stromkreis der Drosselspule 13 und

  des Kondensators 15, noch unter den Stillstands-

  wert zurückgeht. Da voraussetzungsgemäß die Lei-

  stung des #lotors klein im Verhältnis gegenüber

  der Blindleistung der Drosselspule 12 bzw. 13 ist,

  werden die Ströme im -Motorkreis erzwungen, un-

  abhängig von tlhergangswi(Ierständen und son-

  stigen Ungenauigkeiten. Es tindet also eine kräf-

  tige I)rehmoniententwiclklung statt, die den Motor

  im Sinne einer Wiederherstellung des Sollwertes

  des Lichtbogenstroms beschleunigt. je mehr der

  Lichtbogenstrom an seinen Sollwert herankommt,

  um so mehr nähert sich für beide Drosselkreise die

  Spannung wieder ihrem Normalwert, bei dem die

  aus beiden Kreisen an den Motor gelieferten Ströme

  einander gleich sind. Eine geringe Überschreitung

  nac'ti der anderen Seite bewirkt ein geringes Über-

  wiegen der Erregerwicl:lucig 9 gegenüber der Er-

  regerwicklung 6 und wenn der \lotor infolge seiner

  Schwungmasse noch weiterläuft, bremst er sich

  sehr schnell über den in diesem Falle als Kurz-

  schluß wirkenden Gleichrichter io al). Es genügt

  hierzu schon eine kleine Feldumkehr in der Größe

  der Relnanenzspannung.

  Ist die Lichtbogenspannung zu groß und der Strom zu klein, so spielt sich der Vorgang im umgekehrten Sinne ab. Eine Einstellung auf verschiedene Stromstärken des Lichtbogens kann durch Anzapfungen an der Wicklung der Drosselspule 12 erfolgen. Zu einer höheren Windungszahl gehört ein größerer Lichtbogenstrom und umgekehrt.
• Die Tatsache, daß der gleiche Motor sowohl zum Fahren wie zum Bremsen verwendet werden kann und kein besonderer Bremsgenerator wie bei manchem Anordnungen benötigt wird, beschränkt die umlaufenden Massen auf das kleinstmögliche Maß und sichert kurze Bremszeiten.
• Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der es nicht mehr erforderlich ist, die Drosselspule 12 bzw. 13 für ein Mehrfaches der Motorleistung zu Beinessen. Soweit die Teile der Fig. 3 mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind die gleichen 13eztigszeichen verwendet. Im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1 wird der Anker des -Xlotors Tiber den Gleichrichter 16 von einer sog. Konstantstromschaltung gespeist, die aus dem Umspanner 17, der Drosselspule 18 und dem Kondensator icg besteht. Kondensator und Drosselspule sind dabei so an den Umspanner angeschlossen, daß in der Zweitwicklung des Umspanners 17 die geonietrische Difterenz der Ströme wirksam wird. Es läßt sich nachweisen, claß bei gleich großen Blindwiderständen von Kondensator und Drosselspule dieser Ditterenzstrorn sowohl bei Kurzschluß als auch bei Belastung auf einen veränderlichen Widerstand stets konstant bleibt, wenn die Primärspannting konstant bleibt. Drosselspule 18, Kondensator i r tind Umspanner 17 sind für die gleiche Leistung zu bemessen, die der abzugebenden Nutzleistung entspricht. Der Anker wird also bei der Anordnung nach Fig.2 von einem stets gleichbleibenden Strom durchflossen. Handelt es sich um die Regelurig eines Nlellrphasenlichtbogetrofens, so können zur Vereinfachung die Anker der Motoren für die lZegelung der Elektroden in den verschiede»en Phasen in lZeihe geschaltet werden. Die Gleichrichter 7 bzw. io speisen in Fig. 3 lediglich die 1?rregerwicklung 6 bzw. c). Bei der Anordnung nach l" ig. 3 Hießen auch im Stillstand über den Anker des Motors 5 Ströme. Uni den Kommutator ini Stillstand zu schützen, ist es daher zweckmäßig, den Anker durch einen Schütz kurzzuschließen. Dieses kann, z. 13. von den Strömen der Gleichrichter 7 und to, in Ditterenzerregung in der Weise gespeist werden, daß es bei Cber,#viegen des einen oder anderen Stroms den Kurzschluß des AHkers aufhebt trnd beim Gleichwerden der beiden Ströme wieder herstellt.
• In Uig.4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der l@'rfiiidtiiig dargestellt. Hierbei sind, ähnlich wie bei Fig. 3, die Gleichrichter 7 bzw. 1o und die dazugehörigen Wandler nur für die Erregerleistung des Verstellniotors zu bemessen und die Drosselspule 12 bzw. 1 3 für ein Mehrfaches davon. Der Anker wird in L" ig. .4 ebenfalls über einen besonderen Gleichrichter 16 gespeist, der jedoch praktisch nur Strom führt, wenn der Motor läuft, bei Stillstand dagegen nahezu stromlos ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Gleichrichter 16 über eine mit Gleichstrom vorerregte Drosselspule 20 gespeist wird. Diese besitzt z. B. einen dreischenkeligen Eisenkern, auf dessen Außenschenkeln die in Reihe geschalteten Wechselstromwicklungen 21 liegen, deren Strom durch den Gleichrichter 16 gleichgerichtet wird. Auf den Mittelschenkeln liegen zwei einander entgegenwirkende Wicklungen 22 und 23, von denen die eine 22 mit der Erregerwicklung 6 in Reihe liegt und vom Gleichrichter 7 gespeist wird, während die andere 23 mit der Erregerwicklung y und dem Gleichrichter io in Reihe geschaltet ist. Die Anordnung wirkt nun so, daß bei richtiger Einstellung der Elektrode 2 die beiden Wicklungen 22 und 23 vom gleichen Strom durchflossen werden und sich daher gegenseitig aufheben. Die Drossel 20 besitzt daher eine große Induktivität und der Strom durch den Anker 5 ist verhältnismäßig klein. Weicht das Verhältnis von Lichtbogenstrom zu Lichtbogenspannung von dem vorgeschriebenen Wert ab, so wird die Drossel 20 vormagnetisiert und der Strom durch den Gleichrichter bzw. den Motor nimmt zu. Die Richtung der Gleichstromerregung des Mittelschenkels ist völlig gleichgültig, lediglich die Größe der Erregung ist für die Größe des in den Wicklungen 21 fließenden Wechselstroms -maßgebend. Eine Gefährdung des Verstellmotors bei Stillstand unter Strom ist nicht zu befürchten. Beim Abweichen vom Sollwert erfolgt ein sehr kräftiger Stromanstieg sowohl im Erregerkreis der Wicklung 6 oder der Wicklung g als auch im Ankerkreis. Beim Stillsetzen des Motors wirkt der Strom über den Gleichrichter 16 bremsend.
• Bei all den Ausführungsbeispielen sind keinerlei Bewegliche Kontakte notwendig. Für die ganze Regelung sind, abgesehen vom Verstellmotor, nur ruhende Geräte erforderlich, die aus Drosselspulen, Umspannern, Trockengleichrichtern und gegebenenfalls noch Kondensatoren bestehen. Die Anordnung ist daher gerade für den Ofenbetrieb von besonderem Vorteil.

Claims (7)

1. PATENTANSPROCHE: i. Anordnung zur Regelung elektrischer Lichtl)ogeriöfen, bei denen die Elektrode durch einen Gleichstrommotor im Sinne einer günstigsten Leistungsaufnahme verstellt wird, dadurch gekernizeichnex, daß eine Gleichstrommaschine vorgesehen ist, deren Anker in gleichbleibender Richtung in Stromschaltung gespeist wird und die zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen besitzt, die je von einem Gleichstrom gespeist werden, von denen der eine vom Lichtbogenstrom, der andere von der Lichtbogenspannung abhängig ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlinearer Stromkreis, z. B. eine gesättigte Drosselspule, gegebenenfalls in Reihe mit einem Kondensator, von einer (lern Lichtbogenstrom verhältnisgleichen Spannung und ein zweiter derartiger Stromkreis von der Lichtbogenspannung gespeist werden, die beim Sollwert des Lichtbogenstroms bzw. der Lichtbogenspannung, im Knie ihrer Stromspannungskennlinie arbeiten und deren Ströme nach Gleichrichtung den beiden Erregerwicklungen des Verstellmotors zufließen, wobei die nichtlinearen Stromkreise so bemessen sind, daß die in ihnen auftretenden Leistungen genügend groß gegenüber der an den Verstellmotor abgegebenen Leistung sind, um den abgegebenen Strom im wesentlichen durch ihren Widerstand vorzuschreiben.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit jeder der beiden Erregerwicklungen in Reihe liegt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker über eine Konstantstromschaltung und Gleichrichter mit einem gleichbleibenden Strom gespeist wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mehrphasenlichtbogenofen die Verstellmotoren für die Elektroden in den verschiedenen Phasen in Reihe geschaltet von der gleichen Konstantstromanordnung gespeist werden.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker bei Stillstand kurzgeschlossen wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Verstellmotors aus dem Wechselstromnetz über eine gleichstromerregte Drosselspule und einen Gleichrichter gespeist wird, und daß die Drosselspule zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen besitzt, die von den gleichen Erregerströmen durchflossen werden, wie die zugehörigen Erregerwicklungen des Verstellmotors, so daß beim Sollwert des Lichtbogenstroms beide Erregerwicklungen sich gegenseitig aufheben.