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Einrichtung zum Aufbringen großer Stellkräfte in Regelkreisen Die
nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Aufbringen
großer Stellkräfte in Regelkreisen zur Regelung auf konstanten Strom oder konstante
Spannung, insbesondere für Elektrodenöfen, mit Hilfe eines von einem strom- oder
spannungsabhängigen Widerstandsgebilde gesteuerten Hilfsmotors, der den eigentlichen
von einem besonderen Netz gespeisten Stellmotor steuert.
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Es wurden bereits Regeleinrichtungen zum Konstanthalten eines Stromes
oder einer Spannung vorgeschlagen, bei denen ein Stellmotor, der zum Antrieb des
Stellgliedes eines Regelkreises dient, von einem strom- oder spannungsabhängigen
Widerstandsgebilde gesteuert wird. Diese Einrichtungen können z. B. Verwendung finden
für- Elektrodenöfen, indem der Stellmotor zum Antrieb der Elektrodenverstellvorrichtung
dient. Für größere Stelleistungen, wie sie bei großen Ofeneinheiten vorkommen, ist
jedoch der Materialaufwand für das Widerstandsgebilde und der Leistungsverbrauch
der Stelleinrichtung, der dabei dem zu regelnden Netz entnommen wird, zu groß, so
daß die Anwendung und das Arbeiten dieser Einrichtungen unwirtschaftlich wird.
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Es sind auch Stellglieder bekannt, bei denen eine Verstärkung der
Stelleistung vorgenannter Einrichtungen ohne Vergrößerung der aus dem zu regelnden
Netz entnommenen Leistung dadurch ermöglicht wird, daß ein von einem besonderen
Netz gespeister leistungsstarker Stellmotor vorgesehen ist, der durch ein von einem
Hilfsmotor betätigtes Steuerglied
gesteuert wird. Der Hilfsmotor
kann dabei den Stellmotor mit Hilfe eines Stellwiderstandes oder über den Steuergenerator
eines Leonardumformers steuern: Der Hilfsmotor selbst kann dabei, wie in dem oben
beschriebenen bekannten Fall der Stellmotor, über ein strom- oder spannungsabhängiges
Widerstandsgebilde beeinflußt werden. Die Steuerung des Stellmotors über den Steuergenerator
eines Leonardumformers erfordert dabei einen recht erheblichen Aufwand, während
die Beeinflussung des Stellmotors mittels eines Stell Widerstandes häufig nicht
ausreicht, die erforderliche Steuerleistung aufzubringen.
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Es wird daher eine Einrichtung zum Aufbringen großer Steilkräfte in
Regelkreisen zur Regelung auf konstanten Strom oder konstante Spannung, insbesondere
für Elektrodenöfen, mit Hilfe eines von einem strom- oder spannungsabhäng@gen Widerstandsgebilde
gesteuerten Hilfsmotors, der den eigentlichen von einem besonderen Netz gespeisten
Stellmotor steuert, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerung
des Stellmotors über vormagnetisierte Drosseln erfolgt, deren Vormagnetisierung
durch einen von dem Hilfsmotor in seiner Größe eingestellten Widerstand bestimmt
wird, auf den , der Stellmotor derart zurückwirkt, daß beim Erreichen des Sollwertes
der Regelgröße der Stellmotor zur Ruhe kommt.
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Die Rückwirkung des Stellmotors kann dabei über das Widerstandsgebilde
auf den Hilfsmotor durch einen Strom erfolgen, der der Klemmenspannung des Stellmotors
proportional ist und dem zu regelnden Strom überlagert wird. Bei dieser Einrichtung
können die Vormagnetisierungswicklungen der Drosselspulen für die eine Phase des
Stellmotors an die entgegengesetzten Enden eines Stellwiderstandes angescl@lossen
werden. Die Vormagnetisierungswicklung der Drosselspule der Hilfsphase kann hierzu
in Reihe zwischen einem Pol einer Stromquelle und dem Schieber des Stellwider-Standes
geschaltet sein. Zweckmäßig ist es, den Stellwiderstand von der Schiebermittelstellung
aus möglichst groß abzustufen. Die Vormagnetisierungswicklungen der in denZuleitungen
zu dem Stellmotor liegenden Drosselspulen können aber auch in einfacher Hintereinanderschaltung
an den Steilwiderstand angeschlossen werden. Das Umpolen der Spannung des Stellmotors
muß dann durch einen mit dem Schieber des Stellwiderstandes gekuppelten Umschalter
vorgenommen werden. Hierzu verwendet man wegen der großen Schalthäufigkeit vorteilhaft
Quecksüberschaltröhren. Diese Einrichtung kann auch so ausgelegt werden, daß die
Drosselspulen eine sämtliche Eisenkerne umfassende Vormagnetisierungswicklung besitzen.
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Nachfolgend sei die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert.
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Als erstes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. i die Elektrodenregelung.
eines Lichtbogenofens auf konstanten Strom beschrieben, bei der der Stellmotor von
dem Hilfsmotor mit Hilfe von gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen gesteuert
wird. Dabei ist i eine Elektrode eines dreiphasigen Lichtbogenofens, die an die
Leitung 2 angeschlossen ist und in der der Strom J fließt. In die Leitung 2 ist
ein Stromwandler 3 geschaltet, an dem ein stromabhängiges Widerstandsgebilde, bestehend
aus der Reihenschaltung eines Kondensators q. und einer gesättigten Drossel 5, als
Meßglied angeschlossen ist. Das Widerstandsgebilde liefert der Phase 7 des als Hilfsmotor
verwendeten Induktionsmotors 6; dessen Hilfsphase 8 über einen Vorwiderstand g am
Netz io liegt, eine gegenüber dieser voreilende oder nacheilende Spannung, wenn
der Strom J Abweichungen von seinem Sollwert Jo erhält, und steuert so den Hilfsmotor
6. Ferner ist an das Netz io der Stellmotor ii mit der Steuerphase über die beiden
vormagnetisierten Drosselspulen 12 und 13 in Brückenschaltung und mit der Hilfsphase
über die vormagnetisierte Drosselspule 1q. angeschlossen. Die Vormagnetisierung
erhalten die Drosselspulen 12 bis 1q. aus der Gleichspannungsquelle 15, und zwar
auf die Weise, daß die Vormagnetisierung der Drossel 1q. in Reihe mit der Vormagnetisierung
der Drosseln 12 und 13 unter Vorschalten eines von dem Hilfsmotor 6 selbsttätig
verstellten Potentiometerwiderstandes 16 geschaltet ist. Der Stellmotor ii bewegt
die Elektrode i in Abhängigkeit vom Strom, d. h. in Abhängigkeit vom Betriebszustand
des Lichtbogens an der Elektrode. Hierbei wird nur eine geringe Steuerleistung für
den Hilfsmotor 6 aus dem Leitungsnetz 2 entnommen, während die eigentliche Stelleistung
für den Stellmotor aus der fremden Spannungsquelle io geliefert wird. Der Hilfsmotor
6 steuert den Schieber 17 des Stellwiderstandes 16. Der Schieber steht zuerst beim
Konstantstrom Jo in der Mitte, und die einzelnen Widerstandsteile 18 und i9 sind
so groß bemessen, daß praktisch nur ein sehr kleiner Vormagnetisierungs-Strom über
die Drosselspulen 12 bis 1q. geliefert wird. Die Verstellung des Stellwiderstandsschiebers
17 erfolgt j e nach der Drehrichtung des Hilfsmotors 6. Damit fließt ein Vormagnetisierungsstrom
über die Drossel 1q. und über die Drossel 12 oder 13. Es entsteht an den Punkten
2o und 2i der Brückenschaltung eine positive oder negative Spannung, die den Stellmotor
ii in Drehung versetzt und z. B. die Elektrode i über einen Seilzug nach oben oder
unten bewegt. Der Lichtbogen wird damit so verändert, daß wiederum der Strom j.
in die Leitung 2 fließt.
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Ein ordnungsgemäßes Arbeiten dieser Einrichtung ist jedoch nur dann
möglich, wenn eine Rückwirkung der Stellmotorschaltung auf die Hilfsmotorschaltung
stattfindet. Bei einer Abweichung vom Stromsollwert J, findet deshalb eine Beeinflussung
des Widerstandsgebildes und damit auch des Hilfsmotors 6 und der Spannung des Stellmotors
ii statt. Der der Klemmenspannung des Stellmotors ii proportionale Strom J, wird
in dem Anpassungswandler 3 dem zu regelnden Strom J überlagert.
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Der Regelvorgang verläuft nun zeitlich folgendermaßen: Die Regeleinrichtung
mit dem Hilfsmotor 6 ist so eingestellt, daß sie den Strom J, = J :L J, konstant
hält. Im Ruhezustand ist J" = o, also J = Jo. Bei Änderung des Lichtbogens an der
Elektrode i tritt eine Abweichung des Stromes J z. B. um .A J auf, die am Meßglied
q., 5 z. B. eine positive Spannung erzeugt und so den Hilfsmotor 6 z. B. rechts
herum bewegt. Daraufhin verschiebt der Hilfsmotor 6 den Schieber 17 des Stellwiderstandes
16 aus der Mitte heraus. Jetzt fließt ein Vormagnetisierungsstrom
über
die Drossel 14 und die Drossel 12 oder 13, wodurch die Induktivität der Drosselspulen
verringert wird und die Klemmenspannung des Stellmotors zunimmt. Der Stellmotor
setzt sich in Bewegung und dabei bewegt sich noch der Hilfsmotor rechts herum entsprechend
der Ungleichung Jo _ J + Al - 4J1- J2. wobei mit All der Strom bezeichnet
ist, um den der Strom J + 4 J durch das allmähliche Verstellen der Elektrode schon
wieder verringert ist. Es fließt ferner ja der Strom -J, von der Stellmotorklemmenspannung
aus, und wenn + d J = + All + J2 ist, dann bleibt der Hilfsmotor 6
stehen, und wenn + 4 J durch das Weiterlaufen des Stellmotors kleiner als + 4J1
+ J2 geworden ist, dann setzt sich der Hilfsmotor links herum in Bewegung und bringt
den Schieber 17 in seine Mittelstellung zurück, und damit kommt dann auch der Stellmotor
il wiederum zur Ruhe. Während dieser Zeit gilt To A-- (J + AJ
- 4J1) - Uz - 41z), wobei 4J, der Strom ist, um den
sich der Strom J, durch die allmählich wieder kleiner werdende Klemmenspannung des
Stellmotors il verringert. Der Stellmotor il kommt zur Ruhe, wenn J = All und
4 Jz = J" ist. Dann ist nach vorstehender Gleichung aber J = Jo, d.
h. der konstante Stromwert J, wiederhergestellt.
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Bei dieser Anordnung wird die Ansprechempfindlichkeit am Meßglied
q., 5 des Hilfsmotors 6, wie bereits bekannt, an der Drosselspule 23 eingestellt.
Das Anlaufen und die Größe der Drehzahl des Stellmotors il sind hingegen weitgehend
von der Abstufungsart des Stellwiderstandes 16 abhängig. Es ist vorteilhaft, den
Stellwiderstand, von der Schiebermittelstellung ausgehend; möglichst groß abzustufen,
um ein möglichst schnelles Anlaufen des Stellmotors il zu erreichen.
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Bei Regelungen mit geringerer Ansprechempfindlichkeitkann ein großer
Teil des Material- und Leistungsaufwandes eingespart werden, wenn dem Stellmotor
il in jeder Phase eine vormagnetisierte Drossel 12 bis 1q., wie Fig. 2 zeigt, vorgeschaltet
ist, deren Vormagnetisierungen ebenfalls wie bei Fig. i gleichzeitig kontinuierlich
mit einem Stellwiderstand 16 geändert werden, dessen Schieber 17 zusammen mit einem
Phasenumschalter 24 den Stellmotor il durch Umpolen steuert. Hierbei ist die Bemessung
der vormagnetisierten Drosselspule wesentlich kleiner als bei denen in der Schaltung
von Fig. 1, bei der auch das Umpolen der Motorspannung durch die besondere Schaltung
der Drosselspule ermöglicht wird. Der Umschalter 24 wird dann betätigt, wenn die
Drosseln 12 bis 14 ihren größten Widerstandswert besitzen, d. h. wenn der Schieber
17 des Widerstandes 16 in der Mitte steht. Der hohen Schalthäufigkeit wegen werden
für den Umschalter zweckmäßig Quecksilberschaltröhren verwendet. Zum vereinfachten
Drosselaufbau haben die gesamten Eisenkerne der Drosselspulen eine gemeinsame alle
umfassende Vormagnetisierungswicklung. Bei etwas geringerer Drehmomentenleistung
des Drehmotors kann auch die vormagnetisierte Drosselspule 14 eingespart werden.
Dann bestehen die gestrichelt eingezeichneten Verbindungsleitungen 25.