DE968530C - Selbsttaetige Regeleinrichtung fuer die Elektrodenverstellung bei Lichtbogen- od. dgl. OEfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Regeleinrichtung für die Elektrodenverstellung bei Lichtbogen- od. dgl. öfen, bei der die Regelimpulse in Abhängigkeit von den Abweichungen des Elektrodenstromes bzw. der Elektrodenspannung von einem gewissen Normalwert erzeugt werden. Die üblichen Regelsysteme beruhen entweder auf elektromotorischer oder elektrohydraulischer Grundlage. Bei beiden Systemen kennt man die Regelung sowohl in Abhängigkeit vom Elektrodenstrom oder der Elektrodenspannung als auch in Abhängigkeit von Strom und Spannung. Das letztere, »als Impedanzregelung« bekannte Prinzip hat sich in letzter Zeit besonders durchgesetzt.

Die elektromotorischen Regelsysteme arbeiteten bisher mit'mechanischen Schaltorganen, wie Relais und Schützen, deren Kontakte einem Verschleiß unterworfen sind. Solche Regeleinrichtungen bedürfen daher einer ständigen Wartung. Trotzdem ist die Betriebssicherheit nicht gewährleistet. Auch sind beim elektromotorischen Regelsystem große Massen zu beschleunigen und zu verzögern, so daß sie im Hinblick auf ein aperiodisches Ausregeln eines Regelimpulses ungünstig waren und zusätz-

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liehe Dämpfungseinrichtungen erforderten. Dieser Nachteil hängt auch mit der Verwendung mechanischer, selbsttätiger Schaltorgane zusammen.

Diese Nachteile hat das elektrohydraulische System nur zum Teil, nämlich nur insoweit, als eine hydraulische Bewegungseinrichtung zahlreiche Dichtstellen hat, die Anlaß zu Betriebsstörungen geben können. Die Forderung nach sorgfältiger Wartung besteht in noch höherem Maße als bei dem

ίο elektromotorischen System, so daß dieses System trotz der größeren Trägheit vielfach vorgezogen wurde.

Von dieser Erkenntnis ausgehend, beruht ein zum Stand der Technik gehörender Vorschlag darauf, zur Steuerung der Regeleinrichtung Elektronenröhren anzuwenden. Diese Elektronenröhren bieten bekanntlich ein Höchstmaß an Trägheitslosigkeit. Auch ist diese Steuerung kontaktlos. Bei dem rauhen Hüttenbetrieb hat sich die im übrigen sehr ao komplizierte elektronische Steuerung aber als zu empfindlich und wenig betriebssicher erwiesen, weshalb sie nur einmal als Versuchseinrichtung gebaut wurde. Als bekannt ist dieser Einrichtung somit die Verwendung eines einem elektrischen Verstellmotor vorgeschalteten elektrischen Regelverstärkers zu entnehmen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine betriebssichere elektromotorische Regeleinrichtung für die Elektrodenverstellung zu schaffen, die gleichzeitig mit möglichst geringer Trägheit behaftet ist, um Rückwirkungen der Regelvorgänge an einer Elektrode auf die anderen und überhaupt auf das Netz klein zu halten oder zu vermeiden.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen selbsttätigen elektromotorischen Regeleinrichtung unter Verwendung eines elektrischen Verstellmotors und eines diesem vorgeschalteten elektrischen Regelverstärkers wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Regelverstärker vormagnetisierbare Drosselspulen dienen, die je in an sich bekannter Weise in den für Heben und Senken bestimmten getrennten Energiezuleitungen des Motors liegen, und daß die veränderbare Gleichstromerregung der Drosselspulen durch Gleichspannungen erfolgt, die in Abhängigkeit vom Elektrodenstrom und von der Elektrodenspannung stehen.

Vormagnetisierbare Drosselspulen in den Energieleitungen eines Drehstrommotors anzuordnen, ist bekannt, jedoch handelt es sich bei dieser Anordnung darum, den Motor mit Hilfe der Vormagnetisierung der Drosselspulen in der Drehrichtung umzusteuern und die Motordrehzahl zu verändern, ohne Leistungsunterbrechung im Primärkreis des Drehstrommotors. Eine Anwendung vormagnetisierbarer Drosselspulen zur Steuerung, d. h. zum ständigen Ein- und Ausschalten eines Verstellmotors für die Elektrodenregulierung wird hierdurch nicht nahegelegt.

Es ist ferner eine Ofenregelung mit vormagnetisierten Drosselspulen bekannt, bei der die Drossel zur Ofenheizung durch ein von der Ofentemperatur beaufschlagtes Thermoelement gesteuert wird. Beim Erfindungsgegenstand hingegen erfolgt die Steue rung der Drosseln in Abhängigkeit von Elektrodenstrom und Elektrodenspannung, welche sich plötzlich ändern können. Der mit der Anwendung von vormagnetisierten Drosselspulen bei der Erfindung unter anderem angestrebte Effekt einer trägheitsarmen Regelung ähnlich den Elektronenröhren spielt bei der vorbekannten Ofenregelung keine Rolle.

Soweit vormagnetisierte Drosselspulen bei Elektrodenregulierungen überhaupt schon bekannt wurden, handelt es sich darum, diese als Steuerorgan in den Gitterkreisen von Elektronenröhren, die die eigentlichen Regelverstärker darstellen, anzuordnen.

Die elektromotorische Regeleinrichtung gemäß der Erfindung hat folgende Vorteile:

a) Es werden nur robuste Bauelemente der Stark-Stromtechnik verwendet, die keiner Wartung bedürfen und fast unbegrenzte Lebensdauer haben; die vormagnetisierbaren Drosseln arbeiten kontaktlos.

b) Die Ansprechzeit der Drosseln liegt weit unter derjenigen bisheriger Schützensteuerungen. Die Empfindlichkeit der an sich noch trägheitsärmeren Elektronenröhren wurde vermieden.

c) Es ist die Verwendung serienmäßiger Hubmotoren, insbesondere von Drehstrommotoren möglieh, daher keine Abnutzung, kein Kontaktabbrand, keine Ermüdung von Federn, wie es bei Kollektormaschinen zu befürchten ist.

d) Da für die Beeinflussung der Drosseln Gleichstrom erforderlich ist, bringt die Abbildung der Steuerimpulse als Gleichspannung eine Phasenkompensation zwangläufig mit sich. In den Gleichspannungen können sich die Phasenverschiebungen in den Kreisen der gesunden Elektroden bei einer Nullpunktverlagerung nicht auswirken.

Eine vorteilhaft geeignete Anordnung des Erfindungsgegenstandes wird dadurch erhalten, daß zur fallweisen Vormagnetisierung der Regeldrosselspulen in den je für Heben und Senken bestimmten Energieleitungen eine aus zwei einander entgegen- 10g geschalteten, von Lichtbogenstrom und -spannung abhängigen Teilspannungen gewonnene Differenzspannung dient, die je nach ihrer jeweiligen Richtung mittels entsprechend geschalteter elektrischer Ventile auf die Regeldrosselspulen entweder in der einen oder anderen Motorspeiseleitung geleitet wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des . Erfindungsgegenstandes in Schaltbildern wiedergegeben, die neben weiteren Erfindungsmerkmalen wie folgt erläutert werden:

In Abb. ι-sind mit 1, 2, 3 die Elektroden eines Lichtbogenofens bezeichnet, 4, 5, 6 sind die Stromzuführungsleitungen zu den Elektroden. Zur Abnahme der Regelimpulse ist in üblicher Weise je Phase ein Stromwandler 7 und ein von der eingestellten Spannungsstufe des Ofentransformators abhängiger Regelwiderstand 8 vorgesehen, die beide nur für eine Phase eingezeichnet sind. Die Regelimpulse werden über Hilfstransformatoren 9 und 10, Gleichrichter Ji und 12 und Einstellwider-

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stände 13, 14 auf die nach Art eines Spannungsteilers angeordneten Widerstände 15 und 16 übertragen. Die an diesen Widerständen auftretenden Gleichspannungen stellen ein Maß für den Lichtbogenstrom bzw. für die Lichtbogenspannung an der zugehörigen Elektrode dar. Die Spannungen an den Widerständen 15 und 16 sind einander entgegengesetzt gerichtet und, solange normale Strom- und Spannungsverhältnisse an der Elektrode to herrschen, gleich groß, so daß die resultierende Spannung im wesentlichen Null ist. Tritt durch eine Strom- oder Spannungsänderung am Lichtbogen eine Differenzspannung an den Widerständen 15, 16 auf, so wird diese Spannung je nach ihrer Richtung entweder über das elektrische Ventil 17 auf die Gleichstromerregung 19 der Drosselspule 21 übertragen oder über das Ventil 18 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung auf die Gleichstromerregung 20 der Drosselspule 22. Die Drosselspule ao 21 liegt in Reihe mit dem Transformator 23 und den Gleichrichtern 25 in der einen Ankerspeiseleitung des Elektrodenverstellmotors 27, die Drosselspule 22 in Reihe mit dem Transformator 24 und den Gleichrichtern 26 in der anderen Ankerspeise- 2$ leitung des Motors. Bekanntlich läßt sich durch Änderung der Vormagnetisierung einer Drosselspule deren induktiver Widerstand weitgehend verändern. Durch Einschalten einer derartigen Drosselspule in die Sternverbindung der Primärwicklung eines Transformators entsprechend dem gezeichneten Ausführungsbeispiel kann die Transformatorsekundärspannung von Null bis zu einem Höchstwert verändert werden. Bei steigender Vormagnetisierung wird der induktive Widerstand derDrosselspule entsprechend verringert, so daß die primäre Spannung des Transformators mehr und mehr wirksam wird. Die Gleichrichter 25 und 26 in beiden Ankerspeiseleitungen sind je mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung eingeschaltet, so daß die Speiseleitungen, wenn der Stromdurchfluß durch sie durch die zugehörigen Drosselspulen nicht gesperrt ist, je entgegengesetzt gerichtete Gleichströme führen, denen verschiedene Drehrichtung des Motors 27 entspricht. Zur Erregung des Motors dient die Fremderregerwicklung 28, die über einen Regelwiderstand 29, Gleichrichter 30 und Transformator 31 an ein Hilfsnetz 32 angeschlossen ist.

Tritt z. B. ein Kurzschluß an einer Elektrode auf, der ein Zurückgehen der Lichtbogenspannung und ein Anwachsen des Lichtbogenstroms bedingt, so wird die Spannung am Widerstand 15 ebenfalls sinken, während die Spannung am Widerstand 16 steigt. Es wird sich daher als resultierende Spannung eine entsprechend große Differenzspannung am Widerstand 15, 16 ergeben, deren Richtung der Spannung am Widerstand 16 entspricht. In diesem Falle fließt dann ein Strom entsprechend der Differenzspannung über das Ventil 18 zur Gleich-Stromerregung 20 der Drosselspule 22. Durch die dadurch bewirkte erhöhte Vormagnetisierung der Drosselspule 22 wird deren induktiver Widerstand entsprechend herabgesetzt. Damit wird der Energiefluß über Transformator 24 und Gleichrichter 26 zum Motoranker 27 in mehr oder weniger großem Maß freigegeben. Durch die durch die Gleichrichter 26 vorgezeichnete Stromrichtung wird der Motor in einem ganz bestimmten Drehsinn, in diesem Falle im Hubsinn, in Bewegung gesetzt.

Kommt es andererseits zu einem Absinken oder Abreißen des Lichtbogenstroms, so wird am Spannungsteiler 15, 16 die Spannung am Widerstand 15 überwiegen. In diesem Falle erhält die Erregerwicklung 19 der Drosselspule 21 über das Ventil 17 Strom. Durch die damit verbundene Herabsetzung des induktiven Widerstandes der Drosselspule 21 wird die Stromversorgung des Motors 27 über die über Transformator 23 und Gleichrichter 25 führende Ankerspeiseleitung möglich. Infolge der Schaltung der Gleichrichter 25 erhält der Motoranker nun einen Strom, der ihn zur Bewegung im Senksinn zwingt.

Da der von den vormagnetisierbaren Drosselspulen 21 bzw. 22 durchgelassene Strom ein Maß der Vormagnetisierung ist und diese wieder unmittelbar von der Differenz der Spannungen am Widerstand 15, 16 abhängt, die einerseits ein Abbild der Strom- und Spannungsverhältnisse am Lichtbogen sind, ist die Regelung in ihrer Geschwindigkeit der Größe der Strom- und Spannungsschwankungen angepaßt, d. h., die Regelung setzt um so kräftiger und schneller ein, je stärker Lichtbogenstrom und -spannung von ihrem Normalwert abweichen. Bei kurz dauernden starken Regelimpulsen wirken nach Sperre der Motor-Schlußleitung die Widerstände 33 als Bremswiderstände.

Statt eines gewöhnlichen Gleichstrommotors kann auch, wie Abb. 1 a im Ausschnitt zeigt, ein Motor mit zwei Ankern 27' und 27" verwendet werden, wobei der eine Anker nur für Rechtslauf, der andere nur für Linkslauf bestimmt ist. Desgleichen können zwei getrennte Motoren für je verschiedene Drehrichtung vorgesehen werden, deren Erregerwicklungen zweckmäßig zueinander parallel geschaltet sind.

An der Regeldrosselspule 22 für Heben können vorteilhaft in jeder Phase Anzapfungen 33 vorgesehen sein, um wahlweise den induktiven Widerstand der Drosselspule kleiner einstellen zu können. Auch wenn keine Gleichstromvormagnetisierung der Drosselspulen vorhanden ist, steht dann eine kleine Gleichspannung am Gleichrichter 26 zur Verfügung. Bei Ausbleiben der Netzspannung oder öffnen des Hauptschalters der Ofenanlage wird trotz Fehlens einer Spannung am Widerstand 16 eine kleine Gleichspannung im Hubsinn wirksam sein, die das langsame Heben der Elektrode bis in eine durch Endschalter begrenzte Endlage bewirkt. Umgekehrt wird beim Einschalten des Hauptschalters zunächst nur eine Steuerspannung am Widerstand 15 zur Verfügung stehen, die ein Senken der Elektrode zur Folge hat.

Für den Elektrodenvorschub können an Stelle von Gleichstrommotoren auch Wechselstrommotoren verwendet werden, vorzugsweise Drehstromasyn-

chronmotoren. In diesem Falle entfällt die Gleichrichtung des Motorspeisestroms. In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das bis auf die Verwendung von Drehstromasynchronmotoren statt Gleichstrommotoren für den Elektrodenvorschub mit der Anordnung nach Abb. 1 übereinstimmt. Zum Heben bzw. Senken der Elektroden dienen zwei Drehstromasynchronmotoren 34 und 35, die mit gegenseitig vertauschten Phasen an das Speisenetz 50 angeschlossen sind, um je umgekehrte Drehrichtung der Motoren bei deren Einschalten zu erhalten. Die Ständerwicklungen der ■ Motoren liegen mit Drosselspulen 36 bzw. 37 in Reihe, die je eine Gleichstromerregung 38 bzw. 39 zu ihrer veränderlichen Vormagnetisierung besitzen. Zweckmäßig können auch in den über Schleifringe herausgeführten Läuferkreis der Motoren Drosselspulen 40 bzw. 41 eingeschaltet sein, deren Gleichstromerregungen 42 bzw. 43 mit den Erregungen 38 bzw. 39 der Drosselspulen im Ständerkreis der Motoren in Reihe geschaltet sind. Die Gleichstromerregungen der zum gleichen Motor gehörigen Drosselspulen erhalten ihren Erregerstrom je über das elektrische Ventil 17 bzw. über das Ventil 18.

Tritt eine Spannungsdifferenz am Widerstand 15, 16 auf, deren Richtung der Durchlaßrichtung des Ventils 17 entspricht, so wird die Vormagnetisierung der Drosselspulen 36 und 40 im Ausmaß der Differenzspannung am Widerstand 15, 16 erhöht und im umgekehrten Verhältnis der Wechselstromwiderstand der Drosselspulen vermindert. Dadurch erhält der Motor 34 Strom und bewirkt ein Senken der zugehörigen Elektrode. Ergibt sich eine Spannungsdifferenz in umgekehrter Richtung am Widerstand 15, 16, so werden über das Ventil 18 die Drosselspulen 37 und 41 mit Gleichstrom erregt. Es erhält nun der Motor 35 Strom, der wegen seines vertauschten Phasenanschlusses in umgekehrter Richtung läuft als der Motor 34, also ein Heben der Elektrode bewirkt.

Dadurch, daß, wie im gezeichneten Ausführungsbeispiel gezeigt, auch der Widerstand im Läuferkreis durch Regeldrosselspulen beeinflußt wird, wird eine Anpassung der Regelgeschwindigkeit an die Größe der Abweichungen erreicht.

Statt zweier Motoren könnte auch ein Motor mit zwei Ständerwicklungen und einem gemeinsamen Läufer verwendet werden. Schließlich ist es möglieh, nur einen Motor in Normalausführung mit zwei wechselweise einschaltbaren, vertauschten Phasenanschluß besitzenden Ständerspeiseleitungen zu verwenden, wie Abb. 2 a zeigt. Die Ständeranschlußleitung 45 des Vorschubmotors 44 ist normalerweise durch die Drosselspule 46 gesperrt, die Anschlußleitung 47 durch die Drosselspule 48. Eine weitere Drosselspule 49 liegt in Reihenschaltung mit den vorgenannten Drosselspulen im Läuferkreis des Vorschubmotors. Bei steigender Vormagnetisierung in einer der Drosselspulen 46 oder 48 wird die eine oder andere Anschlußleitung für den Ständerstrom mehr oder weniger geöffnet, der Motor wird infolge seines verschiedenartigen Phasenanschlusses jeweils in der einen oder anderen Drehrichtung in Bewegung gesetzt.

An Stelle von Schleifringläufermotoren können auch Kurzschlußläufermotoren verwendet werden. In diesem Fall muß man sich allerdings damit abfinden, daß die Drehzahl des Motors und damit die Vorschubregelgeschwindigkeit konstant ist, eine Proportionalität zwischen Regelgeschwindigkeit und Größe der Abweichungen vom Normal wert nicht besteht. Die Erfindung ist nicht nur bei elektromotorischem Antrieb der Elektroden anwendbar, sondern auch bei hydraulischer oder pneumatischer Betätigung des Elektrodenvorschubs, wobei die Regeldrosselspulen in Steuerleitungen liegen, die Ventile für den hydraulischen oder pneumatischen Antrieb steuern.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Selbsttätige Regeleinrichtung für die Elektrodenstellung bei Lichtbogen- od. dgl. öfen in Abhängigkeit von den Abweichungen des Elektrodenstromes bzw. der Elektroden-Spannung von einem gewissen Normalwert unter Verwendung eines elektrischen Verstellmotors und eines diesem vorgeschalteten elektrischen Regelverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelverstärker vormagnetisierbare Drosselspulen dienen, die je in an sich bekannter Weise in den für Heben und Senken bestimmten getrennten Energiezuleitungen des Motors liegen, und daß die veränderbare Gleichstromerregung der Drosselspulen durch Gleichspannungen erfolgt, die in Abhängigkeit vom Elektrodenstrom sowie von der Elektrodenspannung stehen.
2. 2.. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur fallweisen Vormagnetisierung der Regeldrosselspulen in den je für Heben und Senken bestimmten Energieleitungen eine aus zwei einander entgegengeschalteten, von Lichtbogenstrom und -Spannung abhängigen Teilspannungen gewonnene Differenzspannung dient, die nach ihrer jeweiligen Richtung mittels entsprechend geschalteter elektrischer Ventile auf die Erregung der Regeldrosselspulen entweder in der einen oder in der anderen Motorspeiseleitung geleitet wird.
3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch die regelbar vormagnetisierbaren Drosselspulen in ihrem Stromdurchfluß gesteuerten, voneinander getrennten Energiespeisesträngen für Heben und Senken Gleichrichter mit je entgegengesetzter Durchlaßrichtung eingeschaltet sind, die in jedem Speisestrang einen verschieden gerichteten Stromfluß zur Speisung des oder der Elektrodenvorschubmotoren zur Folge haben.
4. 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorschubmotoren drehstromgespeiste Motoren dienen, die über je für Heben und Senken getrennte Anschlußleitungen gespeist werden, welche in ihrer Stfomführung durch vormagnetisierbare Drosselspulen gesteuert und zwecks Erzielung

   verschiedener Drehrichtung mit vertauschten Phasen angeschlossen sind.
5. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch im Läuferkreis des oder der Vorschubmotoren regelbar vormagnetisierbare Drosselspulen angeordnet sind.
6. 6. Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldrosselspulen vorzugsweise die den Elektrodenvorschub im Hubsinn steuernden Drosselspulen mit Einrichtungen vorzugsweise Anzapfungen zur wahlweisen Einstellung ihres Widerstandswertes versehen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 602 766; Elektrotechnische Zeitschrift, 58. Jahrgang, 6. Sept. 1937, Heft 36 (S. 990 bis 993).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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