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Transformator zur Speisung eines Lichtbogenofens Bei der Gewinnung
von Stahl im Lichtbogenofen ist der Anfang des Schmelzvorganges gekennzeichnet durch
starke Stromstöße, welche hervorgerufen werden durch Verschmelzung einzelner grober
Stücke der Beschickung. Diese Stromstöße wirken sich in dem den Ofen speisenden
Transformator in der Form von Sprengkräften auf die Wicklungen, im speisenden Netz
aber in der Form von heftigen Belastungsschwankungen aus. Es ist deshalb nötig,
in den Speisestromkreis einen starken induktiven Widerstand einzuschalten. Mitfortschreitender
Einschmelzung der Beschickung werden diese Stromstöße immer seltener, und die Forderung
der Betriebe geht dann auf einen möglichst günstigen Leitungsfaktor, d. h. auf einen
möglichst kleinen induktiven Widerstand des Stromkreises. Bisher konnten diese beiden
einander entgegengesetzten Bedingungen nicht oder nur ungenügend erfüllt werden.
Der Grund lag vor allem darin, daß die den Ofen speisende Hochstromwicklung in einer
großen Anzahl parallel geschalteter Scheibenspulen bestand, deren Ableitungssystem
sehr viel Platz beanspruchte und deshalb außen am Wicklungskörper angebracht werden
mußte. Die Regelung der Sekundärspannung erfolgte bisher auf der Primärseite entweder
durch einen dem den Ofen speisenden Transformator I vorgeschalteten Stufentransformator
II (Fig. i a) oder durch Anzapfungen an der Primärwicklung des den Ofen speisenden
Transformators I (Fig. i b). Die Wicklungen des letzteren sind aus den oben angegebenen
Gründen einfach konzentrisch angeordnet. In der Fig. i a steht der Anzapfschalter
am Anfang des Schmelzvorganges auf dem Punkt A, am Ende desselben auf dem
Punkt
B des Vorschalttransformators; die dem Ofentransformator zugeführte Spannung wird
immer kleiner, dessen Streuspannungsabfall bei gleichbleibenden Sekundäramperewindungen
somit - bezogen auf die Sekundärspannung - immer größer. Dasselbe gilt für die Fig.
r b. Hier steht der Anzapfschalter am Anfang des Schmelzvorganges auf dem Punkt
B und am Ende desselben auf dem Punkt A. In diesem Falle wächst auch noch die Größe
der Streufläche, da ja immer mehr Windungen zugeschaltet werden. Daraus geht hervor,
daß am Anfang des Schmelzvorganges der induktive Widerstand am kleinsten, an dessen
Ende aber am größten ist. Den ersteren Nachteil könnte man noch mit Hilfe einer
vorgeschalteten Drosselspule beheben, gegen den letzteren mit seiner Verschlechterung
des Leistungsfaktors ist man aber machtlos.
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Es ist an sich bekannt, die Sekundärwicklung anstatt auf Scheibenspulen
aufzubauen, in Form eines Zylinders mit offenem Mantel aus Kupferblech zu wickeln.
Man kann hierbei die Wicklung aufteilen und doppelkonzentrisch ausführen. Durch
diese Maßnahme kann die Streuung stark herabgesetzt werden. Man hat auch vorgeschlagen,
die Hochspannungswicklung in die als doppelkonzentrische Wicklung ausgeführte Sekundärwicklung
einzubetten. Hierdurch wird erreicht, daß die Verschiebungskräfte der Wicklung gegeneinander
ausgeglichen werden.
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Bei allen diesen Ausführungen wird aber entweder die Streuung nicht
beeinflußt oder nur die Gesamtstreuung von Wicklungen ohne Anzapfungen. Die anfangs
erwähnte Schwierigkeit aber, daß die Streuung mit den Anzapfungen sich im falschen
Sinne ändert, ist bisher nicht gelöst worden.
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Erfindungsgemäß wird nun die Primärwicklung eines Hochstrorntransformators
für Lichtbogenöfen in zwei konzentrische, in Reihe geschaltete Teile, von denen
der eine mit Anzapfungen zur Regelung der Sekundärspannung versehen ist, ausgeführt
und zwischen den beiden Teilen die Sekundärwicklung angeordnet, die aus Kupferblech
gewickelt ist. Diese Kombination der beiden für sich bekannten Maßnahmen ergibt
wesentliche Vorteile. Bei der Regelung der Primärwicklung wird nämlich ein wesentlich
günstigerer Verlauf der Streuspannung erhalten, der bei den bisher bekannten Ausführungen
nicht zu erreichen ist. Im besonderen wird dies dadurch ermöglicht, daß nur ein
Zylinder der Primärwicklung regelbar gemacht wird. Es wirkt dann nämlich die Anordnung
bei kleinen Anzapfungen so, wie es zu Beginn eines Schmelzvorganges nötig ist, weil
nur eine Zylinderwicklung wirksam ist. Bei größeren Anzapfungen kommt auch der zweite
Zvlinder zur Auswirkung, so daß nunmehr die Streuung herabgesetzt wird, «ras bei
fortgeschrittenem Schmelzprozeß von Vorteil ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
in Fig. 2 bis q. dargestellt. Die Fig. 2 a, 3 a zeigen Schaltschemata, die Fig.
2 b, 3 b dazugehörige Streufeldbilder und die Fig. q. zeigt im Längsschnitt den
Aufbau eines Transformators ohne Ölbehälter und Schalter. In allen Figuren ist mit
a die den Ofen speisende Sekundärwicklung bezeichnet. Die Primärwicklung des Ofentransformators
besteht aus den in Reihe geschalteten und konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungsteilen
bi, b2. Der Wicklungsteil b1 ist mit Anzapfungen zur Regelung der Spannung der Sekundärwicklung
versehen, während der Wicklungsteil bz keine Regelanzapfungen besitzt. Der keine
Anzapfungen aufweisende Wicklungsteil b, der Primärwicklung liegt innen am Kern,
der Wicklungsteil bi dagegen außen. Die Sekundärwicklung a liegt zwischen den konzentrischen
Wicklungsteilen bi, b2 der Primärwicklung, sie besteht aus einem aus Metallblech
gewickelten Zylinder. Der Eisenkern des Transformators besteht aus der die Wicklungen
tragenden, radial- oder evolventenförmig geblechten Säule k und einer Anzahl von
die Wicklungen käfigartig umschließenden, strahlenförmig an den Kern angesetzten
U-förmigen Rückschlußjochen j. Mit s ist der Anzapfschalter für die Wicklung bi
und mit zt ein Umschalter für die Änderung der Verbindung zwischen dem mit Anzapfungen
versehenen Teil der Primärwicklung und dem ohne Anzapfungen versehenen Teil der
Primärwicklung bezeichnet.
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Beim Beginn des Schmelzvorganges, also bei höchster Sekundärspannung,
steht der Schalter s auf der untersten Anzapfstufe B des Teiles b1 der Primärwicklung
(Fig. :2a); es ist also nur der Teil b2 der Primärwicklung eingeschaltet. Das ergibt
eine .einfachkonzentrische Wicklungsanordnung (Fig. 2b), und der erzeugte induktive
Spannungsabfall erreicht seinen Höchstwert. Das zugehörige Streuflußbild ist in
Fig.2b oberhalb der Wicklungen gezeigt. Wird nun der Schalter s mit fortschreitendem
Schmelzprozeß am angezapften Teil b1 der Primärwicklung entlang nach A verschoben,
dann wechselt die Wicklungsanordnung von der einfachkonzentrischen zur doppelkonzentrischen
Wicklungsanordnung, der induktive Spannungsabfall nimmt ständig ab und erreicht
am Endpunkt A der Regelwicklung b i ein Minimum; vgl. das Streuflußbild unterhalb
der Wicklungen in Fig. 2 b.
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Eine in dieser Beziehung weitergehende Wirkung wird erzielt, wenn
der mit Anzapfungen versehene Wicklungsteil bi im Verlauf des Regelvorganges mit
dem nicht angezapften Teil b.= so verbunden wird, daß die Teilwicklung b1 vom Anfang
des Schmelzprozesses an bis etwa zu dessen Mitte in Gegenschaltung zur Teilwicklung
b., liegt, dann aber bis zum Ende des Schmelzprozesses in Zuschaltung geschaltet
ist; vgl. Fig. 3a, 3b. Am Anfang des Schmelzvorganges steht dann der Schalter
s auf dem unteren, mit dem Punkt B verbundenen Ende der Anzapfwicklung bi; der Umschalter
zt ist auf den Punkt A umgelegt, der mit dem oberen Ende der Anzapfwicklung bi verbunden
ist. Der Primärstrom durchläuft somit die Regelwicklung b1 umgekehrt zu. der Stromrichtung
in der Wicklung b2; vgl. ausgezogene Pfeile in Fig. 3 a. In dieser Regelstellung
ergibt sich wieder eine einfachkonzentrische Anordnung mit großem Streuspannungsabfall.
Das zugehörige Streuflußbild ist oberhalb der Wicklungen
in Fig.
3 b dargestellt. Läuft nun der Schalter mit fortschreitendem Schmelzprozeß über
die Anzapfwicklung zum oberen Anzapfpunkt A, so geht der Streuspannungsabfall mit
den abgeschalteten Windungen zurück und erreicht auf dem Punkt A einen Zwischenwert.
Wird der Umschalter u jetzt auf den unteren Anzapfpunkt B umgelegt und der Schalter
s von A noch zurückbewegt, dann ist die Stromrichtung in der mit den Anzapfungen
versehenen Primärwicklung b 1 die gleiche wie in der Wicklung b z ohne Anzapfungen,
wie aus den in Fig. 3 gestrichelt eingezeichneten Pfeilen hervorgeht. Damit ergibt
sich wieder eine doppelkonzentrische Wicklungsanordnung, wobei nach völlständig
zurückgelegtem Schaltweg des Schalters s das Minimum für die Streuspannung erreicht
wird.
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Zur Aufnahme des zu Anfang des Ofenbetriebes auftretenden großen Streuflusses
besteht der Eisenkörper des Transformators aus der in Fig.4 gezeigten radial gebleckten
Säule k, an die strahlenförmig die Rückschlußjoche j angebaut sind, welche aus ebenfalls
radial geschichteten Blechen in U-Form bestehen. Die Rückschlußjoche umschließen
die Wicklungen käfigartig. Die Verwendung einer Sekundärwicklung aus Kupferblech
in Zylinderform ergibt den Vorteil, daß die Ableitungen bequem angebracht und herausgeführt
werden können und daß für dieselben nur wenig Platz benötigt wird.
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Die aus Blech in Form eines Zylinders gewickelte Sekundärwicklung
kann nach Bedarf eine oder mehrere Windungen aufweisen. Anstatt daß, wie bei den
Beispielen, der mit Anzapfungen versehene Primärwicklungsteil zu äußerst auf dem
Kern liegt, kann er auch als innerste Wicklung unmittelbar auf dem Kern angebracht
sein. Es ist ferner möglich, einige «% indungen des keine Anzapfungen aufweisenden
Primärwicklungsteiles dem mit Anzapfungen versehenen Wicklungsteil der Primärwicklung
zuzuordnen.