Selbsttätige Regelanordnung für die Elektroden von Eichtbogenöfen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, bei Lichtbogenöfen die Elektroden stellung selbsttätig so einzuregeln, dass ein vorgegebener Betriebszustand des Ofens ständig aufrecht erhalten bleibt.
Es ist be reits bekannt, bei Lichtbogenöfen die von den Betriebsgrössen des Lichtbogens selbst abgeleitete Regelgrösse den Steuerkreisen von Gas- oder Dampfentladungsstrecken zu zuführen, die dann ihrerseits den Strom des Verstellmotors für die Elektroden regeln. Für eine Steuerung, die allen Betriebserfor dernissen gerecht wird, ist es nun erforder lich, dass die Verstelleinrichtung bereits bei sehr kleinen Abweichungen anspricht.
An derseits muss aber dafür gesorgt werden, dass der Motor tatsächlich jeweils nur in einer Drehrichtung einen Antriebsimpuls erhalten kann. Schliesslich ist es wünschenswert, die Verstellgese,hwindigkeit von der Grösse der vorhandenen Abweichung abhängig zu machen, wobei zweckmässig eine Höchst- geschwindigkeit festgelegt wird, die auch bei den grössten plötzlich auftretenden Ab weichungen nicht überschritten wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine selbst tätige Regelanordnung für die Elektroden von Lichtbogenöfen, bei der die Abweichung des Verhältnisses des Lichtbogenstromes zur Lichtbagenispannung von einem vorgegebenen Sollwert unter Vermittlung steuerbarer Ent ladungsstrecken auf die Steuerung des Ver- stellmotors für die Elektroden einwirkt. Zur Speisung des Verstellmotors in der einen oder der andern Drehrichtung werden
zwei Gruppen: von steuerbaren Entladungsstrecken vorgesehen, auf deren Steuerung das Ver hältnis von Lichtbogenstrom zu Lichtbogen spannung derart einwirkt, dass bei Ab weichungen von dem vorgegebenen Sollwert stets nur die eine oder die andere Gruppe zündet.
Weiterhin werden steuerbare Drossel spulen vorgesehen, die die Phasenlage der 'Gitterspannung beeinflussen una. die in Ab- hä.ngigkeit von dem Verhältnis des Licht- bogenstromes zu der Lichtbogenspannung derart vormagnetisiert werden, dass der Aus steuerungsgrad der Entladungsstrecken bei kleineren Abweichungen dieses Verhältnisses von dem Sollwert zunächst schnell verändert wird, bei grösseren Abweichungen jedoch einem vorgegebenen Betrag, vorzugsweise in der Nähe der vollen Aussteuerung, zustrebt.
Mit dieser Regelanordnung können die oben erwähnten Forderungen erfüllt werden. Die vormagnetisierten Drosseln sind vorzugs weise so dimensioniert, dass die Zündimpulse bei keiner auch noch so grossen Abweichung auf einen früheren Zeitpunkt vorrücken, als es der vollen Aussteuerung entspricht. Die Verhütung des gleichzeitigen Zündens beider Entladungsstreckengruppen kann ebenfalls mit Hilfe der vormagnetisierten Drossel spulen erreicht werden, ohne eine nennens werte Einbusse an Empfindlichkeit dadurch in Kauf nehmen zu müssen.
Man kann die Drosseln so bemessen, dass im normalen Be triebszustand die ständig vorhandenen Steuer impulse beider Entladungsstrecken weit im Bereich der negativen Anodenspannungshalb- welle liegen, so dass keine Zündung erfolgen kann, dass sie aber, wenn die geringste Ab weichung vom Sollwert eintritt, mit ausser ordentlicher Geschwindigkeit im Sinne der Vorverschiebung nach der positiven Halb welle hineilen, um sofort die Zündung der richtigen Entladungsstreckengruppe zu be wirken.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungs beispiele der Regelanordnung nach der Er findung dargestellt.
In Fig. 1 möge 1 der Lichtbogen sein, der aus einer Wechselspannungsquelle ge speist wird; dem Lichtbogen ist eine Drossel spule 2 vorgeschaltet und parallel zu dieser Drosselspule sowie zu dem Lichtbogen selbst. sind die Transformatoren 4 bezw. 3 geschal tet. Der Transformator 3 speist mit seiner Sekundärwicklung über eine Entladungs strecke mit der Anode 5 und der Kathode 6 einen Widerstand 9, während der Transfor mator 4 über die Entladungsstrecke 7, 8 an den Widerstand 10 angeschaltet ist.
Da die Widerstände 9 und 10 einseitig miteinander verbunden sind, tritt an ihren äussern Klem men eine Gleichspannung auf, die je nach dem, ob die Spannung des Transformators 3 oder die des Transformators 4 die grössere ist, das eine oder das andere Vorzeichen auf weist. Zur Glättung dieser Gleichspannung dienen in bekannter Weise die nicht näher bezeichneten Drosselspulen und Kondensa toren. Der Verstellmotor 21 ist als Gleich strom-Hauptschlussmotor mit den beiden Er regerwicklungen 22 und 23 ausgebildet, wo bei die Erregerwicklung 22 für Rechtslauf, die Wicklung 23 für Linkslauf, vorgesehen ist.
Der aus der Erregerwicklung 22 und dem 3lotoranker 21 gebildete Stromkreis wird über die steuerbaren Entladungs strecken 24 und 25 in Doppelweg-Gleich- richterschaltung aus dem Transformator 28 gespeist, während der die Erregerwicklung 23 umfassende Stromkreis sinngemäss über den Transformator 29 und die Entladungs strecken 26 und 27 Energie empfängt. Die den Gittertransformatoren 30 und 31 zu geführten Steuerspannungen werden an Brückenschaltungen abgegriffen, die sich zu sammensetzen aus vormagnetisierten Drossel spulen und ohmschen Widerständen.
So be steht die Brückenschaltung für die Lieferung der Steuerspannungen für die Entladungs strecken 24 und 25 aus den Arbeitswicklun gen der beiden Steuerdrosseln 11 und 12 und aus den Widerständen 17 und 18, während die entsprechende Brückenschaltung für die Entladungsstrecken 26 und 27 die Steuer drosseln 13 und 14 und die Widerstände 19 und 20 umfasst. Die Speisung dieser Brücken schaltungen erfolgt in Parallelschaltung aus einer Wechselspannungsquelle 32.
Den Vormagnetisierungswicklungen der Steuerdrosseln dieser Brückenschaltungen -erden nun die an den Widerständen 9 und 1(1 abgegriffenen Spannungen zugeführt. Der eine Vormagnetisierungsstromkreis erstreckt sich von der untern Klemme des Widerstan des 9 über die Vormagnetisierungswicklun- gen der Drosseln 11 und 12 und von dort zurück an die obere Klemme des Widerstandes 10.
Damit die Beeinflussung der genannten Steuerdrossel nur dann erfolgt, wenn der untere Punkt des Widerstandes 9 gegenüber dem obern Punkt des Widerstandes 10 posi tives Potential besitzt, ist in diesen Strom kreis noch ein Ventil eingeschaltet, welches hier gebildet wird durch die Anode 16 und die Kathode 8 desjenigen Entladungsgefässes, das auch die oben erwähnte Anode 7 enthält.
In gleicher Weise ist in den Vormagnetisie- rungsstromkreis für die Drosseln 13 und 14, der ebenfalls an den Aussenklemmen der Wi derstände 9 und 10 liegt, eine Ventilstrecke, gebildet durch die Anode 15 und die Ka thode 6, eingeschaltet. Durch diese Ventile ,wird erreicht, dass eine Vorverschiebung der Zündimpulse, die schliesslich eine Zündung der EntlaJungsstrecken zur Folge hat, je weils nur in einem der beiden Brückenkreise auftreten kann. Eine gleichzeitige Speisung beider Erregerwicklungen des Motors ist also unmöglich gemacht.
Wie schon erwähnt,. liegen die Zünd- impulse, wenn der Vormagnetisierungsstrom in den Steuerdrosseln Null ist, bei negativen Werten der AnodenBpannungshalbwelle be zogen auf die über den Transformator 28 bezw. 29 zugeführte Anodenwechselspan nung.
Sobald ein Vormagnetisierungsstrom auftritt, wird die Spannung in der Brücken diagonalen im Sinne der Voreilung gedreht, und somit verschieben sich die Gitterwechsel spannungen mit den Zündimpulsen ebenfalls in diesem .Sinne. Dadumch, d@ass bei kleinen Abweichungen diese Verschiebung ausser ordentlich kräftig erfolgt, wird es möglich, ohne Einbusse an Empfindlichkeit die Gitter wechselspannungen im Ruhezustand weit genug zu verschieben, so dass jede ungewollte Zündung mit Sicherheit vermieden wird.
Mit wachsendem Vormagnetisierungsstrom, das heisst also mit wachsender Abweichung zwischen Lichtbogenstrom und Lichtbogen- sPannung von dem Sollwert, wird die Ver schiebungsgeschwindigkeit der Gitterwechsel spannungen immer geringer, bis schliesslich ein Beharrungszustand hergestellt ist, bei dem keine merkliche Weitere Vorverlegung mehr stattfindet.
Ein Herauswandern der Zündimpulse über den Zeitpunkt der höchsten Aussteuerung hinaus kann somit durch ent sprechende Bemessung der Drosseln mit Si cherheit verhütet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Auch hier wird in der gleichen Weise wie in. Fig. 1 an den Aussenklemmen der Widerstände 9 und 10 eine Gleichspan nung erzeugt, deren Grösse und Vorzeichen von dem Verhältnis von Lichtbogenstrom und Lichtbogenspannung abhängt. Als Ven tile zur Gleichrichtung der von den Transfor matoren 3 und 4 abgenommenen Wechsel spannungen dienen im vorliegenden Fall Trockengleichrichter 60 und 61.
Der Verstell motor besitzt wiederum zwei Erregerwick lungen 22 und 23, für Rechts- bezw. Links lauf. Jeder Drehrichtung ist ausserdem eine besondere Gruppe von je zwei Entladungs strecken 51 und 52 bezw. 53 und 54 zu geordnet. Die Schaltung dieser Entladungs strecken ist so gewählt, dass die Speisung in Einweg-Schaltung nur über das Rohr 51 bezw. 53 erfolgt.
Die Entladungsstrecken 52 bezw. 54 überbrücken dagegen den Motor einschliesslich der betreffenden Erregerwick lung und gestatten somit ein Weiterfliessen des Stromes in der negativen Halbwelle unter dem Einfluss der Induktivität der Mo torwicklungen.
In die Gitterkreise der speisenden Ent ladungsstrecken 51 und 53 werden ständig positiv gerichtete, kurzzeitige Spannungs- impulse zugeführt, die in bekannter Weise durch einen hochgesättigten gleichstrom erregten Transformator 55 erzeugt werden. Diese Spannungsimpulse können jedoch im Normalzustand noch keine Zündung der Ent ladungsstrecken bewirken, da ihnen ausser dem noch die von der Batterie 63 gelieferte negative Gittervorspannung überlagert ist.
Die Spitzen der Zündspannungsimpulse ragen also zunächst nicht über die Zünd- kennlinie hinaus. Sobald eine Abweichung des Lichtbogenbetriebes von dem Sollzustand auftritt, wird in, dem Gitterkris des einen. Rohres eine weitere Gleichspannungskompo- nente eingeführt,
die der negativen Vorspan- nung entgegenwirkt und für dieses Ent ladungsgefäss die Zündimpulse zur Wirkung kommen lässt.
Diesem Zwecke dienen die Hilfsentla- dungsgefässe 43 und 44. Ihre Gitter stehen im Normalzustand nur unter dem Einfluss der Sperrspannungsquellen 41 und 42, so dass beide Röhren keinen Strom führen. So bald jedoch an den Aussenklemmen der Wi derstände 9 und 10 und damit an den Klemmen des Widerstandes 40 eine Po tentialdifferenz auftritt, so wird, je nach dem, Vorzeichen dieser Potentialdifferenz, entweder das Rohr 43 oder das Rohr 44 zünden. Die Anodenspannungsquelle für diese beiden Rohre wird durch den Trans formator 62 gebildet. Hat. z.
B. das obere Hilfsentladungsgefäss 44 gezündet. so ent steht in den Widerständen 47 und 48 ein Strom, der das Potential des Verbindungs punktes zwischen den beiden Widerständen, der mit dem Gitter des Entladungsgefässes 53 verbunden ist, in positiver Richtung ver schiebt. Dadurch kommen nunmehr die Spannungsimpulse im Gitterkreis dieses Rohres zur Wirkung und zünden das Rohr in jeder positiven Anodenspannungs-Halb- welle zu einem Zeitpunkt, der sich nach ihrer Phasenlage richtet.
Bei der gewählten Schaltung der Ent ladungsstrecken für die Motorspeisung ist es -wichtig, dass heim Brennen der einen Entladungsstreckengruppe das Überbrük- kungsgefäss der andern Gruppe gesperrt. bleibt. Andernfalls würde nämlich über die nicht gespeiste Erregerwicklung und dieses Gefäss ein in sich geschlossener Stromkreis zustande kommen, der die Induktivität der gespeisten Erregerwicklung praktisch auf heben würde.
Die Überbrückungsgefässe müssen daher ebenfalls mit Steuergittern ausgerüstet werden und im Falle des An- sprechens der Regeleinrichtung mit ent sprechenden Zündspannungen beaufschlagt werden. Die Sperrspannung für die Ent ladungsstrecken 52 und 54 wird ebenfalls durch die Spannungsquelle 63 erzeugt. Gleichzeitig mit der Hebung des Gitter potentials des Rohres 53 wird auch durch die an den Widerständen 47 und 48 ab gegriffene Gleichspannung das Gitter potential des Rohres 54 gehoben, so dass dieses freigegeben wird.
Erwähnt seien noch die hochohmigen Widerstände 49 und 50, die den Zweck haben, die Spannungen der Transformatoren 5 und 4 von den Widerstän den 45 bis -I8 fernzuhalten.
Bisher wurde auseinandergesetzt, da.ss beim Auftreten einer Ungleichheit die eine oder die andere Entladungsstreckengruppe Strom zu führen beginnt. Die Grösse der Aussteuerung, die sich dabei einstellt, hängt, wie ebenfalls schon erwähnt, von der Phasenlage der von dem Transformator 55 erzeugten Spannungsimpulse ab. Die An passung des Aussteuerungsgrades an die Grösse der vorhandenen Abweichung des Verhältnisses von Lichtbogenstrom und -Spannung von dem Sollwert erfolgt durch Beeinflussung der Gleichstrom-Vormagneti- sierung des Transformators 55, die in be kannter Weise eine Verschiebung der er zeugten Spannungsimpulse zur Folge hat.
Der Transformator 55 besitzt zunächst eine fest eingestellte Gleichstrom-Vorerregung 56. Dieser entgegen wirkt eine weitere Gleichstrom-Vorerregung, die aus der Wech- selstromquelle 57 über die Gleichrichter- anordnung 58 geliefert wird. Die Vor erregung wird also um so schwächer, je grösser die letztgenannte Gleichstromerre gung ist. In dem Wechselstromkreis dieser Erregerwicklung liegt eine Steuerdrossel 59, deren Gleichstrom-Vormagnetisierung von der Spannung an dem Widerstand 40 ab hängt.
Für die Schwächung der Induktivi- tät dieser Wicklung ist es dabei, wie man sieht, gleichgültig, mit welchem Vorzeichen die Spannung an dem Widerstand 40 auf tritt. Sie hängt nur ab von deren Grösse. Werden nun durch entsprechende Einstellung der Grunderregung des Transformators 55 die Spannungsimpulse zeitlich so gelegt, dass bei praktisch unerregter Steuerdrossel 59 die Zündung der Entladungsstrecken 51 bezw. 53 mit einer sehr kleinen Aussteuerung er folgt,
so wird beim Anwachsen des Vor magnetisierungsstromes in der Steuerdrossel 59 eine zunächst raschere und dann immer langsamer werdende Vorverlegung der Span nungsimpulse stattfinden. Sobald die Drossel 59 vollgesättigt ist und nur noch mit ihrer Streuung in Wirksamkeit tritt, findet eine weitere Vorverschiebung der Zündzeitpunkte selbst bei noch stärkerem Anwachsen der Spannung an dem Widerstand 40 nicht mehr statt. Der AussteuerungG.brad strebt einem vorgegebenen Betrage zu.
Durch entspre chende Bemessungen lässt es sich auch hier erreichen, dass in diesem Zustand der Aus steuerungsgrad höchstens gerade den Wert von<B>100%</B> erreicht hat.