DE1211731B

DE1211731B - Regulator for electric ovens with multi-phase arc

Info

Publication number: DE1211731B
Application number: DES86069A
Authority: DE
Inventors: Alain Wawre; Rene Gailloud
Original assignee: Ateliers de Secheron SA
Current assignee: BBC Secheron SA
Priority date: 1962-07-10
Filing date: 1963-07-10
Publication date: 1966-03-03
Also published as: FR1362892A; GB1013474A

Description

Regler für Elektroöfen mit Mehrphasenbogen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regler für Elektroöfen mit Mehrphasenbogen, der die Stellung der Elektroden in diesem Ofen beeinflußt und für jede Elektrode eine Vorrichtung aufweist, die die Differenz zwischen einer dem Elektrodenstrom proportionalen Größe und einer der Phasenspannung eines Hilfsnetzes proportionalen Größe mißt, wobei der Sternpunkt des Hilfsnetzes an den Boden des Ofens angeschlossen ist.Regulator for Multiphase Arc Electric Furnaces The present invention refers to a regulator for electric ovens with multiphase arc that controls the position of the electrodes in this furnace and a device for each electrode which is the difference between a magnitude proportional to the electrode current and measures a quantity proportional to the phase voltage of an auxiliary network, wherein the star point of the auxiliary network is connected to the bottom of the furnace.

Die herkömmlichen Regler für Elektroöfen mit Mehrphasenbogen dienen dazu, entweder den Elektrodenstrom oder den (resultierenden) Bogenwiderstand konstant zu halten. Die erste Art der Regelung hat bei einem Dreiphasenofen den Nachteil, daß die unabhängige Regelung der verschiedenen Elektroden bei einer Störung in einer Phase nicht gewährleistet ist. Wird z. B. der Bogen in einer Phase unterbrochen, so sinkt der Strom in den beiden anderen Phasen, so daß die entsprechenden Regler die Bögen vorübergehend bis zur Wiederherstellung der Sollstromstärke in der gestörten Phase verkürzen müssen. Dies kann, da zwei Elektroden das Bad zu berühren suchen, zu einer Karburierung des Bades führen. Außerdem ergeben sich bei einem konstanten Leistungsfaktor Schwankungen der vom Ofen aufgenommenen Leistung proportional den Schwankungen der Netzspannung.The conventional regulators for electric furnaces with multi-phase arc are used in addition, either the electrode current or the (resulting) arc resistance is constant to keep. The first type of control has the disadvantage of a three-phase furnace that the independent control of the various electrodes in the event of a fault in one Phase is not guaranteed. Is z. B. the arc is interrupted in one phase, so the current drops in the other two phases, so that the corresponding regulator the arcs temporarily until the nominal current strength is restored in the disturbed Have to shorten the phase. This can happen because two electrodes are trying to touch the bath. lead to carburization of the bath. In addition, with a constant Power factor Variations in the power consumed by the furnace proportional to the Mains voltage fluctuations.

Dagegen bietet die zweite Art der Regelung den Vorteil der völligen Unabhängigkeit der einzelnen Elektrodensteuerungen voneinander, weil sie durch das Verhältnis der Bogenspannung zum Elektrodenstrom gekennzeichnet ist. Eine Änderung des Widerstandes eines Bogens beeinflußt nicht den Widerstand bei den beiden anderen Reglern. Jedoch hat diese Art der Regelung den Nachteil, daß bei konstantem Leistungsfaktor die vom Ofen aufgenommene Leistung proportional zum Quadrat der Schwankungen der Netzspannung schwankt. Dieser letztere Umstand bei der Widerstandsregelung ist besonders störend, wenn die Netzschwankungen groß sind und die gelieferte Energie vertraglich begrenzt ist.In contrast, the second type of regulation has the advantage of being complete Independence of the individual electrode controls from one another, because the The ratio of the arc voltage to the electrode current is characterized. A change the resistance of one arc does not affect the resistance of the other two Regulators. However, this type of control has the disadvantage that with a constant power factor the power consumed by the furnace proportional to the square of the fluctuations in the Mains voltage fluctuates. This latter circumstance in resistance control is special annoying when the network fluctuations are large and the energy supplied is contractual is limited.

Regler der eingangs geschilderten Art sind bereits bekannt. Sie arbeiten mit Relais und können nur die Wirklast des Ofens regulieren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dagegen, zwei Regulierungsarten zu kombinieren und je nach Bedarf vorzunehmen. Es ist erfindungsgemäß möglich, bei symmetrischer Ofenbelastung und variabler Netzspannung die Wirklast zu regulieren sowie bei konstanter Netzspannung und variabler Ofenlast eine Regulierung mit konstanter Bogenimpedanz vorzunehmen.Regulators of the type described above are already known. they work with relay and can only regulate the real load of the furnace. The present invention on the other hand, allows two types of regulation to be combined and as required to undertake. According to the invention, it is possible with symmetrical furnace loading and regulating the active load with variable mains voltage as well as with constant mains voltage and variable furnace load to regulate with constant arc impedance.

Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Regler dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfsnetz und dem den Ofen versorgenden Stromnetz ein Funktionsgenerator vorgesehen ist, dessen Kennlinie eine Steigung Null oder eine negative Steigung aufweist, derart, daß die verketteten Spannungen des Hilfsnetzes im Regelbereich als Funktion der Spannungen des den Ofen versorgenden Stromnetzes gemäß dieser Kennlinie variieren.For this purpose, the controller according to the invention is characterized in that that between the auxiliary network and the power network supplying the furnace there is a function generator is provided, the characteristic curve of a slope zero or a negative slope has, such that the linked voltages of the auxiliary network in the control range as a function of the voltages of the electrical network supplying the furnace according to this characteristic vary.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung eines Ausführungsbeispiels und der nachstehenden Beschreibung. Es zeigt F i g. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.Further advantages, features and possible uses of the invention result from the representation of an exemplary embodiment and the following Description. It shows F i g. 1 is a schematic diagram of an embodiment of FIG Invention.

F i g. 2 eine schematische Skizze zur Veranschaulichung des in F i g. 1 gezeigten Funktionsgenerators, F i g. 3 ein erläuterndes Diagramm, F i g. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des Funktionsgenerators und F i g. 5 ein erläuterndes Diagramm.F i g. 2 is a schematic sketch to illustrate the in F i G. The function generator shown in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram, FIG. 4th a schematic representation of another embodiment of the function generator and F i g. 5 is an explanatory diagram.

Die Vorrichtung 1. hebt oder senkt die Elektrode R gemäß der Angabe der Differenz zwischen dem dem Elektrodenstrom lt proportionalen Strom i, und dem der Phasenspannung eines Hilfsnetzes U, V, W proportionalen Strom i", wobei der Sternpunkt O des Hilfsnetzes mit dem Boden des Ofens verbunden ist und seine verketteten Spannungen UZ in Abhängigkeit von den Spannungen Ul des Ofenversorgungsnetzes gemäß der Kennlinie a oder b eines zum Regulator gehörenden Funktionsgenerators4 schwanken.The device 1. raises or lowers the electrode R according to the specification of the difference between the current i proportional to the electrode current lt and the current i "proportional to the phase voltage of an auxiliary network U, V, W, the star point O of the auxiliary network with the bottom of the Furnace is connected and its linked voltages UZ fluctuate depending on the voltages Ul of the furnace supply network according to the characteristic curve a or b of a function generator4 belonging to the regulator.

In gleicher Weise steuern die Vorrichtungen 2 und 3 die Verschiebung der Elektroden S, T. Diese drei Vorrichtungen 3., 2, 3 messen die Differenz zwischen einer Größe il, i2, i3, die dem Elektrodenstrom 1,., IS, IT proportional ist, und einer Größe i,!, iv, i"" die der einfachen Spannung eines Hilfsnetzes u, v, w, dessen Sternpunkt O an den Boden N des Ofens angeschlossen ist, proportional ist. Die verketteten Spannungen U2 dieses Hilfsnetzes variieren im Regelungsbereich gemäß einer Funktion mit einer Steigung Null (a) oder einer negativen Steigung (b). In the same way, the devices 2 and 3 control the displacement of the electrodes S, T. These three devices 3., 2, 3 measure the difference between a quantity il, i2, i3 which is proportional to the electrode current 1,., IS, IT , and a quantity i,!, iv, i "" which is proportional to the simple voltage of an auxiliary network u, v, w, the star point O of which is connected to the bottom N of the furnace. The linked voltages U2 of this auxiliary network vary in the control range according to a function with a slope of zero (a) or a negative slope (b).

Es wird zunächst angenommen, daß das Element 4 ein Spannungsstabilisator (Kennlinie a) ist, dessen Ausgangsspannung U., konstant ist, während die Spannung U1 schwankt. Ist die Ofenbelastung symmetrisch, so bleiben die Ströme i", i" und i", konstant, und die Vorrichtungen 1, 2 und 3 verschieben die Elektroden R, S und T derart, daß die Elektrodenströme Ix, IS und 1T konstant bleiben. Wenn umgekehrt die den Ofen versorgende Netzspannung U1 konstant ist und Impedanzschwankungen bei einer der Ofenphasen vorliegen, so erhalten die Ströme i", i" und i,, Werte, die den Spannungen zwischen den Elektroden und dem Ofenboden proportional sind. In diesem Falle nehmen die Regler eine Impedanzregelung vor. Hat die Funktion des Generators 4 die Steigung Null (a), so ergibt sich eine Impedanzregelung, deren geregelter Wert proportional der den Ofen versorgenden Netzspannung schwankt. Die Ofenleistung ist also der Netzspannung proportional.It is initially assumed that the element 4 is a voltage stabilizer (characteristic curve a) whose output voltage U. is constant, while the voltage U1 fluctuates. If the furnace load is symmetrical, the currents i ", i" and i "remain constant and the devices 1, 2 and 3 displace the electrodes R, S and T in such a way that the electrode currents Ix, IS and 1T remain constant conversely, if the mains voltage U1 supplying the furnace is constant and there are impedance fluctuations in one of the furnace phases, the currents i ", i" and i "are given values that are proportional to the voltages between the electrodes and the furnace base. In this case, the regulators take If the function of the generator 4 has a gradient of zero (a), the result is an impedance control, the regulated value of which fluctuates proportionally to the mains voltage supplying the furnace.

Es wird nun angenommen, daß der Funktionsgenerator 4 die Spannung U2 linear senkt, während U1 steigt, und umgekehrt, entsprechend der Kennlinie b des Funktionsgenerators. Ist die Ofenbelastung symmetrisch und sind die Spannungen U2 veränderlich, so erhalten die Ströme i", i, und i", Werte proportional den Phasenspannungen # des des Hilfsnetzes, und die geregelten Ströme IR, IS und 1T sinken linear in Abhängigkeit von den Spannungen U1 und umgekehrt. Unter diesen Bedingungen ist in einem bestimmten Bereich die vom Ofen verbrauchte Leistung in Abhängigkeit von den Versorgungsnetzschwankungen konstant. In Spannungs-Strom-Diagramm ergibt sich der Fehler durch die Differenz zwischen der Hyperbel konstanter Leistung und der Tangente an diese Hyperbel im normalen Arbeitspunkt. Wenn umgekehrt die Spannungen U1 konstant sind und die Ofenbelastung asymmetrisch, so erfolgt die Regelung mit konstanter Impedanz.It is now assumed that the function generator 4 the voltage U2 decreases linearly, while U1 increases, and vice versa, according to curve b of the function generator. Is the furnace loading symmetrical and are the stresses U2 variable, the currents i ", i, and i" are given values proportional to the phase voltages # of the auxiliary network, and the regulated currents IR, IS and 1T decrease linearly in Dependence on the voltages U1 and vice versa. Under these conditions, in a certain range the power consumed by the stove as a function of the Supply network fluctuations constant. The voltage-current diagram shows the Error due to the difference between the constant power hyperbola and the tangent to this hyperbola in the normal working point. Conversely, if the voltages U1 are constant and the furnace load are asymmetrical, the control is carried out with a constant Impedance.

Hat der Funktionsgenerator 4 eine passend gewählte negative Steigung, so erhält man eine Impedanzregelung, deren gesteuerter Wert etwa mit dem Quadrat der Versorgungsspannung des Ofens schwankt. Bei geringen Netzspannungsschwankungen bleibt daher die vom Ofen verbrauchte Leistung praktisch konstant.If the function generator 4 has a suitably selected negative slope, in this way an impedance control is obtained, the controlled value of which is roughly square the supply voltage of the furnace fluctuates. With small mains voltage fluctuations therefore the power consumed by the furnace remains practically constant.

Es läßt sich eine Regelung mit unbedingt konstanter Leistung erzielen, indem man dem Funktionsgenerator 4 eine hyperbolische Kennlinie gibt, was jedoch ohne praktischen Wert ist, angesichts der verhältnismäßig schwachen Schwankungen des den Ofen versorgenden Netzes und der ausgezeichneten Annäherung, die man erhält, indem man dem Element 4 ein konstantes negatives Gefälle verleiht. Aus technischen Gründen ist es vorteilhaft, daß die verkettete Spannung U2 des Hilfsnetzes niedriger als die Spannung Ui des Ofens ist. Unter diesen Bedingungen ist es, wenn der Sternpunkt des Hilfsnetzes direkt mit dem Boden N des Ofens verbunden ist, möglich, daß bei einem Kurzschluß zwischen der Elektrode und dem Ofenboden der Sternpunkt O aus dem durch die drei verketteten Spannungen U2 gebildeten Dreieck heraustritt, was zur Folge hätte, daß die Impedanzdifferenz falsch gemessen wird. Dies kann passieren, wenn der Widerstand des Ofenbodens, verglichen mit der Impedanz der Spannungsmeßsysteme der Regler, sehr niedrig ist. Um dies zu vermeiden, genügt es, zwischen den Anschluß des Ofenbodens und den Sternpunkt des Hilfsnetzes einen Widerstand 5 zu schalten, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist.A regulation with an unconditionally constant power can be achieved, by giving the function generator 4 a hyperbolic characteristic curve, which however is of no practical value, given the relatively small fluctuations the network supplying the furnace and the excellent proximity that is obtained, by giving element 4 a constant negative slope. From technical For reasons, it is advantageous that the line voltage U2 of the auxiliary network is lower than the voltage Ui of the furnace. Under these conditions it is when the star point of the auxiliary network is directly connected to the bottom N of the furnace, possible that at a short circuit between the electrode and the furnace bottom the star point O from the emerges from the triangle formed by the three linked voltages U2, which leads to The consequence would be that the impedance difference is measured incorrectly. This can happen when the resistance of the furnace bottom compared to the impedance of the voltage measurement systems the regulator, is very low. To avoid this, it is sufficient to connect between the connections of the furnace bottom and the star point of the auxiliary network to switch a resistor 5, as shown in FIG. 1 is shown.

Der Wert dieses Widerstandes muß so gewählt sein, daß er den im Spannungsmeßsystem eines Reglers fließenden Strom kompensiert, während die entsprechende Elektrode mit dem Ofenboden kurzgeschlossen ist. Da der Widerstand des Bodens eines Elektroofens niemals Null ist, ist in der Mehrzahl der Fälle der Widerstand 5 nicht erforderlich.The value of this resistance must be chosen so that it corresponds to that in the voltage measuring system a regulator compensates the current flowing while the corresponding electrode is short-circuited to the furnace floor. As the resistance of the bottom of an electric furnace is never zero, the resistor 5 is not required in the majority of cases.

Das in F i g. 2 dargestellte Schema zeigt als Beispiel die Verwirklichung der Kennlinie a des Funktionsgenerators 4.The in Fig. 2 shows the implementation as an example the characteristic curve a of the function generator 4.

Zwischen den Phasen des den Ofen versorgenden Stromnetzes sind im Dreieck die Elemente 6, 7, 8 mit nichtlinarer Kennlinie geschaltet (Selbstsättiger oder Zenerdioden), deren innere Impedanzen von einem praktisch unendlichen Wert bis praktisch Null reichen, wenn die angelegte Spannung den Sättigungswert US erreicht. Wenn dieser Wert überschritten wird, ergeben die in den Reihenwiderständen 9, 10 und 11 fließenden Ströme Spannungsabfälle, mit denen es möglich ist, die Spannung Uz des Hilfsnetzes aufrechtzuerhalten, wenn die Primärspannung U1 den kritischen Wert US überschreitet. In diesem Fall ist U2 gleich US.Between the phases of the power grid supplying the stove are in Triangle the elements 6, 7, 8 switched with a non-linear characteristic curve (self-saturator or Zener diodes), whose internal impedances are of a practically infinite value to practically zero when the applied voltage reaches the saturation value US. If this value is exceeded, the series resistors result in 9, 10 and 11 flowing currents voltage drops with which it is possible to adjust the voltage Uz to maintain the auxiliary network when the primary voltage U1 is the critical Value exceeds US. In this case, U2 is equal to US.

Der Verlauf der Abweichung U2 als Funktion von U1 ist in F i g. 3 dargestellt.The course of the deviation U2 as a function of U1 is shown in FIG. 3 shown.

Um die Kennlinie b des Funktionsgenerators 4 zu erhalten, kann man beispielsweise die Anordnung nach F i g. 4 benutzen. Sie weist außer den Elementen 6, 7 und 8 mit nichtlinearer Kennlinie und den Reihenwiderständen 9, 10 und 11 Spartransformatoren 12, 13 und 14 auf, die primärseitig mit den Reihenwiderständen parallel geschaltet sind und sekundärseitig mit den Reihenwiderständen 15, 16 und 17 des Sekundärnetzes verbunden sind. Ist die Sättigungsspannung der Elemente nichtlinearer Kennlinie erreicht, so fließen von den Spartransformatoren den Spannungen an den Anschlüssen der Widerstände 9, 10 und 11 proportionale Ströme in die Widerstände 15, 16 und 17. Diese Ströme rufen Spannungsabfälle hervor, mittels deren die in F i g. 5 dargestellte Kennlinie erzielt wird.In order to obtain the characteristic curve b of the function generator 4, one can, for example, use the arrangement according to FIG. 4 use. In addition to the elements 6, 7 and 8 with non-linear characteristics and the series resistors 9, 10 and 11, it has autotransformers 12, 13 and 14 , which are connected in parallel with the series resistors on the primary side and connected to the series resistors 15, 16 and 17 of the secondary network on the secondary side are. If the saturation voltage of the elements of the non-linear characteristic is reached, currents proportional to the voltages at the connections of the resistors 9, 10 and 11 flow from the autotransformers into the resistors 15, 16 and 17. These currents cause voltage drops, by means of which the in FIG . 5 characteristic curve shown is achieved.

Diese Elemente müssen derart bemessen sein, daß der dem Primärspannungswert U" entsprechende Nennarbeitspunkt in dem Teil der Kennlinie mit konstantem und negativem Gefälle liegt.These elements must be dimensioned in such a way that the primary voltage value U "corresponding nominal operating point in the part of the characteristic with constant and negative Slope lies.

Claims

Claims: 1. Regulator for electric furnaces with multi-phase arc, which influences the position of the electrodes in this furnace and for each electrode has a device (1, 2, 3) which determines the difference between a value proportional to the electrode current (Ilz, IS, 1T) and one of the phase voltage of an auxiliary network (u, v, w) proportional variable, the star point (O) of the auxiliary network is connected to the bottom of the furnace, characterized in that between the auxiliary network (u, v, iv) and the A function generator (4) is provided to supply the furnace, the characteristic curve of which has a gradient of zero (a) or a negative gradient (b), such that the linked voltages (U.,) of the auxiliary network in the control range as a function of the voltages (Ui) of the power grid supplying the furnace vary according to this curve. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the linked voltages of the auxiliary network fluctuate linearly as a function with a constant negative slope as a function of the voltages of the power network supplying the furnace. 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the linked voltages of the auxiliary network are inversely proportional to those of the electrical network supplying the furnace. 4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the star point of the auxiliary network is connected to the bottom of the furnace via a resistor. Documents considered: Swiss Patent No. 119 818; "Steel and Iron", 1954, no.

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