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Selbsttätige Regelanordnung zur Aufrechterhaltung eines bestimmten
Wertes des Leistungsfaktors von kernlosen Induktionsöfen Die Erfindung bezieht sich
auf kernlose Induktionsöfen, bei denen die zu erhitzende Beschickung die Sekundärseite
eines Transformators bildet, dessen Primärseite mit Wechselstrom von genügend hoher
Frequenz gespeist wird. Bei derartigen Induktionsöfen ist es bekannt, Kondensatoren
parallel oder in Reihe zu der Induktionsspule anzuordnen, um den Spulenkreis auf
die zugeführte Frequenz abzustimmen und hierdurch den Leistungsfaktor der Spule
auf eins zu bringen.
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Bekanntlich schwankt während der Erhitzung bis zum Schmelzen der Leistungsfaktor
solcher abgestimmter Spulen ständig.
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Es sind nun bereits Vorrichtungen zur Reglung des Leistungsfaktors
vorgeschlagen worden, bei denen die Reglung selbsttätig in bestimmten Zeitabständen
unter dem Einfluß der Änderungen der Phasenverschiebung in dem Stromnetz erfolgt
und während der einzelnen Regelvorgänge die Spannung der das Stromnetz speisenden
Spannungsquelle herabgesetzt wird. Die Reglung erfolgt hierbei in der Weise, daß
in den Feldkreis des den Ofen speisenden Generators ein Widerstand eingeschaltet
wird, so daß die Erregung des Generators während des Regelvorganges verringert wird.
Eine derartige starre Reglung, die nicht den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt
ist, sondern in vorbestimmten Zeitabständen erfolgt, genügt nicht in allen Fällen
den im Betrieb auftretenden Anforderungen. .
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher im Gegensatz zu dem älteren
Vorschlag eine Regelanordnung vorgesehen, bei der die Reglung entsprechend den jeweiligen
Betriebsverhältnissen erfolgt und jedesmal dann eingeleitet wird, wenn der Leistungsfaktor
einen seiner Grenzwerte erreicht. Dies wird dadurch erreicht, daß ein motorbetätigter
Walzenschalter o. dgl., der das Einschalten der Kondensatoren in den Ofenkreis vorbereitet
und ein ebenfalls motorbetätigter Widerstandsschalter vorgesehen sind, der beim
Sinken des Leistungsfaktors unter einen vorbestimmten Wert den Widerstand im Feldkreis
des Generators vergrößert. Nach Vergrößerung dieses Widerstandes löst der Widerstandsschalter
Schaltungen aus, die den Anschluß der Kondensatoren bewirken, worauf der Walzenschalter
die Betätigung des Widerstandsschalters beendigt.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung zur Reglung der Generatorspannung
ein Spannungsrelais vorgesehen, das vor dem jedesmaligen Einschalten des Kondensators
abgeschaltet und nach Anschluß des Kondensators wieder eingeschaltet wird und die
normale Generatorspannung wiederherstellt.
Die Erfindung ist im
folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Abbildung ein Schaltungsschema
in üblicher Darstellungsweise ist. -Mit i sind die Klemmen eines Hilfskreises bezeichnet,
der mit dem Induktionsspulenkreis des Ofens verbunden und in den eine Mehrzahl von
Kondensatoren in Brücke eingeschaltet werden kann, um den Leistungsfaktor aufrechtzuerhalten,
während die Beschickung im Ofen erhitzt wird. Die dargestellte Schaltung ist geeignet,
selbsttätig sieben solcher Kondensatoren einzuschalten, doch ist der Einfachheit
halber nur einer davon bei 2 .dargestellt. Dieser Kondensator ?-
kann mit
dem Hilfskreis i durch ein Paar Schalter 3 und 4 verbunden werden, die elektromagnetisch
bewegt werden. Die Schaltspulen sind bei 5 bzw. 6 dargestellt, und die Anordnung
ist derart getroffen, daß der Schalter 3 zuerst geschlossen wird, der den Kondensator
2 in den Kreis über einen Begrenzungswiderstand 7 einschaltet, um unerwünschte Stoßwellen
zu vermeiden, wonach der Schalter 4 geschlossen wird, der den Schalter 3 und den
Widerstand 7 kurzschließt. Die Einrichtungen zur Erzielung dieser Vorgänge werden
im folgenden beschrieben.
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Der Widerstand, der die Felderregung des nicht dargestellten Hauptgenerators
steuert, welcher den gleichfalls nicht gezeichneten Induktionsofen speist, ist bei
8 angedeutet worden. Der Generator liefert z. B. Wechselstrom von 500 Perioden/Sek.
Der Widerstand 8, dessen Klemmen bei 9 angedeutet sind, wird durch den Anker io
eines Gleichstrommotors mit zwei Feldwicklungen i i und i2 bewegt, welche wechselnd
in den Stromkreis in im folgenden beschriebener Weise eingeschaltet werden, so daß
der Anker io im einen oder anderen Sinne in Umlauf gesetzt werden kann.
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13 ist der bewegliche Kontakt eines Blindleistungsrelais, dessen Arbeitsspulen
mit beliebig zweckmäßig erscheinenden Teilen des Stromkreises verbunden werden können
und nicht dargestellt sind.
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Ein Walzenschalter, der bei 14 zusammen mit anderen noch zu beschreibenden
Einrichtungen dargestellt ist, verursacht den Anschluß des Kondensators 2 und der
anderen nicht dargestellten Kondensatoren in der verlangten Weise. Der Walzenschalter
14 kann durch den Anker 15 eines umkehrbaren Motors mit zwei Feldwicklungen 16 und
17 gedreht werden, die wechselnd eingeschaltet werden können, um den Motor und den
Walzenschalter zu veranlassen, sich in der einen oder anderen Richtung zu drehen.
Die Energie für die verschiedenen Steuervorgänge wird von Gleichstromnetzleitungen
abgenommen, die bei 18 angedeutet sind. Es ist dabei angenommen, daß die obere Leitung
positives Potential führt.
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,Das Spannungssteuerrelais ist bei i9 angedeutet.
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Das Blindleistungsrelais ist ein solches, bei dem sich die Ruhelage
des Steuerkontaktes zwischen den beiden Arbeitskontakten befindet, und sein beweglicher
Steuerkontakt 13 nimmt die dargestellte Mittellage ein, wenn der Leistungsfaktor
im wesentlichen i ist, während er sonst mit einem oder dem anderen der Arbeitskontakte
2o in Berührung kommen kann, und zwar mit dem oberen Kontakt, wenn der Leistungsfaktor
voreilt, und mit dem unteren beim Nachbleiben. Dem Blindleistungsrelais sind Sperr-
oder Verriegelungsschalter 2i, 22 mit Spulen 23 und 24 zugeordnet. Die beweglichen
Kontaktteile der Schalter sind in den Stellungen gezeichnet, die sie einnehmen,
wenn ihre Arbeitsspulen stromlos sind. Die normal geschlossenen Kontakte 25 des
Schalters 21 sind mit festen Kontakten des Walzenschalters 14 bzw. mit einem Ende
der Schaltspule 24 des Schalters 22 verbunden, während das andere Ende der Spule
24 mit dem unteren Kontakt des Blindleistungsrelais und mit dem oberen Kontakt des
zweiten Paares der Kontakte des Schalters z2 verbunden ist. Der untere Kontakt dieses
Paares ist mit dem positiven Steuerdraht 28 durch einen Leiter 29 verbunden. Das
andere Paar von Kontakten 3o des Schalters 21 ist mit dem Draht 28 bzw. dem oberen.
der Relaiskontakte 20 verbunden. Dieser Relaiskontakt ist an einem Ende der Arbeitsspule
23 des Schalters 21 angelegt, und das andere Ende der Spule steht durch einen Leiter
3 i mit dem oberen Kontakt des ersten Kontakpaares des Schalters 22 in Verbindung;
diese Kontakte sind normal geschlossen, und der untere Kontakt ist durch einen Leiter
32 mit einem Festkontakt 33 des Walzenschalters 14 verbunden. Der Kontakt 33 ist
gegenüber dem Kontakt 26 versetzt. Der Leiter 31 ist ferner mit der Feldwicklung
16 des Elektromotors verbunden, dessen' Anker 15 die Walze 14 antreibt. Das Ende
27 der Schaltspule 24 ist mit der anderen Feldwicklung 17 des Motors verbunden,
und die gemeinsame Klemme der Wicklungen 16, 17 ist mit dem negativen Überwachungsleiter
28a durch die Schaltspule 34 des Paares von Schaltern 35a verbunden, die den Anker
des Motors mit den Netzleitungen 18 verbinden.
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Die oberen Kontakte des normal geschlossenen dritten Paares von Kontakten
des Schalters 22 und des normal geöffneten vierten Paares von Kontakten sind mit
dem Plusleiter 28 verbunden. Die unteren Kontakte
der beiden Paare
sind mit dem beweglichen Kontakt 36 des Spannungskontrollrelais i9 und dem oberen
der festen Kontakte 37 dieses Relais verbunden, das gleichfalls ein Relais der Mittelstellungsbauart
ist, dessen beweglicher Kontakt 36 in der dargestellten Mittellage bleibt, wenn
sich die Spannung der Ofenspeisung auf dem gewünschten Wert befindet. Die Schaltspule
38 des Spannungskontrollrelais i9 liegt in Brücke zum Hilfskreise, und die Einstellung
des Relais ist veränderlich durch Anordnung eines veränderlichen abgezweigten Autotransformators
39, der in Brücke zum Hilfskreise i liegt.
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Der obere der Relaiskontakte 37 ist v erbunden mit der Feldwicklung
i 1 des Widerstandsregelmotors io und der untere Kontakt 37 mit der anderen Feldwicklung
1-2 dieses Motors. Zwischen die gemeinsame Klemme der Wicklungen i i und 12 und
den Minusdraht 28a ist die Schaltspule 4.o des Schalterpaares 4.i gelegt,
durch welches der Anker io des Widerstandsregelmotors mit den Drähten 28 bzw. 28a
verbunden werden kann.
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Der Widerstand 8 besitzt einen Arm .Iia, der um die Achse 4.2 durch
den Anker io gedreht wird, wobei er dauernd mit dem Widerstand .43 oder damit verbundenen
Kontakten in Berührung ist. Der Arm q.ia trägt eine Kontaktbürste .1.I, die mit
einem Segment .45 zusammenwirkt, dessen Lage in Umfangsrichtung einstellbar ist.
Der Kontakt 4.4. ist ständig in Verbindung mit einem festen Sektor 4.6, der an den
Minusdraht 28a angeschlossen ist. Das einstellbare Segment .45 ist über die Schaltspule
5 des Schalters 3 mit dem unteren Kontakt der normal geschlossenen Kontakte :I7
eines Sperrschalters 4.8 in Verbindung, der durch den Schalter 4. in Tätigkeit gesetzt
wird; der obere Kontakt 47 liegt an einem Leiter .I9. Die normal offenen Kontakte
dieses Schalters q.8 sind parallel den Kontakten des Sperrschalters 5o geschaltet,
der normal offen ist und der durch den Schalter 3 gesteuert wird. Der obere Kontakt
dieses Paares ist in Verbindung mit dem Leiter .I9, und der untere ist über die
Spule 6 in Verbindung mit dem Minusdraht 28a. Der Draht 4.9 ist verbunden mit dem
festen Kontakt i des Walzenschalters 14.. Dieser besitzt eine Mehrzahl von Kontaktsegmenten
von stufenweise abnehmender Länge und solcher Anordnung, daß sie nacheinander feste
Kontakte 53 und I bis VII in der bekannten Weise erreichen. Die verschiedenen Segmente
52 sind sämtlich leitend miteinander verbunden, und der feste Kontakt 53 steht in
Verbindung mit dem Plusdraht 28. Die Kontakte II bis VII sind mit dem Leiter 49
gleichartigen Leitern verbunden, die zu anderen Kondensatoren und ihren nicht dargestellten
Schalteinrichtungen gehören. Der Walzenschalter 14 ist ferner mit einer Mehrzahl
von Schrittschaltkontaktsegmenten o, a,
>> .... g ausgerüstet, die sämtlich
mit den festen Kontakten 26 und 33 zusammenwirken und mit den Segmenten 52 in Verbindung
stehen.
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Es ist zu bemerken, daß die Kontakte 26 und 33 so auseinandergerückt
sind, daß sie zwischen beliebigen zwei Segmenten a, b, c. . . .g liegen und daß
sie so angeordnet sind, daB niemals beide gleichzeitig mit einem einzigen der Segmente
a, b .... in Berührung ,gelangen können. Wirkungsweise Angenommen,
daß anfänglich der Leistungsfaktor i und die Spannung normal ist, so wird bei heißer
werdender Beschickung der Leistungsfaktor im allgemeinen zurückbleiben und dadurch
verursachen, daß der bewegliche Kontakt 13 des Blindleistungsrelais seinen unteren
Kontakt 2o berührt. Dadurch werden die Spule 24, die Feldwicklung 17 und die Spule
34. erregt, da sie zwischen die Steuerdrähte 28 und 28a geschaltet werden. Die Schalter
22 und 35 treten danach in Wirkung, so daß das linke Kontaktpaar des Schalters 22
geöffnet und das zweite Kontaktpaar geschlossen wird, wodurch eine Erregung der
Spulen 2.4 und 34. und der Feldwicklung 17 über den Leiter 29 bewirkt wird, statt
über die Kontakte des Blindleistungsrelais; der Walzenschalter 1.4 beginnt sich
zu drehen, und zwar in der beiliegenden Zeichnung nach rechts. Durch das Arbeiten
des Schalters 22 wird ferner der bewegliche Kontakt 36 des Spannungskontrollrelais
i9 abge- i schaltet und gleichzeitig die Feldwicklung I i des Widerstandsregelmotors
und die Spule 40 der Schalter 4.1 mit den Drähten 28, 28a verbunden. Die beiden
Motoren io und 15 werden deshalb im wesentlichen gleichzeitig in i Tätigkeit gesetzt.
Der Widerstandsregelmotor vergrößert den Widerstand43 im Feldkreise des Hauptgenerators
und senkt infolgedessen dessen Spannung vor Einschaltung des Kondensators 2 in den
Kreis. Wenn das erste und zweite Segment 52 die Kontakte 53 und I berührt haben,
wird das Segment o in Berührung mit dem festen Kontakt 26 sein; dadurch ist die
Spule 2.4 des Schalters 22 kurzgeschlossen, und zwar über die normal geschlossenen
Kontakte des Schalters 21. Der Walzenschalter 14. bewegt sich infolgedessen weiter,
bis der feste Kontakt 26 das Segment o verläßt, während der Leiter 49 mit dem Plusdraht
28 verbunden ist, wobei die Spule 5 des Schalters 3 bereit ist, über die Schalter
48 und 5o sowie dem einstellbaren
Segment45 und die Kontaktbürste44
mit dem Minusdraht 28a verbunden zu werden. Wenn die Arbeitsspule 24 des
Schalters 22 kurzgeschlossen ist, so sind die Feldwicklung ii des Widerstandsregelmotors
und die Spule 40 aberregt, und der Widerstandsregehnotor hört auf sich zu drehen;
die Geschwindigkeiten sind so eingestellt, daß der Widerstand dann so weit bewegt
ist, daß die Bürste 44 Kontakt mit dem Segment 45 macht. Dann wird der Schalter
3 geschlossen und verbindet den Kondensator :2 mit den Klemmen des Hilfskreises
i über den Widerstand 7. Nach einer kurzen Zeitspanne wird infolge des Arbeitens
des Sperrschalters 5o die Spule 6 erregt und schließt den Schalter 4, während der
Schalter 48 die Spule 5 ausschaltet, so daß sich der Schalter 3 wieder öffnet, während
gleichzeitig ein Haltekreis für die Erregung der Spule 6 des Schalters 4 geschaffen
wird.
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Der erreichte Zustand wird unverändert beibehalten, wenn der Leistungsfaktor
wieder auf i durch Einschaltung des Kondensators 2 gebracht worden ist. Wenn aber
die Spannung dann normal wird und der Leistungsfaktor immer noch zurückbleibt, so
wiederholt sich der beschriebene Vorgang, und die Walze 14 geht weiter, bis das
dritte Segment 52 .den festen Kontakt II zur Einschaltung eines zweiten Kondensators
in den Kreis berührt. Wenn zu irgendeiner Zeit dadurch, daß eine zu große Kapazität
im Kreise ist, der Leistungsfaktor unerwünscht voreilt, so wird der bewegliche Kontakt
13 des Blindleistungsrelais den oberen Kontakt 2o berühren und herbeiführen, daß
der Walzenschalter so eingeschaltet wird, daß er sich in umgekehrter Richtung dreht;
in diesem Falle wird der Schalter 2i so beeinflußt, daß er die Spulen 23 und 34
und die Feldwicklung 16 unmittelbar zwischen die Drähte 28, 28a schaltet. Mit Rücksicht
darauf, daß beim Ausschalten von Kondensatoren aus einem Kreise keine vorhergehende
Spannungsänderung notwendig ist, ist -keine Vorsorge getroffen, um das Spannungsrelais
i9 am Arbeiten als Vorbereitung für die Abtrennung eines Kondensators zu hindern.
Es ist leicht erkennbar, daß bei Bewegung des Walzenschalters entgegengesetzt der
zuerst geschilderten Richtung einer der Drähte, z. B. 49, vom Plusdraht 28 abgetrennt
wird, so daß die Spule 6 des Schalters 4 aberregt und der Kondensator vom Kreise
getrennt wird.
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Außer wenn ein Kondensator in den Kreis geschaltet werden soll, ist
das Spannungskontrollrelais i9 immer wirksam. Wenn die Spannung zu irgendeiner Zeit
zu hoch wird, so wird der bewegliche Kontakt 36 den oberen der festen Relaiskontakte
37 berühren und die Feldwicklung i i sowie Spule 4o des Schalterpaares 41 zwischen
die Drähte 28, 28a über den Leiter 35a und das normal geschlossene dritte Paar von
Kontakten des Schalters 22 einschalten. Der Widerstandsregelmotor wird in Gang gesetzt
und führt mehr oder weniger Widerstand 43 in den Feldkreis des Hauptgenerators ein,
wodurch die Spannung auf die Normalgröße zurückgeführt wird, wonach der bewegliche
Kontakt 36 den oberen festen Kontakt 37 verläßt, so daß der Widerstandsregelmotor
stromlos wird und der Widerstand in der neuen Stellung bleibt, bis die Spannung
sich wieder um eine unerwünschte Größe ändert. Sinkt die Spannung unter den verlangten
Wert, so wird der Kontakt 36 des Spannungskontrollrelais den unteren der Kontakte
37 berühren und eine Einschaltung des Widerstandsregelmotors für umgekehrte Drehrichtung
herbeiführen, wodurch ein Teil des Widerstandes 43 ausgeschaltet und eine Spannungsvergrößerung
im Hauptgenerator herbeigeführt wird.