-
Stufenweise unter Last regelbare Drosselspule für Lichtbogenofenanlagen
Bei der Regelung von Transformatoren unter Last macht die Herabregelung der Spannung
bis auf den Nullwert oder einen sehr kleinen Wert keine Schwierigkeiten, sofern
die Erregung des Transformators annähernd gleichbleibend ist und somit die Spannungsverhältnisse
und ebenso die Ausgleichstromverhältnisse von Stufe zu Stufe etwa gleich sind. Soll
dagegen eine in Reihe mit dem Verbraucher liegende Drosselspule einer Lichtbogenofenanlage,
die es ermöglicht, mit dem Fortschreiten des Einschmelzvorganges die dem Ofentransformator
vorgeschaltete Reaktanz zu vermindern, bis auf den Widerstandswert Null oder auf
einen sehr kleinen Wert herabgeregelt werden, dann ergeben sich im Bereich der kleinen
Widerstandswerte andere Verhältnisse als im übrigen Regelbereich. Bei kleinen Widerstandswerten
werden die
Schaltkontakte usw. wesentlich stärker beansprucht.
-
Die Erfindung hat die Aufgabe, auch bei der Widerstandsregelung bis
auf sehr kleine Werte, unter Umständen bis zum Nullwert, eine möglichst gleichmäßige
Beanspruchung der einzelnen Schaltmittel zu erzielen. Das geschieht erfindungsgemäß
dadurch, daß die Widerstandsstufen im Bereich kleinerer Widerstandswerte feiner
sind als im Bereich großer Widerstandswerte.
-
Um nun eine gleichmäßige Teilung der einstellbaren Widerstandsstufen
der Drossel zu erzielen, kann man von einem für Reguliertransformatoren bekannten
Mittel Gebrauch machen. Bei Reguliertransformatoren, die außer einer mit Anzapfungen
versehenen Wicklung noch Mittel zur Umpolung dieser Wicklung, z. B. einen sogenannten
Wendeschalter haben, folgen in der Reihe der Schaltstufen zwei oder drei Schaltstufen
gleichen Potentials aufeinander. Die Potentialgleichheit ist durch die Umpolung
bedingt. Damit sich dies nicht störend auf den Regelvorgang auswirkt, verwendete
man sogenannte Überlaufschalteinrichtungen, die ein Stehenbleiben des Regelwerks
auf diesen Schaltstufen verhüten. Die Regeleinrichtung wird infolgedessen von der
höheren Schaltstufe, die eine betriebsmäßige Dauerstellung ist, über diese Zwischenstufen
oder Ü berschaltstufen gleichen Potentials hinweg auf die nächstniedrigere Spannungsstufe
geschaltet. Eine ähnliche Einrichtung wird für die regelbare Drosselspule verwendet.
Erfindungsgemäß wird jedoch im Bereich kleinerer Widerstandswerte das Verhältnis
dieser Über-oder Zwischenschaltstellungen zu den betriebsmäßigen Dauerstellungen
größer gemacht als im Bereich größererWiderstandswerie. Während jedoch bei den Reguliertransformatoren
die Über- oder Zwischenschaltstellungen gleiches Potential haben, haben bei dem
Erfindungsgegenstand diese Stellungen im Bereich kleinerer Widerstandswerte verschiedene
Widerstandsstufen. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäß ausschließlich wegen
gleichmäßiger Beanspruchung der Schaltmittel angewendete feinere Widerstandsunterteilung
der Drosselspule im Bereich kleinerer `Viderstandswerte für den eigentlichen Regelbetrieb
praktisch unwirksam zu machen und auch in diesem Bereich mit demselben Widerstandsschritt
zu schalten wie in dem Bereich größerer Widerstandswerte.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform erhält man dadurch, daß die Wicklung
der Drosselspule in zwei Teile aufgeteilt ist, von denen der eine mit Anzapfungen
versehene Teil eine Widerstandsregelung beim Entlanggleiten des Lastleiters an den
Anzapfpunkten von etwa q.: i ergibt, während der andere Teil von Anzapfungen frei
ist, und daß dieser letzte Teil mit einer Abschaltvorrichtung versehen ist, nach
deren Betätigung der mit Anzapfungen verseheneTeil eine stufenweise Regelung bis
auf den Widerstandswert Null oder annähernd Null zuläßt.
-
Es zeigen die Fig. i und 2 Schaltskizzen der Gesamtanordnung einer
Ofenanlage im Netz bzw. der Zusammenschaltung der regelbaren Drosselspule mit einem
regelbaren Ofentransformator und die Fig. 3 und .l Ausführungsbeispiele der Erfindung,
wobei alle aus dem Regeltransformatorbau bekannten Einzelheiten fortgelassen sind.
-
Bekanntlich stehen Lichtbogenofenanlagen an der Spitze der Großstromabnehmer.
Die Eigenart des Lichtbogenschmelzbetriebs kann zu störenden Rückwirkungen auf das
Netz führen, Diese Rückwirkungen infolge von Kurzschlüssen im Ofen sind um so größer,
je größer der Anschlußwert des Ofens a (Fig. i), die Reaktanzen der Netzumspanner
d, die Reaktanzen der Leitungen e, die Reaktanzen der Stromerzeuger und ihrer Umspanner
g und f und je kleiner die Reaktanzen des Ofenumspanners F, und der ihm vorgeschalteten
Drosselspule c sind. Um die Rückwirkungen klein zu halten, ist also eine hohe Reaktanz
der Drossel c erwünscht; andererseits beeinträchtigt die hohe Real,-tanz der Drossel
den Leistungsfaktor der Ofenanlage beträchtlich. Da die Kurzschlüsse im Ofen im
wesentlichen nur am Anfang einer Schmelzperiode auftreten, also auch nur anfangs
eine hohe Real,-tanz der Drossel c mit Rücksicht auf die Netzrückwirkung erforderlich
ist, ergibt sich der Wunsch, diese Reaktanz mit dem Fortschreiten der Schmelzperiode
kleiner, d. h. die Drossel regelbar zu machen. Diese Regelung der Drossel bleibt
weitgehend unabhängig von der Regelung der Elektrodenspannung, der eine besondere
Regeleinrichtung dient, die gewöhnlich in der Primärwicklung des Ofentransformators
vorgesehen ist (Fig. 2), oder des Ofenstromes, der meist durch Heben bzw. Senken
der Elektroden erzielt wird. Man kann daher dem Ablauf der Schaltvorgänge an der
regelbaren Drossel annähernd auf allen Anzapfungen einen gleichbleibenden Strom
unterstellen. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich für eine regelbare Drossel
mit geradliniger Charakteristik, die in üblicher Weise in gleiche Impedanzstufen
unterteilt ist und beispielsweise 83,5 Amp. bei maximal 6ooo Volt aufnimmt, deren
Impedanz also maximal 72 _2 beträgt, bei acht Stufen folgende Verhältnisse: Auf
den einzelnen Anzapfungen abgreifbare Impedanzwerte: o, g, 18, 27, 36, 45, 54.,
63, 72 S2, wobei die Anzapfungen nach 128, 180, 22 i, 256, 285, 312, 338, 36o Windungen
angeordnet seien. Man erhält dann folgende Spannungsverteilung an den Kontakten
i bis 8 (vgl. Fig.5) bei Stellung des beweglichen Stromabnehmers
| Spannungsdifferenzen |
| auf o bis i j o bis 2 1 o bis 3 1 o bis 4 1 o bis 5 o bis
6 o bis 7 o bis 8 |
| 1 ......... 6ooo 5630 5200 4750 4270
I 368o 3000 2130 |
| 2 ......... 5590 5250 4850 4430 3980 3430 2795 199o |
| 3 ......... 5190 4875 4500 4110 369o 3190 2595 1845 |
| 4 ......... 4740 4450 4110 3750 3370 291o 2370
1685 |
| 5 ......... 4215 396o 366o 3340 300 0 2590
2110 1500 |
| 6 ......... 3665. 3440 318o 2900 2605 225 0
1835 1305 |
| 7 ......... 3000 282 0 260o 2375 2135 1840
1500 1o67 |
| 8 ......... 211o 198o 186o 1670 1500 1295 1055 750 |
| bzw. zwischen den Kontakten |
| auf o bis 8 8 bis 7 1 7 bis 6 1 6 bis -5 1 5 bis 4 4 bis
3 3 bis 2 2 bis i |
| i ......... 2130 870 68o 590 48o 450 430 370 |
| 2 ......... iggo 805 635 550 450 420 _400 340 |
| 3 ......... 1845 750 595 500 420 390 375 315 |
| 4 ......... 1685 685 540 46o 38o 36o 340 290 |
| 5 ......... 1500 61o 480 410 34o 320 300 255 |
| 6 ......... 1305 530 _415 355 295 28O 26O 225 |
| 7 ......... 1o67 433 340 295 240 225 220 18o |
| 8 ......... 75 0 305 240 205 170 i90
130 120 |
Die Stufenspannung springt beim Übergang auf den Nullwert der Impedanz fast auf
den doppelten Wert der übrigen Stufen. Außerdem tritt in dem Fall, in dem alle Windungen
eingeschaltet sind, zwischen den benachbarten Kontakten 8 und o eine Spannung von
2130 Volt auf gegenüber maximal 87o Volt zwischen den übrigen Kontakten. Da die
Stufenregeleinrichtung des einfacheren mechanischen Aufbaues wegen so ausgeführt
wird, daß je Stufe gleiche Schaltschritte zurückgelegt werden, müssen die Kontakte
auch gleiche Entfernungen untereinander haben, ausgenommen Anfang und Ende der regelbaren
Wicklung. Das Auftreten der hohen Spannung zwischen zwei benachbarten Kontakten
kann die Verwendung der Stufenregeleinrichtung mit Rücksicht auf die zulässige Spannungsbeanspruchung
ausschließen.
-
Werden dagegen erfindungsgemäß die Widerstandsstufen im Bereich kleinerer
Widerstandswerte feiner gemacht als im Bereich großer Widerstandsstufen, betragen
also z. B. die auf den einzelnen Anzapfungen der Drossel abgreifbaren Impedanzwerte
o, 3, 6, 17, 28, 39, 50, 61,
72 S2, wobei die Anzapfungen nach 73, 104, 175,
224, 265, 300, 331, 360 Windungen angeordnet seien, so erhält man folgende Spannungsverteilung
| auf I o bis i ( o bis 2 I o bis 3 I o bis 4 ( o bis 5 I
o bis 6 I o bis 7 I o bis 8 |
| 1 ......... 6ooo 55a0 5000 4410 3730 2920 1735
1250 |
| 2 ......... 5550 5100 462o 4090 3450 2700 160o
1125 |
| 3 ......... 5000 460o 4170 368o 3110 2430 1445 1015 |
| 4 ......... 4410 406o 368o 325 0 275 0
2150 1275 895 |
| 5 ......... 3740 3440 3120 276o 233 0 i820 io8o
76o |
| 6 ......... 292O 2680 2430 2150 182O 1420 845 58o |
| 7 ......... 1750 1590 1440 1270 1075 840 5_ 0 0
350 |
| 8 ......... 1230 1130 1030 gio 770 60o 355 250 |
| bzw. zwischen den Kontakten |
| auf o bis 8 8 bis 7 1 7 bis 6 ( 6 bis 5 1 5 bis 4
1 4 bis 3 1 3 bis 2 1 2 bis r |
| 1 ......... 125o I 485 x185 81o 68o 59o 520 .18o |
| 2 ......... 123o 475 lxoo 750 64o 53o _48o 450 |
| 3 ......... 1o15 430 985 68o 570 490 430 400 |
| 4 ......... 895 38o 875 6oo _500 43o 38o 35o |
| 5 ......... 76o 32o 74o 51o 43o 36o 320 300 |
| 6 ......... 58o 265 _575 400 330 280 250 2.40 |
| 7 ......... 35o _15o 34o 235 195 170 15o 16o |
| 8 ......... 25o 1o5 245 17o 14o 12o 100 10o |
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Fig. 3
und 4. Die Wicklung der Drosselspule ist in zwei Abschnitte I und II unterteilt.
Der Abschnitt I hat die Anzapfungen x bis 5, der Abschnitt II hat keine Anzapfung,
ist aber mit einer Abschaltvorrichtung S versehen, die aus den feststehenden Kontakten
7, 8 und dem beweglichen Umschalter 9 besteht. Die Anzapfstellen 1 bis 5 sowie das
Ende 6 des Wicklungsabschnittes II sind in bekannter Weise zu den im Kreise angeordneten
Kontakten einer Regelschaltereinrichtung R mit den Stufenwählerkontakten 1o, 1x
geführt, von denen der Strom in bekannter Weise über einen Lastschalter zu dem einen
Lastleiter geführt ist; der andere Lastleiter ist bei 12 angeschlossen.
-
Die Konstruktion und Wirkungsweise solcher Reguliereinrichtungen ist
in allen Einzelheiten aus dem Transformatorenbau bekannt und soll deshalb hier nicht
näher erläutert «-erden. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch die besondere Unterteilung
der M'icklung in die Abschnitte I und II. Wird in der dargestellten Lage des Umschalters
9 die Regeleinrichtung R an den Anzapfungen x bis 5 entlang geschaltet, dann ändert
sich stufenweise der Widerstand der Drossel im Verhältnis 4:1. Um gleiche Widerstandsstufen
zu erzielen, teilen die Anzapfstellen 2, 3, 4 die Wicklung I in quadratischem Verhältnis.
'Während des erwähnten Schaltvorganges sind die Beanspruchungen des Regelwerks R
hinsichtlich Spannungshöhe, Ausgleichsströme usw. durchweg die gleichen.
-
Würde man nun bei der weiteren Herabregelung des Widerstandes den
Wicklungsabschnitt II auf einmal oder in bestimmten Stufen abschalten, dann würden
sich um so stärkere Beanspruchungen der Regeleinrichtung ergeben, je kleiner der
Widerstandswert der Drossel wird.
-
Um nun eine durchweg gleichmäßige oder annähernd gleichmäßige Beanspruchung
der Regeleinrichtung R zu erzielen, wird beim weiteren Herabregeln nach dem überschatten
der Stufenwähler von der Stufe 5 auf die Stufe 6 des Umschalters 9 der Abschaltvorrichtung
S von dem Kontakt 8 auf den Kontakt 7 umgelegt. Werden nun die Stufenwählerkontakte
unter Beibehaltung der bisherigen Drehrichtung auf die Anzapfung I «-eitergeschaltet,
dann ist jetzt der Wicklungsabschnitt II abgeschaltet, und mittels des Wicklungsabschnittes
I kann nun unter stets gleichbleibender oder annähernd gleichbleibender Beanspruchung
die Regeleinrichtung bis auf den Nullwert herabgeregelt werden.
-
Damit die Regelmäßigkeit der Regelung bei der Betätigung der Abschaltvorrichtung
S nicht gestört wird, wird, wie Fig. 4 schematisch zeigt, der Selbstinduktionskoeffizient
einer zum Überschalten dienenden Drossel 13 selbsttätig bei der Betätigung der Abschaltvorrichtung
S geändert, und zwar dadurch, daß der eine Lastleiter 14 beim Umlegen des Umschalters
9 auf den Kontakt 7 mittels des Schalters 15 von der Anzapfung 16 auf die Anzapfung
17 der Drossel 13 umgeschaltet wird. Die Schaltdrossel 13 wird derart bemessen,
daß ihr Widerstandswert etwa gleich der Hälfte der `'Widerstandsdifferenz benachbarter
Anzapfstellen ist, oder genauer, daß ihr Selbstinduktionskoeffizient etwa gleich
der Differenz aus den geometrischen Mitteln der Selbstinduktionskoeffizienten benachbarter
Schaltstufen und dem Selbstinduktionskoeffizienten der niedrigeren Schaltstufe der
Hauptdrossel ist. Entsprechendes gilt für die Anzapfung 17 der Drossel. Die selbsttätige
Umlegung des Schalters 15 und des Schalters 9 kann in bekannter Weise dadurch erfolgen,
daß mit den Stufemwählerkontakten 1o, 11 der eine Teil eines 3lalteserkreuzgetriebes
verbunden ist, dessen anderer Teil die Schalter 9 und 15 antreibt, wenn die Regelvorrichtung
R gerade einen vollen Umlauf zurückgelegt hat.
-
Wird das Regelwerk der Drossel motorisch angetrieben, dann wird man
meist bestimmte Stellungen, die nicht als Dauerstellung dienen sollen, durchlaufen
lassen, indem man durch bekannte Mittel ein Stillstehen des Motors in diesen Stellungen
verhütet. Diese bekannten Einrichtungen arbeiten in der Hauptsache derart, daß beim
Niederdrücken eines Steuerknopfes der Regelwerksmotor anläuft und sich eine Selbsthaltung
herstellt, so daß er auch
beim Loslassen des Steuerknopfes weiterläuft.
Im allgemeinen wird bei Erreichen der nächstfolgenden Schaltstellung dieSelbsthaltung
unterbrochen; wird aber beispielsweise auf der Anzapfstufe 5 (Fig. 3) der Steuerknopf
betätigt, dann darf die Regelvorrichtung nicht auf der nächsten Stufe 6 stehenbleiben,
da diese den gleichen Widerstandswert hat und die Steuerknopfbetätigung also keine
Widerstandsänderung zur Folge hätte, sondern die Selbsthaltung muß auch beim Vorbeiwandern
an der Anzapfstelle 6 aufrechterhalten bleiben, so daß der Motor bis über die Stellen
6 und i zur nächsten wirksamen Stelle 2 durchläuft.
-
Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung' würde nach Umlegen des Schalters
9 auf den Kontakt 7 das Regelwerk R nacheinander wieder die Anzapfstellen 3 bis
5 durchlaufen. Es würden sich dann aber kleinere Widerstandsstufen ergeben. Für
die gleichmäßige Beanspruchung der Reguliervorrichtung R ist dies zwar erforderlich,
für den Betrieb wird es im allgemeinen aber unerwünscht sein. Um eine zu feinstufige
Widerstandsänderung bei kleinen Widerstandswerten zu vermeiden, empfiehlt es sich
deshalb, auch jede zweite oder dritte usw. Anzapfstelle vom Regelwerk durchlaufen
zu lassen, indem man die Selbsthaltung des Motors entsprechend lange aufrechterhält.
Man wird also die Zahl der Dauerstufen in dem Bereich kleineren Widerstandes gegenüber
der Zahl der Dauerstufen im Bereich größeren Widerstandes durch Erhöhung der
Üb erlaufspunkte verringern. Erfindungsgemäß wird diese Verringerung selbsttätig
bei der Betätigung der Abschaltvorrichtung S vorgenommen.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sich der Widerstand der Drosselspule
unter durchweg gleichmäßiger oder annähernd gleichmäßiger Beanspruchung der Reguliervorrichtung
bis auf den Nullwert bzw. bis auf sehr kleine Werte herabsetzen läßt. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß trotz Verwendung mehrerer fein unterteilter Schaltstufen
für den Bereich kleiner Widerstände die Staffelung der wirksamen Dauerstellungen
über den ganzen Widerstandsbereich gleich groß gemacht werden kann.