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Selbsttätige Elektrodenregelung für Lichtbogenöfen Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, bei Lichtbogenöfen die Elektrodenstellung selbsttätig den
jeweiligen, Betniebserfordiernii,ssen anzupassen. Es ist bereits bekannt, bei Lichtbogenöfen
den Lichtbogenstrom und die Lichtbogenspannung miteinander zu vergleichen und bei
Abweichungen.dieser beiden Werte von einem vorgegebenen Verhältnis oder einer vorgegebenen
Differenz den Verstellmotor für die Elektroden in dem einen oder dem anderen Sinne
in Tätigkeit zu setzen, bis der gewünschte Betriebszustand wieder erzielt ist. Für
eine Steuerung, die allen Betriebserfordernissen gerecht wird, ist es nun erforderlich,
daß die Verstelleinrichtung bereits bei sehr kleinen Abweichungen anspricht. Andererseits
muß aber dafür gesorgt werden, daß der Motor tatsächlich jeweils nur in einer Drehrichtung
einen Antriebsimpuls erhalten kann. Schließlich ist es wünschenswert, die Verstellgeschwindigkeit
von der Größe der vorhandenen Abweichung abhängig zu machen, wobei zweckmäßig eine
Höchstgeschwindigkeit festgelegt wird die auch bei den größten, plätztich auftretenden
Abweichungen nicht überschritten wird.
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Gemäß der Erfindung werden diese Forderungen in folgender Weise erfüllt:
Zur Speisung des Verstellmotors in der einen oder der anderen Drehrichtung werden
zwei Gruppen von steuerbaren Gas- oder Dampfentladungen vorgesehen, auf deren Steuerung
das Verhältnis von Liehtbogenstrom zu Lichtbogenspannung derart einwirkt, daß bei
Abweichungen von dem vorgegebenen Sollwert stets nur die eine oder die andere Gruppe
zündet. Weiterhin
werden in den Gitterkreisen steuerbare Drosselspulen
vorgesehen, die die Phasenlage der Gitterspannung beeinflussen und die in Abhängigkeit
von dem Verhältnis des Liclitbogenstromes zu der Lichtbogenspannung derart vormagnetisiert
werden, daß der Aussteuerungsgrad 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. Diese vormagnetisierten Drosseln sorgen also dafür, 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
Drosselspulen erreicht werden, ohne eine nennenswerte Einbuße an Empfindlichkeit
dadurch in Kauf nehmen zu müssen. Man kann die Drosseln so bemessen, daß im normalen
Betriebszustand die ständig vorhandenen Steuerimpulse beider Entladungsstrecken
weit im Bereich der negativen Anodenspannungshalbwelle liegen, so daß keine Zündung
erfolgen kann, daß sie aber, wenn die geringste Abweichung vom Sollwert eintritt,
mit außerordentlicher Geschwindigkeit im Sinne der Vorverschiebung nach der positiven
Halbwelle hin eilen, um sofort die Zündung der richtigen Entladungsstreckengruppe
zu bewirken.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i möge i der Lichtbogen sein, der aus einer Wechselspannungsquelle
gespeist wird; dem Lichtbogen ist eine Drosselspule :2 vorgeschaltet und parallel
zu dieser Drosselspule sowie zu dem Lichtbogen selbst sind die Transformatoren bzw.
3 geschaltet. Der Transformator 3 speist mit seiner Sekundärwicklung über eine Entladungsstrecke
mit der Anode 5 und der Kathode 6 einen Widerstand 9, während der Transformator
q. über die Entladungsstrecke 7, 8 an den Widerstand io angeschaltet ist. Da die
Widerstände 9 und io einseitng miteinander verbunden stinfdi, tritt an, ihren äußeren
Klemmen eine Gleichspannung auf, die je nachdem, ob die Spannung des Transformators
3 oder die des Transformators q. die größere ist, das eine oder das andere Vorzeichen
aufweist. Zur Glättung dieser Gleichspannung dienen in bekannter Weise die nicht
näher bezeichneten Drosselspulen und Kondensatoren. Der Verstellmotor 21 ist als
Gleichstromhauptschlußmotor mit den beiden Erregerwicklungen 22 und 23 ausgebildet,
wobei die Erregerwicklung 22 für Rechtslauf, die Wicklung 23 für Linkslauf vorgesehen
ist. Der aus der Erregerwicklung a2 und dem Motoranker 21 gebildete Stromkreis wird
über die steuerbaren Entladungsstrecken 24 und 25 in Doppelweggleichrichterschaltung
aus dem Transformator 28 gespeist, während der die Erregerwicklung 23 umfassende
Stromkreis sinngemäß über den Transformator 29 und die Entladungsstrecken 26 und
27 Energie empfängt. Die den Gittertransformatoren 30 und 31 zugeführten
Steuerspannungen werden an Brückenschaltungen abgegriffen, die sich zur sammensetzen
aus vormagnetisierten Drosselspulen und Ohmschen Widerständen. So besteht die Brückenschaltung
für die Lieferung der Steuerspannungen für die Entladungsstrecken 2¢ und 25 aus
den Arbeitswicklungen der beiden Steuerdrosseln ii und r2 und aus den Widerständen
17
und 18, während die entsprechende Brückenschaltung für die Entladungsstrecken
26 und 27 die Steuerdrosseln 13 und 1q. und die Widerstände i9 und 2o umfaßt. Die
Speisung dieser Brückenschaltungen erfolgt in Parallelschaltung aus einer Wechselspannungsquelle
32.
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Den Vormagnetiis@ierungswicklungen der Steuerdrosseln dieser Brückenschaltungen
werden nun die an den Widerständen 9 und io abgegriffenen Spannungen zugeführt.
Der eine Vormagnetisierungsstromkreis erstreckt sich von der unteren Klemme des
Widerstandes 9 über die Vormagnetis-i-erungswicklungen ider Drossel i i und' 22
und von dort zurück an die obere Klemme des Widerstandes io. Damit die Beeinflussung
der genannten Steuerdrossel nur dann erfolgt, wenn der untere Punkt des Widerstandes
9 gegenüber dem oberen Punkt des Widerstandes io positives Potential besitzt, ist
in diesen Stromkreis noch ein Ventil eingeschaltet, welches hier gebildet wird durch
die Anode 16 und die Kathode 8 desjenigen Entladungsgefäßes, das auch die obenerwähnte
Anode 7 enthält. In gleicher Weise eist in .den Vormagnefiisierungs-stromkreis für
die Drosseln 13 und 1q., der ebenfalls an den Außenklemmen der Widerstände 9 und
io liegt, eine Ventilstrecke, gebildet durch die Anode 15 und die Kathode 6; eingeschaltet.
Durch diese Ventile wird erreicht, daß eine Vorverschiebung der Zündzeitpunkte,
die schließlich eine Zündung der Entladungsstrecken zur Folge hat, jeweils nur in
einem der beiden Brückenkreise auftreten kann. Eine gleichzeitige Speisung beider
Erregerwicklungen des Motors ist also unmöglich gemacht.
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Wie schon erwähnt, liegen die Zündzeitpunkte, wenn der Vormagnetisierungsstrom
in den Steuerdrosseln Null ist, bei negativenWerten derAnodenspannungshalbwelle,
bezogen auf die über den Transformator 28 bzw. 29 zugeführte Anodenwechselspannung.
Sobald ein Vormnägneti@stierungsstrom auftritt, wird das Brückengleichgewicht gestört,
und die. Zündsrnpuflise bzw. die Gitterwechselspannungen beginnen sich im Sinne
der Voreilung zu verschieben. Dadurch, daß bei kleinen Abweichungen diese Verschiebung
außerordentlich kräftig erfolgt, wird es möglich, ohne Einbuße an Empfindlichkeit
die Gitterwechselspannungen im Ruhezustand weit genug zu verschieben, so daß jede
ungewollte Zündung mit Sicherheit vermieden wird. Mit wachsendem Vormagnetisierungsstrorn,
d. h. also mit wachsender Abweichung zwischen Lichtbogenstrom und Lichtbogenspannung
von dem Sollwert, wird die Verschiebungsgeschwindigkeit der Gitterwechselspannungen
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
entsprechende Bemessung der Drosseln mit Sicherheit verhütet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig.2. Auch hier wird in der
gleichen Weise wie in Fig. i an den Außenklemmen der Widerstände g und io eine Gleichspannung
erzeugt, deren Größe und Vorzeichen von der Differenz zwischen Lichtbogenstrom und
Lichtbogenspannung abhängt. Als Ventile zur Gleichrichtung der von den Transformatoren
3 und 4 abgenommenen Wec'hsedspann,ungen dienen im vorliegenden Fall Trockengleichrichter
6o und 61. Der Verstellmotor besitzt wiederum zwei Erregerwicklungen 22 und 23 für
Recht,s-bzw. Linkslauf. Jeder Drehrichtung ist außerdem eine besondere Gruppe von
je zwei Entladungsstrecken 51 und 52 bzw. 53 und 54 zugeordnet. Die Schaltung dieser
Entladungsstrecken ist so gewählt, daß die Speisung in Einwegschaltung nur über
das Rohr 51 bzw. 53 erfolgt. Die Entladungsstrecken 52 bzw. 54 überbrücken dagegen
den Motor einschließlich der betreffenden Erregerwicklungen und gestatten somit
ein Weiterfließen des Stromes in der negativen Halbwelle unter dem Einfluß der Induktivität
der Motorwicklungen.
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In die Gitterkreise der speisenden Entladungsstrecken 51 und 53 werden
ständig positiv gerichtete kurzzeitige Spannungsimpulse zugeführt, die in bekannter
Weise durch einen hochgesättigten gleichstromerregten Transformator 55 erzeugt werden.
Diese Spannungsimpulse können jedoch im Normalzustand noch keine Zündung der Entladungsstrecken
bewirken, da ihnen außerdem noch die von der Batterie 61 gelieferte negative Gittervorspannung
überlagert ist. Die Spitzen der Zündspannungsimpulse ragen also zunächst nicht über
die Zündkennlinie hinaus. Sobald eine Abweichung des Lichtbogenbetriebes von dem
Sollzustand auftritt, wird in dem Gitterkreis des eines Rohres eine weitere Gleichspannungskomponente
eingeführt, die der negativen Vorspannung entgegenwirkt und für dieses Entladungsgefäß
die Zündimpulse zur Wirkung kommen läßt.
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Diesem Zweck dienen die Hilfsentladungsgefäße 43 und 44. Ihre Gitter
stehen im Normalzustand nur unter dem Einfluß der Sperrspannungsquellen 41 und 42,
so daß beide Röhren keinen Strom führen. Sobald jedoch an den Außenklemmen der Widerstände
y und io und damit an den Klemmen des Widerstandes 4o eine Potentialdifferenz 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 Transformator 62 gebildet. Hat z. B. das obere Hilfsentladungsgefäß 44 gezündet,
so entsteht in den Widerständen 47 und 48 ein Strom, der das Potential des Verbindungspunktes
zwischen den beiden Widerständen, der mit dem Gitter des Entludungsgefäßes 53 verbunden
ist, in positiver Richtung verschiebt. Dadurch kommen nunmehr die Spannungsimpulse
im Gitterkreis dieses Rohres zur Wirkung und zünden das Rohr in jeder positiven
Anodenspannungshalbwelle zu einem Zeitpunkt, der sich nach ihrer Phasenlage richtet.
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Bei der gewählten Schaltung der Entladungsstrecken für die Motorspeisung
ist es wichtig, daß beim Brennen der einen Entladungsstreckengruppe das Überbrückungsgefäß
der anderen Gruppe gesperrt bleibt. Andernfalls würde nämlich über die nicht gespeiste
Erregerwicklung dieses Gefäßes ein in sich geschlossener Stromkreis zustande kommen,
der die Induktivität der gespeisten Erregerwicklung praktisch aufheben würde. Die
Überbrückungsgefäße müssen daher ebenfalls mit Steuergittern ausgerüstet werden
und im Falle des Ansprechens der Regeleinrichtung mit entsprechenden Zündspannungen
beaufschlagt werden. Die Sperrspannung für die Entladungsstrecken 52 und 54 wird
ebenfalls durch die Spannungsquelle 61 erzeugt. Gleichzeitig mit der Hebung des
Gitterpotentials des Rohres 53 wird auch durch die an den Widerständen 47 und 48
abgegriffene Gleichspannung das Gitterpotential des Rohres 54 gehoben, so daß dieses
freigegeben wird. Erwähnt seien noch die hochohmigen Widerstände 49 und 5o, die
den Zweck haben, die Spannungen der Transformatoren 3 und 4 von den Widerständen
45 bis 48 fernzuhalten.
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Bisher wurde auseinandergesetzt, daß beim Auftreten einer Ungleichheit
die eine oder die andere Entladungsstreckengruppe Strom zu führen beginnt. Die Größe
der Ausstreuung, die sich dabei einstellt, hängt, wie ebenfalls schon erwähnt, von
der Phasenlage der von dem Transformator 55 erzeugten Spannungsimpulse ab. Die Anpassung
des Aussteuerungsgrades an die Größe der vorhandenen Abweichung erfolgt durch Beeinflussung
der Gleich@stromvormagnetisierung düs Transformators 55, die in bekannter Weise
eine Verschiebung der erzeugten Spannungsimpulse zur Folge hat. Der Transformator
55 besitzt zunächst eine fest eingestellte Gleichstromvorerregung 56. Dieser entgegen
wirkt eine weitere Gleichstromvorerregung, die aus der Wechselstromquelle 57 über
die Gleichrichteranordnung 58 geliefert wird. Die Vorerregung wird also um so schwächer,
je größer die letztgenannte Gleichstromerregung ist. In dem Wechselstromkreis dieser
Erregerwicklung liegt eine Steuerdrossel 59, deren Gleichstromvormagnetisierung
von der Spannung an dem Widerstand 40 abhängt.
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Für die Schwächung der Induktivität dieser Wicklung ist es dabei,
wie man sieht, gleichgültig, mit welchem Vorzeichen die Spannung an dem Wi@ders@tanld
40 auftritt. Sie hängt nur von deren Größe ab. 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 bzw. 53 mit einer sehr kleinen Aussteuerung erfolgt, so wird beim Anwachsen des
Vormagnetisierungsstromes in der Steuerdrossel 5g eine zunächst raschere und dann
immer langsamer werdende Vorverlegung der
Spannungsimpulse stattfinden.
Sobald die Drossel 59 voll gesättigt 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. Durch entsprechende
Bemessungen läßt es sich auch hier erreichen, daß in diesem Zustand der Aussteuerungsgrad
höchstens gerade den Wert von ioo% erreicht hat.