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Vorrichtung zur Messung des Widerstandes in Elektrodenschmelzöfen während des Betriebes
In Elektrodenschmelzöfen für Roheisenherstellung ist der Widerstand in den Elektrodenstromkreisen stark von dem Säuregrad der Charge abhängig, so dass die Bedienung des Ofens erleichtert werdenkann, wenn der Widerstand während des Betriebes genau gemessen werden kann. Wegen der Induktanz in den Elektrodenstomkreisen ist es nicht ausreichend, die Gesamtimpedanz zu bestimmen, sondern man hat bisher Öfen dieser Art mit cos cp - Messern ausgerüstet, die in Ohm geeicht sind. Diese Art von Messinstrument misst jedoch nur das Verhältnis zwischen Widerstand und Induktion, so dass die Ablesung stark von der Ofeninduktion und der Netzfrequenz abhängig ist.
Die Mängel der bekannten Messvorrichtung werden durch die Erfindung ganz vermieden, die einen elektrodynamischen Quotientenmesser derselben Art wie der bisher verwendete cos cp - Messer, aber in einer andern Schaltung benützt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Feldspule als auch die eine Drehspule direkt oder indirekt mit einer der Elektroden des Ofens in Reihe geschaltet sind, während an die andere Drehspule direkt oder indirekt die an der gleichen Ofenelektrode gegen Erde liegende Spannung angeschlossen ist.
Die Erfindung soll im nachstehenden an Hand der Zeichnung beschrieben werden, die schematisch einen Drehstrom-Elektrodenschme1zofen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Messung des Widerstandes in einem der drei Elektrodenstromkreise zeigt.
In der Zeichnung bezeichnet 10 einen Drehstrom-Elektrodenschmelzofen mit geerdetem Ofenboden und drei Elektroden X, Y, Z, die von einem Netz R S T gespeist werden über einen Ofentransformator mit den Phasenwicklungen 11, 12, 13. Der Ofentransformator ist wie üblich sekundärseitig dreieckgeschaltet, primärtsitig sterngeschaltet und mit Regeleinrichtungen versehen, durch die das Übersetzungsverhältnis und hiemit die Ofenleistung geändert werden kann.
In den primären Anschlussleitern des Ofentransformators 11, 12, 13 sind drei Stromwandler 14, 15, 16 eingeschaltet, deren Sekundärspulen wie der Ofentransformator 11, 12, 13 in Dreieck geschaltet und an die Primärseiten von drei weiteren Stromwandlern 17, 18, 19 angeschlossen sind, die primärseitig sterngeschaltet und mit Regeleinrichtungen versehen, die mechanisch mit den Regeleinrichtungen des Ofentransformators 11, 12, 13 gekuppelt sind, so dass das Übersetzungsverhältnis der Stromwandler 17, 18, 19 immer in einem bestimmten Verhältnis zu dem des Ofentransformators 11, 12, 13 steht.
Die Sekundärwicklungen de : Stromwandler 17, 18, 19 sind in üblicher Weise mit (nicht dargestellten) Strommessern und gegebenenfalls mit selbsttätig wirkenden Elektrodennachschubvorrichtungen verbunden und ausserdem mit den erfindungsgemässen Widerstandsmessern. Ein solcher ist nur für die Elektrode z dargestellt. Entsprechende Widerstandsmesser für die übrigen Elektroden können in derselben Weise in den übrigen Phasen angeordnet sein.
DerWiderstandsmesser 20 ist ein elektromagnetischer Quotientenmesser in Gestalt eines Kreuzspuleninstruments mit einer festen Feldspule 21, die an die Sekundärwicklung des Stromwandlers 19 angeschlossen ist, und zwei Drehspulen 22 und 23, die sich um eine Achse 25 drehen. Die Drehspule 23 greift die Spannung zwischen der Elektrode z und dem geerdeten Ofenboden ab unter Reihenschaltung eines Widerstandes 26 in derselben Weise wie bei den bisher verwendeten cos cp - Messern. Die andere Drehspule 22
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ist jedoch nicht wie bisher an die Elektrodenspannung über eine Reaktanz angeschlossen, sondern mit der Sekundärspule eines Stromwandlers 27 verbunden, dessen Primärspule mit der Feldspule 21 in Reihe geschaltet ist.
Der Stromwandler 27 beeinflusst die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht, sondern er hat nur die Aufgabe, den Strom in der Drehspule 22 auf einen Wert zu senken, der mit Rücksicht auf die Zuleitung zur Spule 22 mit normalem Leiterquerschnitt zweckmässig ist.
Bei der dargestellten Vorrichtung ist der Strom in der Feldspule 21 und in der Drehspule 22 immer verhältnisgleich und in Phase mit dem Strom von der Elektrode z zum Ofenboden, während der Strom in der Drehspule 23 verhältnisgleich und in Phase mit der Spannung zwischen der Elektrode z und dem Ofenboden ist. Der Mittelwert der elektromagnetischen Kräfte am Umfang der Drehspulen 22 und 23 wird hiedurch in bekannter Weise verhältnisgleich mit dem Quadrat des Elektrodenstromes bzw. der Wirkleistung zwischen Elektrode und Ofenboden.
Die richtkraftlosen Drehspulen 22, 23, die einen festen Winkel ss miteinander bilden, drehen sich in bekannter Weise in eine Gleichgewichtslage, wo die Momente der Kräfte sich aufheben, wobei der Ausschlag a des Instruments 20 eine eindeutige Funktion des Quotienten der Kräfte wird, die auf die Drehspulen 22,23 wirken. Der Instrumentausschlag ist also erfindungsgemäss ein Mass für den Quotienten aus der Wirkleistung und dem Quadrat des Stromes in dem betreffenden Teil des Ofens 10. Dieser Quotient ist jedoch definitionsgemäss gleich dem Widerstand zwischen der Elektrode z und dem Ofenboden, so dass das Messinstrument direkt in Ohm geeicht werden kann. Da weder die Ofeninduktanz noch die Frequenz in die Gleichung für den Zeigerausschlag eingeht, veranlassen diese Grössen keine Fehlanzeigen in der vorliegenden Vorrichtung.
Die Erfindung ist in keiner Weise an das gezeigte Schaltbild oder die gezeigte Ausführung des Quotientenmessers gebunden, sondern es können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, ohne dass sich die Wirkungsweise der Vorrichtung ändert. Das vorliegende Schaltbild hat sich indessen als besonders vorteilhaft erwiesen, während der gezeigte Quotientenmesser mit Vorteil durch die modernere Ausführungsform mit zwei mechanisch gekuppelten. aber magnetisch getrennten Wattmeter-Systemen ersetzt werden kann. Indem man den Winkel B zwischen den Drehspulen 22 und 23 kleiner als 900 macht, kann man gewöhnlich eine Linearisierung der Skala des Instrumentes innerhalb des in Frage kommenden Messbereichs erzielen. Der günstigste Wert des Winkels ss wird dadurch abhängig von dem Verhältnis zwischen der grössten und kleinsten Resistanz,. die man messen will.
Das Aussehen der Skala kann auch in bekannter Weise geändert werden durch eine besondere Ausbildung der Polschuhe in den zwei Wattmeter-Systemen eines modernen Quotientenmessers.