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Elektrische Regeleinrichtung für Lichtbogenöfen
Die Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung für Lichtbogenöfen zur Regelung der
Elektrodenstellung in Abhängigkeit von der Schmelzleistung.
Bei bekannten Regeleinrichtungen insbesondere für Gleichstrom-Lichtbogenöfen wird allgemein die Elektrode in Abhängigkeit von Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom verstellt und der Abstand zwischen Elektrode und Metallschmelze eingestellt. Für gewöhnlich erfolgt diese Regelung der
Elektrodenstellung mittels eines Impedanzreglers, der ein bestimmtes Verhältnis zwischen
Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom aufrechterhält. Beispielsweise ist eine Einrichtung beschrieben worden, bei welcher die Elektrode in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung verstellt wird (Impedanzsteuerung). Eine andere bekannte Variante der
Impedanzsteuerung beruht darauf, jene Komponente der Lichtbogenspannung zu ermitteln, die mit dem
Lichtbogenstrom phasengleich ist und diese Spannungskomponente mit dem Strom zu vergleichen.
Jede reine Impedanzsteuerung leidet aber an einem Mangel, denn weil der Zusammenhang zwischen
Lichtbogenimpedanz und Schmelzleistung nichtlinear ist, besteht auch keine von der jeweiligen Leistung unabhängige Proportionalität zwischen den Änderungen der Leistung und der Lichtbogenimpedanz. Die Lichtbogenleistung erreicht bei einem bestimmten Wert des Stromes ein Maximum und fällt bei Änderungen des Stromes in beiden Richtungen ab.
Bei manchen Schmelzvorgängen kann es aber durchaus erwünscht sein, in einem beliebigen Punkt der Schmelzleistungs-Strom-Kurve zu arbeiten, beispielsweise im Bereich eines langen Lichtbogens, innerhalb dessen die Leistung mit steigendem Strom anwächst, oder mit kurzen Lichtbogen, also innerhalb des Bereiches, in welchem die Leistung mit abnehmendem Strom ansteigt, oder im Bereich maximaler Lichtbogenschmelzleistung. Die bekannten Einrichtungen erlauben es nicht, die Elektrodenstellung in allen Punkten dieser Kurve in sämtlichen Arbeitsbereichen einwandfrei zu regeln.
Ferner fehlt ihnen die Anpassungsfähigkeit, die bei Elektro-Lichtbogenöfen erforderlich ist, die mit Gleichstrom oder Dreiphasenwechselstrom und abschmelzender Elektrode arbeiten. Wird ein der Leistung proportionales Signal als Regelsignal verwendet, so kommt es häufig zu unnötigen Regelbewegungen der Elektrode, weil Schwankungen dieses Signals nicht kompensiert sind. Ferner sind die Leistungsverluste des Stromkreises von Phase zu Phase unterschiedlich, so dass zur Erzielung bester Schmelzbedingungen ein Ausgleich der Lichtbogenschmelzleistung jeder Phase erforderlich wird, woraus sich unterschiedliche Leistungswerte für jede Phase ergeben können.
Um diesen Schwierigkeiten zu entgehen, ist vorgeschlagen worden, ein für den jeweiligen Betriebszustand des Lichtbogenofens charakteristisches elektrisches Signal zu bilden, und die Momentanwerte dieses Signals laufend mit einem Sollwert zu vergleichen, nämlich die zeitlichen Änderungen dP/dt bzw. dIldt der Leistung P bzw. des Stromes I zu ermitteln und aus deren Verhältnis vorzeichenrichtig die Differentialquotienten dP/dI zu bilden.
Die Steuerung der Regeleinrichtungen für den Stellantrieb der Elektroden ist von den Grössen DP/dt und DI/dt abgeleitet. Schwierigkeiten ergeben sich hier aber hauptsächlich daraus, dass allen Schwankungen der Bogenspannung bzw. des Bogenstromes in den Steuermechanismus eingehen, auch wenn sie ausserhalb des Ofens, nämlich im Versorgungsnetz begründet sind.
Ziel der Erfindung ist eine Regeleinrichtung, die von all den erwähnten Mängeln frei ist. Dieses
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Ziel lässt sich mit einer Regeleinrichtung der eingangs umrissenen Art erreichen, bei welcher erfindungsgemäss an den Ausgang eines an den Elektrodenleiter angeschlossenen Schmelzleistungs-
Istwertgebers eine Integriefstufe angeschlossen ist, der ein mit einem Schmelzleistungs-Sollwertgeber verbundener Leistungsvergleicher nachgeschaltet ist, wobei die Integrierstufe zur Abgabe eines ersten elektrischen, der mittleren Schmelzleistung proportionalen Signals und der Schmelzleistungs-
Sollwertgeber zur Abgabe eines zweiten elektrischen, der Grösse einer vorgegebenen Schmelzleistung proportionalen Signalen,
der Leistungsvergleicher zur Abgabe eines der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal proportionalen Signals eingerichtet sind, und das Differenzsignal einer
Steuerschaltung für einen Elektroden-Stellmotor zum Heben und Senken der Elektrode in
Abhängigkeit von diesem Signal zugeführt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Schmelzleistungs-Istwertgeber wie an sich bekannt, über einen Stromwandler mit dem Elektrodenleiter sowie mit diesem und dem Nulleiter verbunden und zur Abnahme des Elektrodenstroms und der Lichtbogenspannung sowie zu deren
Kombination und zur Abgabe eines dieser Kombination entsprechenden Signals ausgebildet. Ferner ist die Integrierstufe zur Mittelwertbildung des Signals über eine vorgegebene Zeitdauer dem Schmelzleistungs-Istwertgeber nachgeschaltet und dem mit einem vom Schmelzleistungs-Sollwertgeber ausgesandten, der vorgegebenen Schmelzleistung proportionalen elektrischen Signal beaufschlagten sowie zur Abgabe eines Stellsignals an die Steuerschaltung des Stellmotors eingerichteten Leistungsvergleicher vorgeschaltet.
Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung ist auch in Fällen anwendbar, in denen während des Betriebes übergänge von dem ansteigenden auf den abfallenden Ast der Strom-Leistungskurve zu erwarten sind. Für diese Fälle genügt es, einen vorzugsweise über den Stromwandler an den
Elektrodenleiter angeschlossenen Umwandler vorzusehen, dessen Ausgangssignal zur Kennzeichnung des vom Leistungsvergleicher abgegebenen Differenzsignals mit einem Signum herangezogen ist, wobei der
Leistungsvergleicher zum Abtasten des Arbeitspunktes des Ofens mit Berücksichtigung des Bereiches maximaler Schmelzleistung und zur Festlegung der Elektrodenbewegungsrichtung ausgebildet ist, wenn das erste Signal angenähert gleich dem zweiten Signal ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind ein mit dem Elektrodenleiter verbundener Leistungsfaktor-Istwertgeber, dessen Ausgang sowie der des
Schmelzleistungs-Istwertgebers an je einen Eingang der Integrierstufe angeschlossen sind, sowie eine erste, vom Leistungsfaktor-Istwertgeber erregbare Steuerschaltung, welche zur Ansteuerung von Relais eingerichtet ist, und eine zweite, vom Leistungsvergleicher erregbare Steuerschaltung, welche zur Ansteuerung von Relais ausgebildet ist, vorgesehen, wobei die erstgenannten Relais in Abhängigkeit vom Über-bzw.
Unterschreiten eines vorbestimmten Wertebereiches zum Ansprechen bringbar oder bei Vorliegen eines diesen Wertbereiches entsprechenden Signals unerregbar sind, sowie die zweitgenannten Relais in Abhängigkeit von der Polarität des Differenzsignals erregbar bzw. bei Signum Null unerregbar sind, und überdies ist die Regeleinrichtung zum Heben und Senken der Elektrode mit der ersten und zweiten Steuerschaltung elektrisch verbunden. Diese Schaltung lässt sich in einfachster Weise ausgestalten.
Zur Erzielung des gewünschten Leistungsfaktors empfiehlt sich die Verwendung von Anzapftransformatoren mit einem Anzapfumschalter. In diesen Fällen kann ein Schaltkreis zur Steuerung des Trafo-Anzapfumschalters vorgesehen sowie dem Leistungsfaktor-Istwertgeber ein Leistungsfaktormesser nachgeschaltet sein, der zum Vergleichen des Istwertes mit einem Leistungsfaktor-Sollwert sowie zur Abgabe eines der Differenz zwischen den beiden Werten proportionalen Signals ausgebildet ist, welches an den Eingang des erwähnten Schaltkreises gelegt ist, dem ein Leistungsschaltschütz nachgeschaltet ist, wobei der Schaltkreis folgerichtig zur Bewegung der Elektrode aus der Schmelze, zum Wechseln der Trafo-Anzapfung und zum Schliessen des Schützes bei Annäherung des ersten Signals an das zweite Signal eingerichtet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Regeleinrichtung, Fig. 2 ein Diagramm mit mehreren Kennlinien, in welchem auf der Ordinate die Leistung auf der Abszisse der Strom aufgetragen ist und auch die verschiedenen Arbeitsbereiche dargestellt sind, und Fig. 3 bis 5 schematisch je eine abgewandelte Regeleinrichtung nach der Erfindung.
Fig. 1 veranschaulicht einen schematisch gestrichelt dargestellten Ofen-10-mit drei Elektroden-12, 13 und 16--. Jede Elektrode ist über einen Leiter-18 bzw. 20 bzw. 22-mit einer als Dreiphasentransformator--24--ausgebildeten Stromquelle verbunden und der Ofen ist an einen Null-Leiter --23-- des Transformators angeschlossen. Der Elektrodenantrieb enthält einen eigenen Motor für jede Elektrode, wobei diese Elektrodenstellmotore-27, 29 und 31-an die
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Halterungen für die Elektroden-12, 14 bzw. 16-mechanisch angekoppelt sind.
Die die elektrische Regelschaltung für jede Phase und damit jede Elektrode gleich aufgebaut ist, zeigt Fig. 1 die Regelschaltung nur für eine Elektrode, nämlich die Elektrode-16--. Um ein Stromsignal zu gewinnen, ist ein Stromwandler --26-- mit dem Elektrodenleiter --22-- der Elektrode --16-- induktiv gekoppelt. In ähnlicher oder gleicher Weise sind Stromwandler-28 und 30-- für die Elektroden-14 bzw. 12-vorgesehen.
Um ein der Lichtbogenspannung proportionales Spannungssignal zu erhalten, ist eine Leitung --32-- dicht benachbart der Elektrode --16-- mit dem Elektrodenleiter --22-- elektrisch verbunden, während eine zweite Leitung-34--, die die Null-Spannung aufnimmt, an den Ofen--10--elektrisch angeschlossen ist.
Zur Auswertung des Lichtbogenstromsignals und des Lichtbogenspannungssignals sind drei Messwertwandler vorhanden, u. zw. ein Schmelzleistungs-Istwertgeber--36--zur Messung der Lichtbogenleistung, ein Leistungsfaktor-Istwertgeber--38--und ein auf den Elektrodenleiter angeschlossener Umwandler--40--.
Die Grundschaltung zur Regelung der Elektrode --16-- umfasst den Schmelzleistungs-Istwert- geber--36--, eine Integrierstufe--42--zur Leistungsmittelwertbildung, ein Leistungsvergleicher --44--, ein Schmelzleistungssollwertgeber --46--, eine Steuerschaltung --48-- und den
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dem Gleichphasenprodukt der Eingangssignale proportional ist. Wegen der Schwankungen des Lichtbogenstromes und der Lichtbogenspannung während des Schmelzvorganges ist es zweckmässig, den Mittelwert der Leistung zu ermitteln. Für diesen Zweck wird das Ausgangssignal des
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Integrierstufe--42--zugeführt,zugeführt.
Es wird dann mit einem der gewünschten Lichtbogenschmelzleistung proportionalen Gleichstromsignal verglichen, das einem Schmelzleistungs-Sollwertgeber-46--entnommen und an Klemmen --58-- die den Leistungsvergleicher --44-- eingespeist wird. Mittels des so gewonnenen Differenzsignals wird ein zweckentsprechender Leistungsregler gesteuert, beispielsweise die Steuerschaltung--48-- (Querfeldverstärkermaschine), deren Feldwicklung--62--dieses Signal von
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die Elektrode--16--hochfährt oder absenkt.
Die elektrischen Arbeitskennlinien des Elektro-Lichtbogenofens sind in Fig. 2 dargestellt, u. zw. zeigt die Kurve-63-- die aufgenommene Leistung in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom, die Kurve - die Lichtbogenschmelzleistung in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom und die Kurve - den Leistungsfaktor in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom. Die Leistungsfaktorkurve - fällt mit wachsendem Lichtbogenstrom ab. Die Kurve --63-- für die aufgenommene Leistung steigt auf einen Höchstwert bei einem Leistungsfaktor von ungefähr 0, 707 an und fällt dann mit steigendem Lichtbogenstrom ab. Die Lichtbogenschmelzleistungskurve-64-steigt bis zu einem Höchstwert an, der bei einem Leistungsfaktor von näherungsweise 0, 74 bis 0, 76 auftritt.
Die Trennstelle der mit "langer Lichtbogen" --LA-- un d"kurzer Lichtbogen" --SA-- bezeichneten Bereiche fällt näherungsweise mit dem Scheitelpunkt der Lichtbogenschmelzleistungskurve--64-zusammen. Diese und der weitere Arbeitsbereich werden weiter unten noch näher erläutert.
Die elektrischen Kennlinien des Elektro-Lichtbogenofens (Fig. 2) sind derart beschaffen, dass die Kurve--64--, die die Lichtbogenleistung in 103 kW aufgetragen, über dem Lichtbogenstrom darstellt, nichtlinear verläuft. So führt eine von der Optimalstelle der Kurve--64--ausgehende weitere Erhöhung des Lichtbogenstroms zu einem Abfall der Lichtbogenleistung, die mittels des Schmelzleistungs-Istwertgebers--36--erfasst wird. Es ist infolgedessen vorteilhaft, einen Messwertumsetzer vorzusehen, der den Arbeitspunkt für optimale Lichtbogenschmelzleistung ermittelt.
Der auf den Elektroden-Leiter angeschlossene Umwandler --40-- nimmt das Lichtbogenstromsignal vom Stromwandler --26-- auf und wandelt dieses Signal in ein Gleichstrom-Ausgangsignal um, das dem Lichtbogenstrom proportional ist. Das Ausgangsignal des auf den Elektrodenleiter angeschlossenen
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Umwandlers--40-wird dann an den Klemmen --66-- des Leistungsvergleichers --44-zugeführt. Um festzustellen, welche Polarität die von der Steuerschaltung --48-- gelieferte Spannung haben muss und in welcher Drehrichtung dementsprechend der Elektroden-Stellmotor --31-- läuft, sind innerhalb des Leistungsvergleichers-44-Mittel vorgesehen, die eine Änderung der Lichtbogenschmelzleistung in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom erfassen.
Der Leistungsvergleicher --44-- ist derart ausgelegt, dass der Elektrodensteillmotor --31-- die Elektrode --16-- absenkt,
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--26-- ermitteltezuzuführen, ist, wie zuvor an Hand der Fig. 2 erläutert, ein Leistungsfaktor von ungefähr 0, 74 bis 0, 76 erwünscht. Der Leistungsfaktor-Istwertgeber --38-- nimmt ein Lichtbogenstromsignal vom Stromwandler --26-- sowie ein Lichtbogenspannungssignal von den Leitungen-32 und 34-auf. Der Leistungsfaktor stellt den Kosinus des Phasenwinkels zwischen dem Lichtbogenstromsignal und dem Lichtbogenspannungssignal dar, die beide Wechselströme sind.
Vom Leistungsfaktor-Istwertgeber --38- aus wird ein Signal, das kennzeichnend für den Phasenwinkel zwischen dem Spannungs- und dem Stromsignal ist, in einen Leistungsfaktor-Pegeldetektor-68-eingespeist, der den Ist-Leistungsfaktor mit dem Soll-Leistungsfaktor von ungefähr 0, 74 bis 0, 76 vergleicht. Unterscheidet sich der Ist-Leistungsfaktor vom Soll-Leistungsfaktor, liefert der Leistungsfaktormesser --68-- ein Ausgangssignal, das proportional der Differenz von Ist-Wert und Soll-Wert ist.
Falls die Soll-Leistung kleiner als die Ist-Leistung ist und der Leistungsfaktorbereich näherungsweise 0, 74 bis 0, 76 beträgt,
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-70-- für- ein, der so ausgebildet ist, dass zunächst die Elektrode zurückgezogen, der Stromkreis unterbrochen, die Transformatoranzapfung der Stromquelle --24-- umgeschaltet und dann der Leistungsschalter wieder geschlossen wird, so dass der Schmelzvorgang erneut einsetzt. Infolgedessen wird der Schmelzvorgang selbsttätig unter Verwendung der jeweiligen günstigsten Transformatoranzapfung durchgeführt.
Falls ein Kurzschluss zwischen der Elektrode --16-- und dem Schrotteinsatz auftritt, muss der Kurzschluss durch Hochfahren der Elektrode unterbrochen werden. Für diesen Zweck ist ein Kurzschlussdetektor --74-- vorgesehen, der ein Lichtbogenspannungssignal von den Leitungen-32 und 34--aufnimmt, die an die Elektrode --16-- bzw. den Ofen --10-- angeschlossen sind. Bei Auftritt eines Kurzschlusses stellt der Detektor --74-- die niedrige Lichtbogenspannung fest und
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werden die Elektroden-12, 14 und 16-über die Elektrodenleiter-18, 20 und 22-gespeist, wobei der Lichtbogen an der Elektrode --16-- den einen Zweig einer Dreiphasenlast bildet.
Als Stromrückführung dient der an den Ofen --10-- angeschlossene Null-Leiter --23--. Das Lichtbogenstromsignal vom Stromwandler --26-- und das Lichtbogenspannungssignal, das über die
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elektrisch derart miteinander kombiniert, dass an den Klemmen-54-ein Leistungssignal erscheint, dessen Amplitude proportional dem Produkt aus dem gleichphasigen Lichtbogenstromsignal und dem Lichtbogenspannungssignal ist. Während des Abschmelzvorganges schwankt die Schmelzleistung im Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Einsatz mit fortschreitendem Schmelzen oft rasch.
Infolgedessen schwanken der Elektrodenstrom und die Elektrodenspannung. Es ist daher erwünscht,
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Regelungsänderungen kleinstmöglich zu halten, die auf derartige Schwankungen zurückzuführen sind, um Regelschwankungen, übersteuerungen und unnötige Beeinflussungen der Elektrodenbewegung so klein wie möglich zu halten. Das Leistungssignal wird für diesen Zweck der Integrierstufe-42-zugeführt, die das Leistungssignal über eine vorbestimmte Zeitspanne mittelt. Das Leistungsmittelwertsignal wird dann mit einem von dem Schmelzleistungs-Sollwertgeber-46-gelieferten
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Ausgangssignal, das proportional der Differenz zwischen dem betreffenden Leistungssignal ist.
Mit diesem Ausgangssignal wird dann eine zweckentsprechende Motorsteuerung, beispielsweise die Steuerschaltung-48--, gespeist, um den Elektrodenstellmotor-31-so lange zu betätigen, bis die betreffenden Leistungssignale wieder einander gleich sind. Die den Leistungsmittelwert bildende Integrierstufe --42-- verhindert unnötige Bewegungen der Elektrode --16-- während des Schmelzvorganges.
Wie aus der Kurve --64-- in Fig. 2 hervorgeht, kann die Regeleinrichtung bei einer vorgegebenen Lichtbogenschmelzleistung auf zwei verschiedenen Punkten der Kurve arbeiten, wenn die Lichtbogenschmelzleistung unterhalb des Höchstwertes liegt. Der Bereich niedrigerer Stromstärke (LA) entspricht einer Elektrodenstellung, die zu einem langen Lichtbogen führt, während der Bereich grösserer Stromstärke (SA) einer Elektrodenstellung für kurzen Lichtbogen entspricht. Da die Regeleinrichtung auf einem von zwei stabilen Punkten der Kurve für einen vorgegebenen Leistungswert
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für das Lichtbogenstromsignal ausgestattet, um allgemein zu ermitteln, ob der Lichtbogenstrom in dem Bereich für einen langen Lichtbogen oder dem Bereich für einen kurzen Lichtbogen liegt (Fig. 2).
Dieser Messwertaufnehmer kann beispielsweise eine bistabile Einheit sein, die den Zweck hat, die Polarität des Ausgangssignals in Abhängigkeit von ihrem Schaltzustand umzukehren. Mit Hilfe einer derartigen bistabilen Schaltstufe kann auch eine tote Zone für einen bestimmten Lichtbogenschmelzstrombereich nahe der Stellung für optimale Lichtbogenschmelzleistung vorgegeben werden. Wie aus dem gegenseitigen Verhältnis der Leistungsfaktorkurve--65--und der Lichtbogenschmelzleistungskurve --64-- zu erkennen ist, lässt sich der Leistungsfaktor zur Messwertermittlung heranziehen, indem eine zweckentsprechende Vorrichtung für Werte des Leistungsfaktors oberhalb oder unterhalb desjenigen Leistungsfaktors betätigt wird, der dem Höchstwert der Lichtbogenschmelzleistung entspricht.
Ist daher die Elektrode --16-- für ein Arbeiten mit langem Lichtbogen eingestellt und zeigt das von dem Schmelzleistungs-Sollwertgeber--46--kommende Leistungssignal eine höhere Leistung an, so lässt das von dem auf dem Elektrodenleiter angeschlossenen Umwandler --40-- kommende Lichtbogenstromsignal erkennen, dass die Lichtbogenschmelzleistung im Bereich eines langen Lichtbogens liegt.
Dieses Lichtbogenstromsignal betätigt den Messwertaufnehmer derart, dass für das
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Leistung verlangt, dann gibt in ähnlicher Weise das Lichtbogenstromsignal vom auf den Elektrodenleiter angeschlossenen Umwandler --40-- die entgegengesetzte Polarität für das Ausgangssignal des Leistungsvergleichers-44-vor, um die Elektrode --16-- zwecks Vergrösserung der Lichtbogenlänge und Steigerung der Lichtbogenschmelzleistung nach oben zu fahren.
Aus einem Vergleich der Kurven-64 und 65-der Fig. 2 ergibt sich, dass bei der maximalen Lichtbogenschmelzleistung gemäss Kurve --64-- der Leistungsfaktor nach Fig. 5 näherungsweise 0, 74 bis 0, 76 beträgt. Es ist infolgedessen erwünscht, die Stromquelle --24-- in Form des Dreiphasenstromtransformators mit oder nahezu mit dem Leistungsfaktor arbeiten zu lassen, der der maximalen Lichtbogenschmelzleistung entspricht. Der Leistungsfaktor kann dadurch eingestellt werden, dass der Wert der Induktivität im Hauptstromkreis verändert wird.
Dies geschieht im allgemeinen dadurch, dass der Spannungsabgriff an der Stromquelle --24-- geändert wird, um die Anzahl der
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werden elektrisch derart zusammengefasst, dass ein Ausgangssignal entsteht, dessen Amplitude proportional dem Leistungsfaktor ist. Dieses Ausgangssignal bestätigt dann den Leistungsfaktormesser - -68--, der den Ist-Leistungsfaktor mit Bezug auf den Soll-Leistungsfaktorbereich von 0, 74 bis 0, 76 bestimmt. Falls der Ist-Leistungsfaktor im Bereich des Soll-Leistungsfaktors liegt und die Ist-Leistung kleiner als die Soll-Leistung ist, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das der selbsttätige Schaltkreis --70-- für die Transformatoranzapfungsumschaltung betätigt, die bestimmt, ob die
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Sollwert zurückgeführt wird.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1, bei der ein üblicher Lichtbogenimpedanzregler derart abgewandelt ist, dass er auf ein Signal anspricht, das der Leistung oder dem Leistungsfaktor proportional ist. Der Fig. 1 entsprechende Bau-oder Schaltungsteile sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. In Fig. 3 ist der Ofen-10- dargestellt, indem die drei Elektroden-12, 14 und 16-- aufgehängt sind, von denen jede mittels des
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der einen Phase, zugeordnet ist.
Entsprechende Schaltungsanordnungen sind für die beiden andern Elektroden--12 und 14-vorhanden. Mit dem Elektrodenleiter-22-der Elektrode-16-ist ein Stromwandler --26-- induktiv gekoppelt, der an Klemmen-5 und 6-des Leistungsfaktor-Istwertgebers -38-- ein den Lichtbogenstrom kennzeichnendes Eingangssignal anlegt. Die Leitungen--32 und 34--, die mit dem Elektrodenleiter-22-der Elektrode-16- bzw. dem Ofen --10-- verbunden sind, liefern ein der Lichtbogenspannung proportionales Signal.
Dieses Lichtbogenspannungssignal wird den Klemmen-3 und 4-des Leistungsfaktor-Istwertgebers - zugeführt. Der Leistungsfaktor-Istwertgeber --38-- liefert ein Gleichstromausgangssignal, das dem Leistungsfaktor, bestimmt durch die Eingangssignale entsprechend der Lichtbogenspannung und dem Lichtbogenstrom, proportional ist, und kann im übrigen in beliebiger Weise aufgebaut sein.
Der Leistungsfaktor-Istwertgeber-38-ist mit seinen Klemmen-l und 2-an eine Wechselstromquelle --78-- angeschlossen, An den Klemmen-7 und 9-des Leistungsfaktor-Istwertgebers --38-- kann ein Ausgangssignal abgenommen werden, das im folgenden noch näher beschrieben ist.
Das Lichtbogenstromsignal vom Stromwandler --26-- wird ausserdem den Klemmen-3 und 4-eines Leistungsschreibers-80-zugeführt. In ähnlicher Weise wird das Lichtbogenspannungssignal von den Leitungen--32 und 34-- den Klemmen --1 und 2-des Leistungsschreibers - zugeleitet. An den Klemmen--7 und 8-wird ein Wechselstrom eingespeist, der der Stromquelle--81--entnommen wird.
Zur Durchführung der erforderlichen Schaltfunktion sind vier bistabile Magnetverstärkereinheiten
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auf-EIN-,kennzeichnet. Entsprechend wird die bistabile Einheit-BSLPF-betätigt, wenn der Leistungsfaktorwandler --38-- einen niedrigen Leistungsfaktor anzeigt. Die Funktion und Arbeitsweise der bistabilen Einheiten wird in Verbindung mit der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung näher erläutert. Die bistabilen Einheiten können in beliebiger bekannter Weise aufgebaut sein und weisen eine Leistungswicklung eine Lastwicklung und die geeignete Anzahl von Steuerwicklungen auf.
Die bistabilen Einheiten-BSI und BSR-sind ähnlich aufgebaut und jeweils mit Klemmen - l bis 10-versehen. Die Stromzufuhr erfolgt an den Klemmen-l und 2-der betreffenden Einheiten von einer Wechselstromquelle --82-- aus. Die bistabilen Einheiten-BSI und BSRweisen drei Steuerwicklungen auf, von denen eine an die Klemmen-3, 4--, eine zweite an die
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6-Relais --1-- elektrisch verbunden sind, das anzieht, während die bistabile Einheit-BSI-im EIN-Zustand liegt.
In ähnlicher Weist ist an die Ausgangsklemmen-9, 10- der bistabilen Einheit --BSR-- die Wicklung eines Relais-R-angeschlossen, das ebenfalls zum Anzug gebracht wird,
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bis 8--versehen.Einheiten-BSHPF und BSLPF-- angelegt. Die den beiden bistabilen Einheiten zugeführten Gleichvorspannungen sind entgegengesetzt gepolt (wie dies durch die betreffenden Vorzeichen angedeutet ist), um die betreffenden bistabilen Einheiten in Abhängigkeit von Werten oberhalb oder unterhalb eines voreingestellten Totzonenwertes zu betätigen bzw. zu erregen, der dem in Fig.
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-7, 8-- angeschlossenen--80-- durchgeführten Leistungsmessung entsprechend dem Lichtbogenspannungs-Eingangssignal an den Klemmen-1, 2- und dem Lichtbogenstrom-Eingangssignal an den Klemmen-3, 4- verschoben wird. Die Enden des Widerstandes --84-- sind mit den Klemmen--5, 6-- des Leistungsschreibers--80--verbunden und über Leitungen--88 bzw. 90--an eine Gleichstromquelle--92--angeschlossen. Parallel zu dem Widerstand--84--liegt ein Steuer-oder Bezugs-Stellwiderstand--94--mit einem verstellbaren Abgriff-96--, der in eine Stellung gebracht wird, die der gewünschten Eingangsleistung entspricht.
Der Stellwiderstand --94-- kann nach Wunsch von Hand oder programmiert betätigt werden. Es versteht sich, dass bei der mit drei Elektroden arbeitenden Schaltungsanordnung die dem Widerstand --94-- entsprechenden Bezugs-Stellwiderstände gleichzeitig betätigt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die drei Stellwiderstände auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
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Stromrichtung, die von der Spannungsdifferenz zwischen den verstellbaren Abgriffen --86 und 96-des Schleifdrahtwiderstandes --84-- bzw. des Stellwiderstandes --94-- abhängt, nur eine der bistabilen Einheiten betätigt wird.
Wie zu erkennen ist, wird auf diese Weise eine Brückenschaltung gebildet, deren durch Unsymmetrie verursachter Strom durch die gegeneinandergeschalteten Steuerwicklungen der bistabilen Einheiten-BSI und BSR-fliesst, wobei die Stromrichtung bestimmt, ob die bistabile Einheit-BSI-zwecks Leistungserhöhung oder die bistabile Einheit
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ein Kondensator --102-- eingefügt. Der Kondensator --102-- und der Widerstand --98-- bilden zusammen eine RC-Schaltung, die die durch die Bewegung des Abgriffes-86-des Schleifdrahtwiderstandes --84-- des Leistungsschreibers --80-- angezeigte Leistung integriert.
Plötzliche Verschiebungen des verstellbaren Abgriffe-86--, die normalerweise zu plötzlichen Schwankungen des durch Unsymmetrie verursachten Stroms der Brückenschaltung führen würden, werden durch die von dem Widerstand --98-- und dem Kondensator --102-- gebildete RC-Schaltung ausgefiltert oder gedämpft. Dies führt dazu, dass bedeutungslose Schwankungen der Lichtbogenleistung nicht zu unnötigen Bewegungen der Elektroden zur Auskompensation dieser
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Änderungen führen.
Parallel zu der Gleichstromquelle --92-- sind zwei Stellwiderstände --104 und 106== geschaltet, die jeweils mit einem verstellbaren Abgriff--108 bzw. 110-versehen sind. Die Stellwiderstände--104 und 106-dienen als Spannungsteiler, um die Stromzufuhr zu den
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und BSR--, indem er an die mit den Klemmen-6, 5- verbundene Steuerwicklung jeder dieser bistabilen Einheiten eine Ausgangsvorspannung anlegt. Die Amperewindungen beider Steuerwicklungen sind gleichgerichtet, wobei die Klemme -6-- beider Einheiten positiv mit Bezug auf die Klemme - ist.
Der Speisestromkreis dieser Steuerwicklungen verläuft von dem verstellbaren Abgriff --108-- des Stellwiderstandes --104-- über einen Strombegrenzungswiderstand-112-, die mit den Klemmen-6, 5- verbundene Steuerwicklung der bistabilen Einheit-BSI-und die mit den
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Stroms ändert die Bandbreite durch Einstellung des verstellbaren Abgriffes-108-des Stellwiderstandes--104--.
Der Stellwiderstand --106-- dient der Kompensation des Leistungsverlustes im Elektrodenleiter - -22--. Ein mittlerer Leistungsverlust für den Elektrodenleiter --22-- wird berechnet. An Hand dieses Wertes wird der verstellbare Abgriff --110-- des Stellwiderstandes --106-- eingestellt, um eine Steuerwicklung in jeder der bistabilen Einheiten --BSI und BSR-derart vorzuspannen, dass der Leistungsverlust im Leiter --22-- kompensiert wird. Obwohl der Strom im Elektrodenleiter --22-und damit der dort auftretende Leistungsverlust schwankt, wird die Kompensation mittels des
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beider Einheiten positiv mit Bezug auf die Klemme --4- ist.
Bei jeder der bistabilen Einheiten sind die Amperewindungen der an den Klemmen-3, 4- angeschlossenen Steuerwicklung den Amperewindungen der mit den Klemmen-6, 5-- verbundenen Steuerwicklung entgegengesetzt, so dass sich eine Vorspannungswirkung entsprechend der Differenz der Amperewindung ergibt. Dadurch wird für jede der bistabilen Einheiten --BSI und BSR-ein anfänglicher Arbeitspunkt festgelegt, der durch Erregung der mit den Klemmen-7, 8- verbundenen Steuerwicklungen jeder Einheit in der im folgenden erläuterten Weise beeinflusst wird.
Fig. 4 zeigt die den Relais der Schaltung nach Fig. 3 zugeordnete Kontaktgruppe und-schaltung.
Ein Servomotor-116-nimmt Strom aus einer Wechselstromquelle --118-- auf, wenn die entsprechenden Kontakte geschlossen sind, die einen Stromkreis herstellen, der von der Stromquelle
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-118-- zu einer--124- des Servomotors --116-- in der einen Richtung, so dass die Elektrode-16- hochgefahren wird, während eine Erregung der andern Feldwicklung --122-- eine Absenkung der Elektrode --16-- zur Folge hat. Zusätzlich zu den Relais nach Fig. 3 sind drei weitere, mit-LA, MP und SA-- bezeichnete Relais vorgesehen, die für die Arbeitsbedingungen "langer Lichtbogen",
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Lichtbogen"massgebendWählschalter-128-auf den Kontakt --132-- gestellt wird.
Durch Umschalten des Wählschalters --128-- auf den Kontakt --134-- kann schliesslich die Relaiswicklung--LA-erregt werden.
Ein als Ruhekontakt --PT-- dargestellter Relaiskontakt dient der Taktsteuerung der Kontaktgruppe. Der Kontakt--PT-wird mittels eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Zeitsteuerrelais betätigt. Da der Zeitsteuerkontakt-PT-in Reihe mit der Stromquelle-118- liegt, führt ein Öffnen des Kontaktes--PT-zu einer Unterbrechung des über die Kontakte
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--116-- inandern Phasen auf Zeitteilungsbasis derart, dass er während eines Drittels der Zeit geschlossen und während zwei Drittel offen ist, wodurch unnötige Bewegungen der Elektrode--16--weitestgehend vermieden werden.
Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, sind für die Erregung des Servomotors --116-- drei verschiedene, über die zugehörigen Kontakte führende Primärstromkreise vorgesehen. Jeder Stromkreis ist wieder in zwei mögliche Wege unterteilt, um entweder die Hochfahr-Feldwicklung --120-- oder die Absenk-Feldwicklung --122-- zu erregen. Die drei getrennten Primärstromkreise werden über
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einer dieser Kontakte geschlossen, u. zw. in Abhängigkeit von der Stellung des Wählschalters --128--.
Der Wählschalter --128-- kann von Hand betätigt werden, um den Lichtbogenofen mit langem Lichtbogen (LA) oder mit maximaler Leistung-MP-oder mit kurzem Lichtbogen-SA-arbeiten zu lassen (s. Fig. 2). Nach Wunsch kann der Wählschalter-128-auch programmgesteuert sein.
Wenn der Wählschalter --128-- auf dem Kontakt --132-- steht, wird die Wicklung des Relais-MP-erregt, so dass der Kontakt-MP-schliesst. Nimmt man ferner an, dass die bistabile Einheit --BSLPF-- erregt ist, zieht das Relais--LPF-an, so dass der Kontakt-LPF-3--
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--118-- über--116-- unter Strom kommen.
Liegt anderseits die bistabile Einheit --BSHPF-- im EIN-Zustand, dann öffnet der Relaiskontakt --LPF-3-- und schliesst der Relaiskontakt-HPF-2--, wodurch ein Stromkreis hergestellt wird, der von der einen Klemme der Stromquelle --118-- über die Leitung-140-, den geschlossenen Kontakt-MP--, den geschlossenen Kontakt-HPF-2--, die Leitung --146--, die Feldwicklung --122-- des Servomotors --116--, den Ruhekontakt-PT-und die Leitung --142-- tur andern Klemme der Stromquelle --118-- führt. Dies hat ein Absenken der Elektrode --16-- zur Folge. Der Verstellvorgang wird beendet, nachdem die Elektrode die Stellung für maximale Leistung erreicht hat. Wenn der Wählschalter --128-- auf dem Kontakt --134-- steht, wird die Wicklung des Relais-LA-aus der Stromquelle --126-- erregt.
Auf diese Weise wird sofort ein Stromkreis hergestellt, der von der Stromquelle --118-- über die Leitung
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-140--,Ruhekontakt-R-2--, den geschlossenen Kontakt die Feldwicklung --122-- des Servomotors-116--, den Ruhekontakt-PT-und die Leitung --142-- zur Stromquelle --118 zurückführt. Ist keine der beiden bistabilen Einheiten--BSI und BSR-- erregt, kommt keine der Feldwicklungen unter Strom, wenn die bistabile Einheit --BSHPF-- erregt wird.
Wenn der Wählschalter-128-in der in Fig. 4 veranschaulichten Stellung liegt, wird die
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Wählschalters-128-ausStromkreis hergestellt, der von der Stromquelle --118-- über die Leitung--140--, den geschlossenen Kontakt-SA-, den Ruhekontakt-LPF-4--, den Ruhekontakt-HPFX-2--,
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--122-- des Servomotors --116--,- HPF-3-- schliesst, wodurch die Feldwicklung --122-- über den Relaiskontakt-HPF-3-- erregt wird, der parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Ruhekontakten-LPF-4 und HPFX-2-liegt.
Falls sich die bistabile Einheit --BSLPF-- im EiN-Zustand befindet, öffnet der Ruhekontakt --LPF-4-- und schliesst der Arbeitskontakt-LPF-5--. Ist keine der beiden bistabilen Einheiten--BSI und BSR-erregt (was bedeutet, dass die Brückenschaltung abgeglichen ist), kommt der Servomotor --116-- wegen des offenen Arbeitskontaktes --R-3-- im einen Zweig und des andern offenen Arbeitskontaktes --I-3-- im andern Zweig nicht unter Strom. Wie aus der das Arbeiten mit langem Lichtbogen betreffenden Beschreibung folgt, ist die Schaltung für das
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--122-- des--116-- über einen Stromkreis erregt wird, der über den Kontakt-LPF-5--, den geschlossenen Kontakt-R-3--, den Ruhekontakt --II-2-- und die Leitung --146-- zur Feldwicklung --122-- führt.
Wird dagegen die bistabile Einheit--BSI--erregt, öffnet der Ruhekontakt - -1-2-- und schliesst der Arbeitskontakt--1-3-. Infolgedessen wird die Feldwicklung-120-- des Servomotors --116-- über einen Stromkreis erregt, der über den Kontakt-LPF-5--, den
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--1-3-- undandern Richtung wird der verstellbare Abgriff --148-- eines Stellwiderstandes --150-- verschoben, wie dies in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, die eine mechanische Verbindung zwischen dem Rotor --124-- und dem verstellbaren Abgriff --148-- darstellt. Die Funktion der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird im einzelnen in Verbindung mit der Arbeitsweise der Regeleinrichtung erläutert.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung für eine Lichtbogenimpedanzregelung eines Elektro-Lichtbogenofens.
Diese Schaltung ist in der USA-Patentschrift Nr. 3, 097, 252 dargestellt und beschrieben. Da diese Schaltung keinen Teil der Erfindung darstellt und nur beispielshalber vorgesehen ist, wird sie vorliegend nur insoweit erläutert, als dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die in Fig. 5 mit-152 und 154--bezeichneten Stellwiderstände liegen im Lichtbogenspannungssignalkreis bzw.
Lichtbogenstromsignalkreis. Bei einer herkömmlichen Impedanzregeleinrichtung werden die beiden Stellwiderständer --152 und 154-zwecks Regelung der Lichtbogenimpedanz gleichzeitig verstellt.
Gemäss Fig. 5 sind die Stellwiderstände --152 und 154-mit dem Rotor --124-- des Servomotors - 116-nach Fig. 4 mechanisch gekoppelt und werden von diesem gesteuert. Die Stellwiderstände - 152 und 154-- sind in Fig. 4 symbolisch durch den einen Stellwiderstand --150-- dargestellt.
Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung sei Bezug auf Fig. 2
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Leistungsfaktor bzw. niedrigen Leistungsfaktor. Die Zeichnungen zeigen ferner den Bereich für langen Lichtbogen und den Bereich für kurze Lichtbogen, wobei die Trennstelle durch die lotrechte Linie angedeutet ist, die dem Punkt der Kurve --64-- für höchste Lichtbogenleistung entspricht.
Die Arbeitsweise der Einrichtung nach der Erfindung ist im folgenden an Hand der Fig. 3 bis 5 erläutert. Die beschriebene Regeleinrichtung arbeitet vollautomatisch in Abhängigkeit von der Einstellung zweier Steuerelemente. Diese beiden Steuerelemente sind der Bezugs-Stellwiderstand --94-- (Fig. 3) und der Wählschalter-128- (Fig. 4). Diese beiden Steuerelemente können
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ihrerseits handbetätigt werden oder in beliebiger bekannter Weise programmgesteuert sein.
Zunächst sei angenommen, dass der Wählschalter-128- (Fig. 4) auf dem Kontakt-132steht, so dass der Betriebszustand für maximale Leistung (MP) hergestellt wird. Aus der dem Relaiskontakt--MP--zugeordneten Schaltung ergibt sich, dass nur einer von zwei Zweigstromkreisen geschlossen werden kann, u. zw. ist entweder die bistabile Einheit -BSHPF-- erregt und somit die
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arbeitet jetzt in dem Bereich, der in Fig. 2 in Verbindung mit der Kurve --64-- mit --HPF-bezeichnet ist. Aus der Kurve --64-- ergibt sich, dass die Elektrode --16-- abgesenkt werden muss, um die Schaltungsanordnung in dem Bereich maximaler Leistung arbeiten zu lassen, der durch die beiden lotrechten gestrichelten Linien angedeutet ist.
Auf Grund der Erregung der Relaiswicklung --HPF-- schliesst der Relaiskontakt-HPF-2--, wodurch ein Stromkreis hergestellt wird, der von der Stromquelle --118-- über die Leitung-140--, den geschlossenen Relaiskontakt --MP--, den geschlossenen Relaiskontakt-HPF-2--, die Leitung-146--, die Feldwicklung-122-- des Servomotors-116--, den Ruherelaiskontakt --PT-- und die Leitung --142-- zur Stromquelle --118-- zurückführt. Die Feldwicklung-122--, die, wie oben erläutert, die
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--124-- des- 152 und 154-derart verschoben werden, dass die Elektrode --16-- abgesenkt wird.
Wie Fig. 2 zeigt, steigt bei einem Absenken der Elektrode --16-- der Lichtbogenstrom entlang der Kurve --64-- für die Lichtbogenleistung an. Wenn der Lichtbogenstrom bis zu einem Punkt der Kurve --64-- angewachsen ist, der innerhalb des durch die gestrichelten Linien begrenzten Bereiches liegt,
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--38-- Null,niedrigen Leistungsfaktor entspricht. Gelangt dieses Signal zu den Klemmen-7, 8- der bistabilen Einheit --BSLPF--, so stellt es die Einheit in den EIN-Zustand um und kommt die Relaiswicklung --LPF-- unter Strom, die mit den Ausgangsklemmen-5, 6- verbunden ist.
Infolgedessen schliesst der Relaiskontakt-LPF-3-und wird ein Stromkreis hergestellt, der von der Wechselstromquelle --118-- über die Leitung-140--, den geschlossenen Relaiskontakt --MP--, den geschlossenen Relaiskontakt-LPF-3--, die Leitung --144--, die Feldwicklung --120-- des Servomotors
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-116--,- 64--nach Fig. 2 in Richtung auf den innerhalb der gestrichelten Linien liegenden Bereich für höchste Leistung verschoben, wodurch der Lichtbogenstrom verringert wird, während die Lichtbogenleistung ansteigt.
Wie aus den Fig. 2 bis 5 hervorgeht, hat der Bezugs-Stellwiderstand--94--in der Stellung für maximale Leistung keinen Einfluss auf das Arbeiten der Einrichtung. In dieser Stellung bildet die Einrichtung eine reine Leistungsfaktormess-und Regeleinrichtung, die den Arbeitspunkt des Lichtbogenofens innerhalb des Bereiches--MPF--für höchsten Leistungsfaktor der Kurve--64-- nach Fig. 2 hält.
Wenn der Wählschalter-128-auf dem Kontakt --134-- steht, kommt die Relaiswicklung - unter Strom, wodurch der Ofen mit langem Lichtbogen betrieben wird. Nimmt man zunächst an, dass der Ofen im Bereich niedrigen Leistungsfaktors arbeitet, der in Fig. 2 mit-LPF-bezeichnet ist, so kommt folgender Stromkreis zustande. Die bistabile Einheit-BSLPF-wird durch das Ausgangssignal des leistungsfaktor-Istwertgebers --38-- erregt und bringt die Relaiswicklung --LPF-- unter Strom, wodurch der Relaiskontakt --LPF-1-- schliesst, während der Relaiskontakt - LPF-2-- öffnet.
Es wird dadurch ein Stromkreis geschlossen, der von der Wechselstromquelle
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--118-- über die Leitung --140--, den geschlossenen Relaiskontakt-LA-, den geschlossenen Relaiskontakt-LPF-1--, die Feldwicklung --120-- des Servomotors --116--, den geschlossenen Relaiskontakt-PT-und die Leitung --142-- zur Stromquelle --118-zurückführt. Die Erregung der Hochfahr-Feldwicklung --120-- hat zur Folge, dass der Rotor --124-- des Servomotors --116-- in solcher Richtung umläuft, dass die Elektrode --16-- durch Verstellung der Stellwiderstände --152 und 154-hochgefahren wird. Die Elektrode --16-- wird weiter nach oben verstellt, bis der Ofenarbeitspunkt in den Bereich-MPF-für mittleren Leistungsfaktor zwischen den gestrichelten Linien nach Fig. 2 zu liegen kommt.
Nunmehr wird die
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Servomotors-116--weiterhin--LPF-2 und HPFX-1-- parallel zu dem Relaiskontakt --LPF-1-- liegen, wird die Elektrode --16-- weiter nach oben verstellt, bis der Arbeitspunkt innerhalb des Bereiches-HPF--für hohen Leistungsfaktor liegt. Nunmehr wird die bistabile Einheit-BSHPF-auf Grund eines Signals des Leistungsfaktorwandlers --38-- erregt, wodurch die Relaiswicklungen --HPF und HPFX-- unter Strom kommen.
Der Ruherelaiskontakt --HPFX-1-- öffnet, wodurch der Stromkreis zwischen der Stromquelle --118-- und der Feldwicklung --120-- des Servomotors --116-- aufgetrennt wird. Gleichzeitig schliesst der Relaiskontakt --HPF-1-- im Zweigstromkreis, doch kommt der Servomotor--116nicht unter Strom, wen nicht die bistabile Einheit-BSI-oder die bistabile Einheit-BSR-- erregt wird. Die Erregung der bistabilen Einheiten --BSI und BSR--hängt vom Zustand der oben beschriebenen Brückenschaltung ab. Falls zu diesem Zeitpunkt der verstellbare Abgriff --96-- des Bezugs-Stellwiderstandes --94-- auf dem gleichen Potential wie der verstellbare Abgriff-86des Schleifdrahtwiderstandes --84-- im Leistungsschreiber --80-- liegt, fliesst durch die Steuerwicklungen von beiden bistabilen Einheiten kein Strom.
Dies entspricht dem Fall, dass die Soll-Leistung gleich der Lichtbogenleistung ist.
Wenn jedoch der Bezugs-Stellwiderstand --94-- so eingestellt wird, dass das Potential an seinem Abgriff --96-- niedriger als das Potential am Abgriff --86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- ist, dann fliesst ein durch Unsymmetrie verursachter Strom durch die Steuerwicklungen der bistabilen Einheiten--BSI und BSR--. Der Strom läuft dabei vom Abgriff --86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- über die Widerstände --98 und 100--, die an die Klemmen --8,7-- angeschlossene Steuerwicklung der bistabilen Einheit-BSI-und die an die Klemmen - -7, 8-- angeschlossenen Steuerwicklung der bistabilen Einheit--BSR-zum verstellbaren Abgriff --96-- des Stellwiderstandes-94--.
Damit der durch je eine Steuerwicklung der beiden bistabilen Einheiten fliessende Strom die zugehörige Einheit erregen kann, muss der Strom von der Klemme mit der niedrigeren Ziffer zu der Klemme mit der höheren Ziffer fliessen. Diese Bedingung ist vorliegend nur eingeführt, um die Erläuterung zu erleichtern und stellt keine Beschränkung der Erfindung dar. Da der Stromfluss in der Steuerwicklung der bistabilen Einheit-BSI--von der Klemme --8-- zur Klemme --7-- gerichtet ist, bleibt die bistabile Einheit --BSI-- im AUS-zustand, während der
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Klemme-8-läuft,- schliesst und der Ruberelaiskontakt --R-2-- öffnet. Dieser Zustand entspricht dem Befehl für eine Verringerung der dem Ofen zugeführten Leistung.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird ein
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--118-- überServomotors--116-, den geschlossenen Relaiskontakt--PT-und die Leitung --142-- zur Wechselstromquelle --118-- zurückführt. Das hat zur Folge, dass der Rotor --124-- des Servomotors --116-- die mechanisch angekoppelten Stellwiderstände --152 und 154-in solcher Richtung verstellt, dass die Elektrode --16-- hochgefahren wird. Wie aus der Kurve-64-in Fig. 2 hervorgeht, führt eine Steigerung der Lichtbogenlänge im Bereich-HPF-für hohen Leistungsfaktor zu einer Verringerung der Lichtbogenleistung.
Bei einem Absinken der Lichtbogenleistung wird dieser Zustand vom Leistungsschreiber --80 ermittelt und der verstellbare
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Abgriff --86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- bis zu dem Punkt verstellt, an dem das Potential am Abgriff --86-- gleich dem Potential am Abgriff --96-- des Stellwiderstandes - ist.
Wenn umgekehrt der Bezugs-Stellwiderstand --94-- so eingestellt wird, dass das Potential am Abgriff --96-- des Stellwiderstandes --94-- höher als das Potential am Abgriff --86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- ist, fliesst der durch Unsymmetrie verursachte Strom vom verstellbaren Abgriff --96-- in Richtung auf den verstellbaren Abgriff-86--, wodurch die bistabile Einheit-BSI-erregt und die bistabile Einheit-BSR-entregt wird.
Bei Entregung der bistabilen Einheit-BSR-öffnet der Relaiskontakt --R-1-- und schliesst der Relaiskontakt
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In der dem Betrieb mit kurzem Lichtbogen entsprechenden Stellung steht der Wählschalter - -128--, wie in Fig. 4 veranschaulicht, auf dem Kontakt --130-- und wird die Relaiswicklung - aus der Stromquelle --126-- gespeist, wodurch der Ofen auf einen Betrieb mit kurzem Lichtbogen eingestellt wird. Nimmt man an, dass in diesem Augenblick der Ofen in dem in Fig. 2 mit - bezeichneten Bereich für hohen Leistungsfaktor arbeitet, wird die bistabile Einheit
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Richtung gedreht, dass durch Verstellung der Stellwiderstände --152 und 154-die Elektrode - abgesenkt wird.
Die Elektrode --16-- wird weiter nach unten verschoben, bis der Ofenarbeitspunkt in dem mit --MPF-- bgezeichneten Bereich für maximale Leistung oder mittleren Leistungsfaktor zwischen den gestrichelten Linien in Fig. 2 zu liegen kommt. Nunmehr wird die bistabile Einheit-BSHPF-entregt, so dass der Relaiskontakt --HPFX-2-- seine normale Schliessstellung einnimmt, während der Relaiskontakt --HPF-3-- öffnet. In dem Bereich maximaler Leistung sind die bistabilen Einheiten-BSHPF und BSLPF-- beide entregt, so dass die Absenk-Feldwicklung --122-- des Servomotors --116-- über den geschlossenen Relaiskontakt --SA--, den Ruherelaiskontakt-LPF-4-und den Ruherelaiskontakt --HPFX-2-- weiterhin unter Strom ist.
Da die beiden in Reihe geschalteten Ruherelaiskontakte --LPF- und HPFX-2--
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--16-- weiter- erregt und die Relaiswicklung --LPF-- unter Strom gebracht. Der Ruherelaiskontakt - öffnet und trennt den Stromkreis zwischen der Stromquelle --118-- und der
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erläutert, hängt die Erregung der bistabilen Einheiten--BSI und BSR--vom Zustand der Brückenschaltung nach Fig. 3 ab. Wenn jetzt der verstellbare Abgriff --96-- des Bezugsstellwiderstandes--94--auf dem gleichen Potential wie der verstellbare Abgriff --86-- des
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Schleifdrahtwiderstandes-84-im Leistungsschreiber-80-liegt, fliesst durch die Steuerwicklungen beider bistabiler Einheiten kein Strom.
Dies entspricht dem Zustand, dass die Solloder Bezugsleistung gleich der Lichtbogenleistung ist. Wird jedoch der Bezugs-Stellwiderstand--94-so eingestellt, dass das Potential an seinem Abgriff --96-- niedriger als das Potential am Abgriff - 86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- liegt, dann fliesst durch die Steuerwicklungen der bistabilen Einheiten --BSI und BSR--ein durch Unsymmetrie verursachter Strom. Der Strom fliesst
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Erregungszustand der bistabilen Einheiten von der Richtung ab, mit der der Strom durch die betreffende Steuerwicklung fliesst. Da in der Steuerwicklung der bistabilen Einheit-BSI-der Strom von der Klemme Klemme-7-gerichtet ist, bleibt die bistabile Einheit-BSI-im
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10- der--R-- kommt unter Strom, so dass der Relaiskontakt --R-3-- schliesst.
Dies entspricht einem Befehl, die dem Ofen zugeführte Leistung abzusenken. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird ein Stromkreis geschlossen, der von der Wechselstromquelle --118-- über die Leitung --140--, den geschlossenen Relaiskontakt-SA-, den geschlossenen Relaiskontakt-LPF-5--, den geschlossenen Relaiskontakt-R-3--, den Ruherelaiskontakt-1-2--, die Leitung --146--, die Feldwicklung --122-- des Servomotors-116--, den geschlossenen RElaiskontakt --PT-- und die Leitung --142-- zur Stromquelle --118-- zurückführt. Dies hat zur Folge, dass der Rotor --124-- des Servomotors --116-- die mechanisch angekoppelten Stellwiderstände --152 und 154--in solcher Richtung verstellt, dass die Elektrode --16-- abgesenkt wird.
Wie aus Kurve --64-- in Fig. 2 hervorgeht, führt eine Verminderung der Lichtbogenlänge im Bereich --LPF-- für niedrigen Leistungsfaktor zu einer Verminderung der Lichtbogenleistung. Im Gegensatz dazu führt bei einem Arbeiten mit langem Lichtbogen-LA-eine Verminderung der Lichtbogenlänge zu einer Steigerung der Lichtbogenleistung. Bei einer anpassungsfähigen Regeleinrichtung muss es daher möglich sein, den Arbeitsbereich zu ermitteln, um zu bestimmen, in welcher Richtung die Elektrode angetrieben werden muss, um die Lichtbogenleistung zu erhöhen oder zu vermindern.
Wenn umgekehrt der Bezugs-Stellwiderstand--94--so eingestellt wird, dass das Potential am Abgriff --96-- des Stellwiderstandes --94-- höher als das Potential am Abgriff --86-- des Schleifdrahtwiderstandes --84-- ist, dann fliesst ein durch Unsymmetrie verursachter Strom vom
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Entregung der bistabilen Einheit-BSR--öffnet der Relaiskontakt-R-3--. Die Erregung der Relaiswicklung--I-bewirkt gleichzeitig, dass der Ruhekontakt--1-2--öffnet und der
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geschlossenen Relaiskontakt-LPF-S--, den geschlossenen Relaiskontakt-1-3-, die Leitung - -144--, die Feldwicklung --120-- des Servomotors --116--, den geschlossenen Relaiskontakt - und die Leitung --142-- zur Stromquelle --118-- zurückführt.
Der Rotor-124des Servomotors --116-- verstellt dann die mit ihm mechanisch gekoppelten Stellwiderstände --152 und 154-in solcher Richtung, dass die Elektrode --16-- hochgefahren wird. Wie aus der in Fig. 2 dargestellten Kurve --64-- für die Lichtbogenschmelzleistung hervorgeht, bewirkt im Bereich --LPF-- für niedrigen Leistungsfaktor das Hochfahren der Elektrode --16-- eine Steigerung der Lichtbogenschmelzleistung. Beim Arbeiten mit langem Lichtbogen (LA) muss dagegen, wie oben erläutert, zur Steigerung der Lichtbogenleistung die Elektrode abgesenkt werden.
Aus dem vorstehenden folgt, dass die oben beschriebene Anordnung eine automatisch arbeitende, anpassungsfähige Regeleinrichtung bildet, die ohne weiteres an einen herkömmlichen Ofen mit Lichtbogenimpedanzregelung angepasst werden kann. Beste Anpassungsfähigkeit wird dadurch erreicht, dass zwischen drei Schmelzleistungs-Arbeitsbedingungen gewählt werden kann, nämlich einem Arbeiten mit langem Lichtbogen, mit kurzem Lichtbogen oder mit maximaler Leistung. Diese Bedingungen
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Statt zur Regelung des Ofens den Leistungsfaktor zu verwenden, kann, wie es sich versteht, eine Schaltungsanordnung benutzt werden, die die Leistungsänderung mit der Stromänderung vergleicht (wie dies bei der Anordnung nach Fig. 1 der Fall ist). Wenn bei steigendem Strom die Leistung anwächst,
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Stromänderung die Leistung nur sehr wenig, wird kein Relais betätigt, woraus folgt, dass im Bereich --MPF-- mit mittlerem Leistungsfaktor gearbeitet wird. Die Relais-HPF, HPFX und LPFwerden dabei in der gleichen Weise eingesetzt, wie dies oben geschildert ist.
Während vorliegend bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht und beschrieben sind, versteht es sich, dass im Rahmen der Erfindung ohne weiteres zahlreiche weitere Abwandlungen und Anpassungen getroffen werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
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Leistungsvergleicher (44) nachgeschaltet ist, wobei die Integrierstufe zur Abgabe eines ersten elektrischen, der mittleren Schmelzleistung proportionalen Signals und der Schmelzleistungs-Sollwertgeber zur Abgabe eines zweiten elektrischen, der Grösse einer vorgegebenen Schmelzleistung proportionalen Signals, der Leistungsvergleicher zur Abgabe eines der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal proportionalen Signals eingerichtet sind, und das Differenzsignal einer Steuerschaltung (48) für einen Elektroden-Stellmotor (31) zum Heben und Senken der Elektrode (16) in Abhängigkeit von diesem Signal zugeführt ist.
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