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MAGNETODYNAMISCHE ANLAGE
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Die Krfindung bezieth sich auf Kinrichtungen zur elektromagnetischen
Erwärmung und Förderung erschmolzenen Metalls unter Verwendung von mit Symmetriervorrichtungen
versehenen Speisequellen und betrifft insbesondere eine magnetodynamische Anlage.
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Am erfolgreichsten kann die Erfindung zum Vorwärmen und dosierten
Vergießen von Metallen in Gießformen in Übereinstimmung mit den Forderungen des
technologischen Prozesses bei gleichzeitiger Gewährleistung der Stromsymmetrie im
Stromversorgungsnetz verwendet werden.
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Zwecks Automatisierung des Gießereiwesens finden unterschiedlicne
Vergießeinrichtungen und Zuteiler für das flüssige Metall, darunter auch pneumatische,
mechanische und elektromabnetisches eine breite Verwendung.
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Auf die beste Weise genügen den Forderungen der modernen Industrieproduktion
magnstodynamische Zuteiler, oderanders ausgedrückt - magnetodynamische Anlagen,
deren Betrieb auf der Zusammenwirkung des elektrischen Stromes mit dem magnetischen
Fluß in der Wirkzone dieser Anlagen basieht.
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Bei Anwendung von Wechselstrom hängt die Leistungsfähigkeit der magnetodynamisohen
Anlagen beim Metallvergießen nicnt nur von den Effektivwerten des Stromes und des
Magnetflusses, sondern auch von deren Anfagsphasen ab, was spezifische Forderungen
au die Parameter der elektrischen Speiseenergie und dementsprechend an die Schaltungen
der Netzteils stellt. Außer den erwähnten Besonderheiten kennzeichnen sich die magnetodynaaschen
Anlagen auch dadurch, daß sie für ein mehrphasiges Netz nichtsymmetrische Belastungen
darstellen und Strom- sowie Spannungsunsymmetrien hervorrufen, welche den Betrieb
sämtlicher Netzelemente, darunter auch der eigentlichen magnetodynamischen Anlagen,
besinträchtigen.
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In diesem Zusammenhang ist mal auf die Notwendigkeit gestoßen, Anlagen
zu entwickeln, welche es gestatten, die mit dem nichtsymmetrischen Betriebsverhalten
des Stromversorgungsnetzes im Zusammenhang stehenden schädlichen
Auswirkungen
zu beseitigen.
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So sind magnetodynamische Anlagen bekannt, vjelcne elektromagnetische
Systeme des induktors und des lilektromagneten enthalten, die an die entsprechenden
Spannungen eines Drehstrommetzes unmittelbar oder über ein Netzteil mit Regeltransformatoren
derart angeschlossen werden, das die am System des Induktors anliegende spannung
dieser am System des Elektromagneten phasenmäßig um 1200 voreilt (Shidlovsky A.
K., Borisov B. P. "Simmetrirovanie dvukhplechevykh nesimmetrichnykh naOruzok (primenitelno
k ustanovkam MDN)". - Im Sammelband: "Povyshenie effektivnosti ustroystv preobrazovatelnoi
tekhniki", T.3, Kiew, Verlag "Naukova dumka", 1972, S. 335 - 346). Das Symmetrieren
der Ströme des Versorgungsnetzes erfolgt dabei mit Hilfe von an die Leiterspannungen
dieses Netzes angeschlossenen einstellbaren Kapazitätselementen.
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Durch solche Eibrichtungen können genügend hohe Qualitätskennwerte
der Elektroenergie in einem Drehstromnetz nicht erreicht werden. Beim Betrieb der
magnetodynamischen Anlage nach dem Ofenprinzip, wenn an das Netz nur das System
der Induktoren angeschlossen ist, ist der Leistungsfaktor am Eingang der Einrichtung
gleich 0,5 (kapazitiv).
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Nicht selten ist aber ein solcher Betriebszustand des Netzes unerwünscht.
Darüber hinaus verfügen derartige Anlagen über eine erhöhte Ausbauleistung, weil
sich die Ströme ihrer Symmetrierelemente und Belastungen geometrisch addieren.
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Bekannt sind auch Anlagen (s. UdSSR-Urheberschein 271943), in denen
das Netzteil Transformatoren oder Spartransformatoren enthält, an welche ein Regelkondensator
und zwei Belastungen, insbesondere ein Induktor sowie ein Elektromagnet, angeschlossen
sind. An diesen Anlagen wird das Verhältnis der Anfangsphasen der an die Belastungen
angelegten Spannungen aus der Bedingung der Minimierung der Ausbauleistung gewählt,
was den Anschluß eines Induktore mit einem höheren ?Leistungsfaktor an die phasenmaBig
um ca. 1100 nacheilende Netzspannung erfordert, während für die Gewährleistung eines
wirksamen Betriebs der mag-
netodynamischen Anlagen der Phasenverschiebungswinkel
zwisenen den die elektromagnetischen Systeme der Anlage speisenden Spannungen in
einem Bereich von 120° bei vor eilender Spannung am System des lnduktors liegen
soll.
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Daher können mit solchen Anlagen die erforderlichen technologischen
Parameter, beispielweise der vorgegene wert des electromagnetischen Drucks, nicht
erreicht werden.
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In der im Buch von Shidlovsky A. K. und Borisov B. P.
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"Simmetrirovanie odnofasnyldh i dvuklipleciievykh elektrotechnologiecheskikh
ustanovok", Kiew, Verlag "Naukova dumka", 1977, 5. 117 beschriebenen magnetodynamischen
Anlage können die systeme des Induktors und des Elektromagneten an ein Drehstrommetz
unmittelbar beziehungsweise über ein Netzteil angeschlossen werden. Dabei enthält
das Netzteil einen ersten Spartransformator, der an eine Leiterspannung des mehrphasigen
Netzes geschaltet ist, einen zurJeiten Spartransformator, der an eine andere Leiterspannung
dieses Netzes, welche der ersteren phasenmäßig voreilt, geschaltet ist, sowie einen
Regelkondensator zum Symmetrieren der Netzströme. Das Netzteil schließt ferner einen
dritten, zur Speisung des Elektromagneten dienenden Spartransformator ein. Sämtliche
Spartransformatoren weisen mehrere Anschlüsse zur Gewinnung der Teil- bzw. Vollspannung
an den anzuschließenden Belastungen auf, wobei als Belastung für den ersten Spartransformator
der Induktor d-ient, dessen einer Anschluß mit einem der Wicklungsanschlüsse dieses
Spartransformators operativ verbunden ist, während ein Anschluß des Regelkondensators
mit einem der Wicklungsanschlüsse des zweiten Spartransformators operativ gekoppelt
ist. Bei einer derartigen baulichen Gestaltung der bekannten magnetodynamischen
Anlage dient der zweite Spartransformator als phasenverschiebendes element (als
elektromagnetischer Spannungsteiller), das den Regelkondensator mit einer Spannung
versorgt, welche die optimale (vom Gesichtspunkt der Symmetrierung der Netzströme
aus) Anfangsphase aufweist, -die durch die Syiametrierungsbedingungen bestimmt wird.
Der erste und der dritte Transformator versorgt den Induktor beziehungsweise den
Elektromagneten mit Speisespannung, wobei der den Elektromagneten
speisende
Spartransformator über einen niedrigen Ausnutzungskoeffizienten verfügt, da die
Zeit des Metallvergießens in die Gießform im gesamten technologischen Zyklus des
Anlagenberiebs 10% nicht überschreitet. Die Aufgaben der Speisung und der Symmetrieroptimierung
werden also in der bekannten Anlage getrennt gelöst. Darüber hinaus werden die Anfangsphasen
der Sparinungen am Eingang von derartigen magnetodynamischen Anlage durch die Möglichkeiten
des elektrischen Drehstromnetzes bedingt und sind nicht irmner optimal, wodurch
der Wirkungsgrad der elektrischen Energie beeinträchtigt und letzten Endes eine
niedrige Betriebswirksamkeit der gesamten Anlage verursacht werden. Darüber hinaus
muß hervorgehoben werden, daß die getrennte Benutzung der Spartransformatoren zur
elektrisonen Speisung und Symmetrierung der Ströme des Drehstromnetzes ebenfalls
eine Erhöhung der Ausbauleistung der Einrichtung zur Folge hat.
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Das Leistungsverhältnis des Induktors, des Elektromagneten und des
Regelkondensators ist so, daS praktisch alle drei Spartransformatoren die gleiche
Leistung haben.
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Daher ist es notwendig, bei Speisung von magnetodynamischen Anlagen,
welche mehr als einen Induktor und einen Elektromagneten aufweisen, entweder die
Anzahl der einspeisenden Spartransformatoren zu vergrößern, oder, entsprechend,
ihre Leistung zu erhöhen, was seinerseits eine zusätzliche Erhöhung der Ausbauleistung
des Netzteiles zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eolche magnetodynamische
Anlage zu schaffen, in welcher es dank Mehrzweckbenutzung der Spartransformatoren
des Netzteiles möglich ist, die Betriebswirksamkeit einer derarigen Anlage zu erhöhen.
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Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in einer magnetodynamischen
Anlage mit mindestens einem Induktor, mindestens einem Elektromagneten und einem
Netzteil, das über einen Schalter mit dem Elektromagneten elektrisch gekoppelt ist
und einen ersten, an die eine Leiterspannung eines mehrphasigen Netzes angeschlossenen
Spartransformator, einen zweiten, an die zweite Leiterspannung dieses
Netzes,
weiche der ersieren phasenmäßig voreilt, angeschlonsenen Spartransformator sowie
einen Regelkondensatore zum Symmetrieren der Netzströme enthalt, wobei die beiden
Spartransformatoren mehrere Anschlüsse zur Gewinnung der in der Wicklung des entsprechenden
Spartransformators erzeugten Teil- bzw. Vollspannung an den anzuschließenden Belastungen
aufweisen, wobei als Belastung für den ersten Spartransformator der Induktor dient,
dessen einer Anschluß mit einem der Wicklungsanschlüsse dieses Spartransformators
operativ verbunden ist, während ein Anschluß des Regelkondensators mit einem der
Wicklungsanschlüsse des zweiten Spartransformators operativ gekoppelt ist, gemäß
der ßrfindung die elektrische Kopplung des Elektromagneten mit dem Netzteil durch
operative Verbindung dessen eines Anschlusses mit einem der Wicklungsanschlüsse
des ersten Spartransformators und des anderen Anschlusses mit einem der Wicklungsanschlüsse
des zweiten Spartransformators realisiert ist.
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Die beanspruchte operative Verbindung des Elektromagneten mit den
Wicklungsanschlüssen der beiden Spartransformatoren gestattet es, die letzteren
sowohl als Speisequelle wie auch zusammen mit dem Regelkondensator -- zum Symmetrieren
der Netzströme - zu verwenden. Dabei ergibt sicii die Möglichkeit, die Anfangsphase
der Spannung am Elektromagneten zu regeln und somit wird die Möglichkeit zur Regelung
der Anlagenleistung beim Vorliegen von nur zwei Spartransforniatoren beibehalten,
wodurch die Ausbauleistung des Netzteiles und der gesamten Anlage herabgesetzt wird.
Beim Betriebszustand der maximalen Leistung (was beim Vergießen von Eisenmetallen
von besonderer Bedeutung ist) gestattet es die Wahl des optimalen Verhältnisses
der Anfangsphasen von Spannungen an den Belastungen, die Elektroenergie dank Senkung
der Aufnahmeleistung und Erhöhung der Qualität ihrer Parameter wirtschaftlicher
zu benutzen und somit die Betriebewirksamkeit der gesamten Anlage zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, daß das Netzteil einen, dritten
Spartrausformator einschließt, der an
eine weitere, der, e-rsteren
phasenmäßig nacheilende :Leiterspannung des Netzes angeschlossen ist und mehrere
Anschlüsse zur Gewinnung an dem mit diesem verbundenen anderen induktor der in der
Wicklung dieses Spartransformators erzeugten Teil- bzw. Vollspannung aufweist.
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Die erfindundungsgemäße Ausführungsvariante der magnetodynamischen
Anlage gestattet es, eine gleichmäßigere Belastungsverteilung auf die Natzphasen
zu erreichen, was seinerseits zur Herabsetzung der Ausbauleistung dieser Anlage
beiträgt.
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Zweckmäßigerweise werden in einer Modifikation der linlage mit zwei
Elektromagneten parallel zu einem der Elektromagneten und dem an die Wicklung des
ersten Spartransformators angeschlossenen Induktor Ausgleichskapazitäten geschaltet.
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Bei einer solchen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage
werden die Bedingungen zum Symmetrieren der Netzströme verbessert und der Leistungsfaktor
am eingang der Anlage erhöht. Ferner wird somit zum Ausgleich der Netzblindle istung
beigetragen.
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Die gestellte Aufgabe ist auch dadurch gelöst, daß in einer magnetodynamischen
Anlage mit zwei parallel gesctalteten Induktoren, zwei parallel geschalteten Elektromagneten
sowie einem Netzteil, das mit den Elektromagneten über Schalter elektrisch gekoppelt
ist und einen ersten, an die eine Leiterspannung eines mehrphasigen Netzes ange
schlossenen Spartransformator, einen zweiten, an die zweite Leiterspannung dieses
Netzes, welche der ersteren phaseninäbig voreilt, angeschlossenen Spartransformator
sowie einen Regelkondensator zum Symmetrieren der Netzströme enthält, wobei die
beiden Spartransformatoren mehrere Anschlüsse zur Gewinnung der in der Wicklung
des entsprechenden Spartransformators erzeugten Teil- bzw. Vollspannung an den anzuschließenden
Belastungen aufweisen, wobei ein gemeinsamer Anschluß der Induktoren mit einem der
Wicklungs anechlüber des ersten Spartransformators und ein Anschluß des Regelkondensators
mit einem der Wicklungeanschlüsse des zweiten Spartransformators operativ gekoppelt
ist, ge-
koppelt ist, gemäß der Erfindung die elektrische Kopplung
der Elektromagneten mit dem Netzteil durch operative Verbindung ihres einen gemeinsamen
Anschlusses mit einem der Wicklungsanschlüsse des ersten Spartransform tors und
ihres anoeren gemeinsamen Anschlusses ait einem der Wicklungsanschlüsse des zweiten
Spartransformators realisiert ist, wobei der andere gemeinsame Anschluß der induktoren
und der andere Anschluß des Regelkondensators ihrerseits jeweils mit einem der Wicklungsanschlüsse
entsprechend des zweiten und des ersten Spartransormators operativ verbunden ist.
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Es muß hervorgehoben werden, daß es die ertindungsgemäße Modifikation
der Anlage zusätzlich ermöglicht, die Anfangspnase der Spannung an den induktoren
zu regeln.
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Darüber hinaus gestattet es der auf die vorstehend erwähnte leise
gescnaltete Regelkondensator, die Stromdichte in den Wicklungen der Spartransfomatoren
herabzusetzen. Bei einer derartigen baulichen Gestaltung gewährleistet die beschriebene
Anlage, indem sie eine Quelle der blindleistung darsteLlt (die Ströme am Eingang
der Anlage eilen den entsprechenden Phasenspannungen vor), die Stabilisierung der
Netzspannungspegel und verbessert die Qualitätskennwerte der Elektroenergie. Gleitchzeitiz
werden bei Senkung der Ausbauleisung der Spartransformatoren die Bedingungen für
den maximalen Wärme und ASasseaustausch in den Rinnen der erfindungsgemäßen Anlage
beibehalten.
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Bei Abänderungen der beanspruchten Anlage ist es möglicn, daß das
Netzteil einen regelbaren Ausgleichskondensator einschließt, der an das Wicklungsende
des zweiten Spartransformators und- an den anderen gemeinsamen Anschluß der Induktoren
geschaltet ist.
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Die Verwendung des Ausleichskondensators trägt zusätzlich zur Herabsetzung
der Ausbauleistung des zweiten Spartransformators bei.
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Darüber hinaus ist die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, das in einer
magnetodynamischen Anlage mit zwei parallel geschalteten lnduktoren, zwei parallel
geschalteten Elektromagneten sowie einem Wetzteil, das einen ersten, an
die
eine Leiterspannung- eines mehrphasigen Netzes augeschlossenen Spartransformator,
einen zweiten, afl die zweite Leiterspannung dieses Netzes, welche der ersteren
pnasenmåBig voreilt, angeschlossenen Spartransformator einen dritten, an die dritte
Leiterspannung des erwähnten Netzes, welche der ersteren phasenmäßig nacheilt, angeschlossenen
Spartransformator, sowie einen Regelkondensator zum Symmetrieren der Netzströme
enthält, wobei sämtliche Spartransformatoren mehrere Anschlüsse zur Gewinnung der
in der Wicklung des entsprechenden Spartransformators erzeugten eil- bzw. Vollspannung
an den anzuschließenden Belastungen aufweisen, wobei ein Anschluß des Regelkondensators
mit einem der Wicklungsanschlüsse des zweiten Spartransforiaators, ein gemeinsamer
Anschluß der Induktoren mit einem der Wicklungsanschlüsse des ersten Spartransformators
und ein gemeinsamer Anschluß der Elektromagne ten seinerseits mit einem der Wicklungsanschlüsse
des dritten Spartransformators operativ verbunden ist und jeder Elektromagnet in
seinen Parallelzweigen einen Schalter aufweist, gemäß der Erfindung der andere gemeinsame
Anschluß der Elektromagneten und der andere gemeinsame Anschluß der Induktoren jeweils
mit einem der Wicklungsanschlüsse, entsprechend des ersten und des zweiten Spartransformators,
und der andere Anschluß der Regelungskapazität mit einem der Wicklungsanschlüsse
des ersten Spartransformatoren operativ gekoppelt ist, Diese technische Lösung gewährleistet
eine Erweiterung des Regelungsbereiches der Anfangsphase und der Spannung größe
an den Induktoren und Elektromagneten unter gleicizeitiger Beibehaltung der Bedingungen
für den maximalen Wärme- und Masseaustausch in den Rinnen der magnetodynamischen
Anlage.
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Dank Verwendung von Ausgleichskondensatoren kamin zusätzlich die
Ausbauleistung der Anlage herabgesetzt und der Leistungsfaktor des Stromversorgungsnetzes
erhöht werden.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen
magnetodynamischen Anlage, Fig. 2, 3, 4 verschiedene Modifikationen der erfindungsgemäßen
Anlage und Fig. 5 ein topografisches Diagramm der spannungen an den Bauelementen
der elektrischen Schaltung der erfindungsgemäßen Anlage, welches ihre Wirkungsweise
veranschaulicht.
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Die erfindungsgemäße megnetodynamische Anlage (Fig. 1) enthält zwei
Spartransformatoren 1 und 2, einen Regelkondensator 3, einen Induktor 4 sowie einen
Elektromagneten 5.
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Die Spartransformatoren 1,2 und der Regelkondensator 3 bilden das
Netzteil der magnetodynamischen Anlage und der Induktor 4 sowie der Elektromagnet
5 sind die Belattung dieses Netzteiles.
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Die magnetodynamische Anlage kann an ein mehrphasiges Stromversorgungsnetz
angeschlossen werden.
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So ist beispielsweise in Fig. lder Anschluß einer solchen Anlage an
ein Drehstromnetz, gezeigt als Schienen A, B und C, dargestellt. Dabei sind die
Phasenklemmen der Wicklung 6 des Spartransformators 1 an die Leiterspannung UcA
und die Wicklung 7 des Spartransformators 2 an die Leiterspannung UBC angeschlossen,
welche der Leiterspannung UCA voreilt. Außer den Phasenklemmen weisen die Wicklungen
6 und 7 Anzapfungen auf, welche Anschlüsse der fiicklungsteile sind. Das Vorhandensein
der Wicklungsanzapfungen stellt eine bedeutende Besonderheit der beschriebenen Spartransformatoren
1 und 2 dar, weil eine solche bauliche Ausführung der Wicklungen 6 und 7 eine operative
Verbindung der Belastung mit beliebigen Anschlüssen der gewählten Wicklung, einschließlich
der Phasenklemmen, gewährleistet. Der Regelkondensator ist zwecks Symmetrierung
der Netzströme an eine Phasenklemme der Wicklung 6 sowie an eine der Anzapfungen
der Wicklung 7 angeschlossen. Das besagte Symmetrieren der Ströme erfolgt auf an
sich bekannte Weise.
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Der Spartransformator 1 dient vor allem zur Einspeisung des Induktors
4, welcher, wie es aus der Zeichnung ersicht-
lich ist, an die
Phasenklemmen der Wicklung 6 sowie an eine der Anzapfungen der letzteren angeschlossen
ist. Auf die anderen Funktionen dieses Spartransformators wird weiter unten eingangen.
Die Anschlüsse des Induktors 4 sind ebenso wie die Anschlüsse des Regelkondensators
3 und des Elektromagneten 5 für deren Umschalten in Übereinstimmung mit den technologischen
Bedingungen auf eine beliebige Anzapfung einer beliebigen Wicklung 6 beziehungsweise
7 geeignet.
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Die Anscnlüsse des Elektromagneten 5 sind uiit den Anzapfungen der
Wicklungen 6 und 7 verbunden. In Reihe mit dem Elektromagneten 5 ist der Schalter
d geschaltet, dessen Vorhandensein durch Forderungen der Technologie bedingt ist.
Der Elektromagnet 5 wird mit der in den Teilen der Wicklungen 6 und 7 erzeugte Gesamtspannung
gespeist.
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Dabei maß hervorgehoben werden, daß der Spartransformator 2 vor allem
als Phasenschiebeinrichtung verwendet wird.
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In der gegebenen Anlage erfüllt er jedoch auch andere Funktionen,
zum beispiel speist er zusammen mit dem Spartransformator 1 den Elektromagneten
5.
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Es sei bemerkt, daß in Übereinstimmung mit den technologischen Bedingungen
das Verhältnis der Anfangsphasen der Spannungen am induktor 4 und dem Elektromagneten
5 eine bestimmte Größe haben soll. So ist dieses Verhältnis, beispielsweise für
eine Ausführun'-'svariante der erfindungsgemäßen magnetodynamischen Anlage, welche
gegenwärtig vorliegend zum Vergießen von Roheisen verwendet wird, der Phagendifferenz
der Spannungen am Induktor und am Elektromagneten gleich und beträgt 60 bis 180
°el. In der bekannten Anlage wird dieses Verhältnis durch das Phasenverhältnis der
Leiterspannungen des Ubergangsnetzes bedingt und kann diskret jede 60 Oei. geändert
werden. Hieraus folgt, daß es die erfindungsgemäße Anlage im Vergleich zur bisher
bekannten gestattet, das besagte Verhältnis stetiger zu regeln, was die Möglichkeit
bietet, mannigfaltige Forderungen des technologischen Prozesses des Metallvergießens,
darunter auch beim umkehrbaren Betrieb der Anlage, vollständiger zu erfüllen.
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Die magnetodynamische Anlage kann in zwei Hauptbetriebsarten funktionieren:
1) "Regelbare Vorwärmung des Metalls" wenn nur der induktor 4 eingescnaltet ist
(Ofenprinzip); 2) "Vergießen des Metalls", wenn der Induktor 4 und der Elektromagnet
5 gleichzeitig eingeschnltet sind (Pumpenprinzip).
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Zur besseren Veranschaulichung der Wirkungsweise der Anlage ist in
Fig. 5 das topografische Diagramm der Spannungen an den belastungen des Netzteiles
sowie arm Xegelkondensator 3 dargestellt.
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Beim Betrieb der magnetodynamischen Analeg zum Vorwärmen des Metalls
(nach Ofenprinzip) wird der mit dem Regelkondensator 3 eingestellte Wert der Blindleistung
Q3 durch den Vektormodul der pulsierenden Leistung des Induktors 4 bedingt, d.h.
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Hierin bedeutet: #4 Argument des Vektors der pulsierenden Leistung
des Induktors 4; #4 Anfangsphase der Spannung am Induktor 4; Phasenwinkel des Stromes
des Induktors 4.
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gemäß der Bedingung des Symmetrierens der Netzströme muß sich das
Argument des Vektors der pulsierenden Leistung des Kondensators 3 vom Argument des
Vektors der pulsierenden Leistung des Induktors 4 um 180° unterscheiden, wozu am
Kondensator 3 folgende Anfangsphase der Spannung gewährleistet werden soll:
Das hierfür erforderliche Ubersetzungsverhältnis des Spartransformators 2 wird in
Übereinstimmung mit dem topografische Diagramm der Fig. 5 durch folgende Gleichung
ausgedrückt:
Unter dem Ubersetzungsverhältnis der Spartransformatoren wird hier und weiter unten
das Verhältnis der Leiterspannung am Eingang des Spartransformators zur Spannung
zwischen
der Anzapfug, an welche das Schaltungsbauelelnent geschaltet wird, und der Phasenklemme
des Spartransformators, die dem Anfang des Vektors der Leiterspannung entspricht,
auf welche dieser Spartransformator geschaltet ist.
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Beim Betreiben der Anlage in der Betriebsart "Vergießen von Metall"
wird der Elektromagnet 6 durch den Schalter d an die Anzapfung angeschlossen, welche
die erforderliche Größe und Anfangsphase der Spannung am Elektromagneten 5 bestimmt,
was durch das Übersetzungsverhältnis der Spartransformators 2 bestimmt wird:
Hierin bedeuten: #5 Anfangsphase der Spannung am Elektromagneten 5, die für die
Gewährleistung der durch den technologischen Prozeß vorgegebenen Leistungsfähigkeit
erförderlich ist. Diese Phase wird für eine betimmte magnetodynamische Anleg nach
de Kennlinie der Abhängigkeit des elektromagnetischen Drukkes vom Phasenverschiebungswinkel
zwischen den Spannungen an den elektromagnetischen Systemen des Induktors und dei
Elektromagneten bestimmt.
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Der Modul und das Argument des Summenvektors der pulsierenden Leistung
des Induktors 4 und des Elektromagneten 5 werden dabei durch folgende Gleichung
ausgedrückt;
Die Größe der Blindleistung des Kondensators 3 (Q3 = N#) und die (laut den Symmetrierungsbedingungen)
notwendige Anfangsphase der Spannung ist für diese Betriebsart
gleich, was durch die entsprechende Anzapfung des Spartransformators 2 mit dem durch
Gleichung (3) ausgedrückten Übersetzungsverhältnis K23 gewährleistet wird.
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Bei betrieb der magnetodynamischen Anlage in Betriebsart "Regelbaren
Vergießen von Metall" muß sich das Übersetzungsverhältnis K25 mit der Zeit in Übereinstimmung
mit
dem Gesetz der Leistungsregelung ändern, während die Leistungsgröße des Kondensators
3 und die Anfangsphase der Spanunng an diesem Kondenssator in Übereinstimmung mit
den Änderungen des Moduls des Vektors N# und seine Argumentes ## regelbar sein müssen,
was durch Änderung des Ubersetzungsverhältnisses K23 sichergestellt wird.
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Der Leistungsregelungsbereich der magnetodynamischen Anlage kann
in einem bedeutenden Maße erweitert werden, indem man die Anschlüsse des Elektromagneten
auf verschiedene Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 2 umschaltet.
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Solchenfalls fließen in den Wicklungen 6 und 7 dic durch die geometrische
Summe der Ströme des induktors 4, des Elektroinagneten 5 und des Symmetrierkondensators
3 bestimmten Ströme, deren Größe für die gegebene Betrieb art; zulässig ist. Es
ist hervorzuheben, daß bei einem bedeutenden Regelungsbereich die Notwendigkeit
entstehen kann, die Anschlüsse des an die Phasenklemme der Wicklung 6 geschalteten
Kondensators 3 auf andere Anschlüsse dieser Wicklung umzuschalten. Bezeichnet man
die Übersetzungsverhältnisse der Spartransformatoren 1 und 2 als K1 = UCA/UC1A bzw
K2 = UBC/UB1C, so wird der Modul unu" das Argument des Spannungsvektors am Elektromagneten
5 (bzw. Kondensator 3) folgenderweise ermiltelt:
Bei gebener größe #C1B1 und gegebenem Übersetzunsverhältnis Kl wird das erforderliche
Übersetzungsverhältnis K2 nach folgender Gleichung ermittelt:
Die Kurve C1B1 im topografischen Diagramm (Fig. 5) entspricht dem Spannungsvektor
am Elektromagneten 5 beziehungsweise am Kondensator 3, wenn diese an die Anzapffungen
der beiden Spartransformatoren angeschlossen sind.
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Die Spartransformatoren 1 und 2 in dieser schaltung dienen also zur
Speisung der entsprechenden Belastungen und zur Regelung der Anfangsphasen der Spannung
an diesen Belastungen.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
magnetodynamischen Anlage dargestellt, welche zum gleichzeitigen Vergießen von Metall
in zwei Gießformen verwendet wird.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält diese Anlage außer den Spartransformatoren
1,2 und dem Regelkonden sator 3 einen weiteren, an die Leiterspannung UAB angeschlossenen
Spartransformator 9, zwei induktoren 10, 11 und zwei Elektromagneten 12, 13. Der
Induktor 10 sowie der Elektromagnet 12 sind genauso geschaltet, wie in der vorstehend
beschriebenen Ausführungsvariante der Elektromagnet 13 ist an das Netzteil über
einen Schalter 14 angeschlossen und der Induktor 11 ist an die gemeinsame ;Phasenkleutrne
der Spartransformatoren 1 und 9 sowie an eine der Änzapfungen des Spartransformators
9 geschaltet. Die operative elektrische Kopplung des Induktors 11 mit dem Spartransformator
9 ist auf die gleiche Weise, wie auch die Kopplung des induktors 10 mit dem Spartransformator
1 realisiert, d.h. mit der Möglichkeit der Umschaltung von einer Anzapfung auf eine
andere.
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die vorstenend bereits ausgeführt wurde, muß das Verhältnis der Anfangsphasen
der Spannungen an den Induktoren 10, 11 und, entsprecnend, den Elektromagneten 12,
13 einen vorbestimmten Wert haben. Daher wird die Wahl der Anzapfungen der Spartransformatoren
1, 2 und 9 in über einstimmung mit den technologischen Bedingungen getroffen, während
die dabei entstehende Assymetrie der Netzströme durch Anschluß des Rej;elkondensators
5 an die entsprechenden Anzapfungen der Wicklungen des Spartransformators 2 beseitigt
wird.
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Entsteht in der Praxis die Notwendigkeit, das Metall in eine größere
Anzahl von Gießformen zu vergieXen, so kann die Anzahl der Induktoren und Elektromagneten
bei einer entsprechenden Erhöhung der Ausbaulei-
stung der Spartransformatoren
vergrößert werden.
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Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung sind parallel
zum induktor 10 und zum Elektromagneten 15 regelnde Ausgleichskondensatoren 15 und
16 (Fig. 2) geschaltet. Die Funktion dieser Kondensatoren in der beanspruchten magnetodynamischen
Anlage besteht darin, daß sie die Blindleistung der entsprechenden Belastungen ausgleichen,
was zur Senkung des Ausbauleistuing sowohl der Spartransformatoren als auch des
Regelkondensators beiträgt.
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Arbeitet die nach der gegebenen Ausführungsvariante der Erfindung
aufgebaute magnetodynamische Anlage nach der "Offenprinzi", d.h. zum Vorwarmen des
Metalls, so sind nur die Induktoren 10 und 11 eingeschaltet. Die Werte und Phasen
der die Indukturen 10 und 11 speisenden Spannung werden ausgehend von den Bedingungen
der Gewährleistung der notwendigen Geschwindigkeit der Vorwärmung des Metals in
der magnetodynamischen Anlage gewählt, was durch die Wahl der Werte und Anfangsphasen
der Spannungen an den Induktoren 10 und 11 sichergestellt wird. Deshalb sind die
Wicklungsenden der Induktoren 10 und 11 aufeinander derart abzugleichen, daß die
Anfangsphasendifferenz der Speisespannungen 60° el beträgt. Dies wird in einem genügenden
Maße durch einen intensiven Wärme- und Masseaustausch zwischen den Rinnen und der
Warme der der magnetodynamischen Anlage gesichert.
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Der Summenvektor der pulsierenden Leistung des Drehstromnetzes wird
bei dieser Betriebsart durch die Summe der Vektoren der pulsierenden Leistungen
oder induktoren 10 und 11 bedingt:
Die erforderliche Kapazität des Kondensators 3 ( =N#) und- die Anfangsphase se iner
Spannung können mit Hilfe der Gleichung (2), und der erforderliche Wert des Übersetzungsverhältnisses
des Spartransfo:rmators 2 mit Hilfe der Gleichung (3) berechnet werden.
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Beim. Betrieb der magnetodynamischen Anlage nach dem "Pumpenprinzip",
d.h. zum Vergießen von Metall, werden die Elektromagneten 12 und 13 durch Schalter
8 und 14 an die entsprechenden Anschlüsse (darunter auch Phasenklemmen) der
Spartransformatoren
1 und 2 angeschlossen. Solchenfalls ist der Summenvektor der pulsierenden Leistung
uer Summe der Vektoren der pulsierenden leistungen der Induktoren 10 ind 11 sowie
der Elektromagneten 12 und 13 gleich:
Dieser Vektor soll mit Hilfe des kondensators 3 abgeglichen sein. Die Anfangsphase
der Spannung am Kondensator 3 wird nach der Gleichung (2) bzw. (6), und das Übersetzungsverhältnis
des Spartransforlllators 2 nach der Gleichung (3) bestimmt. Es muß hervorgehoben
werden, daß sich der Vektor W£ in Abhängigkeit vom Verhältnis der Leistungen der
Induktoren 10 und 11 sowie der Elektromagneten 12 und 13 größen- und phaseiiiäßig
ändert, was zu der Notwendigkeit führen kann, die Anschlüsse des Kondensators 3
von der Phasenklemme der Spartransformatoren 1 und 9 auf die entsprechenden Zwischenanzapfungen
des Spartransformators l umzuschalten . Dabei werden der Wert und die Anfangsphase
der Spannung am Kondensator 3 nach den Gleichungen (7) und (d), und der erforderliche
Wert des Übersetzungsverhältnisses K2 flach der Gleichung (g) best imnrb-.
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Mit Hilfe der Regelkondensatoren 15 und 16 kann die Notwendigkeit,
den Kondensator 3 umzuschalten, beseitigt, seine Leistung gesenkt und der Leistungsfaktor
am eingang des Netzteiles der magnetodynamischen Anlage erhöht werden.
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Die Leistung dieser Kondensatoren wird ausgenend von den Ausgleichsbedingungen
der pulsierenden Leistungen der Induktoren 10 und 11 gewählt und nacn folgenden
Gleichungen bestimmt:
Soll das Metall in , nur eine Gießform vergossen werden, so kann dies in der magnetodynamischen
Anlage nach Fig. 2 günstiger mit Hilfe des Elektromagneten 13 geschehen, weil in
diesem Fall die Ausbauleistung der Regelkondensatoren herabgesetzt ist.
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Die folgende Ausführungsvariante der Erfindung bezieht
sich
auf eine magnetodynamische Anlage, welche zwei parallel geschaltete induktoren sowie
zwei parallel geschaltete Elektromagneten aufweits. Eine solche Ausführungsvariante
der Anlage kann besondern in den Füllen vorteilhaft verwendet werden, wenn die Musse
des Gußstücks 10 bis 20 kg überschreitet, wj's eine Vergrößerung des Tiegelvolumens
der Anlage erforderlich macht.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Erwärmung des Metalls im Tiegel einer
derartigen Anlage mit Hilfe von mehreren lnduktoren. Dabei bietet die Anlage nach
wie vor die Möglichkeit, zugleich zwei Gußstücke zu gießen.
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Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die parallel geschalteten Induktoren
17 und 18 an die Wicklungen der Spartransformatoren 1 und 2 angeschlossen. Die parallel
geschalteten Elektromagneten 19 und 20 sind ebenfalls an die Wicklungen dieser Spartransformatoren
über Schalter 21 und 22 angescnlossen, vorausgesetzt, daß das obenerwähnte Verhältnis
der Anfangsphasen der Spannungen an den Induktoren und Elektromagneten aufrechterhalten
bleibt. Der Regelkondensator 23 ist ari die Wicklungen der Spartransformatoren 1
und 2 mit Mögilchkeit einer Umschaltung seiner Anschlüsse von einer Anzapfung auf
eine andere angeschlossen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung (Fig. 3) ist
zwischen den einen gemeinsamen Anschluß der Induktoren 16 und 17, welche an den
Spartransformator 2 angeschlossen sind, und die gemeinsame Phasenklemme der Spartransformatoren
ein regelnder Ausgleichskondensator 24 geschaltet, welcher zu einer zusätzlichen
Herabsetzung der Ausbauleistung des Spartransformators 2 beiträgt.
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Bei der Arbeit der magnetodynamischen Anlage in der Betr iebsart"Re
gelbares Vorwärmen des Metalls", wenn an die Anzapfungen der Spartransformatoren
1 und 2 die lnduktoren 17 und 18 angeschlossen sind, wird die Wahl dieser Änzapfungen
beziehungsweise der Übersetzungsverhältnisse K1 und K2 durch den Regelungsbereich
der Größe der Spannung al den induktoren sowie durch die Symmetrierbedingun
gen
bestimmt Dic Größen und Anfangsphasen der Spannungen an den Induktoren 17 und 18
sowie am Reglkondensator 23 werden dabei nach den Gleicnungen (7), (8) und (9) berechnet.
Die Symmetrierungsbedingung für diesen Betriebszustand wird naca der Gleichung
ermittelt. Dabei köriren einer bezienungsweise beide Anschlüsse des Kondensators
23, welcher mit den Wicklungen 6 und 7 der Spartransforuiatoren 1 und 2 verbunden
ist, an die Phasenklemmen der Spartransformatoren 1 und 2 geschaltet sein, was es
gestattet, die optimalen Bedingungen zur Realisierung der Gleichung (15) zu erzielen
sowie oie Steuerschaltung zu vereinfachen, falls die Übersetzungsverhältnisse K1
und K2 ausgehend von der Bedingung der Aufrechterhaltung der konstanten Größe der
Anfangsphase der Spannung an den Induktoren 17 und 18 gewillt sind.
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Der betrieb der magnetodynamischen Anlage in der Betriebsart "Vergießen
von Metall" erfolgt durch Anschluß der Elektromagneten 19 und 20 an die entsprechenden
Anschlüsse der Spartransformatoren 1 und 2 durch die Schalter 21 und 22. Die Größe
und Anfangsphase der Spannung an den Elektromagneten wird nach wie vor ausgehend
von den technologischen Bedingungen gewählt und durch entsprechende Werte der Übersetzungsverhältnisse
sicherstellt, welche genauso, wie vorstehend erwähnt, nach den Gleichungen (7),
(8) und (9) ermittelt werden, während die Leistung und Anfangsphase der Spannung
am Regelkondensator 23 durch den Summenvektor der pulsierenden Leistung aus der
Gleichung (15) bestimmt wird:
Bei Notwendigkeit können in der Schaltung tjemäß Fig. 3 solche Übersetzungsverhältnisse
für den Kondensator, 23 gewählt werden, bei denen die Gleichung (16) gültig bleibt
und zugleich die Stromdichte in der Wicklung 6 auf ein Minimum gebracht ist. Die
Minimierung der Stromdichte in der Wicklung 7 erfolgt mit dem Regelkondensator 22s,
wozu einer seiner Anschlüsse die ganze Zeit an
eine der Phasenklemmen
des Spartransformatores 2 ange schlossen bleibt und der andere zusammen mit den
Anschlüssen der Induktoren 17 und 18 auf die Anzapfung dieses Spartransformators
umgeschaltet wird. In Einzelfällen können die in Fig. 3 dargestellten umschaltbaren
Anschlüsse jedes beliebiX;en Schaltungsbaulemente an die entsprechenden Phasenklemmen
des einen oder der beiden Spartransformatoren angeschlossen werden. Beim Vergießen
des Metalls in eine Gießform kann ein beliebiger der i;lektromagneten (19 beziehungsweise
20) betrieben werden, der durch den betreffenden Schalter (21 beziehungsweise 22)
angeschaltet wird. Irgendwelche prinzipiellen Besonderheiten werden in der Schaltung
gemäß Fig. 3 durch eine solche Betriebsart der magnetodynamischen Anlage nicht bedingt.
Infolgedessen ist sie aus technologischer Sicht im Vergleich zu der Schaltung gemäß
Fig. 2 flexibler Ist es erforderlich, den Regelbereich der Leistung der erfindungsgemäßen
magnetodynamischen Anlaür1e zu erweitern, so wird zweckmäßigerweise deren in Fig.
4 gezeigte Ausführungsvariante angewendet.
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In Figur 4 sind die den in Figur 2 gezeigten ähnlichen Spartransformatoren
1, 2 und 9, die parallel geschalteten Induktoren 17 und lE, die parallel geschalteten
Elektromagneten 19 und 20 sowie Schalter 21 und 22, wie ach der Regelkondensator
27 und die Ausgleichekondensatoren 25 und 26 dargestellt. Die Induktoren 17 und
lE sowie der Regelkonoensator 23 sind auf die in Fig. 3 gezeigte Weise an die Spartransformatoren
angescalossen, und die Elektroma,gneten 19 und 20 sind über die Schalter 21 und
22 in den Parallelzweigen an die Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 9 unter
Beibehaltung des vorstehend angegebenen Verhältnisses der Spannungsanfangsphasen
gescnaltet. Die regelnden Ausgleichskondensatoren 25 und 26 sind an die gemeinsamen
Anschlüsse der Induktoren bzw. Elektromagneten, angeschlossen.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante der An-
lage
dargestellt, bei welcher der Betrieb mit einem beziehungsweise mit zwei Elektromagneten
sichergestellt wird.
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In Einzelfällen kann der Kondensator 26 als zwei Kondensatorengruppen
ausgeführt sein, von denen jede unmitelbar an einen der Elektromagneten angeschlossen
ist.
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Bei dieser Ausführungsvariante der Anlage bleiben die rechnungsmäßig
ermittelten Verhältnisse und Bedingungen, welche die Wahl der Werte und Anfangsphasen
der Spannungen an den an die Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 2 angeschlossenen
Schaltungsbaulementen bestimmen, konstant. Der Modul des Spannungsverktors und dessen
Argument werden für die Elektromagneten 19 und 20 sowie für den Regelkondensator
23 gemäß Fig. 5 (Kurve C2'A') durch Übe-rsetzungsverhältnisse des Spartransformators
1
und des Spartransformators 9
in Übereinstimmung mit folgenden Gleichungen bestimmt:
In der Schaltung nach Fig. 4 können also beliebige Phasenverhältnisse zwischen den
Spannungen an den Induktoren, Elektromagneten und Kondensatoren erzeugt werden,
was die Flexibilität der Schaltung bei Erfüllen der Forderungen der teciinologischen
Betriebsführungen und Beibehaltung von hohen Qualitätskenwerten der Elektroenergie
im Stromvei'sorgungsnetz mitbestimmt.
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Die erfindungsgemäßen schaltungstechnischen Lösungen der magnetodynamischen
Anlage mit einem Netzteil gestatten es, deren optimale Ausführungsvariante in bezug
auf die konkrete Technologie und das Metall zu wählen. Durch die Tatsache, daß die
Speisung und Symmetrierung kombiniert ausgeführt werden, wird außer den besseren
Betriebskenn ziffern der Gießßereistraße auch'eine hohe Qualität der Elektroenergie
im mehrphasigen Stromversorgungsnetz gevahxleistet.