Installation de consommation d'énergie électrique. La présente invention a pour objet une installation de consommation d'énergie élec trique, telle que par exemple une installation à. four électrique, à électrolyseur ou à moteur électrique à charge variable.
D'après l'invention, l'installation com porte un appareil consommateur d'énergie électrique, des moyens de réglage pour régler la consommation d'énergie de celui-ci et des moyens de commande dépendant de condi tions électriques de l'appareil consommateur pour empêcher le fonctionnement desdits moyens de réglage dans certaines conditions prédéterminées.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention comprenant un four de fusion électrique à arc, pour courant triphasé, dans lequel les électrodes sont automatiquement soulevées ou abaissées pour maintenir la con sommation d'énergie du four sensiblement constante, sans égard aux changements se produisant dans le four et pour les varia tions de fréquence ou de tension, ou des deux, dans la ligne= d'alimentation.
La fig. 1 est un schéma simplifié des con nexions électriques de l'installation, les inter rupteurs limitateurs n'y étant pas dessinés; La fig. la montre un cadran de réglage en vue; La fig. 2 est un schéma de couplage pour les connexions de l'un de trois moteurs élec triques de commande des électrodes du four; La fig. 3 est un schéma de couplage mon trant les connexions de ces trois moteurs;
La fig. -t montre la construction d'un in terrupteur limitateur en coupe verticale, et La fig. 5 montre un autre interrupteur limitateur en coupe verticale.
<B>El</B> n se référant à la fig. 1, le four électri que F est un four de fusion à arc, pourvu de trois électrodes A B et C plongeant dans le bassin du four dans lequel se trouve la ma tière à fondre. Les électrodes r1 B et C sont connectées par des conducteurs<I>a b</I> et c res pectivement avec les barres omnibus 2a, 2u et 2c qui sont alimentées par un alternateur triphasé (non représenté) qui peut alimenter les barres omnibus par une longue ligne de transmission.
Chacune des électrodes _1 B ct C peut être soulevée ou abaissée par un nié canisme de commande réglé électriquement, représenté dans le présent exemple sous forme de moteur électrique triphasé 3 actionnant un tambour 4 autour duquel est enroulé un câ ble 5 de suspension de l'électrode dans le four.
A la fig. 1 est représenté un moteur con necté avec une des électrodes et un arrange ment de circuits et d'appareils pour le ré glage de ce moteur, mais il va de soi qu'un moteur est prévu pour chacune des trois élec trodes et que l'arrangement de circuits et d'appareils de réglage est le même pour cha que moteur.
Une borne du moteur 3 est directement connectée par un conducteur 6 à. une des barres omnibus, par exemple la barre 2e. La seconde borne du moteur 3 est connectée par un conducteur 7 aux couteaux 8 et 9 de deux interrupteurs bipolaires 10 et<B>Il</B> respective ment.
La troisième borne du moteur 3 est connectée par un conducteur 12 aux couteaux <B>12)</B> et 14 des interrupteurs respectifs 10 et<B>Il.</B> Les contacts stationnaires 15 et 16 de ces interrupteurs sont connectés par le conduc teur 17 à la, barre omnibus 2a, tandis que les contacts stationnaires 21 et 22 sont connec tés par un conducteur 23 à la barre omnibus ?b. Ces connexions sont telles qui si l'inter rupteur 10 est enclenché, les conducteurs de moteur 7 et 12 sont connectés aux barres omnibus 2a et 2b respectivement, et si l'in terrupteur<B>Il</B> est enclenché, les connexions sont renversées, les conducteurs de moteur étant connectés aux barres omnibus 2b et 2a respectivement.
Ce renversement des con nexions du moteur avec les barres omnibus sert à. renverser le sens de rotation du mo teur. le moteur marchant pour soulever l'élec trode 4 lorsque l'interrupteur 11 est fermé et marchant en sens opposé pour abaisser l'électrode lorsque l'interrupteur 10 est fermé.
Les interrupteurs 10 et<B>Il</B> sont actionnés respectivement par des électro-aimants 24 et 25. Les bornes adjacentes des bobines éleetro- magnétiques sont connectées ensemble et par un conducteur commun à la barre omnibus 2a.
L'autre borne de la. bobine électro-ma,gné- tique ?4 est connectée par un interrupt(@iir à relais 27 et; le conducteur 28 à. la barre oniiii- bus 2b, tandis que l'autre borne de la bobine électromagnétique 2:i est connectée par un interrupteur à. relais 30 ut le conducteur 38 à 1 < i barre omnibus 2b.
Lorsque l'interrupteur à, relais 2 7 est en clenché, l'électro-aimant 24 est excité pour enclencher l'interrupteur 10, et lorsque l'in terrupteur à, relais 30 est enclenché, l'électro- aimant; 25 est excité pour enclencher l'inter rupteur ll. Les interrupteurs à relais 2 7 et 30 sont actionnés par les électro-aimants 32 et 33 respectivement.
Les bornes adjacentes des bobines des électro-aimants 32 et 3 3 sont connectées ensemble et par le conducteur commun 211 à la barre omnibus 2b. L'autre borne de l'électro-aimant de.
relais 32 est con nectée par le conducteur 34 au contact supé rieur réglable 3 5 et l'autre borne de l'électro- aimant de relais 33 est connectée par le con ducteur 36 au contact fixe inférieur et opposé 37 d'un interrupteur 38 ayant un contact mo bile 39 qui est eonneeté par un conducteur 40 à la barre omnibus 2a.
Le contact mobile 39 est monté sur l'él@- ment basculant d'un dispositif commandé par les watts, désigné en entier par le chiffre 50. Celui-ci est représenté sous forme de balance Kelvin avant des bobines à courant fixes a1 connectées par l'intermédiaire d'un transfor mateur d'intensité 52 à la. barre omnibus 2a.
et avant des bobines à tension mobiles 53 connectées ent=re les barres omnibus 2a et 2}). Les bobines à. tension 53 sont montées sur un levier basculant 54 pivotant en 55, sur le quel est monté le bras 56 portant le contact d'interrupteur mobile 39. Un ressort; 5 7 est relié au bras 56 tendant à le tirer vers le haut. La tension du ressort 57 peut être ré glée au moyen d'un écrou 58 portant un in dex 59 mobile sur un cadran calibré<B>60.</B> L'écrou 58 est visé sur une tige filetée !Il mobile à travers la plaque à. cadran 62.
Les différentes bobine; 51 et 53 de hi balance Kelvin sont enroulée: de telle façon que lorsque le courant passe par la barre omnibus 2a. la, bobine à potentiel de gauche en fig. 1 sera attirée par la bobine à courant inférieure et repoussée par la bobine à cou rant supérieure, tandis que la bobine à po tentiel de droite sera attirée par la bobine à courant supérieure et repoussée par la bobine à. courant inférieure, de façon que le bras 56 sera poussé vers le bas à l'encontre de la ten sion du ressort 57.
Les champs magnétiques des bobines de la balance Kelvin sont naturellement exemp tes de fer pour que les forces magnétiques entre les bobines soient exactement propor tionnelles au wattage.
Le cadran 60 est de préférence calibré de façon à permettre de lire directement. les kilowatts de sorte que la, tension du ressort 5 7 compensera justement l'effort magnétique des bobines de la balance Kelvin lorsque la barre omnibus 2a délivre à l'électrode A le nombre de kilowatts indiqué par l'index 59, et le contact mobile 39 sera alors suspendu au milieu entre les contacts stationnaires 35 et 37.
Une des caractéristiques bien connues d'un w a.ttmètre du type à balance Kelvin est celle qu'il n'est pas sensiblement affecté par des champs égarés externes puisque ces champs agissent de façon uniforme et dans la. même direction sur les bobines sur les deux extrémités de la balance. Cette carac téristique des wattmètres du type à balance Kelvin est en particulier de grande valeur sur des tableaux de connexion ou en tout autre endroit sujet à des champs électriques externes.
-Un ampèremètre 200 est connecté dans le secondaire du transformateur d'intensité 52 pour indiquer le courant consommé par l'élec trode A.
Les appareils représentés à la fig. 1 fonc- l ionnent comme suit: L'index 59 est réglé pour indiquer le nombre de kilowatts que l'on désire fournir à, l'électrode A. Si, pour une raison quelcon que, un waltage plus élevé est délivré à l'élec trode, la balance Kelvin 50 attirera le bras 56 vers le bas à l'encontre de la tension du ressort 57, amenant ainsi le contact mobile 39 contre le contact stationnaire inférieur 37 et complétant le circuit par l'électro-aimant de relais 33 pour enclencher l'interrupteur à relais 30.
L'interrupteur à relais 30 ferme le circuit par l'électro-aimant 25 -qui en clenche ensuite l'interrupteur 11 et fait que le moteur est. actionné dans le sens pour sou lever l'électrode A, augmentant ainsi la lon gueur de l'arc et sa résistance et réduisant par suite le courant passant par la barre omnibus 2a. Lorsque l'électrode a suffisam ment été élevée pour réduire le wattage à ce lui prédéterminé par le réglage du cadran, la balance Kelvin vient de nouveau occuper sa position neutre avec le .contact mobile 39 hors de contact avec les contacts station naires 35 et 37.
Si les watts délivrés à l'élec trode A tombent en dessous du nombre indi qué par le réglage du cadran, la balance Kelvin se déplacera dans la direction oppo sée sous la tension du ressort pour amener le contact mobile 39 contre le contact station naire supérieur 35, complétant ainsi le eir- c.uit par le relais 32 pour enclencher l'inter rupteur 10, et aura pour effet que le moteur sera actionné en direction opposée à la précé dente pour abaisser l'électrode A et augmen ter ainsi le courant consommé par l'électrode. En pratique, la balance Kelvin vibre conti nuellement et le moteur 3 tourne pour main tenir le wattage au point prédéterminé.
Les autres deux électrodes B et C sont réglées de façon similaire pour maintenir un wattage constant pour le courant qu'elles consomment à l'aide de moyens de réglage identiques à ceux de l'électrode A.
Le réglage peut tout aussi bien être ap pliqué à des lignes à, courant continu; dans ce cas le transformateur 52 serait remplacé par une résistance, avec laquelle les bobines à courant du wattmètre seraient reliées en dérivation.
Le schéma de connexion pour le moteur de commande d'une électrode est représenté à .la fig. 2 et celui pour les moteurs de com mande des trois électrodes à la fig. 3.
En se référant d'abord à la fig. 2, dans laquelle les parties correspondant à celles de la fig. 1 portent les mêmes signes de réfé rence, le four 1â comporte les électrodes comme celles représentées à, la fig. 1, dont une est soulevée ou abaissée par le moteur 3 par toutes connexions appropriées comme re présenté à. la. fig. 1-. Le moteur comporte les trois conducteurs d'alimentation 6, 7 et 1.2.
Le conducteur 6 est connecté au contact: 71' d'un interrupteur-inverseur tripolaire à. main 70 lequel, enclenché dans sa position supé rieure, connecte le conducteur 6 avec la barre omnibus 2e. Les conducteurs 7 et 12 :ont connectés aux interrupteurs 10 et 11, lesquels à leur tour sont connectés âvec les barres omnibus 2a et ?b par les conducteurs 17 et 23 et les contacts 72 et 73 de l'interrupteur<B>70</B> dans sa position supérieure.
Les intcrrup- teurs 10 et 11 sont actionnés par les éleetro- aimants ?4 et 25, respectivement, qui sont commandés par les interrupteurs ;à relais 27( et 30, respectivement, lesquels à leur tour .ont commandés par l'intermédiaire des élec tro-aimants 32 et 33 et des connexions 34 et 36 par la balance Kelvin, tout comme il a été décrit ci-dessus en regard de la fig. 1.
Sur la fig. 3, on a représenté les con nexions pour commander les trois moteur: des trois électrodes respectivement. Les con nexions pour chaque moteur sont les mêmes que celles représentées pour le moteur unique à la fi-. 2. Les chiffres de référence corres pondant à. la fi-. 3 désignent les mêmes par ties qu'a la, fig. 2, les suffixes "a", "L" et ,.c" étant utilisés pour distinguer les parties de l'installation de commande des moteur pour les trois électrodes A B et C respec tivement.
En se référant à. la fig. 3, chacun des trois moteurs 3a, 31) et 3c disposés pour sou lever ou abaisser les trois électrodes _1 Zi et C du four est pourvu d'un dispositif de ré glage comportant la balance Kelvin 50a, 50u et 50e respectivement.
Chaque balance Kel vin commande son moteur respectif par l'in termédiaire d'un arrangement de relais et d'interrupteurs de circuit de moteur, les trois ,rroupes d'interrupteurs étant indiqués à la partie de droite supérieure de la fig. 3, les signes de référence des parties correspondant à celles représentées à.
la fig. ? étain pourvris des suffixes "a", <I>"h"</I> et "c" pour indiquer le moteur particulier auquel <B>le,</B> parties appar- tiennent.
En se référant à la fig. ?, deux interrup teurs limitateurs 80 et 90 sont intercalés dans les conducteurs . 3-1 et 36 respectivement. ceux-ci étant les conducteurs reliant les con tacts stationnaires de hi balance Kelvin aux -lectro-aimants de relais 3.3 et 32.
Ces inter rupteurs limitateurs <B>80</B> et 90 sont connecté de façon à être commandés par le potentiel de l'arc entre l'électrode et le bain de métal en fusion dans le four, et fonctionnant pour interrompre le circuit des connexions 36 et 34 respectivement en cas que ce potentiel <I>s</I> 'élève au-dessus ou tombe au-dessous de cer- taiiies limites prédéterminées. Par suite,
le moteur est empêché de soulever l'électrode correspondante dans le cas d'un accroisse- ment anormal de la chute de tension dans l'arc ou d'abaisser l'électrode dans le cii, d'une réduction anormale de la chute de ten sion dans l'arc.
La construction de ces interrupteurs est représentée en détail aux fib. d et 5. L'inter- rupteur 80, qui peut être désigné comme in terrupteur à tension élevée, comporte un bloc de contact verticalement mobile 81 lequel, lorsqu'il est attiré vers le haut, relie les deux ;,essorts de contact stationnaires 82 qui soit intercalés dans le circuit 36. Le contact 81 est disposé sur l'extrémité inférieure d'une tige 83 suspendue par son extrémité supé rieure à un levier 84 pivoté en 85 et muni d'un contrepoids réglable 86.
Sur la tige 83 est monté un piston 8 7 qui est disposé pour être attiré vers le bas lorsque la bobine d'électro-aimant 88 est suffisamment excitée. Le contrepoids 86 est ajusté le long du bras 84 de façon à, maintenir l'interrupteur fermé à l'encontre de l'attraction vers le bas du pis ton 87 par l'électro-aimant, 88 dans .des con ditions de tension normale.
L'interrupteur 90, qui peut être désigné comme interrupteur à tension réduite, comporte un contact mo bile 91 reliant les contacts stationnaires 9 2 du circuit 34 et monté à l'extrémité infé rieure d'une tige 93 suspendue par son extré mité supérieure à. un levier 94 pivoté en 95 et ayant un contrepoids réglable. 96. La tige 93 porte le piston 97 lequel, dans ce cas, est placé à l'extrémité inférieure de la tige de sorte que, lorsque la bobine d'électro-aimant 98 est suffisamment excitée, le piston 97 sera attiré vers le haut et ferme l'interrupteur.
Le contrepoids 96 sur cet interrupteur est ajusté de sorte que pour les tensions normales la traction de l'électro-aimant sur le piston est suffisante pour maintenir l'interrupteur fermé.
Les électro-aimants 88 et 98 des inter rupteurs limitateurs 80 et 90 respectivement sont connectés en série et sont connectés par un conducteur 100 et une lampe électrique à incandescence 10'2 à la. barre omnibus 2a et par un conducteur 101 au four T. La con nexion au four est établie à travers l'enve loppe du four jusqu'à la masse de métal en fusion dans le four.
Chacun des moteurs 3a, 3b et 3c est pourvu d'une paire d'interrupteurs limita teurs à tension élevée et à tension réduite 80a et 90a, 801) et 90b, 81)c et 90c, respective ment, comme indiqué sur la fig. 3. Les in terrupteurs limitateurs 80a et 90a sont inter calés dans les conducteurs 36a et 34a allant de la balance Kelvin 50a aux électro-aimants des interrupteurs à relais 30a et 27a.
Les interrupteurs limitateurs 80b et 90b sont in tercalés dans les conducteurs 36b et 34b de la balance Kelvin 50b aux électro-aimants des interrupteurs à relais 30b et<B>27b,</B> et les interrupteurs limitateurs 80e et 90e sont in tercalés clans les conducteurs<B>36e</B> et 34e de la<B>,</B> balance Kelvin<B>50e</B> aux électro-aimants des interrupteurs à relais<B>30e</B> et 27c.
Les électro-aimants des interrupteurs limitateurs 80a et 90a sont connectés par le conducteur 100a et la lampe 102a à la barre omnibus 2a. Les électro-aimants des interrupteurs limi- tateurs 80b et 90b sont connectés par le con- clucteur 100b et la lampe 102b à la barre omnibus 2b. Les électro-aimants des inter rupteurs limitateurs <B>80e</B> et<B>90e</B> sont connec- tés par le conducteur<B>1001-</B> et la lampe 102c à la barre omnibus 2c.
Les trois groupes d'in terrupteurs limitateurs ont une connexion commune 101 au four I', cette connexion pas sant à travers l'enveloppe du four à la masse de métal fondu.
Les trois électrodes A B et C avec leurs conducteurs<I>a b</I> et c forment une connexion en étoile entre les barres omnibus 2a, 2b et ?c du circuit triphasé. Le bain métallique dans le four est le centre ou point de jonction com mun de cette connexion en étoile. Les con ducteurs 100a, 100b et 100e forment égale ment une connexion en étoile entre les barres omnibus 2a, 2b et 2c et le bain fondu dans le four. Les. interrupteurs limitateurs 80a et 90a dans la branche 100a de l'étoile sont donc connectés à travers l'arc entre l'électrode A et le bain de métal dans le four 'de façon à "être influencés par la chute de tension dans cet arc.
De façon similaire, les -interrupteurs limitateurs 80b et 90b, 80c et<B>90e</B> sont res pectivement connectés en dérivation avec les arcs des électrodes B et C pour être comman dés par la chute de tension dans ces arcs.
Les lampes 102a; 102b et 102e- servent de résistances non-inductives pour leurs inter rupteurs limitateurs respectifs et servent également d'indication visuelle de la chute de tension dans les trois arcs du four.
Les interrupteurs limitateurs fonctionnent de la manière suivante: Les contrepoids sur les bras de levier des différents interrupteurs limitateurs sont ajus tés de façon que lorsque les arcs dans le four sont exactement équilibrés et la chute de tension est sensiblement égale dans les trois arcs, tous les interrupteurs limitateurs sont maintenus fermés. Les contrepoids sont ordi nairement ajustés de façon à permettre une variation de quelques volts dans chaque sens à partir d'une chute de tension équilibrée dans les trois ares.
Supposons toutefois qu'il se produise pour une raison quelconque, telle qu'un accroissement anormal de la résistance de l'arc de l'électrode A, un état de déséqui libre des tensions des arcs de sorte que la tension de l'arc de l'électrode A dépasse con- sidérablement la tension des arcs des élec trodes b' et C.
Ceci produira un déséquilibre similaire des tensions dans les trois brandies de la connexion en étoile au four F par les conducteurs respectifs 100a, 100b, 1()1_)e. 1'ar suite de la tension exagérée dans le conduc- teur 100a, la lampe 102a brillera, davantage et l'interrupteur à.
tension élevée 81a sera ou vert de façon à interrompre le circuit du conducteur 86a de la balance Kelvin 5(p #ît l'interrupteur à relais 80a qui commande l'interrupteur lla pour le soulèvement de l'électrode. Par conséquent, la balance Kel vin 50a est empêchée de faire soulever<B>da-</B> vantage l'électrode 3, soulèvement ultérieur qui ferait encore augmenter la résistance de son arc et le déséquilibre des tensions dans les différents arcs.
La balance Kelvin <B>50111</B> peut seulement fonctionner pour abaisser l'électrode A et diminuer ainsi la résistance de cet arc et rétablir l'équilibre des poten tiels des différents arcs du four. Si le déséquilibre des potentiels est suffisamment grand, les interrupteurs limitateurs à. tension réduite 90b et 90e s'ouvriront également, inter rompront le circuit des conducteurs 34b et 34e des balances Kelvin 50u et<B>50e</B> aux relais qui commandent les interrupteurs d'abaissement:
des électrodes 10u et 10e, et empêcheront ainsi les balances Kelvin 50U et 50e d'abais ser les électrodes L' et C, abaissement qui amènerait une diminution de la résistance de leurs arcs et une augmentation ultérieure du déséquilibre des potentiels des arcs. Les ba lances Kelvin 50b et 50e peuvent seulement fonctionner pour soulever les électrodes B et C et augmenter ainsi la résistance de leurs ares et rétablir l'équilibre normal des poten tiels des arcs.
Lorsque la. résistance en travers de l'élec trode A augmente suffisamment pour ouvrir l'interrupteur limitateur à. tension élevée 80a, la résistance des arcs des électrodes 7B et C diminuera, ordinairement suffisamment pour ouvrir les interrupteurs limitateurs à .
tension réduite 90b et 90c. L'accroissement de résis tance dans l'arc de l'électrode A provoquera une chute dans le wattabe délivré à cette électrode et également, parce qu'il s'agit d'un circuit triphasé, produira, une diminution du wa.ttage délivré aux électrodes fB et<B>C</B>.
S'il n'y avait pas les interrupteurs limïtateur., cette réduction de wat,tabe pour les trois élec trodes actionnerait les trois balances kelvin 50a, 50u et, 50e pour produire un abdisseinerit de toutes les trois électrode.
Comme Félec- trode t1 est la seule électrode hors d'équilibre, elle est la seule électrode qui devrait êtrc- abaissé lquilibrer lit résistance el, un e pour<B>e</B> abaissement des électrodes B3 et C serait inutile, et s'il se produisait, il devrait éire suivi d'un soulèvement des électrode. h et<B>C</B> quand l'équilibre serait rétabli.
Les inter rupteurs à tension réduite 9!>>, et 9(l- empê chent cet abaissement inutile des électrodes 13 et C parce qu'ils empêchent le. balances Kelvin 50b et 50e de fonctionner après la diminution de watlage de façon à abai.*;(@r les électrodes f3 et<B>C</B>.
La balance Kelviir ;i10 toutefois est libre pour provoquer un abais- sement de l'électrode A, ce qui se produit jusqu'à ce que le ivattage normal pour l'élec trode . soit rétabli. Cela ramène l'installa- tion à un. état d'équilibre à l'aide<B>dit</B> réglage en position de l'électrode A qui est l'unique des trois électrodes hors d'équilibre, et sans déranger la. position de.
électrodes IB et C, auxquelles la résistance des ares était exacte ment équilibrée. Si les potentiels des ares deviennent déséquilibrés de façon {lue le po tentiel de l'arc de l'électrode _4 est sensible- ment,inférieur à. celui des arcs des électrode:
IB et C, ce qui peut arriver par suite d'une diminution normale de la résistance de l'arc de l'électrode .l, il se produit l'opération in verse des interrupteurs limitateurs. La lampe 102a devient phis sombre et l'interrupteur limitateur à tension réduite 9()a s'ouvre,
em pêchant la balance Kelvin 50a d'actionner l'interrupteur d'abaissement de l'électrode 10a et permettant un réglage seulement dans le sens du soulèvement de l'électrode -l.
Si l'accroissement de potentiel aux ares des élec trodes 13 et C est suffisant, les interrupteurs limitatcurs â tension élevée 80b et 80e s'ou vriront pour empêc.lier les balances Kelvin 50u et<B>50e</B> de soulever les électrodes B et C et de permettre seulement un réglage dans le sens de l'abaissement de ces électrodes pour rétablir l'équilibrage des potentiels aux différents arcs du four.
Lorsque la diminution de résistance de l'arc de l'électrode A est suffisante pour ac tionner l'interrupteur limitateur à tension ré duite 90a, cette diminution de résistance pro voquera ordinairement une augmentation suf fisante de la résistance des ares des élec trodes B et C des deux autres phases du cir cuit triphasé pour ouvrir les interrupteurs limitateurs à tension élevée 801) et 80c.
La diminution de résistance de l'arc de l'élec trode A provoquera un accroissement anormal du wattage délivré à l'électrode A et, comme le circuit est triphasé, provoquera également un accroissement anormal du wattage dé livré aux électrodes B et C. Cet accroisse ment du wattage obligerait, s'il n'y avait pas les interrupteurs limitateurs, toutes les trois balances Kelvin à faire soulever les trois électrodes A B et C.
Le soulèvement dc#s électrodes B et C serait toutefois inutile, puisque les résistances de leurs ares soit nor males et la résistance de l'arc de l'électrodc A est en défaut. Les interrupteurs limita- teurs à tension élevée 90u et 90e empêchent ce soulèvement inutile des électrodes B et C, tandis que la. balance Kelvin 50a fait sou lever l'électrode A pour rétablir la r6sis- tance normale de son arc.
Pour plus de simplicité, les explications précédentes ont été données pour un accrois sement anormal ou une réduction anormale de la résistance de l'arc de l'électrode _1. Le fonctionnement est le même pour des vari:z- tions anormales de la résistance des arcs d@à, électrodes B et C.
D'autre part, s'il devait se produire un changement anormal de la ré sistance de deux électrodes, par exemple des électrodes A et B, les interrupteurs limita- tours empêcheront le réglage en position de l'électrode normale, à, savoir l'électrode C, tandis .que les électrodes A et B, dont les ré sistances sont hors d'équilibre, seront réglées en position pour établir l'état d'équilibre nor- mal;
et aussitôt qu'une des électrodes A B est ramenée à l'équilibre, les interrupteurs limitateurs empêcheront tout mouvement ul térieur de cette électrode, tandis que l'autre électrode est encore réglée en position pour rétablir son équilibre normal.
Si des conditions anormales devaient te produire dans le four qui affectent l'équilibre des résistances des ares de toutes les trois électrodes, les interrupteurs limitateurs fonc tionneront de la même manière; aussitôt qu'une électrode est ramenée à la position exacte, les interrupteurs limitateurs empêche ront tout mouvement ultérieur de cette élec trode, tandis que le réglage en position des deux autres a lieu, et aussitôt qu'une des autres électrodes est exactement réglée en po sition, l'interrupteur limitateur empêchera tout mouvement ultérieur de celle-ci pendant le réglage en position de la troisième élec trode.
Les interrupteurs limitateurs empêchent un mouvement de va-et-vient ou une vibra tion inutile des électrodes pendant le réta blissement des arcs à l'état d'équilibre, évi= tant ainsi un mouvement inutile et l'usure des parties, et raccourcissant également considérablement le temps requis pour réta blir l'équilibre des arcs.
On verra que chacun des moteurs pour ma.- noeuvrer les trois électrodes comporte deux commandes: l'une, une commandé à wattage, qui maintient un wattage constant et équilibré pour les différents arcs, indépendamment des variations qui pourraient se produire dans le four ou dans les lignes de transmission, et l'autre, une commande à tension dépendant des chutes de tension relatives dans les dif férents arcs du four, cette dernière commande coopérant avec la commande à wattage pour produire un réglage sélectif en position de la ou des électrodes, dont la résistance est hors d'équilibre,
tout en laissant les autres ou l'autre électrode inaffectée pendant le ré tablissement de l'équilibre.
Les moteurs actionnant les électrodes sont pourvus d'une commande à arrêts qui les em pêche de marcher plus loin lorsque l'électrode a été soulevée ou abaissée à la position exacte. Ceci est effectué en interrompant le courant des môteurs de façon que la. marche du moteur soit intermittente, le moteur étant excité de manière intermittente pour effec- tuer un mouvement par étapes de l'électrode.
Ce mouvement intermittent du moteur em pêche le moteur d'acquérir une vitesse et ut, couple tels qu'il serait entraîné à marcher ait delà, du point auquel le circuit du moteur est ouvert par la balance Kelvin lorsque le ré- 41age désiré a été accompli. Le courant in terrompu appliqué au moteur peut être le courant de pleine charge du moteur qui oc casionnera la marche positive du moteur.
La mission de la commande à arrêts est d'action ner le moteur par courtes périodes d'excita- tion vigoureuse séparées par des périodes de manque d'excitation dans lesquelles le roto_ du moteur est capable de venir sensibleineiit- au repos.
A la fib. 2, le conducteur 20, qui corres pond au conducteur 20 de la fig. 1, comporte un commutateur 110. Ce commutateur pos sède un cylindre isolant rotatif<B>111</B> sur le quel sont montées deux bagues 112 et<B>11.3</B> qui sont électriquement connectées ensemble. La. bague 11â s'étend seulement partielle ment autour du cylindre 111. Un contact avec ces bagues rotatives est établi par deux balais stationnaires 114 et 115 reliés au con ducteur 20.
Le commutateur est actionné par un moteur 116 (fig. 3) qui actionne le cylindre 111 par l'intermédiaire d'un engre- nage à réduction de vitesse 117.
Ce dispositif fonctionne comme suit: Le moteur<B>116</B> marche continuellement pour ac- tionner le commutateur. Lorsque la balance Kelvin 50 est dans sa position neutre, il n'y a naturellement point de passage de courant pour le conducteur 20. Supposons, toutefois, que la balance Kelvin soit actionnée pour amener le contact mobile 39 contre l'un des contacts stationnaires 35, 37.
Il en résulte que le courant passe par le conducteur 20 et par l'un ou l'autre des électro-aimants 3?, pour actionner les interrupteurs de moteur correspondant et pour faire marcher le mo- teur. Comme le conducteur 20 est continuel lement interrompu par le commutateur<B>110,</B> l'interrupteur à relais ? 7 ou 30, qui doit être actionné, ferme et coupe continuellement de la même manière- le circuit qui, à son tour, oblige. l'interrupteur <B>10</B> ou celui 11, suivïuit le cas, dans le circuit d'alimentation du mo teur,
à ouvrir et fermer en concordance avec le commutateur 1l0 pour alimenter le moteur de façon intermittente. Le moteur 3 reçoit, par conséquent, un mouvement par étapes et l'électrode _3 est soulevée on abaissée d'un mouvement par étapes. Cela empêche le mo teur d'acquérir un couple suffisant pour aller dépasser sa position d'arrêt désirée lors que la balance Kelvin réoccupe sa position correspondante.
La commande du moteur est établie façon qu'elle, puisse avoir lieu automatique ment ou à la main. La balance Kelvin<B>50</B> et ses connexions constituent les moyens de ré glage automatiques qui fonctionnent lorsque l'interrupteur 70 est enclenché dans sa po.i- tion supérieure.
Le réglage à. la main peut être utilisé en enclenchant l'interrupteur 7 0 dans sa position inférieure qui sert à. connec ter les trois contacts inférieurs 121, 122 et 12â aux barres omnibus 2c, 2b et ?a respec tivement. Le contact 121 est connecté par le conducteur 12.1 directement à l'une des bornes du moteur 3.
Les contacts station naires 122, 123 de l'interrupteur 7 0 sont con nectés aux couteaux 131 et 132 d'un inter rupteur-inverseur bipolaire 131ï. Les contacts stationnaires 1.33 et 1:3I de cet interrupteur sont reliés ensemble et connectés par un con ducteur 125 < t, la seconde borne du moteur 3. Les contacts stationnaires 135 et 136 de l'in terrupteur 130 sont reliés ensemble et connec tés par le conducteur 1?6 à, la. troisième borne du moteur 3.
Le moteur peut donc. être ac tionné pour soulever ou pour abaisser l'élec trode en enclenchant l'interrupteur 130 dans sa position supérieure ou inférieure. En oh s<B>s</B> -)ooa, ervant les ampèremètres<B><U>,</U></B> 2001t et 200c et les lampes 1fD2a, 102t3 et 102c, le surveil lant peut déterminer si les électrodes doivent être soulevées ou abaissées. Comme on le voit dans le schéma, il n'y a pas de com mande à arrêt de moteur intercalée dans les conducteurs allant des moyens de réglage manuels au moteur,
le surveillant n'ayant qu'à ouvrir l'interrupteur en temps utile pour arrêter le mouvement des électrodes à la place exacte. Il est évident, toutefois, que la commande à arrêt de moteur peut être em ployée en mettant un interrupteur dans deux des circuits 124, 1?5 et 126 qui alimentent le moteur 3.
Le travail effectif du four est naturelle ment directement proportionnel aux watts de façon que le réglage en wattage constant maintient une uniformité maximum du chauf fage et du fonctionnement efficace du four.
La commande automatique de l'énergie se produit indifféremment si les fluctuations sont dues à des variations de la résistance in terne du four ou à une tension variable dans la ligne de transmission. Les watts effectifs délivrés au four sont maintenus constants sans égard à ces variations et à des varia tions du facteur de puissance ou de la, fré quence. On a. trouvé qu'il résulte du réglage décrit des électrodes un rendement élevé du four avec facteur de charge et facteur de puissance élevés et qu'on obtient également un réglage exact et sensible.
La présente invention n'est évidemment pas limitée à l'emploi de trois électrodes dans le même bassin de four. On pourrait par exemple utiliser trois bassins ou capacités de four séparées, chacune ayant une électrode reliée à, une phase du circuit triphasé. Dans ces conditions, le réglage électrique main tiendrait l'équilibre de la consommation d'énergie des trois bassins ou capacités de four.
Par l'expression "état d'équilibre", on n'entend pas nécessairement un wattage égal pour les trois électrodes, que celles-ci soient dans un seul four ou dans des capacités de four séparées. Il peut par exemple être dési rable de prélever un wattage plus grand d'une phase que des autres phases du circuit triphasé. Les balances Kelvin peuvent être réglées de façon qu'an wattage prédéterminé peut être maintenu sur chaque phase du cir cuit, que ce soit le même ou un wattage dif férent pour chaque phase.
Les moyens de réglage susdécrits ne sont pas limités à l'application à un four électri que, mais ils peuvent aussi être employés pour d'autres buts. Par exemple, l'énergie consommée par un moteur électrique peut être maintenue constante ou réglée par rap port à la charge, ou les moyens de réglage peuvent être employés dans des installations électriques comportant par exemple un mo teur électrique en combinaison avec un broyeur et dans lequel on veut maintenir une charge constante ou réglée.
Electrical energy consumption installation. The present invention relates to an installation for the consumption of electric energy, such as for example an installation at. electric oven, electrolyser or electric motor with variable load.
According to the invention, the installation comprises an appliance that consumes electrical energy, adjustment means for adjusting the energy consumption thereof and control means depending on the electrical conditions of the consuming appliance. to prevent the operation of said adjusting means under certain predetermined conditions.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the object of the invention comprising an electric arc melting furnace, for three-phase current, in which the electrodes are automatically raised or lowered to maintain substantially constant furnace energy consumption regardless of changes in the furnace and for variations in frequency or voltage, or both, in the power line.
Fig. 1 is a simplified diagram of the electrical connections of the installation, the limiting switches not being drawn therein; Fig. the watch has a visible adjustment dial; Fig. 2 is a coupling diagram for the connections of one of three electric motors for controlling the electrodes of the oven; Fig. 3 is a coupling diagram showing the connections of these three motors;
Fig. -t shows the construction of a limiting switch in vertical section, and FIG. 5 shows another limiter switch in vertical section.
<B> El </B> n referring to fig. 1, the electric furnace F is an arc melting furnace, provided with three electrodes A B and C immersed in the basin of the furnace in which the material to be melted is located. The electrodes r1 B and C are connected by conductors <I> ab </I> and c respectively with the bus bars 2a, 2u and 2c which are supplied by a three-phase alternator (not shown) which can supply the bus bars by a long transmission line.
Each of the electrodes _1 B ct C can be raised or lowered by an electrically regulated control mechanism, shown in the present example as a three-phase electric motor 3 operating a drum 4 around which is wound a cable 5 for suspension of the electrode in the oven.
In fig. 1 is shown a motor connected with one of the electrodes and an arrangement of circuits and apparatus for the regulation of this motor, but it goes without saying that a motor is provided for each of the three electrodes and that the arrangement of circuits and control devices is the same for each engine.
A terminal of the motor 3 is directly connected by a conductor 6 to. one of the bus bars, for example the 2e bar. The second terminal of the motor 3 is connected by a conductor 7 to the knives 8 and 9 of two bipolar switches 10 and <B> Il </B> respectively.
The third terminal of the motor 3 is connected by a conductor 12 to the blades <B> 12) </B> and 14 of the respective switches 10 and <B> II. </B> The stationary contacts 15 and 16 of these switches are connected by the conductor 17 to the bus bar 2a, while the stationary contacts 21 and 22 are connected by a conductor 23 to the bus bar? b. These connections are such that if the switch 10 is engaged, the motor leads 7 and 12 are connected to the bus bars 2a and 2b respectively, and if the switch <B> Il </B> is engaged, the connections are reversed, the motor leads being connected to the bus bars 2b and 2a respectively.
This reversal of the connections of the engine with the bus bars serves to. reverse the direction of rotation of the motor. the motor running to lift the electrode 4 when the switch 11 is closed and running in the opposite direction to lower the electrode when the switch 10 is closed.
The switches 10 and <B> II </B> are actuated respectively by electromagnets 24 and 25. The adjacent terminals of the electromagnetic coils are connected together and by a common conductor to the bus bar 2a.
The other terminal of the. electro-ma, genetic coil? 4 is connected by one switch (@iir to relay 27 and; conductor 28 to. oniii-bus bar 2b, while the other terminal of electromagnetic coil 2: i is connected by a relay switch 30 and conductor 38 to 1 <i bus bar 2b.
When the relay switch 27 is engaged, the electromagnet 24 is energized to engage the switch 10, and when the relay switch 30 is engaged, the electromagnet; 25 is energized to engage the switch ll. The relay switches 27 and 30 are actuated by the electromagnets 32 and 33 respectively.
The adjacent terminals of the coils of the electromagnets 32 and 33 are connected together and by the common conductor 211 to the bus bar 2b. The other terminal of the electromagnet.
relay 32 is connected by conductor 34 to upper adjustable contact 35 and the other terminal of relay solenoid 33 is connected by conductor 36 to lower and opposite fixed contact 37 of a switch 38 having a mobile contact 39 which is eonneeté by a conductor 40 at the bus bar 2a.
The movable contact 39 is mounted on the rocking element of a watt-controlled device, denoted in full by the numeral 50. This is represented as a Kelvin balance before the fixed current coils a1 connected by through an intensity transformer 52 to 1a. bus bar 2a.
and before moving voltage coils 53 connected between bus bars 2a and 2}). The coils at. tension 53 are mounted on a rocking lever 54 pivoting at 55, on which is mounted the arm 56 carrying the movable switch contact 39. A spring; 5 7 is connected to the arm 56 tending to pull it upwards. The tension of the spring 57 can be adjusted by means of a nut 58 carrying a movable in dex 59 on a calibrated dial <B> 60. </B> The nut 58 is screwed on a threaded rod! It movable through the plate at. dial 62.
The different reels; 51 and 53 of hi Kelvin balance are wound: so that when the current passes through the bus bar 2a. la, coil with left potential in fig. 1 will be attracted to the lower current coil and repelled by the upper current coil, while the right po tential coil will be attracted to the upper current coil and repelled by the upper coil. lower current, so that the arm 56 will be pushed down against the tension of the spring 57.
The magnetic fields of the Kelvin balance coils are naturally iron-free so that the magnetic forces between the coils are exactly proportional to the wattage.
The dial 60 is preferably calibrated so as to allow direct reading. the kilowatts so that the tension of the spring 5 7 will compensate precisely for the magnetic force of the coils of the Kelvin balance when the bus bar 2a delivers to the electrode A the number of kilowatts indicated by the index 59, and the moving contact 39 will then be suspended in the middle between the stationary contacts 35 and 37.
One of the well known characteristics of a Kelvin balance type wattmeter is that it is not significantly affected by external stray fields since these fields act uniformly and in the. same direction on the coils on both ends of the scale. This characteristic of Kelvin balance type wattmeters is particularly of great value on switchboards or any other place subject to external electric fields.
-An ammeter 200 is connected in the secondary of current transformer 52 to indicate the current consumed by electrode A.
The devices shown in fig. 1 operate as follows: Index 59 is set to indicate the number of kilowatts that it is desired to supply to, electrode A. If for some reason a higher waltage is delivered to the Electrode, the Kelvin scale 50 will draw the arm 56 down against the tension of the spring 57, thus bringing the movable contact 39 against the lower stationary contact 37 and completing the circuit by the relay solenoid 33 to turn on the relay switch 30.
The relay switch 30 closes the circuit by the electromagnet 25 - which then triggers the switch 11 and causes the motor to be on. actuated in the direction to lift the electrode A, thus increasing the arc length and its resistance and consequently reducing the current passing through the bus bar 2a. When the electrode has been sufficiently raised to reduce the wattage to that predetermined by the adjustment of the dial, the Kelvin balance again takes its neutral position with the mobile contact 39 out of contact with the stationary contacts 35 and 37 .
If the watts delivered to electrode A fall below the number indicated by the setting of the dial, the Kelvin balance will move in the opposite direction under spring tension to bring the movable contact 39 against the upper stationary contact. 35, thus completing the eir- cuit by the relay 32 to engage the switch 10, and will have the effect that the motor will be operated in the direction opposite to the previous one to lower the electrode A and thus increase the current consumed by the electrode. In practice, the Kelvin balance vibrates continuously and the motor 3 turns to keep the wattage at the predetermined point.
The other two electrodes B and C are adjusted in a similar way to maintain a constant wattage for the current which they consume by means of adjustment means identical to those of the electrode A.
The setting can just as well be applied to direct current lines; in this case the transformer 52 would be replaced by a resistor, with which the current coils of the wattmeter would be connected in shunt.
The connection diagram for the drive motor of an electrode is shown in fig. 2 and that for the motors for controlling the three electrodes in fig. 3.
Referring first to fig. 2, in which the parts corresponding to those of FIG. 1 bear the same reference signs, the oven 1a comprises the electrodes like those shown in, FIG. 1, one of which is raised or lowered by motor 3 by any appropriate connections as shown at. the. fig. 1-. The motor has the three supply conductors 6, 7 and 1.2.
Conductor 6 is connected to contact: 71 'of a three-pole change-over switch to. hand 70 which, engaged in its upper position, connects conductor 6 with bus bar 2e. Conductors 7 and 12: have connected to switches 10 and 11, which in turn are connected with busbars 2a and? B through conductors 17 and 23 and contacts 72 and 73 of switch <B> 70 </ B> in its upper position.
The switches 10 and 11 are actuated by the electromagnets 4 and 25, respectively, which are controlled by the relay switches 27 (and 30, respectively, which in turn are controlled through the electromagnets). tro-magnets 32 and 33 and connections 34 and 36 by the Kelvin balance, just as described above with reference to Fig. 1.
In fig. 3, the connections for controlling the three motors have been shown: three electrodes respectively. The connections for each motor are the same as those shown for the single motor in fig. 2. The reference figures corresponding to. the fi-. 3 denote the same parts as in, FIG. 2, the suffixes "a", "L" and, .c "being used to distinguish the parts of the motor control installation for the three electrodes A B and C respectively.
To refer at. fig. 3, each of the three motors 3a, 31) and 3c arranged to raise or lower the three electrodes _1 Zi and C of the oven is provided with an adjustment device comprising the Kelvin balance 50a, 50u and 50e respectively.
Each Kelvin scale controls its respective motor through an arrangement of relays and motor circuit switches, the three groups of switches being shown at the upper right-hand side of fig. 3, the reference signs of the parts corresponding to those shown at.
fig. ? tin have the suffixes "a", <I> "h" </I> and "c" to indicate the particular engine to which <B> the, </B> parts belong.
Referring to fig. ?, two limit switches 80 and 90 are inserted in the conductors. 3-1 and 36 respectively. these being the conductors connecting the stationary hi balance Kelvin contacts to the relay electromagnets 3.3 and 32.
These limit switches <B> 80 </B> and 90 are connected so as to be controlled by the potential of the arc between the electrode and the bath of molten metal in the furnace, and functioning to interrupt the circuit of the connections 36 and 34, respectively, in the event that this potential <I> s </I> 'rises above or falls below certain predetermined limits. Consequently,
the motor is prevented from lifting the corresponding electrode in the case of an abnormal increase in the voltage drop in the arc or from lowering the electrode in the cii, from an abnormal reduction in the voltage drop sion in the arc.
The construction of these switches is shown in detail in fib. d and 5. Switch 80, which may be referred to as a high voltage switch, has a vertically movable contact block 81 which, when pulled up, connects the two;, stationary contact springs 82 which is interposed in the circuit 36. The contact 81 is arranged on the lower end of a rod 83 suspended by its upper end from a lever 84 pivoted at 85 and provided with an adjustable counterweight 86.
On the rod 83 is mounted a piston 87 which is arranged to be drawn downwards when the electromagnet coil 88 is sufficiently energized. The counterweight 86 is adjusted along the arm 84 so as to keep the switch closed against the downward pull of the pick 87 by the electromagnet, 88 under normal voltage conditions. .
The switch 90, which can be designated as a reduced voltage switch, comprises a movable contact 91 connecting the stationary contacts 9 2 of the circuit 34 and mounted at the lower end of a rod 93 suspended by its upper end. . a lever 94 pivoted at 95 and having an adjustable counterweight. 96. The rod 93 carries the piston 97 which in this case is placed at the lower end of the rod so that when the electromagnet coil 98 is sufficiently energized, the piston 97 will be drawn upward. and close the switch.
The counterweight 96 on this switch is adjusted so that for normal voltages the traction of the electromagnet on the piston is sufficient to keep the switch closed.
The electromagnets 88 and 98 of the limit switches 80 and 90 respectively are connected in series and are connected by a conductor 100 and an electric incandescent lamp 10′2 to the. bus bar 2a and by a conductor 101 to the furnace T. The connection to the furnace is established through the casing of the furnace to the mass of molten metal in the furnace.
Each of the motors 3a, 3b and 3c is provided with a pair of high voltage and low voltage limit switches 80a and 90a, 801) and 90b, 81) c and 90c, respectively, as shown in fig. 3. The limiting switches 80a and 90a are interlocked in the conductors 36a and 34a going from the Kelvin scale 50a to the electromagnets of the relay switches 30a and 27a.
The limit switches 80b and 90b are in tercaled in the conductors 36b and 34b of the Kelvin scale 50b to the electromagnets of the relay switches 30b and <B> 27b, </B> and the limit switches 80e and 90e are in tercaled in the <B> 36th </B> and 34th conductors of the <B>, </B> Kelvin balance <B> 50th </B> to the electromagnets of the relay switches <B> 30th </B> and 27c .
The electromagnets of the limit switches 80a and 90a are connected by the conductor 100a and the lamp 102a to the bus bar 2a. The electromagnets of the limit switches 80b and 90b are connected by the conductor 100b and the lamp 102b to the bus bar 2b. The electromagnets of the limit switches <B> 80e </B> and <B> 90e </B> are connected by the conductor <B> 1001- </B> and the lamp 102c to the bus bar 2c .
The three groups of limiting switches have a common connection 101 to the furnace I ', this connection not being through the casing of the furnace to the mass of molten metal.
The three electrodes A B and C with their conductors <I> a b </I> and c form a star connection between the bus bars 2a, 2b and? C of the three-phase circuit. The metal bath in the furnace is the common center or junction point of this star connection. The conductors 100a, 100b and 100e also form a star connection between the bus bars 2a, 2b and 2c and the molten bath in the furnace. The. Limiting switches 80a and 90a in the branch 100a of the star are therefore connected across the arc between electrode A and the metal bath in the furnace 'so as to be influenced by the voltage drop in that arc.
Similarly, limit switches 80b and 90b, 80c and <B> 90e </B> are respectively connected in shunt with the arcs of electrodes B and C to be controlled by the voltage drop in these arcs.
The lamps 102a; 102b and 102e- serve as non-inductive resistors for their respective limiting switches and also serve as a visual indication of the voltage drop across the three arcs of the furnace.
The limit switches work as follows: The counterweights on the lever arms of the various limit switches are adjusted so that when the arcs in the furnace are exactly balanced and the voltage drop is substantially equal in all three arcs, all limit switches are kept closed. The counterweights are ordinarily adjusted so as to allow a variation of a few volts in each direction from a balanced voltage drop in the three ares.
Suppose, however, that for some reason, such as an abnormal increase in the arc resistance of electrode A, a state of free imbalance of the arc voltages occurs so that the arc voltage of electrode A considerably exceeds the voltage of the arcs of electrodes b 'and C.
This will produce a similar imbalance of the voltages in the three branches of the star connection to the furnace F through the respective conductors 100a, 100b, 1 () 1_) e. As a result of the exaggerated voltage in conductor 100a, lamp 102a will glow brighter and switch to.
high voltage 81a will be or green so as to interrupt the circuit of the conductor 86a of the Kelvin scale 5 (eg the relay switch 80a which controls the switch 11a for the lifting of the electrode. Therefore, the Kelvin scale vin 50a is prevented from making the electrode 3 lift <B> da- </B> vantage, a subsequent lifting which would further increase the resistance of its arc and the imbalance of the voltages in the various arcs.
The Kelvin <B> 50111 </B> scale can only operate to lower electrode A and thus decrease the resistance of this arc and restore the balance of the potentials of the various arcs of the furnace. If the potential imbalance is large enough, limit switches to. reduced voltage 90b and 90e will also open, interrupt the circuit of conductors 34b and 34e of the Kelvin 50u and <B> 50e </B> scales to the relays which control the lowering switches:
electrodes 10u and 10e, and thus prevent the Kelvin 50U and 50e balances from lowering the electrodes L 'and C, a lowering which would lead to a decrease in the resistance of their arcs and a subsequent increase in the imbalance of the potentials of the arcs. The Kelvin 50b and 50e balances can only function to lift the electrodes B and C and thus increase the resistance of their ares and restore the normal balance of the arc potentials.
When the. resistance across electrode A increases enough to open the limit switch to. high voltage 80a, the resistance of the arcs of electrodes 7B and C will decrease, usually enough to open limit switches at.
reduced tension 90b and 90c. The increase in resistance in the arc of electrode A will cause a drop in the wattabe delivered to this electrode and also, because it is a three-phase circuit, will produce a decrease in the wa.ttage delivered. to electrodes fB and <B> C </B>.
If it were not for the limiter switches, this reduction in watts, tabe for the three electrodes would operate the three kelvin scales 50a, 50u and, 50e to produce an abdisseinerit of all three electrodes.
Since the electrode t1 is the only electrode out of equilibrium, it is the only electrode which should be lowered to balance the resistance el, an e for <B> e </B> lowering electrodes B3 and C would be unnecessary, and if it did occur, it should be followed by lifting of the electrodes. h and <B> C </B> when the balance is restored.
Reduced voltage switches 9! >>, and 9 (1- prevent this unnecessary lowering of electrodes 13 and C because they prevent the Kelvin scales 50b and 50e from operating after the decrease in wattage so as to abai. *; (@ r the electrodes f3 and <B> C </B>.
The Kelviir; i10 scale, however, is free to cause the lowering of the electrode A, which occurs until normal ivattage for the electrode. be restored. This brings the installation down to one. state of equilibrium using <B> said </B> adjustment in position of the electrode A which is the only of the three electrodes out of equilibrium, and without disturbing the. position of.
electrodes IB and C, to which the resistance of the ares was exactly balanced. If the ares potentials become so unbalanced, the arc potential of electrode _4 is substantially less than. that of the arcs of the electrodes:
IB and C, which can happen as a result of a normal decrease in the resistance of the arc of the electrode .l, the reverse operation of the limiting switches occurs. The lamp 102a turns dark and the reduced voltage limiter switch 9 () a opens,
preventing the Kelvin balance 50a from actuating the electrode lowering switch 10a and allowing adjustment only in the direction of the lifting of the electrode -l.
If the increase in potential at the electrodes 13 and C is sufficient, the high voltage limit switches 80b and 80e will open to prevent the Kelvin 50u and <B> 50e </B> scales from lifting the electrodes B and C and to allow only an adjustment in the direction of the lowering of these electrodes to restore the balance of the potentials to the various arcs of the furnace.
When the decrease in the arc resistance of electrode A is sufficient to actuate the reduced voltage limiter switch 90a, this decrease in resistance will ordinarily cause a sufficient increase in the resistance of the arcs of electrodes B and C of the other two phases of the three-phase circuit to open the high voltage limit switches 801) and 80c.
The decrease in arc resistance of electrode A will cause an abnormal increase in the wattage delivered to electrode A and, since the circuit is three-phase, will also cause an abnormal increase in the wattage delivered to electrodes B and C. This The increase in wattage would require, if it were not for the limit switches, all three Kelvin scales to raise the three electrodes AB and C.
The lifting of electrodes B and C would however be useless, since the resistances of their ares are normal and the resistance of the arc of the electrode A is defective. The high voltage limit switches 90u and 90e prevent this unnecessary lifting of electrodes B and C, while the. Kelvin balance 50a raises the electrode A to reestablish the normal resistance of its arc.
For simplicity, the foregoing explanations have been given for an abnormal increase or decrease in the arc resistance of electrode _1. The operation is the same for abnormal variations of the resistance of the arcs d @ to, electrodes B and C.
On the other hand, if there should be an abnormal change in the resistance of two electrodes, for example electrodes A and B, the limit switches will prevent the adjustment to the normal electrode position, i.e. Electrode C, while electrodes A and B, the resistances of which are out of equilibrium, will be set in position to establish the normal equilibrium state;
and as soon as one of the electrodes A B is brought back to equilibrium, the limit switches will prevent any further movement of that electrode, while the other electrode is still adjusted in position to restore its normal equilibrium.
If abnormal conditions should occur in the furnace which affect the balance of the resistances of the ares of all three electrodes, the limit switches will function in the same way; As soon as one electrode is returned to the exact position, the limit switches will prevent further movement of that electrode, while the positional adjustment of the other two takes place, and as soon as one of the other electrodes is exactly set in po In this case, the limit switch will prevent any further movement of the latter during the setting in position of the third electrode.
Limiting switches prevent back-and-forth movement or unnecessary vibration of the electrodes during the recovery of arcs to equilibrium, thus avoiding unnecessary movement and wear of parts, and also shortening considerably the time required to restore the balance of the arcs.
It will be seen that each of the motors for maneuvering the three electrodes has two controls: one, a wattage controlled, which maintains a constant and balanced wattage for the different arcs, independently of the variations which could occur in the furnace or in the transmission lines, and the other, a voltage control depending on the relative voltage drops in the various arcs of the furnace, the latter control cooperating with the wattage control to produce a selective adjustment in position of the electrode (s) , whose resistance is out of equilibrium,
while leaving the others or the other electrode unaffected while re-establishing equilibrium.
The motors driving the electrodes are provided with a stop switch which prevents them from walking any further when the electrode has been raised or lowered to the exact position. This is done by interrupting the current of the motors so that the. running of the motor is intermittent, the motor being intermittently energized to effect stepwise movement of the electrode.
This intermittent movement of the motor prevents the motor from acquiring such speed and torque that it would be caused to run beyond the point at which the motor circuit is opened by the Kelvin scale when the desired adjustment has been made. accomplished. The interrupted current applied to the motor may be the full load current of the motor which will cause the positive run of the motor.
The purpose of the stop control is to operate the motor in short periods of vigorous excitation separated by periods of lack of excitation in which the motor rotator is capable of coming to rest.
At the fib. 2, the conductor 20, which corresponds to the conductor 20 of FIG. 1, comprises a switch 110. This switch has a rotating insulating cylinder <B> 111 </B> on which are mounted two rings 112 and <B> 11.3 </B> which are electrically connected together. The ring 11a extends only partially around the cylinder 111. Contact with these rotating rings is established by two stationary brushes 114 and 115 connected to the conductor 20.
The switch is actuated by a motor 116 (Fig. 3) which actuates cylinder 111 through a reduction gear 117.
This device operates as follows: The motor <B> 116 </B> runs continuously to operate the switch. When the Kelvin scale 50 is in its neutral position, there is naturally no current passage for the conductor 20. Suppose, however, that the Kelvin scale is actuated to bring the movable contact 39 against one of the stationary contacts. 35, 37.
As a result, current flows through conductor 20 and through one or other of the electromagnets 3 ?, to actuate the corresponding motor switches and to run the motor. As conductor 20 is continuously interrupted by switch <B> 110, </B> the relay switch? 7 or 30, which must be operated, closes and cuts continuously in the same way - the circuit which, in turn, forces. switch <B> 10 </B> or switch 11, as the case may be, in the motor supply circuit,
to be opened and closed in accordance with the switch 110 to supply the motor intermittently. The motor 3 therefore receives a stepwise movement and the electrode 3 is raised or lowered in a stepwise movement. This prevents the motor from acquiring sufficient torque to go beyond its desired stop position when the Kelvin balance reoccupies its corresponding position.
The motor control is established in such a way that it can take place automatically or by hand. The Kelvin <B> 50 </B> scale and its connections constitute the automatic adjustment means which operate when the switch 70 is engaged in its upper position.
The setting at. the hand can be used by engaging the switch 7 0 in its lower position which is used for. connect the three lower contacts 121, 122 and 12â to the bus bars 2c, 2b and? a respectively. Contact 121 is connected by conductor 12.1 directly to one of the terminals of motor 3.
Stationary contacts 122, 123 of switch 70 are connected to knives 131 and 132 of a bipolar change-over switch 131i. The stationary contacts 1.33 and 1: 3I of this switch are linked together and connected by a conductor 125 <t, the second terminal of the motor 3. The stationary contacts 135 and 136 of the switch 130 are linked together and connected by conductor 1? 6 to, la. third motor terminal 3.
So the engine can. be operated to raise or lower the electrode by engaging the switch 130 in its upper or lower position. In oh s <B> s </B> -) ooa, using the 2001t and 200c <B> <U>, </U> </B> ammeters and the 1fD2a, 102t3 and 102c lamps, the monitor can determine whether the electrodes need to be raised or lowered. As can be seen in the diagram, there is no engine stop control interposed in the conductors going from the manual adjustment means to the engine,
the supervisor only having to open the switch in good time to stop the movement of the electrodes in the exact place. It is evident, however, that the engine stop control can be employed by putting a switch in two of the circuits 124, 1 - 5 and 126 which feed the engine 3.
The actual work of the oven is of course directly proportional to the watts so that the constant wattage setting maintains maximum uniformity of heating and efficient operation of the oven.
Automatic energy control occurs regardless of whether the fluctuations are due to variations in the internal resistance of the furnace or to a varying voltage in the transmission line. The actual watts delivered to the oven are held constant regardless of these variations and variations in power factor or frequency. We have. It has been found that the described adjustment of the electrodes results in a high efficiency of the furnace with a high load factor and power factor and that an exact and sensitive adjustment is also obtained.
The present invention is obviously not limited to the use of three electrodes in the same oven basin. One could for example use three basins or separate furnace capacities, each having an electrode connected to a phase of the three-phase circuit. Under these conditions, the electric hand control would keep the energy consumption balance of the three basins or furnace capacities.
By the term "equilibrium state" is not necessarily meant equal wattage for the three electrodes, whether they are in a single furnace or in separate furnace capacities. It may for example be desirable to take a larger wattage from one phase than from the other phases of the three-phase circuit. Kelvin balances can be adjusted so that a predetermined wattage can be maintained on each phase of the circuit, whether it is the same or a different wattage for each phase.
The above-described adjustment means are not limited to application to an electric oven, but they can also be used for other purposes. For example, the energy consumed by an electric motor can be kept constant or regulated in relation to the load, or the adjustment means can be used in electrical installations comprising for example an electric motor in combination with a grinder and in which we want to maintain a constant or regulated load.