DE2238006B2 - Regeleinrichtung für die Elektrodenregelung von Lichtbogenofen - Google Patents

Description

für die Elektrodenregelung anzugeben, die sich dem Verhalten der Regelstrecke selbsttätig anpaßt und deren Einsatz ein gutes Regelverhalten unabhängig von den verschiedenen Betriebszuständen des Lichtbogenofens ergibt

Diese Aufgabe wird bei einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Regler die dem Elektrodenstrom proportionale Größe direkt und die der Elektrodenspannung proportionale Größe über einen Multiphkator zugeführt werden, daß die zweite Eingangsgröße des Multiplikators von dem Funktionsgebeir geliefert wird, dessen Eingangsgröße proportional der Sekundärspannung des Ofentransformators ist, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Verstärkung des Reglers umgekehrt proportional zur Sekundärspannung verändern.

Um kurze Einschmelzzeiten mit voller Ausnutzung des möglichen Maximalstromes zu erreichen, ist es häufig zweckmäßig, eine von der normalen Impedanzregelung abweichende Kennlinie zu fahren und, beispielsweise in den oberen Spannungsstufen des Ofentransformators, den Strom konstant zu halten. Hierbei muß aus regelungsdynamischen Gründen die Impedanzregelung erhalten bleiben. Ein gleich gutes Regelverhalten in den verschiedenen Betriebszuständen des Ofens läßt sich nur durch Änderung der Zuordnung von Elektrodenstrom und -spannung erreichen. Bei der Erfindung wird diese Änderung über den Mulitplikator und den Funktionsgeber vorgenommen.

Beim Anfahren des Ofens kann der Fall eintreten, daß eine voreilende Elektrode sich in den Schrott einbchrt, ohne daß ein Elektrodenstrom fließt, weil die anderen Elektroden den Schrott noch nicht berühren. Um diesen Fall, der zum Abbrechen der Elektrode führen kann, zu verhindern, muß der Regler bei dem Signal Null für beide Eingangsgrößen am Ausgang ebenfalls das Signal Null abgeben. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb der Regler als P-Regler beschaltet.

Die Verstärkung im Regelkreis ist abhängig von der «o Sekundärspannung des Ofentransformator, die zur Leistungssteuerung des Ofens in einemi weiten Bereich einstellbar sein muß. Um unabhängig von der Sekundärspannung die gleiche gute Regeldynamik zu erhalten, muß der Regler als selbstanpassender Regler ausgeführt werden. Hierfür ist die genannte Veränderung der Verstärkung des Reglers umgekehrt proportional zur Sekundärspannung des Ofentransformators erforderlich. Um diese zu verwirklichen, ist in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Ände- so rung der Verstärkung des Reglers über einen im Rückführzweig des Reglers angeordneten Multiplikator erfolgt, dessen erste Eingangsgröße proportional der Ausgangsspannung des Reglers und dessen zweite Eingangsgröße proportional der Sekundärspannung des Ofentransformators ist. Hierbei kann für die Lieferung der zweiten Eingangsgröße des Multiplikators ein für die Regler aller Elektroden gemeinsames Meßglied vorgesehen sein.

Als einfachstes Mittel zur Begrenzung des Elektro- <>o denstromes auf einen einstellbaren Maximalwert kann eine Begrenzung seiner Führungsgröße dienen, das ist die von der Elektrodenspannung abgeleitete Eingangsgröße des Reglers.

Die Steuerung der Lichtbogenofen über Prozeßrech- ^h"> ner gewinnt zunehmend an Bedeutung. Um auf einfache Art und Weise eine Eingriffsmöglichkeit für den Prozeßrechner zu erhalten, können die Multiplikatoren als Digital-Analog-Umsetzer ausgebildet sein, denen die von der Sekundärspannung des Ofentransformators abgeleiteten Spannungen über einen Prozeßrechner oder ein System der digitalen Signalverarbeitung zugeführt werden.

Die Ausgangsgröße der Regeleinrichtung kann als Führungsgröße für einen elektromotorischen Verstellantrieb — z. B. ein drehzahlgeregelter Gleichstromantrieb, ein Drehstromantrieb mit Dreipunktregler — oder einen hydraulischen oder pneumatischen Stellantrieb dienen. Durch Begrenzung der Ausgangsgröße auf einen einstellbaren Wert kann bei stetigen Stellantrieben die maximale Geschwindigkeit für Heben und Senken der Elektroden eingestellt werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Lichtbogenofen 1 mit seinen Elektroden 2, 3, 4 über einen Ofentransformator 5 und einen Ofenleistungsschalter 6 an ein Drehstromnetz R, S, Tangeschlossen. Über ein Meßglied 7, das aus einem Stromwandler mit einem nachgeschalteten Gleichrichter und einer Bürde bestehen kann, wird der Strom der Elektrode 4 erfaßt und in eine Gleichspannung umgewandelt. Über ein Einstellpotentiometer 8 und einen Bewertungswiderstand 9 wird diese Größe als Regelgröße des Elektrodenstromes einem Regelverstärker 10 zugeführt. Über ein zweites Meßglied 11, das aus einem Transformator mit einem nachgeschalteten Gleichrichter bestehen kann, wird die Spannung der Elektrode 4 erfaßt und in eine Gleichspannung umwandelt. Über ein Einstellpotentiometer 12, einen Multiplikator 24 und zwei Bewertungswiderstände 13 und 14 wird die der Elektrodenspannung proportionale Größe Ue 3 als Führungsgröße für den Elektrodenstrom dem Regelverstärker 10 zugeführt. Da sich die Führungsgröße Uf aus der Multiplikation der Größen Uez und Ue* ergibt, ist es möglich, durch die Größe i/_E4 eine Änderung in der Bewertung der Elektrodenspannung als Führungsgröße für den Elektrodenstrom vorzunehmen. Die Eingangsgröße Ue 4 wird von einem Funktionsgeber 25 geliefert, der seine Eingangsgröße über ein Einstellpotentiometer 26 vom Meßglied 18 für die Sekundärspannung des Ofentransformators erhält. Es ist damit möglich, einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Lichtbogenspannung und Elektrodenstrom herzustellen, ohne daß das für die Stabilität der Regelung erforderliche Verhalten als Impedanzregelung verlorengeht.

Die über das Potentiometer 26 eingestellte Eingangsgröße für den Funktionsgeber 25 kann über die gestrichelt angedeuteten Leitungen 27 und 28 gleichzeitig auch den entsprechenden Funktionsgebereingängen der beiden anderen Regeleinrichtungen für die Elektroden 2 und 3 zugeführt werden.

Im Rückführkreis des Regelverstärkers 10 befinden sich ein Potentiometer 15, ein Multiplikator 16 und ein Rückführwiderstand 17. Über das Potentiometer 15 läßt sich in bekannter Weise die Verstärkung des Reglers einstellen. Zur weiteren Beeinflussung der Verstärkung dient der Multiplikator 16. Da seine Ausgangsgröße Ua proportional dem Produkt der Eingangsgrößen Ue 1 und Ue 2 ist, kann durch Verändern der Eingangsgrößen Ue 2 die Verstärkung des Reglers ebenfalls eingestellt werden. Eine Verminderung der Spannung Vai bedeutet eine Verminderung der Rückführung und damit eine Erhöhung der Verstärkung. Die Spannung Ue 2 wird von einem Meßglied 18 geliefert, das zur

Erfassung der Sekundärspannung des Ofentransformators dient und aus einem Drehstromtransformator mit einem nachgeschalteten Gleichrichter in Drehstrom-Brückenschaltung bestehen kann. Zur Einstellung dieser Einflußgröße des Reglers dient ein Potentiometer 19. Sinkt beispielsweise die Sekundärspannung des Ofentransformators ab, so wird die Verstärkung der Regelstrecke der Elektrodenregelung geringer. Durch den Einfluß des Meßgliedes 18, des Einstellpotentiometers 19 und des Multiplikators 16 wird proportional hierzu die Rückführung des Reglers vermindert und damit die Verstärkung des Reglers erhöht. Das bedeutet, daß bei Schwankungen der Spannung des Ofentransformators die Regelkreisverstärkung annähernd konstant bleibt und damit die Regeldynamik der Elektrodenregelung wesentlich verbessert wird.

In zweckmäßiger Weise kann man für die Lieferung der zweiten Eingangsgröße Ue 2 des Multiplikators 16 für die Regler aller Elektroden ein gemeinsames Meßglied 18 vorsehen. In diesem Fall wird die über das Potentiometer 19 eingestellte Spannung Ue 2 über die gestrichelt angedeuteten Leitungen 22 und 23 gleichzeitig auch den entsprechenden Multiplikatoreingängen der beiden anderen Regeleinrichtungen für die Elektroden 2 und 3 zugeführt.

Zur Begrenzung des Maximalstromes der Elektrode 4 dient eine Zenerdiode 20. Bei Erreichen der Zenerspannung der Diode 20 kann das am Bewertungswiderstand 14 anstehende Abbild der Führungsgröße für den Elektrodenstrom nicht weiter ansteigen. Übersteigt die Regelgröße des Elektrodenstromes den entsprechenden Wert, so wird vom Ausgang des Reglers eine Stellgröße in Richtung »Heben« angegeben und damit eine Verminderung des Elektrodenstromes eingeleitet.

Die Ausgangsgröße des Reglers beeinflußt über ein Stellglied 21 die Stellung der Elektroden. Als Stellglieder sind hydraulische, pneumatische oder elektromechanische Geräte einsetzbar. Der Regler wird vorzugsweise als P-Regler ausgeführt. Es ist aber auch eine Ausführung als PI-Regler, PD-Regler, PID-Regler, Regler mit PT,-Verhalten möglich.

Werden die Multiplikatoren 16 und 24 als Digital-Analog-Umsetzer ausgebildet, so können die genannten Beeinflussungen der Regelung durch einen Prozeßrechner, ein System der digitalen Signalverarbeitung od. dgl. in Abhängigkeit von der Sekundärspannung des Ofentransformators vorgenommen werden. Mit den Potentiometern 41,42 und den Dioden 43,44 kann die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 10 begrenzt werden. Da die Ausgangsspannung als Eingangsgröße des nachgeschalteten Stellgliedes 21 die Führungsgröße für die Elektrodengeschwindigkeit darstellt, ergibt sich die Möglichkeit einer für die Richtungen »Heben« und »Senken« unterschiedlichen Einstellung der maximalen Elektrodengeschwindigkeit. Gegenüber den bekannten Ausführungen weist die Regeleinrichtung nach der Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile auf:

Leichte Einstellbarkeit der Reglerparameter, selbsttätige Anpassung der Reglerparameter an Parameterschwankungen der Regelstrecke, Einstellmöglichkeit einer von der reinen Impedanzregelung abweichenden Kennlinie als Funktion der Spannung des Ofentransformators, leichte Einstellmöglichkeit zur Begrenzung der Elektrodengeschwindigkeit, externe Eingriffsmöglichkeit in die Sollwertvorgabe (z. B. für Ansteuerung durch einen Rechner).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

l 2 Patentansprüche· na'en Gro^e uncl deren Abwandlung mit einem Funktionsgeber gebildet wird, dessen Eingangsgröße

1. Regeleinrichtung für die Elektrodenregelung proportional der Versorgungsspannung der Elektroden von Lichtbogenofen, bei der jeder Elektrode ein ist.

Regler zugeordnet ist, dem als Meßgrößen für die 5 An eine Regeleinrichtung für die Elektrodenregelung Regelung eine dem Elektrodenstrom proportionale von Lichtbogenöfen werden hohe Anforderungen und eine von der Elektrodenspannung abgeleitete gestellt Die Elektroden müssen während des Betriebes Größe zugeführt werden und der in Abhängigkeit in einem bestimmten Abstand vom Schmelzmaterial, von der Differenz dieser Größen die zugehörige d. h. vom Schrott oder von der Schmelze, gehalten Elektrodenverstelleinrichtung steuert, wobei die von io werden, um die richtige Lichtbogenleistung zu bekomder Elektrodenspannung abgeleitete Größe durch men. Dieser Abstand und damit die Länge des Bildung einer der Elektrodenspannung proportiona- Lichtbogens sind sowohl durch Spannung und Stromlen Größe und deren Abwandlung mit einem stärke des Lichtbogens als auch durch die Atmosphäre Funktionsgeber gebildet wird, dessen Eingangsgrö- und die Ionisation im Ofeninneren bedingt. Durch ße proportional der Versorgungsspannung der 15 Abschmelzen, Flüssigwerden und Zusammenbrechen Elektroden ist, dadurch gekennzeichnet, des Schmelzmaterials ändert sich der Abstand laufend daß dem Regler (10) die dem Elektrodenstrom und damit auch die Stromstärke und der Widerstand des proportionale Größe direkt und die der Elektroden- Lichtbogens. Um eine möglichst gleichmäßige Leispannung proportionale Größe (Ue 3) über einen stungsaufnähme zu erzielen, müssen die Elektroden, Multiplikator (24) zugeführt werden, daß die zweite 20 sobald sich die Länge des Lichtbogens und seine Eingangsgröße (Ue*) des Multiplikators (24) von elektrischen Werte geändert haben, in kürzester Zeit dem Funktionsgeber (25) geliefert wird, dessen wieder auf den richtigen Abstand gebracht werden. Eingangsgröße proportional der Sekundärspannung Hierzu dient die Elektrodenregelung,
des Ofentransformators ist, und daß Mittel (16) Bekannt sind die als Impedanzregelungen bezeichnevorgesehen sind, die die Verstärkung des Reglers 25 ten Ausführungen von Elektrodenregelungen. Meßgrö-

(10) umgekehrt proportional zur Sekundärspannung ßen für die Regelung sind hierbei der Elektrodenstrom des Ofentransformators verändern. und die Elektrodenspannung, d. h. die Spannung der

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch Hochstrombahn zwischen Badsternpunkt und Stromgekennzeichnet, daß der Regler (10) als P-Regler schienen in der Nähe des Transformators. Die aus Strom beschaltet ist. 30 und Spannung gebildete Regelabweichung entspricht

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dem Scheinwiderstand — daher die Bezeichnung dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Impedanzregelung. Die Meßwerte von Elektroden-

fl Verstärkung des Reglers über einen im Rückführ- strom und Elektrodenspannung werden gleichgerichtet

ή zweig des Reglers angeordneten Multiplikator (16) und dem Regler zugeführt. Als Regler werden bisher

|] erfolgt, dessen erste Eingangsgröße (Ue)) propor- 35 beispielsweise Tauchspulenregler oder Ferraris-Regler

i" tional der Ausgangsspannung des Reglers und mit hydraulischen Stellgliedern oder Magnetverstärker

Ii dessen zweite Eingangsgröße (Ue2) proportional mit elektromotorischen Stellgliedern eingesetzt (AEG-

» der Sekundärspannung des Ofentransformators ist. Mitteilungen 46 (1956), S. 314-319; desgl. 49 (1959), S.

[1

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch 552—561; BBC-Nachrichten 60—61). Diese Regler sind

™^J gekennzeichnet, daß für die Lieferung der zweiten 40 zwar relativ einfach aufgebaut, haben aber durch das

^f Eingangsgröße (Ub) des Multiplikators (16) ein für z. T. relativ hohe Leistungsniveau im Vergleichskreis

r die Regler aller Elektroden gemeinsames Meßglied oder durch eine elektromechanische Reglerausführung

I_I (18) vorgesehen ist. u.a. Nachteile im Hinblick auf eine leichte Einstellung »

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekenn- der Reglerparameter und der Begrenzung der Elektro-

zeichnet durch Mittel (20), die zur Begrenzung des ⁴⁵ dengeschwindigkeit.

V Elektrodenstromes die von der Elektrodenspannung Zur Anpassung der Empfindlichkeit der Regeleinrichabgeleitete Eingangsgröße des Reglers begrenzen. tung an den Betriebszustand des Lichtbogenofens ist es

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, aus der DE-AS 10 52 598 bekannt, die Differenzspan- \\ dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikatoren nung zwischen einem künstlichen Sternpunkt, der als (16, 24) als Digital-Analog-Umsetzer ausgebildet ⁵⁰ Sternpunkt von mit ihren einen Enden zusammengefaßsind, denen die von der Sekundärspannung des ten, mit ihren anderen Enden an die einzelnen j^ Offentransformators abgeleiteten Spannungen über Elektroden geführten festen Widerständen gebildet ist, El einen Prozeßrechner oder ein System der digitalen und dem natürlichen Badsternpunkt zur Steuerung des h Signalverarbeitung zugeführt werden. Proportionalbereichs des Reglers zu verwenden.
ρ 55 Aus der US-PS 23 67 979 ist eine Impedanzregelung

I^ der eingangs genannten Art für Lichtbogenofen

f' bekannt, bei der zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Ofenleistung trotz Netzspannungsschwankun-

_t Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung gen dem Spannungsmeßglied ein Funktionsgeber in

für die Elektrodenregelung von Lichtbogenofen, bei der 60 Gestalt eines veränderlichen Widerstands vorgeschaltet

jeder Elektrode ein Regler zugeordnet ist, dem als ist, der abhängig von der Speisespannung des

L· Meßgrößen für die Regelung eine dem Elektrodenstrom Lichtbogenofens den Impedanz-Sollwert für das Meß-

proportionale und eine von der Elektrodenspannung werk ändert. Maßnahmen, um bei wechselnden

abgeleitete Größe zugeführt werden und der in Betriebszuständen eine gleichbleibend gute Regeldyna-

Abhängigkeit von der Differenz dieser Größen die ^b5 mik zu erzielen, läßt diese bekannte Impedanzregelung

zugehörige Elektrodenverstelleinrichtung steuert, wo- nicht erkennen.

bei die von der Elektrodenspannung abgeleitete Größe Aufgabe der Erfindung ist es, unter Benutzung des

durch Bildung einer der Elektrodenspannung proportio- Prinzips der Impedanzregelung eine Regeleinrichtung