des elektrischen Lichtbogenund Widerstandsofens

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Hartmut Waldfogel
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1 Einführung in die Probleme des elektrischen Lichtbogenund Widerstandsofens Von Dr.-Ing. Erich Kluss Mit 163 Abbildungen Springer-Verlag Berlin I Göttingen I Heidelberg 1951

2 ISBN-13: DOI: / e-isbn-13: Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Copyright 1951 by Springer- Verlag OHG., Berlin-Göttingen-Heidelberg. Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1951

3 Vorwort. Das vorliegende Werk soll das sem, \ras sein Titel besagt: Eine Einführung in die elektrischen Probleme des Lichtbogen- und 'Yiderstandsofens. Der elektrische Ofen hat in neuerer Zeit als Großverbraucher an elektrischer Energie große Hedeutung gewonnen. In seiner Konstruktion gegenüber anderen Energie\'erbrauchern einfach, birgt er eine Summe von elektrischen Problemen, die hauptsächlich auf die physikalischen Erscheinungen der bei diesem Konsumenten auftretenden großen 'Yechselströme zurückzuführen sind. Die wichtigsten dieser Probleme aufzuzeigen und den Leser in die einzelnen Fragen der Hochstromtechnik einzuführen, ist ein Zweck dieses Buches. Doch damit soll seine ~\ufgabe noch nicht erfüllt sein. Der Entwurf großer Üfen erfordert immer dringender eine möglichst gen aue Ermittlung ihrer elektrischen Kenngrößen, wie z. H. die Indnktivitäten der Hochstromleitungen und ihren Einfluß auf die elektrische Unsymmetrie des Ofens us\\'o : ebenso wichtig sinddie Stromverdriingllngseffekte, Wirbelstromerscheinungen und nicht zuletzt die elektrischen Yorgänge im Ofen selbst. Ober viele dieser Probleme finden sich im Schrifttum wertvolle Arbeiten, sie sind jedoch oft dem einzelnen nicht zugänglich oder für eine praktische Anwendung schwer zu gebrauchen. Hier unterstützend einzuspringen, ist das Hauptziel dieses Buches. Das Buch ist für den rechnenden Ingenieur geschrieben. Es soll ihm die Möglichkeit bieten, die wichtigsten Probleme rechnerisch zn erfassen, um sie dann für seinen gegebenen b'all beim ~ntwurf elektrischer Öfen oder auch im Betrieb der Öfen anzuwenden. An mathematischem Können wird nur das jedem rechnenden Ingenieur Geläufige yorausgesetzt. Stellenweise sind die mathematischen Ablei-

4 IV Vorwort. tungen sehr ausführlich und breit gebracht, um auch bei anderen Gelegenheiten ein tieferes Eindringen in bestimmte Teilgebiete zu ermöglichen. An vielen Stellen wurde auf entsprechende Arbeiten im Schrifttum hingewiesen. Der Vollständigkeit halber wurden noch einige Arbeiten angegegeben, auf die im Buch nicht besonders yerwiesen ist, die jedoch eine Ergänzung der yorliegenden Zusammenstellung bilden. Es ist mir eine liebe Pflicht, meiner Mitarbeiterin, Fräulein ELISABETH KUN~ES, herzliehst zu danken. Siehat den Text des Buches niedergeschrieben und durch ihre eifrige und geschickte Mitarbeit bei der Korrektur einen wesentlichen Anteil an der ~Fertigstellung des Buches. Weiter möchte ich auch dem Springer-Verlag danken für die sorgfältige Ausstattung des Buches und dafür, daß er meinen Wünschen hinsichtlich der Drucklegung und Ausführung freundliehst entgegengekommen ist. Krefeld, Jlai 19;50. Erich Kluss.

5 Inhaltsverzeichnis. Einleitung.... Erstes Kapitel: Der elektrische Stromkreis. Das Kreisdiagramm... 2 Zweites Kapitel: Die Induktivität. Der induktive Widerstand Ableitung des allgemeinen Ausdrucks für die Induktivität..., II 2. Berechnung der Induktivität einer Einphasenleitung Leiter mit kreisförmigem Querschnitt Leiter mit r"chteckigem Querschnitt Induktivität eines konzentrischen Leitersystems Induktivität von Einphasenbündelleitern Die Induktivität bei Drehstromleitungen Leiter mit kreisförmigem Querschnitt Leiter mit rechteckigem Querschnitt Induktivität eines dreiphasigen konzentrischen Rohrleiters Unsymmetrisehe Stromsysteme Induktivität von Drehstrombündelleitern Die Induktivität antiparalleler linearer Leiter Ermittlung von Induktionsspannungen Drittes Kapitel: Das magnetische Feld der Ströme Die magnetischen Grundgrößen und die elektromagnetischen Grundgesetze Das magnetische Feld von Leitern Das magnetische Feld an Grenzflächen Eisenzylinder im statischen homogenen Magnetfeld Das logarithmische Potential einer Quellinie Eisenzylinder im Homogenfeld Hohlzylinder im Homogenfeld Messungen der magnetisehen Felder und Ströme bei Hochstromleitungen Die mechanischen Kräfte im magnetischen Feld Seite

6 VI Inhaltsverzeichnis. Seite Viertes Kapitel: Die Strom verdrängung. Wirbelströme Die elektromagnetischen Grundgesetze bei nichtstationären Strömen Stromverdrängung in einem Leiter Leiter mit rechteckigem Querschnitt Leiter mit kreisförmigem Querschnitt Einseitige Stromverdrängung. Stromverdrängung im Bündelleiter Einphasensystem Drehstromsystem... 9H Fünftes Kapitel: Wirbelströme Wirbelströme in einer Platte Wirbelströme in einem Metallzylinder UO 3. Schirmwirkung... U2 4. Die Rosenbergformel Sechstes Kapitel: Kontaktprobleme Theorie des Kontaktes. Der Kontaktwiderstand Das Klemmbackenproblem Siebentes Kapitel: Die elektrischen Verhältnisse im Ofen Der Widerstandsofen Strömungsfeld bei konstanter Leitfähigkeit Strömungsfeld bei ortsabhängiger Leitfähigkeit Strömungsfeld beim Mehrelektroclenofen Der Lichtbogenofen Allgemeine Eigenschaften der Lichtbogenentlaclung a) Gleichstromlichtbogen b) Wechselstromlichtbogen cl Lichtbogenofen Achtes Kapitel: Uns ymm e tri epr 0 b I e m e Das allgemeine Drehstromsystem..., Drehstromsystem ohne Nulleiter Drehstromsystem mit Nulleiter Das Drehstromsystem ohne Nulleiter mit Berücksichtigung der Widerstände in den Leitungen zum Verbraucher. Der Stromkreis des Ofens Neuntes Kapitel: Transformatoren Allgemeine Beziehungen Ofentransformatorenschaltungen und ihre Belastungsverhältnisse.. 192

7 Inhaltsverzeichnis. YII 3. Regeltransformatoren ~eite Drehstromtransformator mit primär in Stern geschalteter regelbarer Wicklung Drehstromtransformator mit primär im Dreieck geschalteter regelbarer Wicklung... 20H Zehntes Kapitel: ~ichtstationärc Betriebszustände. Ausgleichsvorgänge Ausgleichsvorgänge beim Schalten von Transformatoren Der Ausgleichsvorgang Das Einschalten eines kurzgeschlossenen Transformators Der Kurzschlußstrom des Transformators Ausgleichsvorgang bpim Einschalten einer Spannung von beliebiger Zeitfunktion Der unsymmetrische Stromkrpis Überspannungen beim Abschalten leerlaufender Ofentransformatoren Das Einschalten des leerlaufenden Transformators., Ausgleichsvorgänge in veränderlichen Stromkreisen... " Ursache der Ausgleichsvorgänge Berechnung der Strom- und Spannungswerte bei plötzlichen Widerstandsänderungen tberspannungen im Ofentransformator Die Statistik der Störvorgänge Nachweis und Ermittlung der im Ofenbetrieb entstehenden Überspannungen Der Klydonograph : Messungen der tberspannungen tberspannungsschutz des Ofentransformators S c h r i f t t um Sachverzeichnis

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