DE1286243B

DE1286243B - Induction furnace, especially continuous induction furnace

Info

Publication number: DE1286243B
Application number: DEE27707A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Anton; Lendl
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1964-09-01
Filing date: 1964-09-01
Publication date: 1969-01-02

Description

Induktionsöfen zum Erhitzen metallischer Werkstücke, die eine den Ofenraum umgebende rohrförmige Wicklung mit Abschnitten zur Speisung mit verschiedenen uriverketteten Phasen eines Mehrphasensystems aufweisen und diese Wicklungsabschnitte als Windungsgruppen einer einzigen, im wesentlichen durchlaufenden Wicklung ausgebildet sind, wobei die Anschlüsse je zweier mit Strömen verschiedener Phase gespeister Wicklungsabschnitte so angeordnet sind; daß zwischen die beiden Anschlüsse für die eine Phase einer der beiden Anschlüsse für die andere Phase verlegt ist, sind (s. österreichische Patentschrift 207 477) bereits bekannt. Mit Hilfe dieser Anordnung soll der zwischen, den Phasenstößen der einzelnen Wicklungsabschnitte auftretende Feldabfall kompensiert und zugleich eine einfache Ofenkonstruktion erreicht werden, da sämtliche Wicklungs-. abschnitte als Windungsgruppen einer einzigen. Wicklung mit einer gemeinsamen Halterung zusammengespannt werden.Induction furnaces for heating metallic workpieces that have the Tubular winding surrounding the furnace space with sections for feeding with various have uriverketteten phases of a multi-phase system and these winding sections designed as groups of turns of a single, essentially continuous winding are, whereby the connections are each two fed with currents of different phases Winding sections are so arranged; that between the two connections for the one phase of one of the two connections has been laid for the other phase (s. Austrian patent specification 207 477) already known. With the help of this arrangement should be that which occurs between the phase surges of the individual winding sections Field waste is compensated and at the same time a simple furnace construction can be achieved, because all winding. sections as winding groups of a single one. Winding be clamped together with a common bracket.

Es ist auch gemäß USA: Patentschrift 2 849 584 nicht nur die Verwendung einer einzigen, entsprechend unterteilten Spule, sondern auch die überlappung mehrerer Spulen bekannt, jedoch ist aus dieser Patentschrift nicht zu entnehmen, daß diese Spulenabschnitte in Form selbständiger Hilfsspulen durch getrennte Strom- oder Spannungshilfstransformatoren angespeist werden.It is also not just use according to USA: Patent 2,849,584 a single, appropriately subdivided coil, but also the overlap of several Coils known, but it is not apparent from this patent that this Coil sections in the form of independent auxiliary coils through separate current or voltage auxiliary transformers be fed.

Über die Notwendigkeit von Abstandhaltern sei an Hand der F i g. 1, 2 und 3 der Zeichnung, in welchen jeweils mit A, B und C die einzelnen Abschnitte der Induktionsspule und mit S die Sekundärwicklung des Ofentransformators bezeichnet sind, noch folgendes bemerkt: Bei Ausführung der Schaltung nach F i g.1, die der üblichen Schaltung der aus einer Anzahl von getrennten, in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Windungsabschnitten bestehenden Ofenspulen entspricht, wären aus elektrischen Gründen keine Ab-Standhalter erforderlich, da ja die Phasenstöße der Spulen Punkte gleichen Potentials darstellen. Wenn jedoch die Schaltung nach F i g: 2 vorgenommen wird, tritt an den Phasenstößen die volle verkettete Spannung auf. Der Grund liegt darin, daß bereits die Sekundärseiten des Ofentrafos in Dreieck geschaltet sind. Führt man die Sekundärwicklungen des Ofentransformators galvanisch getrennt heraus und . schaltet sie erst über die Ofenspulen in Dreieck, wie in der österreichischen Patentschrift 207 477, Fig. 1, so ist Phasenumkehr ohne Potentialdifferenz möglich. Es wäre jedoch auch denkbar, in der mittleren Spule den Windungssinn umzukehren und die Phasenlage beizubehalten (und auch die sekundäre Dreieck-Schaltung). Auch in-.diesem Fall würde keine Potentialdifferenz auftreten (F i g. 3). In vielen Fällen würde der Raumbedarf für die Umkehr des Wickel- ; Sinnes kleiner sein als der für die Spannungsisolation und der Aufwand für die getrennten Ausführungen.The necessity of spacers is illustrated in FIG. 1, 2 and 3 of the drawing, in which the individual sections of the induction coil are denoted by A, B and C and the secondary winding of the furnace transformer is denoted by S, the following also noted: When executing the circuit according to FIG Circuit corresponding to a number of separate, in the longitudinal direction of successive winding sections consisting of furnace coils, no stand-off brackets would be required for electrical reasons, since the phase surges of the coils represent points of the same potential. However, if the circuit according to Fig: 2 is carried out, the full line-to-line voltage occurs at the phase surges. The reason is that the secondary sides of the furnace transformer are already connected in a triangle. If you lead out the secondary windings of the furnace transformer, galvanically separated, and. If it only switches it over the furnace coils in a triangle, as in Austrian patent specification 207 477, Fig. 1, phase reversal is possible without a potential difference. However, it would also be conceivable to reverse the direction of the winding in the middle coil and to maintain the phase position (and also the secondary delta connection). In this case, too, no potential difference would occur (FIG. 3). In many cases, the space required for reversing the winding; Sensitively smaller than that for the voltage isolation and the effort for the separate versions.

Diese die Ausführung des Ofens vereinfachenden Maßnahmen kommen jedoch nur bei Öfen kleinerer oder mittlerer Leistung in Frage. Einerseits sind i Durchstoßöfen dieser Art im Durchmesser der Ofenspule durch den Werkstückdurchmesser bestimmt (z. B. Preßbolzen), andererseits ist aus der Literatur bekannt; daß mit Rücksicht auf die physikalischen Materialeigenschaften die maximale Leistungsdichte i nicht über 4 bis 5 kW/cm2 gesteigert werden soll. Mithin kann die Gesamtleistung eines Ofens ab einer gewissen Grenze nur durch die Verlängerung der Ofenspule erhöht werden. Hierbei sind aber der Herstellüng einer einzigen durchlaufenden - Wicklung schon aus mechanischen,Grün den bald Grenzen gesetzt. Die Spule muß in mehrere, gesondert gehalterte Einzelspulen unterteilt werden. Infolge des entstehenden Abstandes tritt ein noch größerer Abfall des Spulenfeldes auf; da zwar die Ausführung nach der österreichischen Patentschrift 207 477 den Phasenwinkel der Spulenströme unterteilt (s. Fig. 2), aber die Vektorgröße der Phasenströme urigeändert läßt, da ja die überlappt geschaltete Wicklung stets nur von der vektoriellen Summe, der einfachen Spulenströme durchflossen wird. Andererseits bedingt eine Erhöhung der Wicklungsdichte beim Spulenstoß meist mehrlagige Wicklungen, die eine aufwendige. Konstruktion und Herstellung mit sich bringen.However, these measures to simplify the design of the furnace come only possible for stoves with a lower or medium output. On the one hand i are pusher ovens of this type, the diameter of the furnace coil is determined by the workpiece diameter (z. B. press bolts), on the other hand is known from the literature; that with consideration the maximum power density i does not affect the physical material properties should be increased by 4 to 5 kW / cm2. Thus, the overall performance of a Furnace can only be increased from a certain limit by lengthening the furnace coil. Here, however, the production of a single continuous winding is already possible for mechanical reasons, the limits will soon be set. The coil must be divided into several, separately supported individual coils are divided. As a result of the resulting distance occurs an even greater drop in the coil field; because the execution according to the Austrian Patent specification 207 477 divides the phase angle of the coil currents (see Fig. 2), but leaves the vector size of the phase currents originally changed, since the overlapped one Winding always only flows through the vectorial sum, the simple coil currents will. On the other hand, an increase in the winding density usually results in the coil joint multilayer windings that require an elaborate. Design and manufacture with it bring.

Die Erfindung vermeidet die aufgezeigten - Nachteile, indem bei einem Induktionsofen, insbesondere Durchlaufinduktionsofen, zum Erhitzen metallischer -: Werkstücke, bestehend aus mehreren, vorzugsweise von den Phasen eines Mehrphasensystems durchflossenen, rohrförmigen Spulenabschnitten, wobei zwischen diesen einzelnen Spulenabschnitten weitere Spulenabschnitte angeordnet sind, die von einem vom -speisenden System, insbesondere Mehrphasensystem, abgeleiteten, eine Homogenisierung des Feldverlaufes innerhalb der gesamten Heizwicklung bewirkenden Hilfsstrom durchflossen sind, erfindungsgemäß die Spulenabschnitte in Form selbständiger Hilfsspulen und durch getrennte Strom- öder Spannungshilfs- _ transformatoren angespeist sind, deren übersetzungsverhältnis in Anpassung an die jeweiligen--Erfordernisse des Spulenfeldes verstellbar.ist.The invention avoids the indicated - disadvantages by a Induction furnace, in particular continuous induction furnace, for heating metallic materials -: Workpieces, consisting of several, preferably from the phases of a multi-phase system flowed through, tubular coil sections, between these individual Coil sections further coil sections are arranged from one of the feeders System, in particular multi-phase system, derived, a homogenization of the field course are traversed within the entire heating winding causing auxiliary current, according to the invention the coil sections in the form of independent auxiliary coils and separate current or auxiliary voltage transformers are fed in, their transmission ratio adjustable in adaptation to the respective requirements of the coil field.

Bei Anschluß des Induktionsofens an ein '-Mehrphasensystem können erfindungsgemäß die Primärwicklungen der Hilfstransformatoren parallel zu den-Phasenspulen geschaltet sein, und die zugehörigen Sekundärspulen speisen, in zyklischer Vertauschung je eine der benachbarten Phasen zugeordneten Hilfsspulen, oder es können die Primärwicklungen der Hilfstransformatoren in Serie mit den Phasenspulen=-liegen. . . .If the induction furnace is connected to a 'multi-phase system, according to the invention, the primary windings of the auxiliary transformers parallel to the phase coils be switched, and feed the associated secondary coils, cyclically reversed one of the auxiliary coils assigned to each of the adjacent phases, or the primary windings of the auxiliary transformers in series with the phase coils = -laid. . . .

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindungkann jeder der Hilfstransformatoren zwei Sekundär--: wicklungen besitzen, von- denen in zyklischer Ver-- -_ tauschurig je eine mit einer zweiten Sekundärwicklung des einer anderen Phase zugeordneten Hilfstransformators in Serie geschaltet ist; die zwischen den beiden diesen Phasen zugeordneten Spulenabschnitten liegende Hilfsspulen speisen.According to a further proposal of the invention, each of the auxiliary transformers have two secondary windings, one of which is cyclically interchangeable each one associated with a second secondary winding of a different phase Auxiliary transformer is connected in series; the one between the two of these phases Feed associated coil sections lying auxiliary coils.

Weiterhin kann erfindungsgemäß jeder Hilfstransformator mit drei Schenkeln ausgerüstet sein, von denen zwei Schenkel je eine Primärwicklung tragen,' die in den Zuleitungen zweier zyklisch aneinander an--. schließenden Phasenspülen und mit diesen jeweils in Serie liegen, wobei diese Zuleitungen jeweils zu verschiedenen Potentialpunkten der Sekundärwicklungen des Ofentransformators (S) führen (so daß insgesamt jeweils zwei zwei verschiedenen Hilfstransformatoren zugeordnete Primärwicklungen mit einer Phasenspule in Serie liegen), und der dritte Schenkel ' jedes der Hilfstransformatoren eine Sekundärwicklung, die je eine Hilfsspule speist, welche die jeweilszwischen den beiden Spulenabschnitten, die mit den beiden Primärwicklungen des jeweiligen Hilfstransfors in Serie geschaltet sind, liegende Hilfsspule speist.Furthermore, according to the invention, each auxiliary transformer can have three legs be equipped, of which two legs each carry a primary winding, 'the in the supply lines of two cyclically to each other--. closing phase rinsing and with these are each in series, each of these leads to different ones Lead potential points of the secondary windings of the furnace transformer (S) (so that a total of two primary windings each assigned to two different auxiliary transformers with a phase coil in series), and the third leg 'of each of the auxiliary transformers a secondary winding, each feeding an auxiliary coil, which each between the two coil sections connected to the two primary windings of the respective Auxiliary transformers are connected in series, feeds horizontal auxiliary coil.

Bei zyklischem Anschluß sämtlicher Phasenspulen kann erfindungsgemäß das übersetzungsverhältnis der Hilfstransformatoren so gewählt sein, daß die Amplituden der Hilfsströme größer sind als die der Phasenströme.With cyclical connection of all phase coils, according to the invention the gear ratio the auxiliary transformers must be selected in such a way that that the amplitudes of the auxiliary currents are greater than those of the phase currents.

Erfindungsgemäß kann eine der bekannten Schal tungsarten, wie Stern-, Dreieck-, Zickzackschaltung usw.) für die Hilfsspulen angewendet werden.According to the invention, one of the known types of scarf, such as star, Triangle, zigzag, etc.) can be used for the auxiliary coils.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die Spulenabschnitte in Form selbständiger Hilfsspulen durch getrennte Strom- oder Spannungshilfstransformatoren angespeist sind, ist man in der Lage, durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses dieser Hilfstransformatoren den Hilfsstrom so zu wählen, daß man den gewünschten Amplitudenfaktor erhält, bzw. man kann die Übersetzung bei Hilfstransformatoren den Erfordernissen des Spulenfeldes jeweils anpassen, was bei den bisher bekanntgewordenen Schaltungen nicht möglich war.By the circuit arrangement according to the invention, in which the coil sections in the form of independent auxiliary coils through separate current or voltage auxiliary transformers are fed, you are able to select the gear ratio of these Auxiliary transformers to choose the auxiliary current so that you get the desired amplitude factor received, or you can change the translation for auxiliary transformers to meet the requirements of the coil field in each case, which is what the circuits known so far was not possible.

Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand der F i g. 4 bis 8 der Zeichnung näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 4 to 8 of the Drawing explained in more detail.

In F i g. 4 sind die Primärwicklungen der Hilfsspannungstransformatoren HTr parallel zu den Phasenspulen A, B, C geschaltet. Die Hilfsspulen CH, AH, BH sind über die Sekundärwicklungen der Hilfstransformatoren jeweils einer anderen Phase angespeist. Die Sekundärwicklung des Ofentransformators ist mit S bezeichnet. Das zugehörige Vektordiagramm der Ströme dieser Anordnung ist in F i g. 5 dargestellt aus dem ersichtlich ist, daß bei zyklischem Anschluß der Phasenspulen die Phasenwinkel zwischen den Haupt- und Hilfsströmen (strichliert) 60° betragen.In Fig. 4, the primary windings of the auxiliary voltage transformers HTr are connected in parallel to the phase coils A, B, C. The auxiliary coils CH, AH, BH are each fed to a different phase via the secondary windings of the auxiliary transformers. The secondary winding of the furnace transformer is labeled S. The associated vector diagram of the currents in this arrangement is shown in FIG. 5 from which it can be seen that when the phase coils are connected cyclically, the phase angles between the main and auxiliary currents (dashed lines) are 60 °.

In F i g. 6 sind die Stromtransformatoren PrC, PrA', PrB in Serie mit den zugehörigen Phasenspulen C, A' und B' geschaltet, wobei die mittlere Phase A' jedoch phasenverkehrt angeschlossen ist. Jeder Hilfstransformator besitzt zwei Sekundärwicklungen C1, C2 bzw. A,', A2 bzw. Bi, B2, von denen je zwei von verschiedenen Phasen in zyklischer Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Das zugehörige Vektordiagramm der Ströme ist in F i g. 7 dargestellt.In Fig. 6, the current transformers PrC, PrA ', PrB are connected in series with the associated phase coils C, A' and B ', but the middle phase A' is connected with the wrong phase. Each auxiliary transformer has two secondary windings C1, C2 or A, ', A2 or Bi, B2, of which two of different phases are connected in series in a cyclic order. The associated vector diagram of the currents is shown in FIG. 7 shown.

In F i g. 8 ist jeder der drei Hilfstransformatoren HTri, HTr2, HTrs mit drei Schenkeln ausgeführt, von denen je zwei eine Primärwicklung tragen, z. B. PrC2, ePrAi usw., die in den Zuleitungen verschiedener 'Phasenspulen C, A' und B liegen. Die Sekundärwicklung, die am dritten Schenkel angeordnet ist, führt einen Strom, der einen mittleren Phasenwinkel zwischen den Spulenströmen besitzt. Das zugehörige Vektordiagramm entspricht dem der F i g. 7. Die Schaltungen nach den F i g. 6 und 8 können auch mit nicht phasenverkehrten Mittelspulen ausgeführt werden. Es ergibt sich dann das gleiche Vektordiagramm wie in F i g. 5. Die Phasenwinkel zwischen eden Haupt- und Hilfsströmen sind doppelt so groß "(60°). Die Amplituden der Hilfsströme müßten größer gewählt werden, um annähernd die gleiche Feldhomogenität zu erreichen.In Fig. 8, each of the three auxiliary transformers HTri, HTr2, HTrs is designed with three legs, two of which each carry a primary winding, e.g. B. PrC2, ePrAi, etc., which are in the supply lines of various 'phase coils C, A' and B. The secondary winding, which is arranged on the third leg, carries a current that has a mean phase angle between the coil currents. The associated vector diagram corresponds to that of FIG. 7. The circuits according to FIGS. 6 and 8 can also be designed with non-phase-reversed center coils. The result is the same vector diagram as in FIG. 5. The phase angles between each main and auxiliary currents are twice as large "(60 °). The amplitudes of the auxiliary currents would have to be selected larger in order to achieve approximately the same field homogeneity.

Allgemein kann gesagt werden, daß alle in der Starkstromtechnik bekannten Schaltungsarten (Stern-, Dreieck-, Zickzackschaltung) für die Hilfsspulen herangezogen werden können.In general it can be said that all are known in power engineering Connection types (star, delta, zigzag connection) are used for the auxiliary coils can be.

Claims

Claims: 1. Induction furnace, in particular continuous induction furnace for heating metallic workpieces, consisting of several, preferably of the Phases of a multi-phase system through which tubular coil sections (phase coil), with further coil sections (auxiliary coils) between these individual coil sections are arranged by one of the feeding system, in particular a multi-phase system, derived, a homogenization of the field course within the entire heating coil causing auxiliary current to flow through, d a -characterized in that the coil sections, especially in the form of separate auxiliary coils, through current or voltage sub-transformers (Auxiliary transformers) are fed, the transformation ratio of which is adjustable and their primary windings, depending on whether they are current or voltage sub-transformers acts, with the phase coils in series or parallel and their single or multiple Secondary windings with the auxiliary coil of the same and / or the auxiliary coil (s) of the neighboring phase (s) are cyclically interchanged in series (Fig. 5, 7).

2. Induction furnace according to claim 1, characterized in that each of the auxiliary transformers is equipped with three legs, of which two legs each have a primary winding wear in the supply lines of two cyclically adjoining phase coils and with these are each in series, each of these leads to different Lead potential points of the secondary windings of the furnace transformer (S), and that the third leg of each of the auxiliary transformers carries a secondary winding, each of which feeds an auxiliary coil, which each between the two coil sections, those with the two primary windings of the respective auxiliary transformer in series lying, lying auxiliary coil feeds (Fig. 9).

3. Induction furnace according to the claims 1 and 2, characterized in that with cyclical connection of all phase coils the transformation ratio of the auxiliary transformers is chosen so that the amplitudes the auxiliary currents are greater than those of the phase currents.

4. Induction furnace according to the Claims 1 to 3, characterized in that one of the known types of circuit, such as star, delta, zigzag, etc. is used for the auxiliary coils.