DE541301C

DE541301C - Procedure for regulating the power factor of high frequency induction ovens

Info

Publication number: DE541301C
Application number: DEA57298D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1928-04-13
Filing date: 1929-03-29
Publication date: 1932-01-11

Description

Verfahren zur Regulierung des Leistungsfaktors von Hochfrequenzinduktionsöfen Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Induktionsöfen, die mit Hochfrequenzstrom gespeist werden. Der Leistungsfaktor derartiger Öfen, die eine vom Hochfrequenzstrom durchflossene Primärwicklung besitzen, die um das als Sekundärwicklung dienende Schmelzbad herumgeführt ist, wechselt während des Betriebes in weiten Grenzen. Der Leistungsfaktor wird nämlich mit zunehmender Schmelzung des Ofeninhaltes kleiner. Da an und für sich derartige Öfen mit schlechtem Leistungsfaktor arbeiten, ist es aus wirtschaftlichen Gründen besonders wichtig, eine Regulierung vorzusehen, die es ermöglicht, den bestmäglichsten Leistungsfaktor in kürzester Zeit während des Betriebes einzustellen. Man kann nun den Leistungsfaktor dadurch verändern, daß in den Hochfrequenzstromkreis beispielsweise Kondensatoren eingeschaltet werden, wodurch eine Verbesserung des Leistungsfaktors bewirkt werden kann. Zur Einschaltung derartiger Kondensatoren, deren Raumbedarf ziemlich groß ist, sind Schalter und Schalteinrichtungen erforderlich, deren Anordnung erhebliche Kosten verursacht; abgesehen davon ist die Einstellung mittels der Kondensatoren ziemlich mühevoll und kann nicht beliebig feinstufig vorgenommen werden. Erfindungsgemäß wird nun die Regulierung des Leistungsfaktors dadurch vorgenommen, daß der Kopplungsgrad des Primärstromkreises und des Schmelzbades ohne Änderung der Windungszahl der Primärwicklung verändert wird.Method for regulating the power factor of high frequency induction furnaces The invention relates to electric induction furnaces that operate with high frequency electricity be fed. The power factor of such ovens, one of the high frequency current Have flowed through primary winding, which is used as the secondary winding Melt pool is led around, changes within wide limits during operation. Of the The power factor decreases with increasing melting of the furnace contents. Since, in and of themselves, such ovens work with poor power factor, it is for economic reasons it is particularly important to provide for regulation that it enables the best possible power factor in the shortest possible time during the Cease operation. You can now change the power factor by capacitors, for example, are switched on in the high-frequency circuit, whereby an improvement in the power factor can be effected. To switch on such capacitors, the space requirement of which is quite large, are switches and Switching devices required, the arrangement of which causes considerable costs; apart from that, the adjustment by means of the capacitors is quite laborious and cannot be made as finely as desired. According to the invention is now the regulation of the power factor made by the fact that the coupling degree of the primary circuit and the weld pool without changing the number of turns of the primary winding is changed.

Zwei Ausführungsbeispiele des Ofens mit der neuen Reguliereinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.Two embodiments of the furnace with the new regulating device are shown in the drawing.

Abb. i zeigt einen Schnitt durch den Ofen und die Schaltung der Anordnung, Abb. 2 eine andere Ausführungsform der Regulieranordnung, Abb.3 ein Vektordiagramm über die Verteilung der Ströme für die Reguliereinrichtung.Fig. I shows a section through the furnace and the circuit of the arrangement, Fig. 2 shows another embodiment of the regulating arrangement, Fig. 3 shows a vector diagram on the distribution of the currents for the regulator.

Der Hochfrequenzofen besteht .aus dem Schmelztiegel io aus hitzebeständigem Material, in denn. sich das zu schmelzende Material, das sogenannte Schmelzbad 13, befindet. Der Schmelztiegel io hat zweckmäßig eine längliche Form und ruht ,auf feinem elektrisch isolierten Sockel 12. Um den Schmelztiegel i o ist die Primärwicklung i i herumgelegt, deren Speisung über die Leitungen 2i durch einen Hochfrequenzgenerator erfolgt. Um den Kopplungsgrad der Primärwicklung i i und des Schmelzbades i3 zu ändern, wird die gegenseitige Lage der Primärwicklung und des Schmelzbades dadurch geändert, daß die Primärwicklung r i gehoben und gesenkt wird. Zu diesem Zweck ist eine senkrecht stehende Gleitführung 15 vorgesehen, die zum Halten eines mit der Primärwicklung i i verbundenen Rahmens 1 ¢ dient. Zum Heben und Senken des Rahmens 14 und der Primärwicklung i i dient ein für Rechts- und Linkslauf vorgesehener Motor 16, der über ein Seil oder über eine Kette 18, dio an den Rahmen 14 angreift und über Rollen 2o, i9 zu der Riemenscheibe 17 des :Motors 16 geführt ist, mit der Primärwicklung verbunden ist. Um eine Änderung des Kopplungsgrades und damit des Leistungsfaktors herbeizuführen, braucht nur der Motor 16 in der einen oder anderen Richtung eingeschaltet zu werden, um so die gegenseitige Lage der Primärwicklung i i und des Schmelzbades 13 zu verändern. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine vom Hochfrequenzkreis beeinflußte, zur selbsttätigen Einstellung des Leistungsfaktors 'dienende Kontakteinrichtung oder ein Relais 28, das zur Steuerung des Kopplungsgrades der Primärwicklung i i mit dem Schmelzbad 13 vorgesehen ist. Dieses Relais 28 besitzt zwei gegeneinander an einem doppelarmigen Hebel wirkende Magnetspulen 26, 27, die direkt oder, falls höhere Spannungen für den Hochfrequenzkreis verwendet werden, mittels Strom-Wandler 24, 25 an dem Hochfrequenzkreis angeschlossen sind. Je nachdem, ob der Relaiskontakt 3o oder 31 geschlossen wird, wird ein Strom durch die Magnetspulen 32 oder 33 von zwei Fernschaltern 36, 37, die zur Einschaltung des Motors 16 für Rechts- oder Linkslauf dienen, geschickt. Der zur Betätigung der Fernschalter 36, 37 dienende Hilfsstrom rührt von einer Stromquelle 34 her. Der Motor, der durch die Fernschalter 36, 37 gesteuert wird, erhält seinen Strom von einer Stromquelle 35. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Gleichstrommotor, dessen Anschlüsse vertauscht werden; es ist selbstverständlich auch möglich, bei einem Wechsel- oder Drehstrommotor durch Umpolung der Wicklung eine Umsteuerung herbeizuführen. Um nun den Motor 16 automatisch umzuschalten, sobald eine Hebung oder Senkung der Primärwicklung i i infolge Verschlechterung des Leistungsfaktors vorgenommen werden soll, ist eine Abhängigkeit der Relaissteuerung vom Leistungsfaktor der Primärwicklung in der Weise vorgesehen, daß die eine oder die andere der Magnetspulen 26 oder 2; mehr oder weniger Strom erhält, wenn der Motor für Rechts- oder Linkslauf eingeschaltet werden soll, d. h. wenn er ein Heben oder Senken der Primärwicklung i i veranlassen soll. Die Abhängigkeit des Relais 28 vom Leistungsfaktor des Hochfrequenzkreises wird dadurch erreicht, daß zwei Gruppen von Kondensatoren der Primärwicklung i i parallel geschaltet sind und in den Zuführungsleitungen 21 liegen. Unmittelbar hinter der einen Gruppe der Kondensatoren 22 liegt in den Zuführungsleitungen 21 der eine Stromwandler 25, dessen Sekundärwicklung mit der Magnetspule 27 des Relais 28 verbunden ist. Fernerhin liegt in den Zuführungsleitungen 21 der weitere Stromwandler 24 hinter einem ebenfalls der Primärwicklung i i parallel geschalteten Kondensator 23. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 24 steht mit der Magnetspule 26in Verbindung. Die Spulen 26, 27, die gegeneinander wirken, sind nun vom Leistungsfaktor des Hochfrequenzkreises direkt abhängig, so daß eine selbsttätige Regulierung des Ofens durch Einschaltung des Motors 16 mittels des Relais 28 und der Fernschalter 36, 37 .erreicht wird. Aus einem in der Abb. 3 dargestellten Vektordiagramm geht die Stromverteilung der in den Magnetspulen 26, 27 fließenden Ströme hervor. Die voll ausgezeichnete Linie J25 stellt einen nacheilenden Strom im Primärstromkreis des Stromwandlers 25 dar; die voll ausgezeichnete Linie l23 zeigt den zugehörigen, durch den Kondensator 23 fließenden Strom, wähnend 124 den durch die Primärwicklung des Stromwandlers 24 fließenden Strom darstellt. Durch unterbrochene Linienzüge ist die Lage des von den Seiten J@4, J2;, und J23 begrenzten Dreiecks angedeutet, wenn der Strom in der Hochfrequenzwicklung voreilt. Aus dem Vektordiagramm kann man entnehmen, daß bei nacheilendem Ström der Strom J2,; in dem Stromwandler 25 größer ist als der Strom J2.1 des Stromwandlers 24; bei voreilendem Strom dagegen überwiegt der Strom J24 des Stromwandlers 24 über den StromJ25. Dementsprechend wird der Kontaktarm 29 des Relais 28 infolge Überwiegens des Stromes in den Magnetspulen 26 oder 27 den Kontakt 3o oder 31 einschalten oder auch, sofern beide Ströme gleich sind, sich in der ausgeschalteten Stellung zwischen den beiden Kontakten halten. Das Relais 28 ist also vom Leistungsfaktor des Primärstromkreises abhängig, und der Motor 16 wird je nach Erfordernis für Rechts- oder Linkslauf eingeschaltet oder auch in ausgeschalteter Stellung gelassen. Die Regulierung erfolgt vollkommen selbsttätig und mit größter Schnelligkeit, da träge arbeitende Zwischenglieder vermieden sind.The high-frequency furnace consists of the crucible made of heat-resistant Material, in because. the material to be melted, the so-called melt pool 13, is located. The crucible io expediently has an elongated shape and rests on fine, electrically insulated base 12. The primary winding is around the crucible i i lying around, whose feed via the lines 2i by a high-frequency generator he follows. To increase the degree of coupling of the primary winding i i and the weld pool i3 change the mutual position of the primary winding and the weld pool changed that the primary winding r i is raised and lowered. To that end is a vertical one Sliding guide 15 provided for holding a frame 1 ¢ connected to the primary winding i i is used. For lifting and lowering of the frame 14 and the primary winding i i is provided for clockwise and counterclockwise rotation Motor 16 which engages the frame 14 via a rope or via a chain 18 and via rollers 2o, i9 to the pulley 17 of the motor 16, with the Primary winding is connected. To change the degree of coupling and thus the To bring about power factor, only the motor 16 needs in one way or the other Direction to be switched on, so as to the mutual position of the primary winding i i and the melt pool 13 to change. Another object of the invention is influenced by the high-frequency circuit, for automatic adjustment of the power factor 'Serving contact device or a relay 28, which is used to control the degree of coupling the primary winding i i with the molten bath 13 is provided. This relay 28 has two magnetic coils 26, 27 acting against one another on a double-armed lever, which directly or, if higher voltages are used for the high-frequency circuit, are connected to the high-frequency circuit by means of current converters 24, 25. Depending on, whether the relay contact 3o or 31 is closed, there is a current through the magnet coils 32 or 33 of two remote switches 36, 37, which are used to switch on the motor 16 for Serve clockwise or counterclockwise rotation, sent. The one to operate the remote switch 36, Auxiliary current serving 37 originates from a current source 34. The engine that goes through the remote switch 36, 37 is controlled, receives its power from a power source 35. The embodiment is a direct current motor whose Connections are swapped; it is of course also possible with one AC or three-phase motor by reversing the polarity of the winding to bring about a reversal. In order to switch the motor 16 automatically as soon as an increase or decrease in the Primary winding i i are made as a result of deterioration in the power factor is a dependency of the relay control on the power factor of the primary winding provided in such a way that one or the other of the magnet coils 26 or 2; receives more or less current when the motor is switched on for clockwise or counter-clockwise rotation should be, d. H. when it causes the primary winding i i to be raised or lowered target. The dependence of the relay 28 on the power factor of the high frequency circuit is achieved in that two groups of capacitors of the primary winding i i are connected in parallel and lie in the supply lines 21. Immediately behind one group of capacitors 22 is in the supply lines 21 of one Current transformer 25, the secondary winding of which is connected to the magnetic coil 27 of the relay 28 is. Furthermore, the further current transformer 24 lies behind in the supply lines 21 a capacitor 23 also connected in parallel to the primary winding i i The secondary winding of the current transformer 24 is connected to the magnetic coil 26. The coils 26, 27, which act against one another, are now of the power factor of the high-frequency circuit directly dependent, so that an automatic regulation of the oven by switching on of the motor 16 by means of the relay 28 and the remote switch 36, 37. is achieved. A vector diagram shown in Fig. 3 shows the current distribution of the in the magnetic coils 26, 27 flowing out currents. The fully excellent line J25 represents a lagging current in the primary circuit of the power converter 25; the fully drawn line I23 shows the associated, through the capacitor 23 current flowing through the primary winding of the current transformer 24 representing flowing stream. The position of the from the sides J @ 4, J2 ;, and J23 bounded triangle indicated when the current in the High frequency winding leads. From the vector diagram it can be seen that with lagging current the current J2; in the current transformer 25 is greater than the current J2.1 of the current transformer 24; with a leading current, on the other hand, the current J24 predominates of the current transformer 24 via the current J25. Accordingly, the contact arm 29 of the Relay 28 as a result of the predominance of the current in the magnet coils 26 or 27 the contact Switch on 3o or 31 or, if both currents are equal, switch to the switched off one Hold position between the two contacts. The relay 28 is therefore of the power factor of the primary circuit dependent, and the motor 16 is depending on the requirement for right or left-hand rotation switched on or left in the switched-off position. the Regulation takes place completely automatically and with great speed, because it is sluggish working intermediate links are avoided.

Es ist selbstverständlich'auch möglich, statt der Stromwandler 24, 25 bei geringer Spannung des Hochfrequenzkreises die Einschaltung der Magnetspulen 26, 27 in die Zuführungsleitungen 21 direkt vorzunehmen. Ebenso kann die Einschaltung des Motors 16 direkt durch das Relais 28, das ,entsprechend ausgebildet sein müßte, erfolgen, und in diesem Falle wären die Fernschalter 36, 37 nicht erforderlich. Auch ist es nicht notwendig, die getrennten Stromquellen für den Hilfsstrom der Fernschalter 3a, 33 sowie für den Betrieb des Motors 16 zu verwenden.It is of course also possible, instead of the current transformer 24, 25 when the high-frequency circuit voltage is low, the solenoid coils are switched on 26, 27 to be carried out directly into the supply lines 21. The activation can also of the motor 16 directly through the relay 28, which would have to be designed accordingly, in which case the remote switches 36, 37 would not be required. It is also not necessary the separate power sources for the Auxiliary power of the remote switches 3a, 33 and for the operation of the motor 16 to be used.

Eine weitere Ausführungsform zeigt die Abb. z. Bei dieser Anordnung wird der Kopplungsgrad der Primärwicklung i i und des Schmelzbades 13 dadurch geändert, daß der Spiegel des Schmelzbades i3 im Schmelztiegel io gehoben oder gesenkt wird. Zu diesem Zweck ist ein in das Schmelzbad 13 eingetauchter Kolben 39 heb- und senkbar angeordnet, wodurch infolge der Verdrängung des geschmolzenen Metalls eine Erhöhung oder Erniedrigung des Schmelzbadspiegels im Tiegel io herbeigeführt wird. Der Kolben 39 besteht aus hitzebeständigem Material und ist zweckmäßig an der Kette oder dem Seil i 8 befestigt, das ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i von dem Motor 16 in der einen oder anderen Richtung bewegt werden kann.Another embodiment is shown in Fig. In this arrangement, the degree of coupling of the primary winding ii and the molten bath 13 is changed in that the level of the molten bath i3 in the crucible io is raised or lowered. For this purpose, a piston 39 immersed in the molten bath 13 is arranged so that it can be raised and lowered, as a result of which, as a result of the displacement of the molten metal, an increase or decrease in the molten bath level in the crucible is brought about. The piston 39 consists of heat-resistant material and is fastened suitably on the chain or the rope i 8, which can be as the embodiment according to Fig. I moves from the engine 1 6 in one or another direction.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb.2 ist nun folgende: Bei kaltem Metall ruht der Kolben 39 auf der Oberfläche des Metalls. Sobald die Primärwicklung i i Strom erhält und hierdurch eine Schmelzung des Metalls 13 herbeigeführt wird, verschlechtert sich der Leistungsfaktor des Ofens. Das Relais 28, das in der gleichen Weise wie in der Anordnung nach Abb. i durch die Verschlechterung des Leistungsfaktors beeinflußt wird, schaltet den Motor 16 derart ein, daß dieser den Kolben 39 in das Schmelzbad 13 senkt. Die Oberfläche des Schmelzbades 13 im Schmelztiegel io hebt sich in dem Maße, wie der Kolben 39 eintaucht. Eine Folge der Erhöhung des Spiegels des Schmelzbades 13 ist eine Vergrößerung des wirksamen Widerstandes des Metalls, das die Sekundärwicklung bildet und auch besonders eine Verbesserung des Kopplungsgrades der Primärwicklung i i mit dem Schmelzbad 13, das den ganzen Tiegel i o erfüllen kann, während bei nur wenig eingetauchtem Kolben 39, wie in Abb. 2 dargestellt, der Tiegel io nicht ganz gefüllt ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung die gleiche wie bei Abb. i ; nur liegt der Unterschied darin, daß bei der Anordnung nach Abb. i das Schmelzbad 13 feststeht und die Primärwicklung bewegt wird, während bei der Anordnung nach Abb.2 die Primärwicklung i i feststeht und der Schmelzbadtiegel in dem ebenfalls feststehenden Tiegel io gehoben und gesenkt wird.The mode of operation of the arrangement according to FIG. 2 is as follows: When the metal is cold, the piston 39 rests on the surface of the metal. As soon as the primary winding ii receives current and this causes the metal 13 to melt, the power factor of the furnace deteriorates. The relay 28, which is influenced by the deterioration of the power factor in the same way as in the arrangement according to FIG. The surface of the molten bath 13 in the crucible rises to the extent that the piston 39 is immersed. A consequence of the increase in the level of the molten bath 13 is an increase in the effective resistance of the metal that forms the secondary winding and also, in particular, an improvement in the degree of coupling of the primary winding ii with the molten bath 13, which can fill the entire crucible io, while only slightly immersed Piston 39, as shown in Fig. 2, the crucible is not completely filled. Otherwise, the mode of operation of the arrangement is the same as in Fig. I; The only difference is that in the arrangement according to Fig. i the molten bath 13 is fixed and the primary winding is moved, while in the arrangement according to Fig. 2 the primary winding ii is fixed and the molten bath crucible is raised and lowered in the also fixed crucible io.

In der Zeichnung sind besondere Kühlvorrichtungen für die Primärwicklung nicht dargestellt, da diese mit der Erfindung selbst in keinem Zusammenhang stehen; die Kühlung kann, falls erforderlich, durch Wasser oder Luft erfolgen. Statt einen Motor zum Heben oder Senken der Reguliereinrichtung vorzusehen, könnte dieses auch durch einen Elektromagneten o. dgl. erfolgen.In the drawing are special cooling devices for the primary winding not shown, since these are not related to the invention itself; cooling can, if necessary, take place using water or air. Instead of one Providing a motor for raising or lowering the regulating device could do this too by an electromagnet or the like.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for regulating the power factor of high-frequency induction furnaces, characterized in that the degree of coupling of the primary circuit (ii) and the molten bath (13) is changed without changing the number of turns of the primary winding. z. Method according to Claim i, characterized in that the mutual position of the primary circuit (ii) and of the melt pool (13) is changed. 3. The method according to claim i, characterized in that the height of the level of the molten bath (13) in the crucible (io) is changed. .4. Device for regulating the power factor of high-frequency furnaces according to Claims i and 2, characterized in that the primary winding (ii) can be displaced in order to change the mutual position of the primary circuit and the molten bath (13). 5. Device according to claim q., Characterized by a raisable and lowerable arrangement of the primary winding (ii). 6. Device according to claim 5, characterized by a vertically arranged sliding guide (15) which is used to hold a frame (14) connected to the primary winding (ii). 7. Device for regulating the power factor of high-frequency furnaces according to claim i and 3, characterized in that to change the height of the level of the molten bath (i3) in the crucible (io) a raised and lowered piston (39) made of heat-resistant material is immersed in the molten bath Material is provided. B. Device according to claim q. and 7, characterized in that a motor (16) for clockwise and counter-clockwise rotation is provided for moving the primary winding (ii) or for raising and lowering the piston (39), which is connected to the primary winding via a chain or a rope (18) (ii) or the piston (39) is connected. G. Device according to Claims i to 8, characterized in that a contact device influenced by the high-frequency circuit or a relay (28) is provided for the automatic setting of the power factor, which is used to control the degree of coupling of the primary winding (ii) with the molten bath (13). i o. Device according to claim 9, characterized in that the relay (z8) is actuated by means of two opposing magnetic coils (26, 27) influenced by the high-frequency circuit directly or by means of transducers (2q., 25 ) as a function of the power factor and for direct or by means of a remote switch, the motor (16, 16) provided for both directions of rotation is used. i i. Device according to claim 10, characterized in that the two opposing magnetic coils (26, 27) of the relay (28) which are influenced by the high-frequency circuit are assigned capacitors of different numbers and / or sizes (2z, 23) in the high-frequency circuit that in the magnetic coils (26, 27) currents flow, the difference of which is directly dependent on the size of the power factor of the high-frequency circuit.