DE670693C

DE670693C - Equipment for the operation of induction ovens with inverters

Info

Publication number: DE670693C
Application number: DES109921D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Juergen Von I Dipl-Ing
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1933-06-30
Filing date: 1933-06-30
Publication date: 1939-01-23

Description

Einrichtung zum Betriebe von Induktionsöfen über Wechselrichter Für den Betrieb von Induktionsofexanlag@en, insbesondere für Induktionsis,chmelzproz:esse, bei denen die Ofenwicklungen mit Frequenzen betrieben werden, die größer sind als die in den Netzen der allgemeinen Landesversorgung zur Verfügung stehenden Netzfrequenzen, sind Umformer bekanntgeworden, welche mit gittergesteuerten Stromrichtern arbeiten. Die Erfindung macht nun von Umformern Gebrauch, bei denen Gleichstrom in, den für den Betrieb der Induktions,ö:fen erforderlichen Wechselstrom bestimmter Frequenz und Spannung umgeformt werden soll, d. h. von sog. Wechselrichtern. Dias Anwendungsgebiet der Erfindung ist dabei nicht auf Anlagen beschrä,nkt, bei denen die Induktio@nsofenanlagen aus einem Gleichstromnetz gespeist werden, sondern erstreckt sich :auch auf Anlagen, die vom Wechselstromnetz ;gespeist werden, und zwar in der Weise, daß der für die Speisung der Wechselrichter notwendige Gleichstrom durch Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz entnommen wird, die zweckmäßig ebenfalls mit gittergesteuerten Entladungsgefäßen arbeiten.Equipment for the operation of induction ovens via inverter For the operation of induction furnace systems, especially for induction melting processes, in which the furnace windings are operated at frequencies that are greater than the network frequencies available in the networks of the general national supply, converters have become known which work with grid-controlled converters. The invention now makes use of converters in which direct current in, the for the operation of the induction oven required alternating current of a certain frequency and stress is to be transformed, d. H. of so-called inverters. Dias area of application the invention is not limited to systems in which the Induktio @ nsofenanlagen are fed from a direct current network, but extends: also to systems, which are fed by the AC network, in such a way that the for the The inverters are supplied with the necessary direct current by rectifiers from the alternating current network is removed, which is also expediently provided with grid-controlled discharge vessels work.

Eine zur Wechselrichtung vielfach verwendete Umformeranordnung mit gittergesteuerten Gleichrichtern ist der sog. Parallelwechselrichter. Er arbeitet mit mindestens zwei Entladungsstrecken, die mit Bezug .auf die Gleichstromquelle ihrer stromrichtenden Wirkung nach parallel geschaltet sind, und deren Anoden, an einem Transformator liegen, dessen Mittelanzapfung mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden ist. An diesen Transformator isst der Wechselstromkreis der über den Wechselrichter zu speisenden Induktionsofenanlag ?e angeschlossen.A converter arrangement that is often used for reversing grid-controlled rectifiers is the so-called parallel inverter. Developed with at least two discharge paths that relate to the direct current source their current-directing effect are connected in parallel, and their anodes a transformer whose center tap is connected to the positive pole of the direct current source connected is. The AC circuit is fed to this transformer by the inverter connected to the induction furnace system to be fed.

Erfindungsgemäß ist das übersetzungsverhältnis -des Wechselrichtertransformators oder eines zwischen Wechselrichter und Verbraucher geschalteten Transformators in Abhängigkeit von dem sich ändernden Widerstand des Induktionsofens zweclzm:äßig selbsttätig derart veränderlich, daß, die dem Ofen zugeführte Spannung mit zunehmendem Widerstand des Ofenstromkreises zunimmt. Versuche, die beim Betriebe :eines über einen Wechselrichter gespeisten Induktionsofens angestellt wurden, haben gezeigt, daß: es durch die Erfindung gelingt, einerseits den Wechselrichter in stabilem Betrieb zu halten und andererseits die dem Induktionsofen zugeführte Energie den Anforderungen dieses Ofens weitgehend anzupassen,.According to the invention, the transmission ratio of the inverter transformer or a transformer connected between the inverter and the consumer in Depending on the changing resistance of the induction furnace, it is moderate automatically variable in such a way that the voltage supplied to the furnace increases with increasing Oven circuit resistance increases. Try that when holding: one over an inverter-fed induction furnace were turned on have shown that: the invention makes it possible, on the one hand, to keep the inverter in stable operation and on the other hand the energy supplied to the induction furnace meets the requirements to adapt this furnace to a large extent.

Ein Wechselrichter hat die Eigenschaft, daß seine Spannung bei kleinen Stromstärken verhältnismäßig hoch ist, d;aß diese Spannung mit zunehmender Stro@ms:t;ärlre zunächst stark ,abfällt .und dann in. einem Bereich zwischen etwa 2o bis roo% des Betriebsisitromes des - Wechselric=hters sich auf etwa gleichbleibender Höhe hält. Sobald der Strom über einen bestimmten Grenzwert anwächst, ist der Wechselrichter nicht mehr betriebsfähig @, er fällt außer Tritt. Die durch diese Betriebs: -eigenschaften des Wechselrichters biedingt,#h Schwierigkeiten werden bei der Anwendung des Wechselrichters für die Speisung eines Induktionsofens noch dadurch erhöht, daß, es sich bei einem Induktionsofen bzw. bei einer zum Erhitzen von ferronnagnetischem Material dienenden Induktiousheizeinrichtung um einen Stromverbraucher handelt, dessen wirksamer elektrischer Widerstand sich mit forpschreitendeni Behandlungspr ozeß stark ändert. Durch die Erfindung wird erreicht, daß, einerseits der Wechselrichter stets in dem Bereich arbeitet, in dem seine Spannung sich nur verhältnismäßig wenig ändert, und @daß andererseits die während des Betriebes: auftretenden Änderungen des `wirksamen Widerstandes des Induktionsofens nicht dazu führen, däß der Wechselrichter außer Tritt fällt.An inverter has the property that its voltage is small Currents is relatively high, d; ate this voltage with increasing currents: t; ärlre initially strong, falling .and then in. a range between about 2o to roo% des Company isitromes des - changer is more or less the same Height holds. As soon as the current increases above a certain limit value, the inverter is no longer operational @, he falls out of step. The operating through these: -properties of the inverter, # h difficulties arise when using the inverter for the supply of an induction furnace is increased by the fact that it is a Induction furnace or, in the case of a furnace used for heating ferromagnetic material Induktiousheizeinrichtung is a power consumer, the effective electrical Resistance changes greatly as the treatment process progresses. Through the Invention is achieved that, on the one hand, the inverter is always in the area works in which its tension changes only relatively little, and @ that on the other hand, the changes in the `effective resistance that occur during operation of the induction furnace do not lead to the inverter falling out of step.

Es ist ,an sich bekannt, daß ein Stromverbraucher mit stark veränderlichem Widerstand nicht ohne weiteres an einen Wechselrichter angeschlossen werden kann. Für den Betrieb von Glühlampen, die bekanntlich die Eigenschaft haben, daß. ihr Widerstand in kaltem Zustande wesentlich kleiner ist als im Glühzustande, ist eine Saaltanordnu;ng bekanntgeworden, b-ei der zwischen .dem Wechselrichtertransformätor .und dem Glühl:ampenstromkreis ein Ohmscher Widerstand angeordnet ist, der selbsttätig regelbar isst. Der Widerstand ist beim Einschalten der Glühlampen voll eingeschaltet und- wird nach und nach kurzgeschlossen, weil der Widerstand des Glühlampenstromkreise s nach dessen Einschalten zunimmt. Die Anwendung dieser bekannten Schaltung für den Betrieb von Induktionsöfen. wäre zwar möglich und würde auch den Wechselrichter in stabilem Betrieb- halten können; für den Betrieb des Induktionsofens- hat die bekannte Schaltung jedoch wesentliche Nachteile, und zwar aus folgenden Gründen: Nimmt man an, daß die den Wechselrichter speisende Gleichspian zung in ihrer Größe festliegt, so ist die Sp!arnung auf der Wechselstromseite des Wechselrichters bzw. die primäre Wechselspannung des Wechselrichtertransformators fest gegeben. Mit Rücksicht auf den stabilen Betrieb des Wechselrichters liegt auch der Strom zumindest in einem verhältnismäßig engen Bereich fest. Der an den Wechselrichter angeschlossene Induktionsofen hat die Eigenschaft, daß sein wirksamer Widerstand zu Beginn. des Schmelzprozesses verhältnismäßig hoch ist. Ein zwischen Wechselrichter und Induktionsofen liegender Widerstand -wäre daher zu Beginn des Schmelzprozesses ganz oder zumindest ,auf einen sehr kleinen Wert auszuschalten. Wenn das in dem Ofen niedierzüschmelzende Material in den flüssigen Zu--stand übergeht, so sinkt der wirksame Widerstand des Wechselstromkreises des Induktionsnfens ganz beträchtlich. Der stabile Betrieb des Wechselrichters ist nur möglich, wenn der zwischen Wechselrichter und Induktionsofen liegende Widerstand erheb:ich vergrötert wird. Diese Maßnahme würde zwar den Dietrieb des Wechselrichters aufrechterhalten, sie würde aber den Betrieb des Induktionsofens außerordentlich ungünstig beeinflussen, denn die dem Ofen zugetührte Energie sinkt gerade in dem Augenblic'lt um ein beträchtliches Maß, in dem der Ofen zur Förderung des Schmelzvorganges diese Energie notwendig braucht. Der Wechselrichter liefert zwar ausreichend Energie, es geht aber in dem zur Aufrechterhaltung der Stabilität des Wechselrichters vorgeschalteten Widerstand ein größer Teil der Energie verloren. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß zwischen den Wechselrichter und den Induktionsofen kein Widerstand geschaltet wird, sonldern daß entweder der Wechselrichtertransformaitor mit Anzapfungen versehen wird oder zwischen Wechselrichter und Induktionsofeni ein Transformator geschaltet wird, dessen überseitzungsverhältnis verändert werden kann. Bei dieser Schaltanordnung wird beim Einsetzen des Schmelzvorganges im Induktionsofen die dem Ofen zugeführte Wechselspannung herabgesetzt, .und es wird :dadurch erreicht, daß der Strom im Ofenstromkreis der bekannten Schaltung sogar noch vergrößert werden kann., daß aber gleichzeitig die gesamte vom Wechselrichter abL-eL-ebene Leistung für den Schmelzprozeß des Ofens zur Verfügung steht. Durch die Erfindung-gelingt es somit, sowohl .die Betriebsanforderungen des Wechselrichters als auch diejenigen des Induktionsofens weitgehend zu erfüllen. Erst durch die Erfindu:n;g ist es möglich, einen wirtschaftlichen Betrieb'eines Wedhselrichters in Verbindung mit einem Induktionsofen durc'hzuf'ühren.It is known per se that a power consumer with highly variable Resistor cannot be easily connected to an inverter. For the operation of incandescent lamps, which are known to have the property that. your Resistance in the cold state is much smaller than in the glow state, is a Hall arrangement became known, b-ei the one between .the inverter transformer .and the incandescent circuit an ohmic resistor is arranged, which is automatic controllably eats. The resistor is fully switched on when the light bulbs are switched on and- is gradually shorted out because of the resistance of the incandescent lamp circuits s increases after it is switched on. The application of this known circuit for the operation of induction furnaces. would be possible and would also use the inverter can keep in stable operation; for the operation of the induction furnace has the known circuit, however, significant disadvantages, for the following reasons: It is assumed that the DC voltage feeding the inverter is larger in size is fixed, the voltage is on the AC side of the inverter or the primary alternating voltage of the inverter transformer is fixed. With consideration The current is at least in one aspect of the stable operation of the inverter relatively narrow area tight. The induction furnace connected to the inverter has the property that its effective resistance at the beginning. the melting process is relatively high. One lying between the inverter and the induction furnace Resistance - would therefore be entirely or at least to one at the beginning of the melting process switch off very small value. When the material is low melting in the furnace changes to a liquid state, the effective resistance of the alternating current circuit drops of the induction furnace quite considerably. The stable operation of the inverter is only possible if the resistance between the inverter and the induction furnace uplift: I is enlarged. This measure would prevent the inverter from operating maintained, but it would make the induction furnace run extraordinarily have an unfavorable effect, because the energy supplied to the furnace falls precisely in that Instantly by a considerable amount in which the furnace is used to promote the melting process needs this energy. The inverter delivers sufficient energy, but it works in the upstream to maintain the stability of the inverter Resistance lost a greater part of the energy. The invention avoids this Disadvantage in that there is no resistance between the inverter and the induction furnace is switched, but that either the inverter transformer with taps or a transformer between the inverter and the induction furnace is switched, whose transfer ratio can be changed. At this Switching arrangement is when the melting process begins in the induction furnace that the The alternating voltage supplied to the furnace is reduced, and it is: the current in the furnace circuit of the known circuit can even be increased can., but that at the same time the entire output from the inverter abL-eL-level is available for the melting process of the furnace. The invention succeeds it thus, both .the operating requirements of the inverter and those of the induction furnace to a large extent. Only through the invention is it possible an economical operation of a Wedhse converter in connection with an induction furnace to carry out.

Es sei noch erwähnt, daß es vorteilhaft ' sein kann, gleichzeitig mit der vorstehend geschilderten Änderung der dem Induktionsofen zugeführten Wechselspannung auch noch die Frequenz des Wechselrichters so zu rändern, daß der Arbeitsstromkreis des Wechselrichters mit möglichst günstigem Leis.tungsfaktor betrieben wird. Darüber hinaus kann es auch vorteilhaft sein, in an sich be'kanwer Weise die Löschkapazität des Parallelwech,sielrichters mit der Belastung zu ,ändern. Die Stabilität des. Betriebes des Wechsielricliters wird dadurch noch zweiter erhöht.It should also be mentioned that it can be advantageous at the same time with the above-described change in the alternating voltage supplied to the induction furnace also to change the frequency of the inverter so that the working circuit of the inverter is operated with the lowest possible power factor. About that In addition, it can also be advantageous to increase the extinguishing capacity in a manner known per se of the parallel change, the direction of the load to change. The stability of the. The operation of the changeable liter is thereby increased even more.

Claims

PATENT CLAIM: Device for operating induction ovens, about Inverter, characterized in that the transformation ratio of the converter transformer or a transformer connected between the inverter and the consumer depending on the changing resistance of the induction furnace is automatically variable in such a way that the voltage supplied to the furnace increases with increasing Oven circuit resistance increases.