CH664660A5 - Induktive heizung fuer ferromagnetische materialien. - Google Patents

Description

  
 



   BESCHREIBUNG



   Es ist bekannt, ferromagnetische Materialien induktiv aufzuheizen. Hierzu wird eine mit Wechselstrom beschickte Primärspule in magnetisch leitenden Kontakt mit dem aufzuheizenden Material gebracht, das sodann den Sekundärstromkreis bildet oder in unmittelbar wärmeleitendem Kontakt mit dem kurzgeschlossenen Sekundärstromkreis steht und durch die induzierten sekundären Ströme aufgeheizt wird.



   Derartige induktive Heizungen werden insbesondere zur Aufheizung rotierender Teile verwandt, wobei der Vorteil besteht, dass die Primärspule ortsfest und stillstehend angebracht werden kann, so dass die primäre Leistung nicht durch Schleifringe übertragen werden muss. Als Anwendungsbeispiel sind die Galetten zur Heizung laufender Fäden zu nennen. Derartige Galetten sind z.B. gezeigt in DE-OS 1 660 215 (Bag. 599), DE OS 1 660 235 (Bag. 634), DE-OS 1 804 777 (Bag. 657), DE-OS 1 948 525 (Bag. 680).



   Die Steuerung bzw. Regelung der erzielten Temperatur geschieht bisher dadurch, dass der Primärstromkreis, d.h. das Netz, in von der gemessenen Temperatur abhängigen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet wird. Dies kann z.B. durch Thyristoren erfolgen, die in von der gemessenen Temperatur abhängigen Zeitintervallen angesteuert werden.



   Das hat den Nachteil, dass der Primärstromkreis in den Zeitintervallen des Betriebes stets mit maximaler Leistung betrieben wird. Hierdurch wird auch das Netz stossweise und unsymmetrisch,d.h. auf nur einer Phase, belastet, was sich insbesondere dann sehr nachteilig auswirken kann, wenn - wie in Textilbetrieben üblich - eine grosse Zahl von Galetten betrieben wird, die in Abhängigkeit von der Wärmeaufnahme der bearbeiteten Fäden unter Umständen mehr oder weniger gleichzeitig ein- und abgeschaltet werden. Dies macht eine starke Auslegung des Netzes und der erforderlichen Leistungsschalter notwendig.



   Nachteilig ist hierbei auch, dass die Galetten in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Frequenz des Wechselstromkreises unterschiedlich ausgelegt werden müssen.



   Zur Lösung dieser Probleme wird vorgeschlagen, dass zur Steuerung der Heizung die Steuerung der Primärstromversorgung dadurch erfolgt, dass die Frequenz des Primärstromes in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur variabel gesteuert wird. Die Erfindung macht sich zunutze, dass bei induktiver Übertragung die Leistung des Sekundärstromkreises frequenzabhängig ist. Dabei wird die Heizung so ausgelegt, dass der Primärstromkreis mit einer in ihrem Grundwert günstigen Frequenz gespeist werden kann. Günstig ist eine Frequenz dann, wenn sie so hoch ist, dass bei vorgegebenem Querschnitt der elektrischen und magnetischen Leiter des Primärstromkreises nur geringe Verluste entstehen. Andererseits wird die Auslegung der induktiven Heizung so gewählt, dass der Grundwert der Frequenz die geforderte induktive Übertragung der gewünschten Heizleistung ermöglicht.

  Folglich ermöglicht die Erfindung bei geeigneter konstruktiver Auslegung der induktiven Heizung, z.B. Galette und bei Vorgabe eines geeigneten hohen Grundwertes der Frequenz einen Betrieb mit optimaler Heizleistung bei minimalen Verlusten auf der Primärseite. Hierdurch kann der Wirkungsgrad wesentlich verbessert werden. Ausserdem kann bei vorgegebenen Abmessungen vorteilhafterweise die elektrische Leistung erhöht werden.



   Die veränderliche Steuerung der Frequenz kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Häufigkeit der Primärstromimpulse pro Zeiteinheit gesteuert wird. Bei einem anderen Verfahren kann die Dauer der Primärstromimpulse gesteuert werden.



   Es ist jedoch auch möglich, den Primärstromkreis nach Impulsdauer und Impulshäufigkeit zu steuern. Hierdurch kann man erreichen, dass der Mittelwert des Primärstromes einen stetigen Verlauf hat.



   Im folgenden werden zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand der Schaltpläne nach Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.



   Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Energieversorgung von den drei Phasen L1, L2, L3 eines Drehstromnetzes.



  Durch Gleichrichter 4 und 5 sowie Drossel 6 und Kapazität 7 wird der Drehstrom gleichgerichtet und geglättet. In dem Gleichspannungszwischenkreis 8 sind die Transistoren 9 und 10 eingeschaltet. Das Transistorenstellglied wird über eine handels übliche Schaltung (z.B. Siemens) frequenzvariabel angesteuert (Schaltung 11). Diese Ansteuerschaltung 11 gibt über ihre Ausgänge 12 und 13 abwechselnd Impulse ab. Diese Impulse sind frequenzvariabel. Das bedeutet: Die Häufigkeit der Impulse pro Zeiteinheit kann gesteuert werden (Impulsdiagramm nach Fig.



  3a, 3b) oder die Impulsdauer kann bei konstanter Häufigkeit pro Zeiteinheit gesteuert werden (Impulsdiagramm nach Fig.



  3a, 3c) oder Impulsdauer und Impulshäufigkeit können gesteuert werden (Impulsdiagramm nach Fig. 4).



   Das heisst, die frequenzvariable Ansteuerschaltung 11 wird beeinflusst durch einen Temperaturregler 14. Dieser wiederum ist angesteuert durch einen Sollwertgeber 15 und einen Temperaturfühler 16. Die Transistoren 9 und 10 sind gemeinsam mit den Freilaufdioden 17, 18 an einer Halbbrückenschaltung in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingeschaltet. Zwischen dem Mittelpunkt 19 der Haibbrücke und dem Nulleiter N des Drehstromnetzes liegt die Primärwicklung 20 der induktiven Heizung 21.



   Die Sekundärwicklung ist mit 22 bezeichnet. Im übrigen ist  der induktiv beheizte Körper hier nur angedeutet. Es kann sich z.B. um eine Galette handeln.



   Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Transistoren 9 und 10 mit den Freilaufdioden 17, 18 sowie darüber hinaus die Transistoren 23 und 24 mit den Freilaufdioden 25 und 26 in einer Vollbrückenschaltung in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingeschaltet. Die Primärwicklung 20 der induktiven Heizung liegt hier zwischen den Brückenmittelpunkten 19 und 27 der Vollbrücke, so dass sich der Nulleiteranschluss nach Fig. 1 erübrigt. Zur Ansteuerung der Transistorstellglieder 23 und 24 ist eine zweite frequenzvariable Ansteuerschaltung 28 vorgesehen, die ebenfalls durch einen Temperaturfühler 16 und den Sollwertgeber 15 beeinflusst wird.

 

   Nach der Erfindung ist es möglich, den Primärstromkreis im wesentlichen stetig, d.h. mit von Null oder einem kleinen Wert aus stetig zunehmenden Effektivwert des Primärstromes zu steuern. Die Energiezufuhr erfolgt also nicht - wie nach dem bisherigen Stand der Technik - durch eine netzsynchrone Impulsgruppenschaltung mit dem damit verbundenen Nachteil, dass jeweils hohe Ströme geschaltet und das Netz in den Einschaltzeiten stets mit dem Maximalstrom unsymmetrisch belastet ist. Vielmehr kann die Einschaltung der Heizung symmetrisch für alle drei Phasen bereits bei einem geringen Spannungsmittelwert erfolgen und die Nachregelung der Temperatur bei Abweichungen des Ist-Wertes vom Soll-Wert kann durch eine der Grösse der Abweichung entsprechende Nachstellung der Impulsfrequenz bzw. Impulsdauer und des sich daraus ergebenden Mittelwertes erfolgen. 

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum induktiven Beheizen von ferromagnetischen Materialien mit einer Primärspule, die mit einem Wechselstrom gespeist wird, wobei eine Temperaturmessung mit temperaturabhängiger Steuerung der Primärstromversorgung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Primärstromversorgung dadurch erfolgt, dass die Frequenz des Primärstromes in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur variabel gesteuert wird.
2. 2. Verfahren zum induktiven Beheizen von ferromagnetischen Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur bei vorgegebener Impulsfrequenz variiert wird.
3. 3. Verfahren zum induktiven Beheizen von ferromagnetischen Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener Impulsdauer in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur variiert wird.
4. 4. Verfahren zum induktiven Beheizen von ferromagnetischen Materialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines stetigen Verlaufs des Mittelwerts der Impulse die Impulse in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur nach Frequenz und Dauer variiert werden.
5. 5. Induktive Heizvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärstromversorgung besteht: aus einer Wechselspannungsquelle (L1, L2, L3; Fig. 1 und 2), einem von dieser gespeisten Gleichspannungszwischenkreis (8; Fig. 1 und 2), einem Spulenstromkreis, der von dem Mittelpunkt (19; Fig.

   1) bzw. den Mittelpunkten (19 und 27; Fig. 2) einer Brückenschaltung (17, 18; Fig. 1 bzw. 17, 18, 25, 26; Fig. 2) mit frequenzvariablen Stellgliedern in Form von elektronischen Leistungsschaltern (9, 10; Fig. 1 bzw. 9, 10, 23, 24; Fig. 2) abzweigt, wobei die elektronischen Leistungsschalter (9, 10; Fig. 1 bzw. 9, 10, 25, 26; Fig. 2) mit in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur variablen Impulsen gesteuert werden.
6. 6. Induktive Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalter (9, 10, 25, 26) Transistoren oder Thyristoren sind.