DE3441001A1 - Method and arrangement for counteracting the reactive power in the case of inductive material-treatment processes - Google Patents
Method and arrangement for counteracting the reactive power in the case of inductive material-treatment processesInfo
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Abstract
Description
" Verfahren und Anordnung zum Beseitigen der "Procedure and arrangement for eliminating the
Blindleistung bei induktiven Materialbehandl ungsprozessen " Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen der Blindleistung bei induktiven Materialbehandlungsprozessen in Anlagen mit einer Stromversorgungsquelle, einer Induktionsspule und einem Kondensator, die zusammen einen Schwingkreis bilden, unter Erfassung der Phasenlage von Strom und Spannung Bei den Materialbehandlungsprozessen kann es sich um das Schmelzen, Erwärmen sowie um die Oberflächenbehandlung von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen handeln. Reactive power in inductive material treatment processes "The The invention relates to a method for eliminating the reactive power in inductive Material treatment processes in plants with a power supply source, a Induction coil and a capacitor, which together form an oscillating circuit, under Detection of the phase position of current and voltage in the material treatment processes it can be the melting, heating or the surface treatment of metallic materials and non-metallic materials.
Sofern der betreffende Werkstoff nicht an die Hochfrequenz-Spule ankoppelt, kann ein Behälter aus einem ankopplungsfähigen Werkstoff wie beispielsweise aus Graphit verwendet werden, der die erforderliche Ankopplungsfähigkeit besitzt und die Wärme seinerseits an das zu behandelnde Material überträgt. üblicherweise befindet sich das zu behandelnde Material und/oder der Behälter innerhalb der Induktionsspule, wobei der Kondensator zur Kompensation der bei induktiver Belastung auftretenden Blindleistung dient. Zusammen mit der Induktionsspule bildet dieser Kondensator notwendigerweise einen Schwingkreis, dessen Eigenfrequenz nicht nur von den Auslegungsdaten der Induktionsspule und des Kondensators abhängig ist, sondern auch von der Art, Menge und der Temperatur bzw. dem Zustand des zu behandelnden Materials. -Hinzu kommt bei bestimmten Werkstoffen, die einen Teil des Schwingkreises bilden, die Tendenz, bei Temperaturänderungen gewissermaßen sprunghaft den magnetischen Widerstand zu ändern, so daß es verhältnismäßig plötzlich zu einer änderung der Eigenfrequenz des Schwingkreises kommt, so daß die Kompensation der Blindleistung nicht mehr den optimalen Verhältnissen entspricht. Shnliche Verhältnisse gelten auch, wenn Art und Menge des zu behandelnden Materials bei den einzelnen Chargen unterschiedlich sind. In jedem Fall wird der Schwingkreis verstimmt und die Ankopplung durch die niedrigere Windungsspannung wesentlich verschlechtert, was zu längeren Behandlungszeiten und einem verschlechterten Wirkungsgrad führt.If the material in question does not couple to the high-frequency coil, A container can be made from a material that can be coupled, for example from Graphite can be used, which has the required coupling ability and which in turn transfers the heat to the material to be treated. usually located the material to be treated and / or the container is inside the induction coil, the capacitor to compensate for the inductive load Reactive power is used. Together with the induction coil, this forms a capacitor necessarily a resonant circuit whose natural frequency is not only dependent on the design data depends on the induction coil and the capacitor, but also on the type Amount and the temperature or condition of the material to be treated. -Additionally comes with certain materials that form part of the oscillating circuit, the There is a tendency, to a certain extent, to increase the magnetic resistance in leaps and bounds with temperature changes to change, so that there is a relatively sudden change in the natural frequency of the resonant circuit comes so that the compensation of the reactive power no longer the corresponds to optimal conditions. Similar relationships also apply if Art and the amount of material to be treated is different for each batch are. In any case, the resonant circuit is detuned and the coupling through the lower Winding voltage worsened significantly, leading to longer treatment times and leads to a deteriorated efficiency.
Ein Beispiel für die Verstimmung des Schwingkreises liefern ferromagnetische Werkstoffe, deren magnetischer Widerstand sich beim Oberschreiten der Curie-Temperatur sprunghaft und wesentlich ändert.An example of detuning the resonant circuit is provided by ferromagnetic ones Materials whose magnetic resistance changes when the Curie temperature is exceeded changes by leaps and bounds.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das eine automatische Anpassung des Schwingkreises an geänderte Behandlungsbedingungen bei gleichzeitig kleinstmöglicher Blindleistung ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a method of Specify the type described at the outset that automatically adjusts the resonant circuit to changed treatment conditions with the lowest possible reactive power at the same time enables.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß Strom und Spannung einer Schaltung zur Erkennung der Phasenlage zugeführt werden und daß eine etwa vorhandene Phasenverschiebung durch änderung der Frequenz der Stromversorgungsquelle auf einen kleinstmöglichen Wert zurückgeführt wird.The task at hand is achieved in the case of the one described at the beginning Method according to the invention in that the current and voltage of a circuit for detection the phase position are supplied and that any phase shift that may be present by changing the frequency of the power supply source to the lowest possible Value is returned.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Abkehr von der bisher üblichen Praxis dar, eine Stromversorgungsquelle mit einem lastgeführten Wechselrichter vorzusehen.The solution according to the invention represents a departure from the hitherto customary one The practice is to provide a power source with a load-commutated inverter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausgangsfrequenz der Stromversorgungsquelle, die den Auslegungsdaten von Induktionsspule und Kondensator angepaßt ist und einem vorgegebenen Mittelwert entspricht, bewußt ver- ändert, ohne daß sich hierdurch für den Behandlungsprozeg iraendwelche Nachteile ergeben Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich darum, die Ausgangsfrequenz der Stromversorgungsquelle wieder auf Resonanz mit dem Schwingkreis zu bringen. Dadurch steigt die Windungsspannung wieder auf den maximal möglichen Wert an, der sogenannte cosy wird dadurch wesentlich verbessert, d.h. die Blindleistung verringert, und die Behandlungszeit wird wesentlich verkürzt.In the method according to the invention, the output frequency is Power supply source that contains the design data of induction coil and capacitor is adapted and corresponds to a given mean value, consciously changes, without this resulting in any disadvantages for the treatment process In simple terms, it is the output frequency of the power source to bring it back into resonance with the oscillating circuit. This increases the winding voltage back to the maximum possible value, the so-called cozy becomes essential improved, i.e. the reactive power decreased, and the treatment time becomes significant shortened.
Als Tendenz für die änderung der Frequenz ist anzugeben, daß bei einem nacheilenden Strom die Frequenz verringert wird und daß bei nacheilender Spannung die Frequenz erhöht wird. Dabei sind die erforderlichen Frequenzabweichungen, die für die Beherrschung aller Vorkommnisse während der unterschiedlichen Behandlungsprozesse erforderlich sind, keineswegs unzumutbar groß, sie bewegen sich vielmehr in einem Bereich von 20 % bei der seits einer mittleren Auslegungsfrequenz.As a tendency for the change in frequency it should be stated that with a lagging current the frequency is reduced and that with lagging voltage the frequency is increased. The required frequency deviations are the for the control of all occurrences during the different treatment processes are required, by no means unreasonably large, they rather move within one Range of 20% with a medium design frequency.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer durch einen Taktgeber gesteuerten Stromversorgungsquelle, einer Induktionsspule und einem Kondensator, die zusammen einen Schwingkreis bilden, sowie mit Abgriffen zur Erfassung der Phasenlage von Strom und Spannung.The invention also relates to an arrangement for performing the Method according to the invention with a power supply source controlled by a clock generator, an induction coil and a capacitor, which together form an oscillating circuit, as well as with taps for recording the phase position of current and voltage.
Eine solche Anordnung ist zur Lösung der gleichen Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe für Strom und Spannung über zugeordnete Komparatoren einer Erkennungsschaltung für die Bestimmung von Vorzeichen und Betrag der Phasenverschiebung - aufgrund der digitalen Signalverarbeitung unabhängig von der Arbeitsfrequenz - aufgeschaltet sind, und daß der Ausgang der Erkennungsschaltung einem Integrationsglied für die Erzeugung eines vorzeichengerechten, der Phasenverschiebung proportionalen Ausgangssignals aufgeschaltet ist, welches als Eingangssignal für den als Spannungsfrequenzwandler auseführtanTaktgeber dient, derart, daß durch die Ausgangsfrequenz des Taktgebers die Frequenz der Stromversorgungsquelle in der Weise regelbar ist, daß die Phasenverschiebung auf einen kleinstmöglichen Wert zurückführbar ist.Such an arrangement is according to the invention to achieve the same object characterized in that the taps for current and voltage are assigned via Comparators of a recognition circuit for determining signs and Amount of phase shift - independent due to the digital signal processing of the working frequency - are switched, and that the output of the detection circuit an integration element for generating a signed phase shift proportional output signal is applied, which is used as an input signal for which is executed as a voltage frequency converter clock generator is used in such a way that through the Output frequency of the clock the frequency of the power supply source in the way it can be regulated so that the phase shift can be traced back to the smallest possible value is.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous refinements of the subject matter of the invention are Subject of the remaining subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.An embodiment of the subject matter of the invention is shown below explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einer Induktions-Schmeizeinrichtung und Figur 2 einen Teil der Blöcke aus Figur 1 mit weiteren Details.They show: FIG. 1 a block diagram of the arrangement according to the invention in connection with an induction melting device and FIG. 2 part of the Blocks from Figure 1 with further details.
In Figur 1 ist eine Stromversorgungsquelle 1 dargestellt, die als Mittelfrequenz-Wechselrichter ausgeführt ist und über eine Dreifachleitung 2 mit Drehstrom versorgt wird. Die Ausgangsfrequenz der Stromversorgungsquelle 1 wird durch einen Taktgeber 3 gesteuert, auf dessen Wirkungsweise weiter unten noch näher eingegangen wird.In Figure 1, a power supply source 1 is shown, which as Medium-frequency inverter is executed and via a triple line 2 with Three-phase current is supplied. The output frequency of the power supply source 1 becomes controlled by a clock generator 3, on its operation in more detail below is received.
Bei der Stromversorgungsquelle 1 handelt es sich mithin um einen sogenannten selöstgeführten Wechselrichter.The power supply source 1 is therefore a so-called one self-guided inverter.
Der Ausgang dieses Wechselrichters führt über Leitungen 4, 5 zu einer Induktionsspule 6, die konzentrisch einen Behälter 7 für die Aufnahme des zu behandelnden Materials umgibt. Die aus Induktionsspule 6 und Behälter 7 bestehende Anordnung kann in einer ni cht gezeigten Kammer untergebracht sein, in der eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird, die beispielsweise aus einem Vakuum und/oder einem Inertgas besteht.The output of this inverter leads via lines 4, 5 to one Induction coil 6, which concentrically a container 7 for receiving the to be treated Surrounding material. The arrangement consisting of induction coil 6 and container 7 can be housed in a not shown chamber in which a protective gas atmosphere is maintained, for example, from a vacuum and / or an inert gas consists.
Parallel zur Induktionsspule 6 befindet sich zwischen den Leitungen 4, 5 noch ein Kondensator 8, der zusammen mit der Induktionsspule 6 einen Schwingkreis bildet, der beispielsweise auf eine Frequenz von 20 kHz ausgelegt ist. Sobald die Induktionsspule 6 mit einer entsprechenden Frequenz beaufschlagt wird, ist es möglich, das in dem Behälter 7 befindliche Material zu schmelzen oder nur zu erwärmen, um beispielsweise die Oberfläche in Anwesenheit eines Reaktionsgases zu veredeln.In parallel with the induction coil 6 is located between the lines 4, 5 another capacitor 8 which, together with the induction coil 6, forms an oscillating circuit forms, which is designed for a frequency of 20 kHz, for example. As soon as the Induction coil 6 is acted upon with a corresponding frequency, it is possible to melt the material located in the container 7 or only to heat it to for example to refine the surface in the presence of a reaction gas.
Den Leitungen 4, 5 sind Abgriffe 9, 10 für die Spannung U bzw. den Strom I zugeordnet. Mittels dieser Abgriffe 9, 10 liesse sich beispielsweise die Phasenlage zwischen U und I mittels eines Meß- und Anzeigegeräts überwachen.The lines 4, 5 are taps 9, 10 for the voltage U and the Current I assigned. By means of these taps 9, 10, for example, the Monitor the phase position between U and I using a measuring and display device.
Die Abgriffe 9, 10 sind über zugehörige Komparatoren 11, 12 einer Erkennungsschaltung 13 für die Bestimmung von Vorzeichen und Betrag der Phasenverschiebung zwischen U und I aufgeschaltet. In den Komparatoren 11, 12 werden die abgegriffenen, sinusförmigen Signale in Rechtecksignale umgesetzt, und in der Erkennungsschaltung 13 wird die Phasenverschiebung zwischen den Rechtecksignalen nach Vorzeichen und Betrag bestimmt. Von der Erkennungsschaltung 13 werden über Leitungen 14, 15 zwei Impulsfolgen an einen Operations-Differenzverstärker 16 weitergeleitet, an dessen Ausgang Rechteckimpulse anstehen, deren Dauer dem Betrag der Phasenverschiebung proportional ist und deren Vorzeichen der Richtung der Phasenverschiebung entsprechen. Der Ausgang des Operations-Differentialverstärkers 16 ist einem Integrationsglied 17 aufgeschaltet, in dem ein vorzeichengerechtes, der Phasenverschiebung proportionales Ausgangssignal erzeugt wird. Dieses Ausgangssignal wird über eine Leitung 18 dem bereits erwähnten Taktgeber 3 zugeführt, der als Spannungs-Frequenzwandler ausgeführt ist. Mit anderen Worten, die Ausgangsfrequenz des Taktgebers 3 ist der Eingangsspannung auf der Leitung 18 proportional. Der taktgeber 3 ist mit einem weiteren Eingang 19.ausgestattet, durch den beispielsweise eine Handverstellung der Ausgangsfrequenz des Taktgebers möglich ist.The taps 9, 10 are via associated comparators 11, 12 one Detection circuit 13 for determining the sign and amount of the phase shift switched between U and I. In the comparators 11, 12 the tapped, sinusoidal signals converted into square wave signals, and in the detection circuit 13 is the phase shift between the square wave signals according to the sign and Amount determined. From the detection circuit 13 are two lines 14, 15 Pulse trains forwarded to an operational differential amplifier 16, to whose Output square-wave pulses are present, the duration of which corresponds to the amount of the phase shift is proportional and the signs of which correspond to the direction of the phase shift. The output of the operational differential amplifier 16 is an integrator 17 switched on, in which a signed, the phase shift proportional Output signal is generated. This output signal is via a line 18 the already mentioned clock generator 3 supplied, which is designed as a voltage-frequency converter is. In other words, the output frequency of the clock generator 3 is the input voltage on line 18 proportionally. The clock generator 3 has a further input 19. Equipped with a manual adjustment of the output frequency, for example of the clock is possible.
Steigt also beispielsweise die Ausgangsspannung des Integrationsgliedes 17 bei voreilendem Strom, so wird die Ausgangsfrequenz der Stromversorgungsquelle 1 hochgeregelt, und es fließt mehr Strom durch den Kondensator, wodurch die Phasenverschiebung auf einen kleinstmöglichen, durch die Regelabweichung bedingten Wert ausgeregelt wird. Sinkt hingegen die Ausgangsspannung des Integrationsgliedes 17 bei nach eilendem Strom, so wird die Ausgangsfrequenz der Stromquelle 1 heruntergeregelt, und es fließt mehr Strom durch die Induktionsspule 6. Auch auf diese Weise werden Phasenverschiebung und Blindleistung auf einen kleinstmöglichen Wert heruntergeregelt.For example, if the output voltage of the integration element increases 17 when the current is leading, it becomes the output frequency of the power supply source 1 is turned up and more current flows through the capacitor, reducing the phase shift adjusted to the smallest possible value caused by the control deviation will. If, on the other hand, the output voltage of the integration element 17 drops when it is in a hurry Current, the output frequency of the power source 1 is regulated down, and it flows more current through the induction coil 6. This will also phase shift and reactive power are regulated down to the lowest possible value.
Figur 2 zeigt weitere Einzelheiten des Blockschaltbildes nach Figur 1. Den Komparatoren 11, 12 sind Dioden 20, 21 nachgeschaltet, so daß jeweils nur die positiven Rechteckimpulse an die Erkennungsschaltung 13 weitergeleitet werden. Diese Erkennungsschaltung 13 ist in Figur 2 durch eine strichpunktierte Umrandung hervorgehobe.FIG. 2 shows further details of the block diagram according to FIG 1. The comparators 11, 12 are followed by diodes 20, 21 so that only the positive square-wave pulses are passed on to the detection circuit 13. This recognition circuit 13 is shown in Figure 2 by a dash-dotted border highlighted.
Zur Erkennungsschaltung 13 gehören insaesamt sieben NAND-Glieder 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28, die in der angegebenen Weise geschaltet sind. Zur Erkennungsschaltung 13 gehört weiterhin ein Speicher 29, der in der angegebenen Weise mit den Ausgängen der Dioden 20, 21 verbunden ist. Die NAND-Glieder 22 bis 28 bilden in ihrer Gesamtheit einen Logikbaustein 30, der aufgrund der gezeigten Schaltungsverbindungen mit dem Speicher 29 folgende Feststellungen trifft: 1. Strom- oder Spannungsvoreilung (vorzeichengerecht), 2. Betrag der Voreilung.The detection circuit 13 includes a total of seven NAND elements 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 28, which are connected in the specified manner. To the detection circuit 13 also includes a memory 29, which in the manner indicated with the outputs of diodes 20, 21 is connected. The NAND elements 22 to 28 form in their entirety a logic module 30, due to of the circuit connections shown makes the following determinations with the memory 29: 1. Current or voltage lead (with correct sign), 2nd amount of advance.
Die beiden Ausgänge des Logik-Bausteins 30 sind über die Leitungen 14, 15 dem bereits beschriebenen Operations-Differenzverstärker 16 aufgeschaltet, und zwar sind die Ausgänge des Logik-Bausteins in der Weise gegeneinander geschaltet, daß am Ausgang des Operations-Differenzverstärkers 16 positive oder negative Impulse anstehen, deren Dauer der Phasenverschiebung proportional ist.The two outputs of the logic module 30 are via the lines 14, 15 connected to the operational differential amplifier 16 already described, namely, the outputs of the logic module are switched against each other in such a way that that at the output of the operational differential amplifier 16 positive or negative pulses pending, the duration of which is proportional to the phase shift.
Der Operations-Differenzverstärker 16 ist wiederum über eine nicht näher bezeichnete Leitung mit dem Integrationsglied 17 verbunden, in dem eine vorzeichengerechte Gleichrichtung erfolgt, die zu einem der Phasenverschiebung proportionalen Ausgangssignal führt. Es ist dabei von Bedeutung, daß die gesamte Anordnung mit der Istfrequenz der Stromversorgungsquelle 1 arbeitet. Der Ausgang des Integrationsgliedes 17 ist in der bereits beschriebenen Weise über die Leitung 18 mit dem Taktgeber 3 verbunden. Dieser Taktgeber~3 ist - für sich genommen -Stand der Technik, so daß sich ein weiteres Eingehen auf dessen Einzelheiten erübrigt.The operational differential amplifier 16 is again not via a Line designated in more detail connected to the integration member 17, in which a signed Rectification takes place which corresponds to an output signal proportional to the phase shift leads. It is important that the entire arrangement operates at the actual frequency the power supply source 1 is working. The output of the integrator 17 is connected to the clock generator 3 via the line 18 in the manner already described. This clock ~ 3 is - in itself - state of the art, so that another Going into its details is not necessary.
Claims (4)
Priority Applications (4)
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| DE19843441001 DE3441001A1 (en) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | Method and arrangement for counteracting the reactive power in the case of inductive material-treatment processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3441001A1 true DE3441001A1 (en) | 1986-05-15 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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