DE616605C - Anlage elektrischer Induktionsoefen, die in Parallelschaltung an ein gemeinsames Stromnetz angeschlossen sind - Google Patents

Description

Es ist bekannt, mehrere Öfen an ein gemeinsames Stromnetz anzuschließen. Man hat ferner bei Verwendung nur eines eisenlosen Induktionsofens vorgeschlagen, die Induktionsspule mit Anzapfungen zu versehen und die an der Spule liegende Spannung durch Vorschalten eines Transformators oder durch Beeinflußung der Erregung des Generators zu verändern.

Die Erfindung betrifft eine Anlage elektrischer Induktionsöfen, die in Parallelschaltung an ein gemeinsames Stromnetz angeschlossen sind. Gemäß der Erfindung wird bei einer solchen Anlage unter Verwendung eisenloser

ig Induktionsöfen ein Teil der zur Regelung des Leistungsfaktors dienenden Kondensatoren an den Hauptstromleitungen und ein anderer Teil an den Öfen angeordnet, wobei Umschaltvorrichtungen vorgesehen sind, welche eine

ao Speisung der Induktionswicklungen mit Strömen verschiedener Spannungen gestatten. Durch diese Ausbildung der Ofenanlage werden die Kosten für die Kondensatoren herabgemindert, da die ia der Hauptstromleitung angeordneten Kondensatoren stets an gleicher Spannung liegen und daher stets voll ausgenutzt sind, und zwar unabhängig davon, mit welcher Spannung die einzelnen öfen gerade gespeist werden. Weiterhin erübrigt sich die dauernde Feinnachregelung des Leistungsfaktors während des Betriebes an sämtlichen der an die Stromquelle angeschlossenen öfen, da diese Nachregelung an den Hauptstromleitungen von einer Stelle aus gemeinsam für alle Öfen erfolgen kann. Es ist daher größte Gewähr dafür vorhanden, daß der gemeinsame Generator stets vom Blindstrom entlastet ist. Die Grobeinstellung des Leistungsfaktors an den Öfen selbst, die während eines Einschmelzvorganges nur wenige Male erfolgen kann, kann hierbei in an sich bekannter Weise durch gegebenenfalls festeingestellte Kondensatoren erfolgen; diese können an die Induktionswicklungen derart angeschlossen sein, daß sie eine verschiedene Anzahl von Windüngen der Induktionswicklungen einschließen als die Stromzuleitungen. Die den einzelnen öfen zugeordneten Kondensatoren werden zweckmäßig an die gesamte Länge der Induktionswicklungen angeschlossen, während die Anschlußstellen der Strömzuführungsleitangen der Induktionswicklungen so angeordnet sind,

daß sie eine geringere Anzahl von Windungen der Induktionswicklungen einschließen. In diesem Falle wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß der mit dem zugehörigen Kondensator in Reihe geschaltete Teil der Induktionswicklung an dem unteren Ende der Induktionswicklungen liegt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der betreffende Teil der Induktionswicklungen eine Ableitung ίο des Stromes in die Verbindungsleitungen der parallelgeschalteten Öfen verhindert. Gegebenenfalls kann jedoch dieser Zweck auch durch Anordnung besonderer Drosselspulen erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Wirtschaftlichkeit beruht darin, daß durch Anschluß mehrerer eisenloser Induktionsöfen an ein gemeinsames Stromnetz infolge der im praktischen Betrieb vorhandenen ungleichmäßigen Belastung aller Öfen zur gleichen Zeit die Bemessung der elektrischen Anlage, insbesondere auch der Kondensatoren, eine geringere und die Anlage damit billiger sein kann, als wenn die öfen je an eine besondere Stromquelle angeschlossen und je mit eigenen Kondensatorenbatterien ausgerüstet wären. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus folgender Beschreibung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

Die Zeichnung zeigt zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgedankens, und zwar ist Abb. 1 eine schematische Ansicht der Schaltung einer Anzahl parallel geschalteter eisenloser Induktionsöfen und Abb. 2 eine schematische Ansicht einer ähnlichen Schaltung, bei welcher die Öfen an verschiedene Phasen eines mehrphasigen Generators angeschlossen sind.

Bei dem Betriebe parallel geschalteter eisenloser Induktionsöfen mußte man bisher für die Kompensation der Induktanz des Stromkreises eines jeden einzelnen Ofens Kondensatoren o. dgl. von annähernd gleichgroßer Kapazität verwenden wie für den Fall, daß die Ofenstromkreise unabhängig voneinander sind. Dieser Umstand bedingt eine Verdoppelung der Einrichtung und vor allem eine Verdoppelung der zur selbsttätigen Regelung des Leistungsfaktors dienenden Vorrichtungen. Ferner hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Anordnung auch leicht ein Versagen der zur Regelung des Leistungsfaktors dienenden zusätzlichen Vorrichtungen eintreten kann. Ein weiterer Übelstand der bekannten Anordnung ist, daß dem Strom die Möglichkeit gegeben ist, von dem Stromkreis eines Ofens in die zu den Stromkreisen eines oder mehrerer anderer Öfen führenden Verbindungsleitungen abzufließen, so daß diese infolge der übermäßig hohen Stromstärke stark erhitzt werden. Durch das Abfließen des Stromes wird auch die Wirkungsweise der einzelnen Öfen beeinträchtigt, da der in die Leitungen abfließende Strom nicht durch die Induktionswicklung des Ofens hindurchgeht.

Gemäß der Erfindung können nur durch Wechsel der Verbindungen zwischen den Induktionswicklungen und den Stromleitungen des Generators sowie durch zeitweise Verbindung von Strömen niedrigerer Spannung die verschiedenen Betriebszustände der öfen bei der Erhitzung bis zu dem Rekaleszenzpunkt, der Erhitzung oberhalb des Rekaleszenzpunktes, während des Schmelzvorganges und nach dem Schmelzen und bei der Entleerung des Ofens so geregelt werden, daß die den einzelnen Öfen zugeführte Energiemenge stets den gewünschten Wert hat, wobei durch dieselben Mittel gleichzeitig eine hinreichende Korrektur des Leistungsfaktors unter Verwendung fest «angestellter oder nur in geringem Maße geänderter Kondensatoren ermöglicht wird. Einer Abweichung des Leistungsfaktors der einzelnen Ofenstromkreise von dem gewünschten Wert wird hierbei zum Teil dadurch Rechnung getragen, daß die Stromvoreilung in den Stromkreisen eines oder mehrerer Öfen gegen die Stromnacheilung in den Stromkreisen der anderen Öfen ausgeglichen wird, während die genaue Regelung des Leistungsfaktors zweckmäßig an den Stromleitungen des Generators für alle Öfen gemeinsam von Hand oder selbsttätig erfolgt. Bei dem Parallelbetriebe mehrerer Induktionsöfen kann eine erhebliche Herabsetzung der Generatorkosten dadurch erreicht werden, daß die Ofenstromkreise in eine der Phasenanzahl eines mehrphasigen Generators entsprechende Anzahl von Gruppen unterteilt und die einzelnen Gruppen' an die verschiedenen Phasen des Generators angeschlossen werden. Bei einer derartigen Anordnung genügt ein erheblich kleinerer und infolgedessen auch billigerer Generator. Wenn auf den vorerwähnten Vorteil kein besonderer Wert gelegt wird, kann natürlich auch ein einphasiger Generator verwendet werden, da es auf die einzelnen Stromkreise ohne Einfluß bleibt, ob sie durch eine Phase eines mehrphasigen Generators oder durch einen einphasigen Generator gespeist werden. Der durch die Mehr- · phasenschaltung erreichte Vorteil beschränkt sich auf die erwähnte Herabsetzung der Generatorkosten.

Bei der in Abb. ι darges teilten Ausführungsform der Erfindung steht der Generator 5 mit zwei Hauptleitungen 6 und 7 in Verbindung, welche durch Leitungen 8 und 9 mit der Primärwicklung 10 eines Transformators verbunden sind, an dessen Sekundärwicklung 11 Hilfsleitungen 12 und 13 angeschlossen sind. Die Hauptleitungen 6 und 7 werden von einem

unveränderlichen Kondensator 14 und einer Anzahl einstellbarer Kondensatoren 15 bis 20 überbrückt, welche von Hand ein- und ausgeschaltet werden können. Gegebenenfalls kann für die Ein- und Ausschaltung der Kondensatoren 15 bis 20 auch eine selbsttätig wirkendeRegel vorrichtung vorgesehen werden. Die Hauptleitungen 6 und 7 und die HiI fsleitungen 12 und 13 dienen zur Zuführung des Stromes zu vier Induktionsöfen A, B, C und D. Um eine Umschaltung der Öfen von dem Hauptstromnetz auf das Hilfsstromnetz und umgekehrt zu ermöglichen, sind doppelpolige Umschalter 25 vorgesehen, die mit Leitungen 26 und 27 in Verbindung stehen. Durch Umschalten der Schalter 25 können die •Leitungen 26 und 27 entweder mit den an die Hauptleitungen angeschlossenen Kontakten 21 und 22 oder den an die Hilfsleitungen angeschlossenen Kontakten 23 und 24 in Verbindung gebracht werden. Wenn man die Leitungen 26 und 27 unmittelbar an die Induktionswicklungen 30 der Öfen oder einen Teil der Wicklungen 30 anschließen würde, sie also beispielsweise mit den Anschlüssen 28 und 29 der Induktionswicklungen 30 fest verbinden würde, so wäre durch die Möglichkeit der Verwendung verschiedener Spannungen allein schon der Vorteil erreicht, daß die Stärke des durch die Wicklungen fließenden Stromes nach Wunsch geändert werden kann. Es hat sich jedoch zweckmäßig gezeigt, noch eine weitergehende Änderungsmöglichkeit des Stromflusses zu schaffen, und zwar sind bei der dargestellten Ausführungsform zu diesem Zwecke an den Induktionswicklungen 30 zwei weitere Anschlüsse 31 und 32 vorgesehen. Durch diese Anordnung wird die Möglichkeit gegeben, einen geringeren Teil als die Gesamtlänge der Induktionswicklungen an die Stromzuführungsleitungen anzuschließen. Hierbei kann gegebenenfalls auch nur ein Stromnetz einer bestimmten Spannung vorgesehen werden; vorteilhafter ist es jedoch, die Anordnung so zu treffen, daß, wie bei der dargestellten Ausführungsform, verschiedene Spannungen verwendet werden können.

Die Anzahl der an den Induktionswicklungen 30 vorgesehenen Anschlüsse kann natürlich beliebig vergrößert werden. Die Anzahl und Lage der Anschlußstellen wird sich in jedem Falle nach den vorliegenden Bedingungen und der Bauart der einzelnen Öfen richten. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt die Anschlußleitung 28 an dem einen Ende der Induktionswicklung 30 und die Anschlußleitung 29 in der Nähe des anderen Endes der Induktionswicklung, während die Anschlußleitungen 31 und 32 dazwischenliegen. Durch diese Anordnung von nur vier Anschlüssen wird schon eine beträchtliche Anzahl von Änderungsmöglichkeiten erreicht.

Um eine Verbindung der Leitungen 26 und 27 mit dem einen oder anderen der Anschlüsse 29 und 32 bzw. 28 und 31 zu ermöglichen, sind einpolige Doppelschalter 33 und 34 vorgesehen, deren feste Kontakte mit den Leitungen 26 und 27 verbunden sind. Die Kontakte 35 und 36 des Schalters 33 sind mit den Anschlüssen 29 bzw. 32 und die Kontakte 37 und 38 des Schalters 34 mit den Anschlüssen 31 bzw. 28 der Induktionswicklung verbunden.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung des Ofens A ist der zwischen den Anschlüssen 31 und 32 liegende Teil in den Stromkreis eingeschaltet, und zwar unabhängig von der Stellung des Schalters 25. Der Schalter 25 ist so eingestellt, daß Strom von höherer Spannung zugeführt wird.

Bei dieser Stellung wird der Induktionswicklung 30 die größte Energiemenge zugeführt.

Durch die Möglichkeit der Verwendung von zwei verschiedenen Spannungen und die Möglichkeit der Einstellung der Schalter in vier verschiedenen Stellungen wird eine beträchtliche Änderungsmöglichkeit der den einzelnen Öfen zugeführten Energie erreicht. In den Abb. ι und 2 der Zeichnung sind sechs verschiedene Schaltungsmöglichkeiten dargestellt. Bei dem Ofen A steht der Schalter 25 in einer Stellung, bei welcher Strom höherer Spannung zugeführt wird, und die Schalter 33 und 34 sind so eingestellt, daß der kürzeste Teil der Induktionswicklung 30 von den Strom-Zuleitungen überbrückt wird. Bei dieser Schaltung wird, wie schon erwähnt, der Induktionswicklung die größte elektrische Leistung zugeführt, wie es beispielsweise für den Schmelzvorgang erwünscht ist.

Bei den Öfen B₃C und D sind die Schalter 25 so eingestellt, daß den Induktionswicklungen 30 Strom niedrigerer Spannung zugeführt wird. Die Schalter 33 und 34 stehen bei diesen öfen in verschiedenen Stellungen, jedoch in jedem Falle so, daß die stromführenden Leitungen einen geringeren Teil als die Gesamtlänge der Wicklungen 30 einschließen. Infolge der niedrigen Spannung wird den öfen eine geringe Leistung zügeführt, was beispielsweise nach Beendigung des Schmelzvorganges und bei der Entleerung des Ofens erforderlich ist. Durch Verstellung der Schalter 33 und 34 kann der Betrag der zugeführten Leistung, soweit dies erforderlich ist, innerhalb der durch die niedrige Spannung gesetzten Grenzen geändert werden. Da die Stromanschlüsse der Induktionswicklungen an beliebigen Stellen angeordnet werden können, besteht die Möglichkeit einer weitgehenden Änderung der zugeführten elektrischen Leistung. In den vorliegenden Fällen werden bei

dem OierxB die Anschlußleitungen 29 und 31, bei dem Ofen C die Leitungen 28 und 32 und bei dem Ofen D die Leitungen 31 und 32 von Strom durchflossen. Bei der vorliegenden Verwendung von zwei verschiedenen Spannungen und der Anordnung von zwei zwischen den äußeren Anschlußleitungen der Induktionswicklung liegenden Anschlußstellen bestehen natürlich abgesehen von den dargestellten noch weitere Schaltungsmöglichkeiten. Die Anzahl der Schaltungsmöglichkeiten kann gegebenenfalls entweder durch Verwendung von mehr als zwei Spannungen oder durch Vergrößerung der Anzahl der Anschlußstellen der Induktionswicklungen oder auch dutch beide Maßnahmen erreicht werden.

Die zur Korrektur des Leistungsfaktors der Induktionswicklungen 30 dienenden Kondensatoren sind bei der dargestellten Aus-

ao führungsform der Anlage so angeordnet, daß ihre Anschlußleitungen die gesamte Induktionswicklung einschließen. Da durch diese Kondensatoren nur eine annähernde Korrektur des Leistungsfaktors bewirkt wird, besteht an sich die Gefahr, daß ein Teil des durch die Stromkreise der Öfen fließenden Stromes aus einem Stromkreis in einen anderen abgeleitet wird, ohne durch die Induktionswicklungen hindurchzufließen. Der durch die Kondensatoren fließende Strom ist am größten, wenn die einzelnen Stromkreise vollkommen abgestimmt sind.

Die Anzahl der zwischen den Anschlußleitungen 28 oder 29 und den benachbarten Zwischenanschlüssen liegenden Windungen der Induktionswicklungen kann verschieden groß gewählt werden, wodurch man eine weitergehende Änderungsmöglichkeit der Anzahl der an die stromführenden Leitungen angeschlossenen Windungen erhält.

Die in den Ofenstromkreisen vorgesehenen Kondensatoren bewirken eine annähernde Abstimmung des Stromkreises. Der durch die Induktionswicklung und den Kondensator fließende Strom ist infolgedessen um ein Mehrfaches größer als der durch, den Generator zugeführte Strom.

Der Umstand, daß die Induktionsöfen in Parallelschaltung an das gleiche Stromnetz angeschlossen und auch die zur Korrektur des Leistungsfaktors der einzelnen öfen dienenden Kondensatoren parallel zueinander geschaltet sind, kann den Nachteil zur Folge haben, daß der Strom aus dem Stromkreise eines Indnktionsofens in einen anderen Ofenstromkreis übertritt, ohne durch die Induktionswicklung ' hindurchzugehen. Dieser Nachteil kann sehr erheblich sein, da hierdurch einerseits den Induktionswicklungen der Nutzstrom entzogen wird und andererseits die Verbindungsleitungen von einem übermäßig starken Strom durchflossen werden. Wie sich gezeigt hat, kann dieser Nachteil dadurch vermieden werden, daß die Kondensatoren an eine verschieden große Windungszahl der Induktions wicklungen angeschlossen werden als die Stromzuleitungen, so daß der zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren und den Stromzuleitungen liegende Teil der Induktionswicklungen stets in Reihe mit den Kondensatoren geschaltet ist. Obwohl es hierbei an sich gleichgültig ist, ob die von den Kondensatoren überbrückte Anzahl der Windungen der Induktionswicklungen kleiner oder größer ist als die Anzahl der zwischen den Stromzuleitungen liegenden Windungen, hat es sich doch als vorteilhaft gezeigt, die Kondensatoren an eine größere Anzahl von Windungen anzuschließen als die-Stromzuleitungen, da in diesem Falle die Kondensatorspannung größer ist als die Netzspannung. Je kleiner die von den Stromzuleitungen eingeschlossene Anzahl der Windungen der Induktionswicklung ist, desto größer ist die Kondensatorspannung, und desto stärker ist infolgedessen auch der Strom in dem Kondensatorkreis. Gleichzeitig wird bei einer Verringerung der von den Stromzuleitungen eingeschlossenen Windungszahl der Induktionswicklung auch die Anzahl der mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Windüngen der Induktionswicklung vergrößert, so daß man einen besseren Schutz gegen Stromableitung erhält. Wenn man daher- die Kondensatoren so anschließt, daß sie die gesamte Induktionswicklung überbrücken, wanrend die Stromzuleitung nur einen Teil der gesamten Induktionswicklung einschließen, erhält man außer dem bekannten Vorteil eines abgiestimmten oder annähernd abgestimmten Stromkreises, nämlich einer Erhöhung der Stomstärke, noch den weiteren Vorteil, daß die Kondensatorspannung erhöht und eine Ableitung des Stromes verhindert wird.

Durch die Erhöhung der Kondensatorspannung wird der KVA-Wert der Kondensatoren vergrößert. Wie sich gezeigt hat, ist es nicht notwendig, daß die einzelnen Ofenstromkreise genau abgestimmt werden, vielmehr genügt es, wenn der Leistungsfaktor der öfen durch die Kondensatoren auf einen Annäherungswert oder einen Mittelwert gebracht wird. Aus diesem Grunde brauchen die Kondensatoren in der Regel nach einmaliger Einstellung nicht mehr in ihrer Einstellung geändert zu werden. In gewissen Fällen kann es natürlich zweckmäßig sein, von Zeit zu Zeit eine Nachstellung der Kondensatoren vorzunehmen.

Bei der in Abb. 2 dargestellten Schaltung sind die Induktionsöfen in Parallelschaltung an verschiedene Phasen eines Mehrphasengenerators angeschlossen'. In vorliegendem

Claims (5)

Falle handelt es sich um einen zweiphasigen Generator; es kann jedoch in entsprechender Weise ein Generator mit mehr als zwei Phasen verwendet werden. Die Stromleitungen der beiden Phasen des Generators 5 sind mit 6, 7 bzw. 6', 7' bezeichnet. An das Strömnetz des Generators S sind insgesamt vier öfen A, D, E und jF angeschlossen, und zwar stehen im vorliegenden Falle die öfen A und D unmittelbar mit den Hauptstromleitungen 6, 7 bzw. 6', 7' in Verbindung, während die Öfen E und P in entsprechender Weise wie die öfen B und D der Abb. 1 an Hilfsstromnetze 12, 13 angeschlossen sind. Im übrigen ist die Anordnung die gleiche wie in Abb. 1, nur mit dem Unterschiede, daß die Schalter zum Teil in verschiedenen Stellungen stehen. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die nur schematisch dargestellten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können an diesen hinsichtlich der Anordnung und Schaltung der Induktionsöfen verschiedenartige Änderungen vorgenommen werden, auch können die Öfen in einer beliebigen Anzahl von Gruppen unterteilt werden. Die bauliche Ausbildung der Öfen ist beliebig und richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck. Die besten Ergebnisse erreicht man bei der Anwendung der Erfindung auf Hochfrequenzofen; jedoch ist die Erfindung auch für eisenlose Induktionsöfen mittlerer Frequenz oder niederer Frequenz geeignet. Durch die Erfindung wird, abgesehen von dem bereits erwähnten Vorteil, auch eine erhebliche Vereinfachung der einzelnen Stromkreise und im Zusammenhang damit eine Verringerung der erforderlichen Schalt- und Regelvorrichtungen und eine Beseitigung von Störungsquellen erreicht. Ein wesentlicher Vorteil ist auch, daß die Betriebszustände der einzelnen Öfen in einfacher Weise den vorliegenden Verhältnissen angepaßt werden können und daß die hauptsächliche Regelung des Leistungsfaktors an den Hauptstromleitungen vorgenommen wird, wo sie am meisten erforderlich ist. Patent α ν si'Ri'j cn E:

1. Anlage elektrischer Induktionsöfen, die in Parallelschaltung an ein gemeinsames Stromnetz angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eisenloser Induktionsöfen ein Teil der zur Regelung des Leistungsfaktors dienenden Kondensatoren an den Hauptstromleitungen und ein anderer Teil an den öfen angeordnet ist, wobei Umschaltvorrichtungen vorgesehen sind, welche eine Speisung der Induktionswicklungen mit Strömen verschiedener Spannung gestatten.

2. Anlage elektrischer Induktionsöfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Induktionswicklung der einzelnen Induktionsöfen vorzugsweise fest eingestellte Kondensatoren o. dgl. derart angeschlossen sind, daß ihre Anschlußleitungen eine verschiedene Anzahl von Windungen der Induktionswicklung einschließen als die Stromzuleitungen.

3. Anlage elektrischer Induktionsöfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren an die gesamte Länge der Induktionswicklungen angeschlossen sind, während die Anschlußstellen der Stromzuführungsleitungen der Induktionswicklungen so angeordnet sind, daß sie eine geringere Anzahl von Windungen der Induktionswicklungen einschließen.

4. Anlage elektrischer Induktionsöfen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem zugehörigen Generator in Reihe geschaltete Teil der Induktionswicklungen der einzelnen Öfen an dem unteren Ende der Induktionswicklungen liegt.

5. Anlage elektrischer Induktionsöfen nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anordnung besonderer Drosselspulen zwischen den Induktionswicklungen der Induktionsöfen und den zugehörigen Kondensatoren.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen