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Anordnung zur Speisung von Mittel- oder Hochfrequenzinduktionsöfen
Mittel- oder Hochfreqenzöfen werden neuerdings in größerem Umfange zum Schmelzen
von Metallen, namentlich für die Gewinnung hochwertiger ,Stahlsorten, angewendet.
Derartige Ofen haben den großen Vorteil, daß die Schmelzwärme auf induktivem Wege
in dem Metall selbst erzeugt wird, so daß keine Verunreinigung des Schmelzgutes,
wie z. B. bei anderen Ofen, eintreten kann.
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Der Betrieb derartiger Ofen ist nun deswegen mit erheblichen Schwierigkeiten
verbunden, weil die Ofen in der Hauptsache für die speisende Stromquelle einen induktiven
Verbraucher darstellen und weil sich während des Betriebes der induktive Widerstand
der Ofen dauernd ändert. Hierdurch wird es einerseits erforderlich, .die Spannung
der Generatoren dauernd zu verändern, andererseits praktisch unmöglich gemacht,
mehrere Ofen in Parallelschaltung von einem Generator zu betreiben. Schließlich
entstehen weitere erhebliche Schwierigkeiten dann, wenn man die auftretenden Blindströme
durch zusätzliche Kondensatoren aufheben will.
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Nach der Erfindung werden nun alle diese Schwierigkeiten beider Speisung
von Mittel-oder Hochfrequenz6fen mit vorwiegend induk @-tivem Widerstand veränderlicher
Größe dadurch beseitigt, daß ausschließlich durch eine mit dem Induktionsofen in
Reihe geschaltete zusätzliche regelbare Drosselspule der gesamte induktive Blindwiderstand
des Stromkreises auf einem gleichbleibenden Wert gehalten wird und daß zu dieser
Reihenschaltung ein kapazitiver Blindwiderstand parallel geschaltet ist, der den
induktiven Blindwiderstand der Reihenschaltung kompensiert. An sich ist bereits
eine Anordnung zur Speisung von Induktionsöfen bekannt, bei .der der Generator in
Reihenschaltung mit einem Kondensator eine Parallelschaltung des Induktionsofens
mit Kondensatoren über einen Transformator speist. Dem Induktionsofen ist dabei
ein Drehtransformator vorgeschaltet. Ein auf die Blindleistung des speisenden Generators
ansprechendes wattmetrisches Relais steuert diesen Drehtransformator. Da jedoch
die Spannung des Drehtransformators bei einer Änderung der speisenden Generatorspannung
zunächst konstant bleibt, während die Spannung der Drosselspule der Erfindung infolge
ihrer Stromabhängigkeit eine proportionale Änderung erfährt, so hat die bekannte
Einrichtung gegenüber der der Erfindung den Nachteil, daß die Regeleinrichtung auch
dann zum Ansprechen kommt, wenn der induktive Widerstand des Induktionsofens sich
nicht geändert hat, jedoch eine Änderung .der speisenden Generatorspannung eingetreten
ist. Es kommt dann bei der bekannten Einrichtung zu einer unerwünschten Belastung
des Generators mit Blindstrom, die erst durch den Regelvorgang wieder ausgeglichen
werden muß.
Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
die in den Ofenstromkreis eingeschaltete Drosselspule selbsttätig geregelt. Die
selbsttätige Regelung läßt sich in einfacher Weise durch Relais erzielen. Vorzugsweise
können Waagebalkenrelais verwendet werden.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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In Fig. i bedeutet i einen Mittel- oder Hochfrequenzinduktionsofen,
der durch einen Ohmschen Widerstand 2 und einen induktiven Widerstand 3 angedeutet
ist. In Reihe mit dem Ofen liegt die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Drosselspule
4, die so geregelt wird, daß der Gesamtblindwiderstand des Ofenstromkreises stets
konstant gehalten wird. Dabei kann die Spannung an. dem speisenden Generator gleichgehalten
werden, ohne daß der Strom im Ofen stärkeren Schwankungen ausgesetzt ist. Außerdem
kann durch einen Kondensator 5, dessen Kapazität im wesentlichen unverändert bleibt,
ein völliger Ausgleich des Blindstromes erzielt «erden. Der Ofenstromkreis und der
Kondensatorstromkreis sind in Parallelschaltung an die Mittel- oder Hochfrequenzmaschine
6 ange-schlossen. Für die Regelung der Drosselspule 4, deren Regelgeräte
in der Zeichnung nicht weiter angedeutet sind, ist das Waagebalkenrelais ;, vorgesehen,
dessen eine Spule vom Ofenstrom, dessen andere Spule vom Kondensatorstromdurchflossen
ist. Gegebenenfalls können die Relaisspulen über Stromwandler angeschlossen sein.
Selbstverständlich können in der gleichen Schaltung mehrere Öfen parallel betrieben
werden, wie dies in Fig. i dargestellt ist.
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Zweckmäßig kann der Erfindungsgedanke auch dann angewendet werden,
wenn die induktiven Verbraucher bzw. der Induktionsofen in einer Konstantstromschaltung
liegen. Eine Konstantstromschaltung benutzt eine geeignete Verbindung von induktiven
und kapazitiven Blindwiderständen und eignet sich besonders dazu, einen Stromkreis
veränderlichen Widerstandes mit gleichbleibendem Strom und veränderlicher Spannung
aus einer Stromquelle konstanter Spannung zu speisen. Es spielt also für die speisende
Stromquelle gar keine Rolle, wie groß und welcher Art der Widerstand im Verbraucherkreis
ist. Sofern die speisende Stromquelle groß genug ist und auf gleicher Spannung gehalten
wird, kann der Widerstand im Verbraucherkreis in weiten Grenzen schwanken, ohne
daß sich der Strom in diesem Kreis ändert. Da jedoch die nacheilende Blindleistung
des Verbraucherkreises in voller Größe voreilend im Erzeugerkreis auftritt, und
umgekehrt, ist es auch hier wiecler@ vorteilhaft, diese nacheilende Blindleistung
durch eine gleich große voreilende auszugleichen. Außerdem wird auch hier wieder
der Einfluß der sich ändernden Blindleistung des Ofens durch eine zusätzliche regelbare
Drosselspule beseitigt. Im Gegensatz zu der oben näher erläuterten Anordnung ist
der Kondensator mit dem Ofen in Reihe zu schalten, zweckmäßig über einett Transformator,
und zwar einmal deswegen, urn unabhängig von den Strom- und Spannungsverhältnissen
im Ofenkreis zu sein, dann aber auch deswegen, um zu verhindern, daß bei plötzlichen
Unterbrechungen des Ofenstromkreises der Kondensator beschädigt wird. Die selbsttätige
Regelung der Drosselspule erfolgt auch hier wieder mit einem Waagebalkenrelais,
das jedoch von den Spannungen an der Reihenschaltung des Ofens und der Drosselspule
einerseits und von der Spannung am Kondensator andererseits gesteuert wird. Der
Verbraucherkreis arbeitet daher stets in Spannungsresonanzschaltung, und dieKonstantstromschaltung
braucht dann außer der Wirkspannung nur die kleinen Unterschiede in den sich gegenseitig
nicht völlig aufhebenden Blindspannungen aufzubringen, während der Erzeugerkreis
stets mit konstanter Spannung arbeitet. Die Speisung mehrerer Ofen erfolgt hierbei
in Reihenschaltung über Stromtransformatoren.
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In Fig.2 ist die Anordnung eines Ofens dargestellt, der in einer Konstantstrotnschaltting
betrieben wird. Der Ofen i ist wieder durch einen Widerstand 2 und eine Induktivität
3 angedeutet. Der zum Ausgleich der Blindleistung vorgesehene Kondensator 5 ist
über den Transformator 8 mit dem Ofenstromkreis in Reihe geschaltet. Die entsprechend
der Änderung des induktiven Mderstandes des Ofens geregelte. zusätzliche Drosselspule4
ist ebenfalls inReihenschaltung in denOfenstromkreis eingefügt. Der gesamte Ofenstromkreis,
bei dem also der Ofen i, die zusätzliche Regeldrosselspule q. und der über den Transformator
8 wirksame Kondensator 5 in Reihe geschaltet sind, ist an die Unterspannungswicklung
des Stromtransformators 9 angeschlossen. Die Oberspannungswicklung dieses Transformators
besitzt eine Anzapfung in der Mitte, die zu dem einen Pol der Hochfrequenzmaschine
6 geführt ist, während die beiden Wicklungsenden der Oberspannungswicklung über
eine Drosselspule io und einen Kondensator i i an dem anderen Pol der Mittel- oder
Hochfrequenzmaschine 6 liegen. Die Drosselspule io und der Kondensator i i besitzen
bei der Betriebsfrequenz gleiche Widerstandswerte. Das zur selbsttätigen Regelung
der regelbaren Drosselspule 4 vorgeseheneWaa:gebalkenrelais ; ist als Spannungsrelais
ausgebildet. Die Spulen desRelais
sind einerseits zu der Primärwicklung
des` den Kondensatorz5 speisenden Transformators 8, anäerei seit"s .°. zii=-'- -d"er
-Reihenschaltung '= des Ofens i und der' Drosselspule 4 parallel .geschaltet. Düreh
das Relais 7 Wird@mittels einer in -der Zeichnung- nicht dargestellten- Regelvorriehtung
dieDrosselspule4 so geregelt,. daß sich=.die voreileride"ünd* die nacheilende Spannung
aufheben und der Stromtransformator 9 nur die Wirkleistung zu übertragen hat. Daher
kann auch bei dieser Schaltung die Mittel-oder Hochfrequenzmaschine 6 bei gleichbleibender
Spannung mit cos p = i arbeiten.
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Unter Umständen kann die Anlage. auch so ausgebildet werden, daß die
Spannung- :ater: Stromquelle durch einen Regler nocE"Izöiistäntgehalten wird. Die
-,I#n-,vendung einer Konstantstromschaltung hat vor allem den besonderen Vorteil,
daß auch bei nicht vollkommenem Ausgleich der vor- und nacheilenden Blindleistung,
welche beispielsweise infolge der Trägheit der Regelanordnung eintreten kann, die
Stromstärke in dem Ofen völlig konstant gehalten werden kann.
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In Fig. 3 ist noch eine -etwas abgeänderte Schaltung dargestellt,
bei der zwei Ofen in Konstantstromschaltun.g betrieben werden. Die Bezeichnungen
der Teile des zweiten Ofenstromkreises entsprechen denen des ersten Ofenstromkreises
mit dem Zusatz d. Der zweite Ofenkreis wird von dem Stromtransformator 12 gespeist,
dessen Oberspannungswicklung aus zwei Hälften besteht, die in der dargestellten
Weise mit der Drosselspule io, dem Kondensator i i und der Oberspannungswicklung
des Stromtransformators 9 in Reihe geschaltet sind. Das Außerbetriebnehmen eines
der Ofen erfolgt bei .der Schaltung gemäß Fig. 3 durch Kurzschließen des zugehörigen
Stromtransformators, ebenso der Schutz gegen Unterbrechung des Ofenstromes.
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Die Schaltungen gemäß den Fig. i und 2 ermöglichen einen unabhängigen
Betrieb der einzelnen Öfen. Da die Mittel- oder Hochfrequenzmaschine 6 in beiden
Fällen mit gleichbleibender Spannung arbeiten kann, können mehrere Maschinen ohne
weiteres parallel arbeiten. Damit sind die bisher in dieser Hinsicht bestehenden
Schwierigkeiten ebenfalls beseitigt.
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InHochfrequenzanlagen kann die regelbare Drosselspule 4 vorteilhaft
alsLuftdrosselspule ausgeführt werden, weil hierbei keine Eisenverluste auftreten.
Außerdem ermöglicht diese Ausführung' eine leichte Regelung, weil die Spule wie
in der Funktechnik aus zwei in Reihe geschalteten Spulen zusammengesetzt werden
kann, die gegeneinander gedreht oder verschoben werden. Beim kleinsten Widerstandswert
müssen sich .dann die Ainperewindüngen beider Spulen- in der Hauptsache aufheben,
beim größten Wert dagegen unterstützen. Eine Regelung ist auch möglich, indem man
eine kurzgeschlossene Wicklung oder einen kurzgeschlossenen Metallzylinder allmählich
in die Spule hineinschiebt, wodurch immer mehr Windungen der Spüle durch in-Auktiven
- Kurzschluß unwirksam werden. =Stau einer Luftdrosselspule kann. --natürlich auch
eine Eisendrosselspule verwendet werden; die Regelung wird hier vorteilhaft durch
Änderung einer Gleichstromvorerrebung erzielt, man kommt dabei mit kleinen Steuerleistungen
aus.
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:: Der läßt sich natürlich "auch in allen Fällen anwenden, bei denen
ähnliche Verhältnisse wie beim Mittel- oder Hochfrequenzinduktionsofen vorliegen,
bei denen also ein Stromkreis mit überwiegend induktivem Verhalten, aber stark veränderlichem
Blindwiderstand, von einer Stromquelle mit.konstanter Spannung gespeist und die
Blindleistung gegebenenfalls ausgeglichen werden soll.
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Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, die zusätzliche Induktiv
ität zu der sich betriebsmäßig ändernden Induktivität parallel zu schalten.