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Anordnung zur Speisung von Mittel- und Hochfrequenzöfen aus einem normalen Mehrphasennetz.
Angemeldet am 12. Mai 1930 ; Priorität der Anmeldung im Deutschen Reiche vom 11. Mai 1929 beansprucht.
Die Verwendung der Energie hoch-, mittel- und niederfrequenter Wechselfelder zum
Erhitzen und Schmelzen von Metallen ist seit langem bekannt und zahlreiche Schaltungen für sämtliche drei Arten von Öfen sind bereits angegeben worden.
Die Hoch-und Mittelfrequenzö'en (Frequenz etwa 450-30. 000 Hertz) haben vor den Niederfrequenzöfen (50 Hertz) den grossen Vorteil, dass der Schmelzraum liegelförmig ausgebildet werden kann, während er beim Niederfrequenzofen die Form einer ringförmigen Schmelz- rinne haben muss. Die Tiegelform erleichtert nicht nur das Beschicken wesentlich, sondern als erwünschte Nebenerscheinung tritt dabei ausserdem die starke elektromagnetische Bewegung im flüssigen Bad auf, wodurch eine bedeutende Vergütung und ein besseres Legieren erreicht werden.
Die Hoch- und Mittelfrequenzöfen haben jedoch den Nachteil, dass sie zum Betrieb teuere Zusatzeinrichtungen benötigen. So müssen Mittelfrequenzöfen normalerweise mit Spezialmaschinen (450-8000 Hertz) betrieben werden, während die für Hochfrequenzöfen benötigten Frequenzen von 10. 000-100. 000 Hertz nur mit teueren Tesla-Oszillatorenschaltungen mit Entladefunkenstrecken erzeugt werden können. Die Tesla-Oszillatoren haben ausserdem noch den Nachteil, dass sie nur für eine Leistungsaufnahme bis etwa 25 Zfbzw. 35 kT, gebaut werden können.
Alle diese Nachteile beseitigt die Erfindung dadurch, dass sie zur Erzeugung der für Mittel-und Hochfrequenzöfen benötigten Frequenzen ruhende Transformatoren verwendet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, u. zw. gilt die gezeichnete Schaltung für den Fall einer Kaskadenwandlung von 50 Hertz Drehstrom auf Einphasenstrom von 450 Hertz.
Der gezeichnete Frequenzwandler besteht aus drei Primärwicklungsgruppen und drei Sekundärwicklungsgruppen. Die Wicklungen jeder Primärwicklungsgruppe sind in Stern, die Wicklungen jeder Sekundärwicklungsgruppe in Polygon (Dreieck) geschaltet. Infolgedessen entsteht an den Klemmen der Sekundärwicklung eine Wechselspannung von einer Frequenz = n. Vl, wobei Vl die Periodenzahl des Netzes 1 und n die Phasenzahl der Primärwicklung des Frequenzwandlers bedeuten. Der Drehstrom des Netzes 1 ist bei der veranschaulichten Anordnung durch die-40 -und-)-40"-Schaltungen der Wicklungen der Primärwicklungs- gruppen 2 und 3 in Neunphasenstrom umgewandelt.
Die Phasenzahl der Primärwicklung ist also 9, so dass die Frequenz der an den Klemmen der Sekundärwicklung auftretenden Wechselspannung V2 = 9.45 = 405 Hertz ist.
Die Dreiecksgruppen 4, 5, 6 der Sekundärwicklung haben einen gemeinsamen Sternpunkt. Hiedurch wird das Fliessen der dritten Harmonischen im Magnetisierungsstrom erreicht und damit höhere Sättigungen und ein besserer Wirkungsgrad erzielt. Die Kondensatoren 7, 8, 9 haben den Zweck, den Kurzschlussstrom der dritten Harmonischen durch eine Resonanzschaltung zu verstärken. Um die Primärwicklung und damit das Netz von dem beträchtlichen Blindstrom zu entlasten, sind auf der Sekundärseite des Wandlers Kondensatoren 11 zu der Ofenwicklung 10 parallel geschaltet.
Ähnlich wirkende Schaltungen lassen sich auch für andere Übersetzungsverhältnisse der Wandler, wie beispielsweise 1 : 3, angeben. Prinzipiell bieten sie jedoch nichts wesentlich Neues, so dass ein näheres Eingehen sich erübrigt.
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Falls noch höhere Vielfache der Anfangsfrequenz gewünscht werden, so ist dies durch
Zusatz einer weiteren Wandlergruppe ohneweiters möglich. Bei der Kaskadenschaltung werden die Wandlersätze mit zunehmender Frequenz in den Abmessungen kleiner. so dass sich beispielsweise Wandler mit dem Übersetzungsverhältnis von 50 auf 4050, also auf das 81fache. noch durchaus wirtschaftlich herstellen lassen. Die Praxis hat ausserdem erwiesen, dass mit der Zunahme des Fassungsvermögens eines Induktionsofens bei demselben Schmelzgut die optimale Frequenz abnimmt. Es ist üblich, Induktionsöfen grösserer Leistungen mit Frequenzen um 500 Hertz herum zu betreiben und als maximale obere Grenze dürfte praktisch die Zahl 4000 Hertz gelten.
Zum Schluss sei noch der nicht geringe Vorteil erwähnt, der darin besteht, dass mit den angegebenen Schaltungen gleichzeitig eine Phasentransformation, u. zw. von Mehrphasenstrom auf Einphasenstrom mit vorgenommen werden kann. Dies ist für Hoch- und Mittelfrequenzüfen besonders wichtig, da bei dem gewöhnlich vorhandenen Drehstromsystem die einzelnen Öfen symmetrisch auf die Phasen verteilt werden müssten.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Anordnung zur Speisung von Mittel-und Hochfrequenzöfen aus einem normalen Mehrphasennetz, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der mittel-und hochfrequenten Energie in ruhenden Frequenzwandlern erfolgt, die aus in Stern geschalteten, eisengeschlossenen Primärwicklungen bestehen, deren Zahl gleich der Zahl oder einem Bruchteil der Zahl des gewünschen Frequenzübersetzungsverhältnisses ist und deren Sekundärfrequenz von in Polygon geschalteten Sekundärwicklungen abgenommen wird.