CH495102A

CH495102A - Einrichtung zum Regeln eines Induktionsofens

Info

Publication number: CH495102A
Application number: CH1075669A
Authority: CH
Inventors: Winfried Dipl Ing Speth; Appel Horst; Klaus Dipl Ing Boehm
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1968-07-26
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1970-08-15
Also published as: JPS493092B1; DE1765845A1; BE736542A

Description

Einrichtung zum Regeln eines Induktionsofens
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Leistung und/oder des Stromes eines Induktionsofens, dessen Heizwicklung die Induktivität eines Schwingkreiswechselrichters bildet, mit einem Leistungsbzw. und/oder einem Stromregler, von dessen Ausgangssignal die dem Wechselrichter zugeführte Gleichspannung abhängig ist.

Bei Induktionsöfen mit Leistungs- oder Stromregelung hängt die Streckenverstärkung von dem zu schmelzenden oder zu erwärmenden Material ab und ändert sich ausserdem mit dem Arbeitspunkt und mit der Zeit.

Bei einem starr eingestellten Regler hat der Regelkreis deshalb je nach Material, Temperatur und Arbeitspunkt ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Einrichtung der eingangs geschilderten Art einen gleichbleibenden optimalen Regelvorgang zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch am Ein- oder Ausgang des bzw. der betreffenden Regler(s) angeschlossene Rechenglieder zur Multiplikation des Reglerein- bzw. -ausgangssignales mit einer der Streckenverstärkung der Reglerstrecke umgekehrt proportionalen Grösse gelöst. Hierzu kann z. B. dem Leistungsregler ein Quotientenbildner vorgeschaltet werden, der sein Eingangssignal durch eine dem Schwingkreisstrom proportionale Grösse teilt.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung beispielsweise erläutert:
Fig. 1 zeigt das Prinzip des Schwingkreisinduktionsofens;
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Regeleinrichtung.

Der schematisch gezeichnete Schwingkreiswechselrichter besteht im Prinzip aus einer Brückenschaltung der Thyristoren 1, 2, 3 und 4 und einem Reihenschwingkreis mit Kondensator C, Induktivität L und Widerstand R. Induktivität L undWiderstandR sind durch die Ofenspule und durch das Erwärmungsgut, welches den Spulenkern bildet, gegeben. Der Widerstand R ist dabei im wesentlichen vom Erwärmungsgut abhängig. Wird die Spannung U am Reihenschwingkreis 5 durch die Brückenschaltung der Thyristoren 1 bis 4 selbstschwingend stets so umgepolt, dass der Schwingkreis in Resonanz bleibt, so ist die Amplitude der Wechselspannung U und damit die im Schwingkreis 5 umgesetzte Wirkleistung direkt von der Gleichspannung U= am Eingang des Wechselrichters abhängig.

Zur Erzeugung der Gleichspannung U= dient ein Transformator 7, der über einen Thyristorsteller 8 und Glättungsglieder 6 den Wechselrichter speist.

Die Gleichspannung U ist ihrerseits wiederum von der Aussteuerung des dem Thyristorsteller 8 zugeordneten Reglers 9 abhängig.

Die gestrichelt umrandete Regelstrecke 10 ist ebenfalls als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt. Die Regelstrecke besteht aus der durch eine Ersatzzeitkonstante regeltechnisch darstellbaren Gleichspannungsversorgung, welche mit 15 bezeichnet ist. Der Ausgang dieses Gliedes 15 ist die Gleichspannung U=; Idazu proportional ist die Schwingkreiswechselspannung U-. Das Produkt aus U und einem veränderlichen Leitwert 1:R (welcher durch die Dämpfung des Schwingkreises 5 bestimmt ist) ergibt den Schwingkreisstrom I-. Die Dämpfung selber ändert sich während des Erwärmungsvorganges mit der Temperatur des Materials und ist auch von den Materialeigenschaften abhängig.

Die Abhängigkeit des Schwingkreisstromes 1 von der Schwingkreiswechsel spannung U ist dabei durch das Multipliziergerät 16 angedeutet. Das Produkt aus Schwingkreisstrom und Schwingkreisspannung ergibt, wie durch das Multipliziergerät 17 symbolisch dargestellt, den Leistungsistwert N-, der im Schwingkreis verbraucht wird.

Die Verstärkung in Idieser Regelstrecke 10 ist zwischen Stellgrösse und Leistung proportional zu also gleich dem Wert 1; zur Kompensation dieses Einflusses muss daher die Verstärkung des Reglers propor tional zu gemacht werden. Hierzu ist dem Lei
I¯ stungsregler 9 ein Rechenglied 11 vorgeschaltet, welches den Quotienten aus der Differenz von Leistungssoll- und -istwert (Nx, N-) durch 1 bildet.

Wenn der Schwingkreisstrom ein Maximum Ima erreicht hat, greift ein Stromregelkreis in den vorgenannten Regelkreis ablösend ein, und zwar dadurch, dass der Stromregler 12 das Ausgangssignal des Leistungsreglers 9 verringert. Dies ist relativ einfach durch eine bereits im Leistungsregier 9 eingebaute Begrenzerschaltung möglich. Da in diesem Stromregelkreis die Streckenverstärkung zwischen Stellgrösse und Strom proportional zu 1 1 U = R ist, muss die Reglerverstärkung proportio
U R nal zu R = gemacht werden. Man erreicht dies auf einfache Weise durch ein dem Stromregler 12 vorgeschaltetes Multipliziergerät 13, in dem die Soll-Ist Differenz (ins, I-) mit U multipliziert wird.

Dies genügt, da ja 1 durch den Regelkreis konstant gehalten wird.

Die gleiche Struktur wie der Stromregelkreis hat auch der Regelkreis für die Spannung UG am Kondensator C, da UG proportional zu 1 ist, und zwar UG = jwc Die Schwingkreisfrequenz w kann dabei als konstant vorausgesetzt werden. Dieser Spannungsregelkreis für die Kondensatorspannung greift dann ein, wenn die Kondensatorspannung einen bestimmten zulässigen Wert überschritten hat. Durch eine Ablöseschaltung 14 aus Dioden wird dann der Strom-Istwert durch den Istwert der Kondensatorspannung ersetzt; die übrige Regelung bleibt gleich.

Claims

PATENTANSPRUCH

Einrichtung zum Regeln der Leistung und/oder des Stromes eines Induktionsofens, dessen Heizwicklung die Induktivität eines Schwingkreiswechselrichters bildet, mit einem Leistung bzw. und/oder einem Stromregler.

von dessen Ausgangssignal die dem Wechselrichter zugeführte Gleichspannung abhängig ist, gekennzeichnet durch am Ein- oder Ausgang des bzw. der betreffenden Regler (s) angeschlossene Rechenglieder (16, 17) zur Multiplikation des Reglerein- bzw. -ausgangssignales mit einer der StreckenverstärlKung der Reglerstrecke (10) umgekehrt proportionalen Grösse.

UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein dem Leistungsregier (9) vorgeschaltetes Rechenglied (11) zur Division des Eingangssignales durch eine dem Schwingkreisstrom (I-) proportionale Grösse.

2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem die Begrenzung des Leistungsreglers (9) steuernden Stromregler (12) ein Multipliziergerät (13) zur Multiplikation des Eingangssignales mit der Schwingkreisspannung (U-) vorgeschaltet ist.