DE102006032640B4 - Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren - Google Patents

Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren Download PDF

Info

Publication number
DE102006032640B4
DE102006032640B4 DE200610032640 DE102006032640A DE102006032640B4 DE 102006032640 B4 DE102006032640 B4 DE 102006032640B4 DE 200610032640 DE200610032640 DE 200610032640 DE 102006032640 A DE102006032640 A DE 102006032640A DE 102006032640 B4 DE102006032640 B4 DE 102006032640B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
inverters
inverter
stirring
phase
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200610032640
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006032640A1 (de
Inventor
Wilfried Goy
Michael Leister
Carlo Völker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EMA INDUTEC GmbH
Original Assignee
EMA INDUTEC GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EMA INDUTEC GmbH filed Critical EMA INDUTEC GmbH
Priority to DE200610032640 priority Critical patent/DE102006032640B4/de
Priority to PCT/EP2007/057154 priority patent/WO2008006872A1/de
Publication of DE102006032640A1 publication Critical patent/DE102006032640A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006032640B4 publication Critical patent/DE102006032640B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/06Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/067Control, e.g. of temperature, of power for melting furnaces
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/02Stirring of melted material in melting furnaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

Umrichter (4), insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung, umfassend einen Gleichrichter (12), einen DC-Zwischenkreis (13), mindestens zwei Wechselrichter (15, 16, 17) sowie mindestens eine Steuerung (8) für die parallele und phasengleiche Ansteuerung der Wechselrichter (15–17) in einem Schmelzmodus, wobei in einem Rührmodus die einzelnen Wechselrichter (15, 16, 17) oder einzelne Gruppen von mehreren Wechselrichtern mittels der mindestens einen Steuerung (8) einzeln ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wechselrichter (15–17) mittels Schaltern (23, 24; 33, 34) elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei je eine Phase (20–22; 30–32) eines Ausgangs eines Wechselrichters oder einer Gruppe von Wechselrichtern mit mindestens einer entsprechenden Phase (20–22; 30–32) eines zweiten Wechselrichters oder einer zweiten Gruppe von Wechselrichtern mit je einem dazwischen geschalteten Schalter (23, 24, 33, 34) verbunden ist, wobei eine Schalterstellung für den Schmelzmodus und eine weitere Schalterstellung für den Rührmodus vorhanden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung, umfassend einen Gleichrichter, einen DC-Zwischenkreis, mindestens zwei Wechselrichter sowie mindestens eine Steuerung für die parallele und phasengleiche Ansteuerung der Wechselrichter in einem Schmelzmodus und weiterhin ein Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren.
  • Stand der Technik
  • Die EP 0 403 138 A1 zeigt einen Induktionsofen mit drei Spulen, die vertikal übereinander angeordnet sind und mittels eines Umrichters in einem Serienschwingkreis betrieben werden, um eine Schmelze aufzuheizen. Dazu sind Kondensatoren mit den Induktionsspulen in Reihe geschaltet. Zum Rühren ist ein Hochstromtransformator vorgesehen, der die Netzfrequenz, also 50 Hz oder 60 Hz, auf die Induktionsspulen aufschaltet, wozu in dessen Einspeisung Schalter vorgesehen sind.
  • Die DE 37 86 454 T2 offenbart eine Vorrichtung zum induktiven Umrühren von geschmolzenem Metall, bei der eine Induktionsspule an eine Stromzuführeinrichtung zur Versorgung mit Strom mit einer ersten Frequenz angeschlossen ist, um das angeschmolzene Metallbad durch eine Induktionserwärmung auf einer vorgewählten Temperatur zu halten. Weiterhin ist eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der Amplitude des Stromes vorgesehen, mittels derer der Induktionsspule ein Modulationssignal mit einer zweiten Frequenz zugeführt wird, um eine Oberflächenbewegung des geschmolzenen Metalls zu bewirken und damit eine Entgasung der Schmelze zu begünstigen. Nachteilig dabei ist, dass wegen des einphasigen Betriebs nur eine lokale Bewegung in Form einer Oberflächenwelle hervorgebracht wird.
  • Die DE 103 50 076 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektromagnetischen Rühren und Bremsen von Metallguss, insbesondere Stahlstrangguss. Es ist wenigstens eine an einen Umrichter angeschlossene Rührspule zum Erzeugen von auf den flüssigen Kern des teilerstarrten Strangs einwirkenden Induktionskräften vorgesehen, wobei die Frequenz des vom Umrichter erzeugten und die wenigstens eine Rührspule durchfließenden Stroms verstellbar ist.
  • Die GB A 508,255 offenbart einen Induktionsofen, der in mehreren Moden betrieben werden kann. Dazu werden Generatoren mit einer hohen und einer niedrigen Frequenz vorgeschlagen. Das Umrühren erfolgt in Zellen und nicht von oben nach unten bzw. von unten nach oben. Darüber hinaus sind viele Spulen und Kondensatoren mit unterschiedlicher Leistung erforderlich.
  • Die DE 28 53 792 C2 offenbart ein Induktionsgießverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. Der sich bildende Gießstrang wird mittels einer Induktionsspule berührungsfrei geführt. Die Induktionsgießvorrichtung arbeitet mit einer Wechselstromversorgung für die Spule und mit einer mit der Wechselstromversorgung verbundenen Steuereinrichtung, die die Spule aufgrund eines Sollwert-Istwert-Vergleichs eines elektrischen Parameters durch Verändern des Induktionsspulenstroms regelt.
  • Die DE 28 33 008 offenbart einen Induktionsofen, der einen Tiegel umfasst, der von einer Mehrphasenwicklung aus mehreren Spulen umgeben ist, die in einer Linie längs des Ti gels angeordnet sind. Aus gewissen Teilen der Wicklung sind Anordnungen gebildet, die in dem Metallschmelzbad Bewegungen verursachen können, wobei die Spulen der Mehrphasenwicklung in zwei Gruppen angeordnet sind, die Wirbel in entgegengesetzte Richtungen erzeugen. Dadurch soll sich eine ausbildende Badkuppe, auch als Meniskus bezeichnet, verringern.
  • Aus der DE 195 14 537 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung der Stromrichterventile von gleichstromig in Reihe geschalteten Parallelschwingkreiswechselrichtern bekannt, mit dem zwei Induktionsöfen gleichzeitig mit je 90% Nennleistung im Schmelzbetrieb und zwei Induktionsöfen mit je 10% Nennleistung im Warmhaltebetrieb optimal betrieben werden können.
  • Aus der DE 15 33 081 B ist ein kernloser Induktionsofen zum Schmelzen und Rühren von Metallen und ein Verfahren zum Betrieb dieses Ofens bekannt, bei der ein und die selbe Versorgungseinheit sowohl für das Schmelzen als auch für das anschließende Rühren benutzt wird. Beim induktiven Schmelzen haben die beiden Versorgungseinrichtungen gleichen Phasenlage. Wenn im Anschluss an das Schmelzen gerührt werden soll, wird die Phase eine der beiden Versorgungseinrichtungen elektrisch verdreht, wodurch dann im geschmolzenen Metall eine wandernde Welle entsteht. Dies entspricht einem Schmelzverfahren mit anschließendem Phasenrührverfahren.
  • Aus der DE 43 36 384 A1 ist ein Induktionsschmelzofen bekannt, bei dem Schmelzgut eine Leistung mit von oben nach unten oder von unten nach oben abnehmender Leistungsdichte zugeführt werden kann, um einen einzigen Strömungswirbel in der Metallschmelze hervorzurufen. Die Spule kann in mehrere Spulenabschnitte mit einem eigenen Stromkreis und einer re gelbaren Leistungszufuhr aufgeteilt sein.
  • Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Umrichter bereitzustellen, der zum einen einen Schmelzmodus bereitstellt und der zum anderen aber auch ein Rühren grundsätzlich zulässt und begünstigt und dabei einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum induktiven Erwärmen und Rühren verbessert werden, um den apparativen Aufwand zu verringern.
  • Darstellung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und durch das in Anspruch 8 angegebene Verfahren gelöst.
  • Der erfindungsgemäße Umrichter, der insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung dient, umfasst einen Gleichrichter, einen DC-Zwischenkreis, mindestens zwei Wechselrichter sowie mindestens eine Steuerung für die parallele und phasengleiche Ansteuerung der Wechselrichter in einem Schmelzmodus. Die Steuerung ist so ausgebildet, dass die einzelnen Wechselrichter mittels der mindestens einen Steuerung in einem Rührmodus einzeln ansteuerbar sind. Dabei sind alle Wechselrichter mittels Schaltern elektrisch miteinander verbindbar, wobei je eine Phase eines Ausgangs eines Wechselrichters oder einer Gruppe von Wechselrichtern mit mindestens einer entsprechenden Phase eines zweiten Wechselrichters oder einer Gruppe von Wechselrichtern mit je einem dazwischen geschalteten Schalter verbunden ist, wobei eine Schalterstellung für den Schmelzmodus und eine weitere Schalterstellung für den Rührmodus vorhanden ist. Dadurch ist alternativ ein Schmelzbetrieb oder ein Rührbetrieb möglich. Die Schalter können auch in einem Kompensationsschaltkreis sein, der dem Ausgang der Wechselrichter nachgeschaltet ist und der für jede Phase als Parallelschwingkreis ausgebildet ist.
  • Anstelle jedes einzelnen Wechselrichters kann auch eine Gruppe von mehreren Wechselrichtern zum Einsatz gelangen, wobei dann jede Gruppe für sich als ein Wechselrichter betrachtet wird. Die Schalter können insbesondere im Schmelzmodus geschlossen und im Rührmodus offen sein.
  • Aus dem Stand der Technik ist zwar bekannt, Schalter zum Abkoppeln der Wechselrichter bzw. der Kompension von einem Schaltkreis eines Wirbeltransformator vorzusehen, eine Trennung der einzelnen Wechselrichter bzw. Gruppen von Wechselrichtern untereinander ist aber gerade nicht vorgesehen.
  • Die separate Ansteuerung der Wechselrichter im Rührmodus kann auf verschiedene Arten bewirkt werden. So kann Steuerung die Wechselrichter so steuern, dass sie jeweils unterschiedliche Leistungen abgeben. Diese leistungsmäßig unterschiedliche Ansteuerung erfolgt beispielsweise über veränderte Öffnungszeiten der Schalter eines Wechselrichters.
  • Es ist auch möglich, die Wechselrichter mit phasenverschobenen Wechselströmen mittels der mindestens einen Steuerung betrieben sind, vorzugsweise entsprechend einem Dreiphasenwechselstrom eines öffentlichen Stromnetzes. So kann bei drei Wechselrichtern mit drei Phasen durchaus der vom öffentlichen Stromnetz vorgegebene Phasenwinkel von 120° verringert werden, vorzugsweise in einen Bereich von 40° bis 95°.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich die unterschiedliche Leistungsabgabe der Wechselrichter mit den phasenverschobenen Wechselströmen der Wechselrichter kombinieren. Der besondere Vorteil bei dieser kombinierten Ansteuerung liegt darin, dass jederzeit eine flexible Anpassung der erforderlichen Rührbewegung bei einer vorwählbarer Leistung zur Aufrechterhaltung der Temperatur in der Schmelze gewährleistet ist, so dass die Temperatur der Schmelze während des Rührens nicht steigt, was unter metallurgischen Aspekten erwünscht ist.
  • Weiterhin können im Rührmodus die mindestens eine Steuerung die Wechselrichter so steuern, dass die Wechselrichter eine pulsartige Leistung abgeben. Dabei können zeitlich versetzte Leistungspulse mit variabler Breite verwendet werden, um eine Schwingung von 50 Hz oder weniger nachzubilden. Die Steuerung kann mittels Pulsen aus einer Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz, beispielsweise von 300 Hz, alternierend oder überlappend erfolgen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Induktionsschmelzanlage, die einen Schmelzofen und eine Anordnung von mehreren Teilspulen aufweist mit einem erfindungsgemäßen Umrichter, wobei je eine Teilspule an je einen Wechselrichter angeschlossen ist.
  • Mit einer derartigen Induktionsschmelzanlage wird sowohl das Schmelzen als auch das Rühren mit besonders effizientem Einsatz von elektrischen Bauteilen und damit geringerem Investitionsaufwand ermöglicht. Darüber hinaus eine stärker an die besonderen Gegebenheiten anpassbare Steuerung des Rührens ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren von elektrisch leitfähigen Werkstoffen mittels mehrerer Teilspulen, besteht darin, dass die Teilspulen über jeweils einen Wechselrichter in einem Schmelzmodus durch Zusammenschalten von Schaltern parallel und phasengleich und in einem Rührmodus durch öffnen des Schalters getrennt angesteuert werden, wobei im Rührmodus die mindestens eine Steuerung die Wechselrichter so steuert, dass sie jeweils unterschiedliche Leistungen abgeben und dass die Wechselrichter mittels der mindestens einen Steuerung phasenverschobene Wechselströme bereitstellen.
  • Das Verfahren kann bei einem Ofen mit Vakuum, mit Atmosphäre oder mit einem Schutzgas zur Anwendung kommen.
  • Die Teilspulen können jeweils mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Leistung und/oder Amplitude betrieben werden. Die Steuerung kann die Wechselrichter gezielt so ansteuern, dass an den Teilspulen die jeweils gewünschte Leistungsabgabe erreicht wird. Damit kann flexibel auf unterschiedliche Füllhöhen eines Tiegels reagiert werden. Die Leistung kann so eingestellt werden, wie es der Füllgrad erfordert.
  • Vorteilhafterweise können die Teilspulen im Schmelzmodus auch mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 40 Hz und 50 kHz betrieben werden, insbesondere zwischen 100 Hz und 20 kHz. Dadurch lassen sich zunächst übliche Wechselrichter als Grundausstattung verwenden.
  • Vorteilhafterweise können die Wechselrichter im Rührmodus je eine Frequenz bereitstellen, die der Frequenz des Schmelzmodus entspricht, wobei die Steuerung die Wechselrichter so steuert, dass die Teilspulen mit einer effektiven Rührfrequenz zwischen 5 Hz und 100 Hz betrieben werden. Dadurch können die Wechselrichter zum einen auf die Leistung für den Schmelzbetrieb ausgelegt werden und zum anderen an die unterschiedlichen Bedingungen des Rührens angepasst werden.
  • Vorteilhafterweise kann die Phasenverschiebung der einzelnen Wechselspannungen der Teilspulen zueinander im Rührmodus 120° oder weniger betragen, vorzugsweise zwischen 40° und 95°. Auch dadurch lässt sich die einem Linearmotor ähnliche treibende Rührkraft einstellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Teilspulen pulsartig mit der vom Wechselrichter abgegebenen Ausgangsspannung beaufschlagt werden, wobei die Pulse der einzelnen Teilspulen zueinander phasenverschoben sind. Dabei kann ein alternierender oder ein überlappender Betrieb ermöglicht werden.
  • Vorteilhafterweise kann die Phasenverschiebung der Teilspulen zueinander so ausgebildet sein, dass die Pulse von am Induktionsschmelzofen benachbart angeordneten Teilspulen aufeinander folgen, vorzugsweise nur in einer Richtung.
  • Dadurch lassen sich großräumige Rührbewegungen erzeugen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
  • 1 ein Schaltbild für einen Induktionsschmelzofen mit einem erfindungsgemäßen Umrichter mit Trennschaltern zwischen den Ausgangsphasen des Kompensationsschaltkreises und an der Sternbrücke;
  • 2 ein Schaltbild für einen Induktionsschmelzofen mit einem erfindungsgemäßen Umrichter mit Trennschaltern zwischen den Eingangsphasen des Kompensationsschaltkreises mit fester Sternbrücke;
  • 3 eine Ansteuerung mit unterschiedlicher Leistung an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens;
  • 4 eine Ansteuerung mit einer Phasenverschiebung von 120° an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens;
  • 5 eine Ansteuerung mit einer Phasenverschiebung von 60° an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens;
  • 6 eine Ansteuerung mit unterschiedlicher Leistung und einer Phasenverschiebung von 120° an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens;
  • 7 eine Ansteuerung mit Pulsen aus einer Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz und einer alternierenden Phasenverschiebung von 120° an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens;
  • 8 eine Ansteuerung mit Pulsen aus einer Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz und einer überlappenden Phasenverschiebung von 120° an einzelnen Teilspulen eines Induktionsschmelzofens (Folie 12).
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In 1 ist ein Schaltplan für eine Induktionsschmelzanlage mit einem Induktionsschmelzofen 1 gezeigt, der eine Induktionsspule 2 aufweist, mittels welcher ein Schmelzgut 3 aufgewärmt und aufgeschmolzen wird und mittels welcher die Schmelze umgerührt wird. Es sind drei Teilspulen 2.12.3 der Induktionsspule 2 dargestellt, die vertikal übereinanderliegend angeordnet sind.
  • Zur Energieversorgung des Induktionsofens 1 ist ein Umrichter 4 vorgesehen, der die aus einem öffentlichen Netz 5 bereitgestellte, dreiphasige Wechselstromversorgung zum Betrieb des Induktionsofens 1 aufbereitet. Der Umrichter 4 ist im Beispiel über einen Leistungsschalter 6 und über ei nen Abspanntransformator 7 mit dem Netz 5 verbunden und entnimmt den erforderlichen Schmelzstrom aus dem Netz 5.
  • Der Umrichter 4 wird über eine Steuerung 8 gesteuert und umfasst einen Hauptschalter 11 für alle Eingangsphasen aus dem Abspanntransformator 7, einen Gleichrichter 12, einen Gleichstromzwischenkreis 13 mit einer Drossel 14 sowie mehrere Wechselrichter 15, 16, 17 und einen Kompensationsschaltkreis 18 mit jedem Wechselrichter 15 bis 17 zugeordneten Kondensatoren 19, die als Parallelschwingkreis mit den Teilspulen 2.12.3 wirken.
  • Der Kompensationsschaltkreis 18 stellt eine der Anzahl nach der Anzahl der Wechselrichter 15 bis 17 entsprechende Anzahl von Ausgangsphasen bereit, hier drei Ausgangsphasen 20, 21, 22, welche durch zwei Trennschalter 23, 24 zusammengeschaltet werden können.
  • Die Ausgangsphasen 20, 21, 22 sind mit jeweils einer Teilspule 2.12.3 verbunden, wobei die Rückleiter zu den Ausgangsphasen 20, 21, 22 über eine Sternbrücke 25 und zwei Trennschalter 26, 27 miteinander verbunden sind.
  • Zum Schmelzen des Schmelzguts 3 sind alle Schalter 23 bis 27 geschlossen, so dass die Teilspulen 2.1 bis 2.3 parallel und phasengleich durch die Wechselrichter 15 bis 17 mit Energie versorgt werden. In diesem Betriebsmodus werden auch die Wechselrichter 15 bis 17 parallel und phasengleich angesteuert.
  • Um in einen Rührmodus zu gelangen, werden die Schalter 23 bis 27 geöffnet und die Wechselrichter 1517 werden über die Steuerung 8 separat angesteuert, um die dem Wechselrichter 1517 zugeordnete Teilspule 2.12.3 mit Energie zu versorgen.
  • In 2 ist ein Schaltbild für einen Induktionsschmelzofen 1 entsprechend 1 gezeigt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Kompensationsschaltkreis 18 drei Eingangsphasen 30, 31, 32 aufweist, welche über Trennschalter 33, 34 miteinander verbunden sind. Die Trennschalter 33, 34 sind den Kondensatoren 35, 36, 37 vorgeschaltet, wohingegen in 1 die Trennschalter 23, 24 den Kondensatoren nachgeschaltet sind.
  • Wird ein Induktionsschmelzofen nur in bestimmten Betriebszuständen betrieben, beispielsweise immer mit einer konstanten Füllhöhen bei homogenen Füllgraden, werden bei dieser Schaltervariante die Schalter ggf. strommäßig geringer belastet werden, d. h. es können kleinere Typen zum Einsatz kommen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, dass die Sternbrücke Schalter aufweist, es handelt sich hier um eine feste Sternbrücke. Die Anordnung von Schaltern an der Sternbrücke ist unabhängig von der Platzierung der Schalter gem. 1 bzw. 2., daher ist das Weglassen der Schalter 26 und 27 (aus 1) hier nur als baugruppenspezifisches Ausführungsbeispiel zu sehen, welches beispielsweise ebenfalls die Randbedingungen einer konstanten Füllhöhe und eines homogenen Füllgrads aufweist, was nur geringe Ausgleichsströme zwischen den Phasen zur Folge hat.
  • In 3 ist eine Ansteuerung der einzelnen Teilspulen der Induktionsspule 2 des Induktionsofens 1 (1, 2) erläutert, wobei die einzelnen Teilspulen phasengleich, mit unterschiedlicher Leistung betrieben werden. So wird die obere Teilspule 2.1 mit einer Leistung von 100% betrieben, die mittlere Teilspule 2.2 mit einer Leistung von 60% und die untere Teilspule 2.3 mit einer Leistung von 25%. Bereits mit dieser unterschiedlichen Leitungsbeaufschlagung der Teilspulen 2.12.3 lässt sich eine Bewegung des geschmolzenen Schmelzguts in dem Bad erzeugen, in der Regel ein Wirbel, der über die gesamte Tiegelhöhe wahlweise von oben nach unten bzw. umgekehrt reicht.
  • Durch diese Art der Ansteuerung der Teilspulen 2.1 bis 2.3 wird in der Schmelze eine Bewegung hervorgerufen, welche als Rühren bezeichnet wird. Die Trennschalter sind dazu geöffnet, so dass jeder Wechselrichter 15 bis 17 der ihm zugeordneten Teilspule 2.1 bis 2.3 eine in der Phasenlage und der Leistung von einander unabhängige Energie zuführt. In 4 ist eine andere Art der Ansteuerung dargestellt. Die Teilspulen 2.1 bis 2.3 weisen untereinander eine Phasenverschiebung von 120 Grad auf, wobei jede Spule mit maximaler Leistung betrieben werden kann. Auch hier lässt sich eine Bewegung des geschmolzenen Schmelzguts in dem Bad erzeugen, in der Regel ein Wirbel, der über die gesamte Tiegelhöhe wahlweise von oben nach unten bzw. umgekehrt reicht.
  • In 5 ist die Ansteuerung aus 4 derart abgeändert, dass an Stelle einer Phasenverschiebung von 120 Grad nur eine Phasenverschiebung von 60 Grad vorgesehen ist, so dass die in die Schmelze eingebrachte Energie einer Art Wellenbewegung folgt und der Rühreffekt so noch verstärkt wird.
  • In 6 ist eine Ansteuerung als Kombination der Ansteuerung aus 3 und 4 gezeigt. Zusätzlich zu einer Phasenverschiebung von 120 Grad wird hier die Amplitude variiert.
  • Durch die Anordnung von Schaltern in Kompensationsschaltkreis 18 bzw. an der Sternbrücke 25 ist eine eigene Netz-Einspeisung für eine Wirbeleinrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, nicht mehr erforderlich.
  • Für große Leistungen können mehrere Wechselrichter zu einer Gruppe von Wechselrichtern zusammengefasst werden und die Gruppen von Wechselrichtern zum Schmelzen parallel geschaltet werden bzw. zum Rühren getrennt angesteuert werden.
  • In 7 ist eine pulsartige Ansteuerung der einzelnen Teilspulen 2.1 bis 2.3, ausgehend von einer Trägerfrequenz der Ausgangsspannung von 300 Hz des jeweils zugeordneten Wechselrichters 15 bis 17, dargestellt. Durch eine Amplitudenmodulation der Trägerfrequenz 41 bis 43 wird in jeder Teilspule 2.1 bis 2.3 ein Energieeintrag gemäß den Kurven 44 bis 46 bewirkt, wobei die Spitzenwerte der Kurven 44 bis 46 zueinander phasenverschoben und überschneidungsfrei sind und die Teilspulen 2.12.3 versorgen.
  • In 8 ist die Ansteuerung aus 7 dahingehend abgeändert, dass sich die Pulse der benachbarten Teilspulen 2.1, 2.2 und 2.2, 2.3 zeitlich in den Bereichen 48, 49 überlappen, dargestellt durch die Kurven 44 bis 46. Auch hier wird eine Phasenverschiebung von 120 Grad erzeugt und durch eine gegenüber der 7 unterschiedliche Pulsbreite wird die Überlappung hergestellt.
  • Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass mit einem Wechselrichter eine große Spannweite von Verläufen für den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung bereitgestellt werden kann und somit der Rührbetrieb fortlaufend auf das Schmelzgut abgestimmt werden kann. Durch die Trennschalter im Kompensationsschaltkreis bzw. an der Sternbrücke lässt sich die für den Schmelzbetrieb geforderte hohe Leistung phasengleich bereitstellen.
  • Die Steuerung 8 der Wechselrichter 15 bis 17 ist von ihrem grundsätzlichen Aufbau aus dem Stand der Technik bekannt, wobei nunmehr jedoch die Wechselrichter völlig unabhängig von einander angesteuert werden können.
  • Die Steuerung 8 schaltet auch die Trennschalter 23, 24, 26, 27, 33, 34, wobei kurze Schaltzeiten realisiert werden können. Alternativ kann das Schalten dieser Trennerschalter auch von einer übergeordneten Steuerung erfolgen.

Claims (14)

  1. Umrichter (4), insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung, umfassend einen Gleichrichter (12), einen DC-Zwischenkreis (13), mindestens zwei Wechselrichter (15, 16, 17) sowie mindestens eine Steuerung (8) für die parallele und phasengleiche Ansteuerung der Wechselrichter (1517) in einem Schmelzmodus, wobei in einem Rührmodus die einzelnen Wechselrichter (15, 16, 17) oder einzelne Gruppen von mehreren Wechselrichtern mittels der mindestens einen Steuerung (8) einzeln ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wechselrichter (1517) mittels Schaltern (23, 24; 33, 34) elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei je eine Phase (2022; 3032) eines Ausgangs eines Wechselrichters oder einer Gruppe von Wechselrichtern mit mindestens einer entsprechenden Phase (2022; 3032) eines zweiten Wechselrichters oder einer zweiten Gruppe von Wechselrichtern mit je einem dazwischen geschalteten Schalter (23, 24, 33, 34) verbunden ist, wobei eine Schalterstellung für den Schmelzmodus und eine weitere Schalterstellung für den Rührmodus vorhanden ist.
  2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Wechselrichter (15, 16, 17) oder eine Gruppe von Wechselrichtern an je eine Teilspule (2.1, 2.2, 2.3) eines Schmelzofens (1) angeschlossen ist, wobei die Teilspulen (2.12.3) übereinander angeordnet sind.
  3. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rührmodus die mindestens eine Steuerung (8) die Wechselrichter (1517) so steuert, dass sie jeweils unterschiedliche Leistungen abgeben.
  4. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rührmodus die Wechselrichter (1517) mit phasenverschobenen Wechselströmen mittels der mindestens einen Steuerung (8) betrieben sind.
  5. Umrichter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Rührmodus die mindestens eine Steuerung (8) die Wechselrichter (15, 17) so steuert, dass sie jeweils unterschiedliche Leistungen abgeben und dass die Wechselrichter (1517) mittels der mindestens einen Steuerung (8) phasenverschobene Wechselströme bereitstellen.
  6. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rührmodus die mindestens eine Steuerung (8) die Wechselrichter so steuert, dass die Wechselrichter alternierend eine pulsartige Leistung abgeben, wobei sich die Einschaltdauer einzelner Wechselrichter auch überlappen können.
  7. Induktionsschmelzanlage, aufweisend einen Schmelzofen (1) und eine Anordnung von mehreren Teilspulen (2.12.3), gekennzeichnet durch einen Umrichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei je eine Teilspule (2.12.3) an je einen Wechselrichter (1517) angeschlossen ist.
  8. Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren von elektrisch leitfähigen Werkstoffen mittels mehrerer Teilspulen (2.12.3), dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (2.12.3) über jeweils einen Wechselrichter (1517) in einem Schmelzmodus durch Zusammenhalten von Schaltern (23, 24, 33, 34) parallel und (S. 9, Z. 2030) phasengleich und in einem Rührmodus durch Öffnen der Schalter (23, 24, 33, 34) getrennt angesteuert werden, wobei im Rührmodus die mindestens eine Steuerung (8) die Wechselrichter (15, 17) so steuert, dass sie jeweils unterschiedliche Leistungen abgeben und dass die Wechselrichter (1517) mittels der mindestens einen Steuerung (8) phasenverschobene Wechselströme bereitstellen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (2.12.3) jeweils mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Leistung und/oder Amplitude betrieben werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelzmodus die Teilspulen (2.12.3) mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 40 Hz und 50 kHz betrieben werden, insbesondere zwischen 100 Hz und 20 kHz.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (1517) im Rührmodus je eine Frequenz bereitstellen, die der Frequenz des Schmelzmodus entspricht, wobei die Steuerung (8) die Wechselrichter so steuert, dass die Teilspulen mit einer effektiven mehrphasigen Rührfrequenz zwischen 5 Hz und 100 Hz betrieben werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Wechselspannungen der Teilspulen (2.12.3) zueinander im Rührmodus 120° oder weniger beträgt, vorzugsweise zwischen 40° und 95°.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (2.12.3) pulsartig mit der vom Wechselrichter abgegebenen Ausgangs spannung beaufschlagt werden, wobei die Pulse der einzelnen Teilspulen zueinander phasenverschoben sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung der Teilspulen zueinander so ausgebildet ist, dass die Pulse von benachbart angeordneten Teilspulen aufeinander folgen, wobei sie alternierend und überlappend betrieben werden können.
DE200610032640 2006-07-13 2006-07-13 Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren Expired - Fee Related DE102006032640B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610032640 DE102006032640B4 (de) 2006-07-13 2006-07-13 Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren
PCT/EP2007/057154 WO2008006872A1 (de) 2006-07-13 2007-07-12 Umrichter, insbesondere zur erzeugung von wirkleistung für die induktive erwärmung und verfahren zum induktiven schmelzen und rühren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610032640 DE102006032640B4 (de) 2006-07-13 2006-07-13 Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006032640A1 DE102006032640A1 (de) 2008-01-17
DE102006032640B4 true DE102006032640B4 (de) 2010-07-01

Family

ID=38476376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610032640 Expired - Fee Related DE102006032640B4 (de) 2006-07-13 2006-07-13 Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006032640B4 (de)
WO (1) WO2008006872A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010033755A1 (de) 2010-08-09 2012-02-09 Siemens Aktiengesellschaft In Leistung und Frequenz skalierbarer Umrichter
EP2555585B1 (de) * 2011-08-01 2017-07-05 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgungsvorrichtung für eine Tiegelheizung und Verfahren zu deren Betrieb
EP2692907A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgungsvorrichtung für eine Tiegelheizung und Verfahren zu deren Betrieb

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB508255A (en) * 1937-06-02 1939-06-28 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to induction furnaces
DE1533081B1 (de) * 1966-02-15 1971-01-21 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg Kernloser Induktionsofen zum Schmelzen und Ruehren von Metallen und Verfahren zum Betrieb dieses Ofens
DE2833008C2 (de) * 1977-07-27 1982-04-22 Elphiac - S.A., Bruxelles Induktionsofen
DE2853792C2 (de) * 1978-05-15 1987-10-08 Olin Corp., East Alton, Ill., Us
EP0403138A1 (de) * 1989-06-14 1990-12-19 Inductotherm Europe Limited Induktionsschmelzen
DE3786454T2 (de) * 1987-02-14 1993-10-21 Inductotherm Europ Induktionsschmelzen.
DE4336384A1 (de) * 1993-10-26 1995-04-27 Junker Gmbh O Induktionsschmelzofen
DE19514537A1 (de) * 1995-04-20 1996-10-24 Abb Patent Gmbh Verfahren zur Ansteuerung der Stromrichterventile von gleichstromseitig in Reihe geschalteten Parallelschwingkreiswechselrichtern
DE10350076A1 (de) * 2003-10-27 2005-06-02 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum elektromagnetischen Rühren oder Bremsen von Metallguss, insbesondere Stahlstrangguss

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121592A (en) * 1998-11-05 2000-09-19 Inductotherm Corp. Induction heating device and process for the controlled heating of a non-electrically conductive material

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB508255A (en) * 1937-06-02 1939-06-28 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to induction furnaces
DE1533081B1 (de) * 1966-02-15 1971-01-21 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg Kernloser Induktionsofen zum Schmelzen und Ruehren von Metallen und Verfahren zum Betrieb dieses Ofens
DE2833008C2 (de) * 1977-07-27 1982-04-22 Elphiac - S.A., Bruxelles Induktionsofen
DE2853792C2 (de) * 1978-05-15 1987-10-08 Olin Corp., East Alton, Ill., Us
DE3786454T2 (de) * 1987-02-14 1993-10-21 Inductotherm Europ Induktionsschmelzen.
EP0403138A1 (de) * 1989-06-14 1990-12-19 Inductotherm Europe Limited Induktionsschmelzen
DE4336384A1 (de) * 1993-10-26 1995-04-27 Junker Gmbh O Induktionsschmelzofen
DE19514537A1 (de) * 1995-04-20 1996-10-24 Abb Patent Gmbh Verfahren zur Ansteuerung der Stromrichterventile von gleichstromseitig in Reihe geschalteten Parallelschwingkreiswechselrichtern
DE10350076A1 (de) * 2003-10-27 2005-06-02 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum elektromagnetischen Rühren oder Bremsen von Metallguss, insbesondere Stahlstrangguss

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008006872A1 (de) 2008-01-17
DE102006032640A1 (de) 2008-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1808049A1 (de) Steuervorrichtung für wechselstrom-reduktionsöfen
DE102008003299B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
DE2510326A1 (de) Lichtbogenofen
DE102006032640B4 (de) Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung und Verfahren zum induktiven Schmelzen und Rühren
EP3513625B1 (de) Umrichtergespeister lichtbogenofen mit kondensatoranordnung im sekundärkreis
DE3539628C2 (de) Elektrischer Lichtbogenofen und Verfahren zu seinem Betrieb
WO1995012298A1 (de) Induktionsschmelzofen
EP0744117B1 (de) Verfahren zum betrieb von kernlosen induktionsschmelz- und/oder -warmhalteöfen sowie dafür geeignete elektrische schalteinheit
DE1533081B1 (de) Kernloser Induktionsofen zum Schmelzen und Ruehren von Metallen und Verfahren zum Betrieb dieses Ofens
WO2007019943A1 (de) Elektronischer schaltkreis und verfahren zum einspeisen von elektrischer energie in einen wechselstrom-elektroofen
DE2326515A1 (de) Kernloser induktionsofen zum schmelzen und/oder raffinieren von metallen und/oder metallegierungen und verfahren zum raffinieren und/oder schmelzen von metall und/oder metallegierungen
DE2003945C3 (de) Anlage zu Elektroschlackenumschmelzen von Metallen, insbesondere von Stählen
DE102022105169A1 (de) Energieversorgungseinrichtung für einen Ofen, System für die Versorgung eines Elektrolichtbogenofens oder eines Reduktionsofens mit elektrischer Energie, Elektrolichtbogenofen, Reduktionsofen und Betriebsverfahren
DE898503C (de) Schaltung fuer elektroinduktive Heizeinrichtungen
DE102006007818A1 (de) Wechselrichter-Schaltung und Verfahren zum Betrieb eines Induktionsofens
DE1153134B (de) Verfahren zum wahlweisen Betrieb eines Induktionstiegelofens als Schmelzofen oder Warmhalteofen
DE2748136C2 (de) Kernloser Induktions-Tiegelofen
DE2350090A1 (de) Induktions-tiegelofen fuer einphasenund wanderfeldbetrieb
DE102005053798A1 (de) Anlage zum induktiven Schmelzen
EP0288566B1 (de) Induktionsplasmaanlage
DE932974C (de) Kontaktumformer fuer Starkstrom
DE1947786A1 (de) Vorrichtung zum Elektro-Schlacken-Umschmelzen von Metallen
DE1583445B2 (de) Elektrischer induktionsofen
EP4110015A1 (de) Betriebsverfahren für einen lichtbogenofen
DE102004005601A1 (de) Induktionsheizvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8363 Opposition against the patent
R084 Declaration of willingness to license
R031 Decision of examining division/fpc maintaining patent unamended now final

Effective date: 20111229

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140201