DE19943531A1 - Induktionsofen mit Parallelschwingkreis - Google Patents

Abstract

Es wird ein Induktionsofen mit einem von einem Wechselrichter (5) gespeisten Parallelschwingkreis, bestehend aus einer Ofenspule und einem Kondensator (7), vorgeschlagen. Die Ofenspule ist mindestens in einen ersten Spulenabschnitt (6a) und einen zweiten Spulenabschnitt (6b) unterteilt, wobei der Kondensator (7) parallel zur Reihenschaltung der Spulenabschnitte (6a, 6b) angeschlossen ist und der Wechselrichter (5) mit seinen beiden Anschlüssen an den Klemmen eines Spulenabschnittes (6a, 6b) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsofen mit Parallelschwingkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Parallelschwingkreisumrichter für die induktive Erwärmung ist beispielsweise aus der EP 0 562 471 B1 oder EP 0 562 472 B1 bekannt. Im bekannten Fall handelt es sich um eine Zwischenkreisumrichterschaltung mit eingeprägtem Strom im Zwischenkreis. Der vom netzseitigen Gleichrichter aus einer Netzwechselspannung erzeugte Gleich­ strom wird im lastseitigen Wechselrichter in einen mittelfrequenten Wechselstrom um­ gewandelt. Die Last besteht aus einem Induktor, der die Wirkleistung induktiv auf das zu erwärmende Gut (Metallschmelze) überträgt. Zur Deckung des hohen Blindlei­ stungsbedarfs ist der Induktor mit Hilfe von einem (oder mehreren) Kompensationskon­ densator zu einem Parallelschwingkreis ergänzt. Im lastgeführten Wechselrichter wird der eingeprägte Zwischenkreisstrom wechselweise im Takt der Betriebsfrequenz über sich diagonal gegenüberliegende Ventilzweige auf die Last geschaltet und erzeugt in ihr näherungsweise eine sinusförmige Spannung. Die sich einstellende Betriebsfre­ quenz hängt wegen der Lasttaktung direkt mit der Eigenfrequenz des Lastkreises zu­ sammen.

Eine Spannungs- und Leistungsregelung ist dabei in weitem Bereich nur über die Steuerung des netzseitigen Gleichrichters möglich. Hierdurch ist der netzseitige cos ϕ im weiten Bereich nicht ideal, d. h. es wird Blindleistung erzeugt.

Bei einem U-Umrichter ist in der Regel der netzseitige Gleichrichter ungesteuert aus­ geführt und arbeitet dadurch mit größtmöglichem netzseitigem cos ϕ. Üblicherweise wird die Ofenspule durch einen Serienkondensator kompensiert, d. h. es liegt ein In­ duktionsofen mit Last als Serienschwingkreis vor. Bei dieser Konfiguration ist der Um­ richter für relativ kleine Spannung und relativ hohen Strom auszuführen, was aufgrund der hierdurch erzeugten relativ hohen Verlustleistung nachteilig ist.

Es kann versucht werden, die Vorteile beider Systeme, d. h. U-Umrichter und Parallel­ schwingkreis zu verbinden. Dabei ist die Ofenspule parallel zu kompensieren und der hierdurch gebildete Parallelschwingkreis ist durch spezielle Drosseln vom Wechsel­ richter zu entkoppeln.

Fig. 4 zeigt eine derartige Ausbildung. Es ist ein U-Umrichter (Zwischenkreisumrichter) mit Gleichrichter 2, Gleichspannungszwischenkreis 3 und Wechselrichter 5 gezeigt, wobei der Gleichrichter 2 an ein Drehstromnetz 1 angeschlossen ist. Der Zwischen­ kreiskondensator ist mit Ziffer 4 bezeichnet. Der Wechselrichter 5 des U-Umrichters speist einen aus einer Ofenspule 6 und zwei Kondensatoren 7a, 7b bestehenden Par­ allelschwingkreis. Der erste wechselseitige Anschluß des Wechselrichter 5 ist über eine Drossel 8b mit dem Kondensator 7b und dem ersten Anschluß der Spule 6 verbunden. Der zweite wechselseitige Anschluß des Wechselrichters 5 liegt über einer Drossel 8a am gemeinsamen Verbindungspunkt beider Kondensatoren 7a, 7b. Der freie Anschluß des Kondensators 7a ist mit dem zweiten Anschluß der Spule 6 verbunden. Über das Verhältnis der beiden Kondensatoren 7a, 7b zueinander kann die Ofenspannung an die Umrichterspannung angepaßt werden. Nachteilig bei dieser Konfiguration ist die Viel­ zahl der erforderlichen Baukomponenten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsofen mit Umrichter und Par­ allelschwingkreis der eingangs genannten Art mit vereinfachtem Aufbau anzugeben.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eigene spezielle Drosseln zur Strombegrenzung entfallen. Die Strombegrenzungsfunktion wird von der Ofenspule mit übernommen. Des weiteren gestaltet sich der Aufbau des Kon­ densators einfach, d. h. es genügt ein einziger Kondensator an Stelle einer Serien­ schaltung von zwei Kondensatoren. Schließlich sind die Gesamtverluste im Vergleich zu bekannten Anordnungen reduziert.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Es ist ein U-Umrichter (Zwischen­ kreisumrichter) mit Gleichrichter 2, Gleichspannungszwischenkreis 3 und Wechselrich­ ter 5 gezeigt, wobei der Gleichrichter 2 an ein Drehstromnetz 1 angeschlossen ist. Der Zwischenkreiskondensator ist mit Ziffer 4 bezeichnet. Der Wechselrichter 5 des U- Umrichters speist einen aus einer Ofenspule und einem Kondensator 7 bestehenden Parallelschwingkreis. Dabei ist die Ofenspule erfindungsgemäß aus einem ersten Spu­ lenabschnitt 6a und einem zweiten Spulenabschnitt 6b aufgebaut, wobei beide Spulen­ abschnitte 6a, 6b miteinander verbunden sind und der Kondensator 7 parallel zur Rei­ henschaltung dieser beider Spulenabschnitte 6a, 6b angeordnet ist. Der erste wechsel­ seitige Anschluß des Wechselrichter 5 ist mit dem Kondensator 7 und dem freien An­ schluß des Spulenabschnitts 6a verbunden. Der zweite wechselseitige Anschluß des Wechselrichters 5 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt beider Spulenabschnitte 6a, 6b.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Unterschiedlich zur ersten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 ist es, daß der zweite wechselseitige Anschluß des Wechsel­ richter 5 mit dem Kondensator 7 und dem freien Anschluß des Spulenabschnitts 6b verbunden ist, während der erste wechselseitige Anschluß des Wechselrichters 5 am gemeinsamen Verbindungspunkt beider Spulenabschnitte 6a, 6b liegt. Die weitere Ausgestaltung ist unverändert zur Fig. 1.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt. Dabei ist die Ofenspule erfindungsge­ mäß aus einem ersten Spulenabschnitt 6a, einem zweiten Spulenabschnitt 6b und ei­ nem dritten Spulenabschnitt 6c aufgebaut, wobei die Spulenabschnitte 6a, 6b, 6c seriell miteinander verbunden sind und der Kondensator 7 parallel zur Reihenschaltung dieser drei Spulenabschnitte angeordnet ist. Der erste wechselseitige Anschluß des Wechsel­ richter 5 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt der Spulenabschnitte 6a, 6b. Der zweite wechselseitige Anschluß des Wechselrichters 5 liegt am gemeinsamen Verbin­ dungspunkt der Spulenabschnitte 6b, 6c.

Die Spannung des Parallelschwingkreises wird vom U-Umrichter gesteuert, der Strom bildet sich lastabhängig aus. Um den Induktionsofen mit Leistung zu beaufschlagen, wird über die Halbleiterventile des Wechselrichters 5 abwechselnd die feste Gleich­ spannung des Gleichspannungszwischenkreises 3 auf die Ofenspule geschaltet. Die Induktivität der Ofenspule verhindert einen schnellen Stromanstieg und wirkt damit als Stromanstiegsbegrenzungsdrossel. Am beaufschlagten Spulenabschnitt wirkt damit eine rechteckförmige Spannung. Im Parallelschwingkreis selbst fließt ein annähernd sinusförmiger Strom, der vom Strom aus dem Wechselrichter 5 des Umrichters überla­ gert wird. Spannung und Leistung werden über die Einschaltdauer der Halbleiterventile der Wechselrichterdiagonalen eingestellt. Als Halbleiterventile des Wechselrichters 5 dienen ein- und ausschaltbare Ventile.

Claims (3)

1. Induktionsofen mit einem von einem Wechselrichter (5) gespeisten Paral­ lelschwingkreis, bestehend aus einer Ofenspule und einem Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenspule mindestens in einen ersten Spulenabschnitt (6a) und einen zweiten Spulenabschnitt (6b) unterteilt ist, wobei der Kondensator (7) parallel zur Reihenschaltung der Spulenabschnitte (6a, 6b) angeschlossen ist und der Wech­ selrichter (5) mit seinen beiden Anschlüssen an den Klemmen eines Spulenabschnittes (6a, 6b) liegt.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofen­ spule in drei in Serie geschaltete Spulenabschnitte (6a, 6b, 6c) unterteilt ist und der Wechselrichter (5) mit seinen beiden Anschlüssen an den Klemmen des mittleren Spu­ lenabschnittes (6b) liegt.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (5) Teil eines U-Umrichters ist.