DE3220142C2

DE3220142C2 - Einrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken, insbesondere Rohren oder Stangen, mit mehreren Induktoren

Info

Publication number: DE3220142C2
Application number: DE19823220142
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 5632 Wermelskirchen Matthes
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DE3220142A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken, insbesondere Rohren. Zur Erwärmung sind mehrere Induktoren vorgesehen, die Teile von Einzelschwingkreisen sind, die von einem gemeinsamen Umrichter mit Strom versorgt werden. Die Stromversorgung zu jedem einzelnen Induktor kann entsprechend der festgestellten Temperatur abgeschaltet werden, wobei die Mittelfrequenzspannung des Umrichters entsprechend der erwarteten verminderten Leistungsaufnahme vermindert wird bzw. der Umrichter abgeschaltet wird. Bei der Zuschaltung der einzelnen Induktoren ist eine vorherige Abschaltung des Umrichters ebenfalls erforderlich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken, insbesondere Rohren oder Stangen, mit mehreren Induktoren, die mit Kondensatoren mehrere von einer gemeinsamen Wechselstromquelle gespeiste Einzelschwingkreise bilden, deren Stromversorgung von einer Sollwertabweichung der Werkstücktemperatur einzeln und/oder gruppenweise ein- oder ausschaltbar sind, wobei die Regeleinrichtung das Einschalten der Stromversorgung eines oder mehrerer Einzelschwingkreise nur dann vornimmt, wenn die Spannung der Wechselstromquelle zumindest für den Schaltaugenblick verschwindet

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-OS 29? 4 277) wird die Wechselstromquelle von einem Dreiphasennetz gebildet, an dessen Phasen die Irdukjoren getrennt voneinander angeschlossen sind. Zur Begrenzung des Ein- und Ausschaltstromes erfolgt das Ein- und Ausschalten der einzelnen Induktoren vorzugsweise im Augenblick des Null-Durchganges der Spannung der entsprechenden Phase. Da entsprechend der Erwärmung des Werkstückes einzelne Induktoren ausgeschaltet werden können, ergibt sich für das Dreiphasennetz eine unsymmetrische Belastung.

Eine solche unsymmetrische Belastung tritt jedoch dann nicht auf, wenn, wie aus der Praxis bekannt, jedem Induktor ein eigener Generator zugeordnet ist. Eine solche Einrichtung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Leistungszufuhr nicht nur durch Abschalten der Induktoren, sondern auch über den Generator zu regeln. Bei einer solchen Einrichtung wird jedoch der höhere Einrichtungsaufwand in Kauf genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der bei guter Regelbarkeit der Leistungszufuhr zu den Induktoren schädliche Auswirkungen durch das Ein- und Ausschalten der Induktoren nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wechselstromquelle ein gesteuerter Parallel-Schwingkreis-Umrichter ist, dessen Gleichrichterventile dann von der eine Vorrichtung zur Einstellung des Steuerwinkels der Gleichrichterventile enthaltenden Regeleinrichtung in den Sperrzustand steuerbar sind, wenn ein Einzelschwingkreis zugeschaltet oder der letzte in Betrieb befindliche Einzelschwingkreis abgeschaltet werden soll, hingegen dann lediglich auf verminderte Aussgangsspannung der Wechselstromquelle steuerbar sind, wenn einer der eingeschalteten Einzelschwingkreise abgeschaltet werden soll, wobei die verminderte Ausgangsspannung annähernd der nach Abschalten des Einzelschwingkreises zu erwartenden verminderten Leistungfabgabe der Wechselstromquelle entspricht.

Der Einsatz eines Parallel-Schwingkreis-Umrichters gewährleistet neben einer komfortablen Regelung der Leistungszufuhr auch, daß bei einem speisenden Dreiphasennetz das Netz nicht unsymmetrisch belastet wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird auch verhindert, daß sich das Ein- und Ausschalten der einzelnen Induktoren schädlich auf den Parallel-Schwingkreis-Umrichter, z. B. in Form von Überspannungen oder durch Kippung auswirkt.

Vorzugsweise haben die parallelgeschalteten Einzelschwingkreise solche Induktivitäts-und Kapazitätswerte, daß die resultierende Resonanzfrequenz der Einzelschwingkreise unabhängig von der Zahl der zugeschalteten Schwingkreise ist. Für die Ausbildung der Einzelschwingkreise bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Sofern die Einzelschwingkreise aus einer Parallelschaltung aus Kondensator und Induktor bestehen, die insgesamt vom Umrichter trennbar sind, braucht beim Abschalten einzelner Schwingkreise der Umrichter nur in seiner Leistungsabgabe vermindert zu werden. Nur wenn alle Schwingkreise abgeschaltet werden sollen, ist es erforderlich, vorher den Induktor auf die Leistungsabgabe Null zu fahren. Sofern jedoch am Umrichterausgang zusätzlich eine Kondensatorbatterie angeschlossen ist, die beim Abtrennen der Schwingkreise nicht abtrennbar ist, ist es erforderlich, vor dem Ab- und Zu-

schalten einzelner und aller Schwingkreise den Umrichter abzuschalten. Für die Belastung des Umrichters ist es besonders günstig, wenn den Induktoren eine Batterie aus Kondensatoren zugeordnet ist, von denen mindestens ein Teil in Abhängigkeit von den zu- oder abzuschaltenden Induktoren durch eine Auswahleinrichtung einzeln oder gruppenweise derart ab- oder zuschaltbar ist, daß die resultierende Resonanzfrequenz und die resultierende Impedanz der parallel geschalteten EL izelschwingkreise annährend gleich bleiben.

Die Schulter zur Unterbrechung der Stromversorgung der Schwingkreise können anti-parailelgeschaltete Thyristoren sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Schaltungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung speist ein drehstromgespeister Umrichter U für eine Mittelfrequenzspannung mehrere parallelgeschaltete Schwingkreise, die jeweils aus einer Parallelschaltung eines Kondensators Ci, C₂, C_n und eines Induktors L₁, L₂, L_n bestehen. In der Stromversorgungsleitung eines jeden Schwingkreises Ci, L_u C₂, L₂, C_n, L_n ist ein elektronischer Schalter Si, S₂, S_n angeordnet. Die Induktoren Li, L₂, L_n sind als Ringspulen ausgebildet und umschließen ein zu erwärmendes, stabförmiges Werkstück W.

Jedem Induktor L\, L₂, L_n ist ein Temperaturfühler Fu F₂, F_n für die Werkstücktemperatur im Bereich des jeweiligen Induktors zugeordnet. Die Temperaturfühler F\, F₂, F_n liefern die Isttemperatur an eine Vergleichsstufe V, der auch die Sollwerte von Einstellgliedern Gt. G₂, G_n zugeführt werden. Bei einer Soll-Istwertabweichupg liefert die Vergleichsstufe V ein Stellsignal an ein Entscheidungsglied E, das eine Einrichtung GWzur Einstellung des Gleichrichter-Steuerwinkels ansteuert. Der Einrichtung GWwird zur Kontrolle die Mittelfrequenzspannung des Umrichters Uzugeführt.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet auf folgende Weise:

Nach Schließen der Schalter Si, S₂, S_n wird der Umrichter U eingeschaltet, so daß die Erwärmung des Werkstückes W beginnt Sobald die von einem Temperaturfühler Fi festgestellte Temperatur mit der am Einstellglied Gi eingestellten Solltemperatur übereinstimmt, gibt die Vergleichsstufe Vein Stellsignal an das Entscheidungsglied £ab, das feststellt, ob nach Abschaltung des Induktors L\ mindestens noch ein Induktor L₂, L_n eingeschaltet ist Sofern das der Fall ist, gibt das Entscheidunsglied fan die Einrichtung GW zur Einstellung

ίο des Gleichrichter-Steuerwinkels ein Stellsignal zur Verminderung der Mittelfrequenzspannung des Umrichters U, die der erwarteten verminderten Leistungsaufnahme infolge Abschaltung des Induktors L\ entspricht Sobald die Mittelfrequenzspannung entsprechend vermindert ist gibt das Entscheidungsglied fein Stellsignal an den Schalter Si, der die Stromzufuhr zum Schwingkreis Ci, L] unterbricht

Sollte dagegen das Entscheidungsglied E feststellen, daß nach Unterbrechung der Stromzufuhr zum Schwingkreis Li, Ci kein weiterer Schwingkreis mehr am Umrichter U angeschlossen ist, wird die Mittelfrequenzspannung nicht weiter erniedrigt, sondern der Umrichter U abgeschaltet Die Abschaltung des Umrichters t/ ist auch jedesmal erforderlich, wenn ein weiterer Schwingkreis zugeschaltet wird.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 stimmt im wesentlichen mit dem der Fig. 1 überein. Unterschiedlich ist lediglich, daß am Umrichter U eine Kondensatorbatterie Ck, Cu, Ci2, Ci_n angeschlossen ist, die zu den mit den Schaltern Si, S₂, S_n einzeln abschaltbaren Induktoren Lu L₂, L_n parallel liegt und von der die Kondensatoren Cu, Ci2, Ci_n mittels zusätzlicher Schalter einzeln abschaltbar sind. Die Auswahl der zu- oder abschaltbaren Kondensatoren bestimmt eine von dem Entscheidungsglied E angesteuerte Auswahleinrichtung E_c derart, daß unter Berücksichtigung des oder der zugeschalteten oder abgeschalteten Induktoren Li, L₂, L_n die resultierende Resonanzfrequenz und die resultierende Impedanz der Parallelschwingkreise im wesentlichen gleich bleiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken, insbesondere Rohren oder Stangen, mit mehreren Induktoren, die mit Kondensatoren mehrere von einer gemeinsamen Wechselstromquelle gespeiste Einzelschwingkreise bilden, deren Stromversorgung mittels einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit von einer Sollwertabweichung der Werkstücktemperatur einzeln und/oder gruppenweise ein- oder ausschaltbar ist, wobei die Regeleinrichtung das Einschalten der Stromversorgung eines oder mehrerer Einzelschwingkreise nur dann vornimmt, wenn die Spannung der Wechselstromquelle zumindest für den Schaltaugenblick verschwindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle ein gesteuerter Parallel-Schwingkreis-Umrichter (U) ist, dessen Gleichrichterventile dann von der eine Vorrichtung (GW)zur Einstellung des Steuerwinkels der Gleichrichterventile enthaltenden Regeleinrichtung (V, E, W) in den Sperrzustand steuerbar sind, wenn ein Einzelschwingkreis (L_x, C_x; ... L_n, C_n) zugeschaltet oder der letzte in Betrieb befindliche Einzelschwingkreis abgeschaltet werden soll, hingegen dann lediglich auf verminderte Ausgangsspannung der Wechselstromquelle steuerbar sind, wenn einer der eingeschalteten Einzelschwingkreise abgeschaltet werden soll, wobei die verminderte Ausgangsspannung annährend der nach Abschalten des Einzelschwingkreises zu erwartenden verminderten Leistungsabgabe der Wechselstromquelle entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelgeschalteten Einzel-Schwingkreise solche Induktivitäts- und Kapazitätswerte haben, daß die resultierende Resonanzfrequenz der Einzelschwingkreise unabhängig von der Zahl der zugeschalteten Schwingkreise ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Induktoren (L_x, L2, L_n) eine Batterie aus Kondensatoren (Ck, G, Ck, Cu, Cn, Q_n) zugeordnet ist, von denen mindestens ein Teil in Abhängigkeit von den zu- oder abzuschaltenden Induktoren (L_x, Li, L_n) durch eine Auswahleinrichtung (E_c) einzeln oder gruppenweise derart ab- oder zuschaltbar ist, daß die resultierende Resonanzfrequenz und die resultierende Impedanz der parallel geschalteten Einzelschwingkreise (L_x, L2, L_n, Ck, Ck, Ck, Cu, Cn, (^annähernd gleich bleiben.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (Si, 52, S_n) zur Unterbrechung der Stromversorgung der Schwingkreise anti-parallelgeschaltete Thyristoren sind.