DE4432279C1

DE4432279C1 - Regulatable current supply unit for a high-temp. furnace

Info

Publication number: DE4432279C1
Application number: DE19944432279
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl Ing Senicar
Original assignee: HERMES ELECTRONIC GmbH
Current assignee: HERMES ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-09-10

Abstract

The regulatable current supply unit for a high-temperature furnace comprises heating resistors (1, 2) with a strongly positive temperature coefficient, a supply transformer (6) whose secondary and primary sides (3, 4) are joined respectively to the heating resistors (1, 2) and the alternating current supply, and a switching unit (7) for the supply transformer. The voltage on the secondary side (3) of the supply transformer at high temperatures of the resistors (1, 2) is set higher than at low temperatures, approximately in accordance with the resistance values of these resistors. The supply transformer (6) is constituted as a stray field transformer whose primary side (4) is provided with a constant supply voltage, so that its secondary side (3) at the heating resistors (1, 2) is supplied with a rising voltage in the case of rising resistance values of these resistors.

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Stromversorgungseinheit für einen Hochtempe raturofen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des einzigen Patentanspruchs.The invention relates to a controllable power supply unit for a high temperature raturofen with the features of the preamble of the only claim.

Hochtemperaturöfen der in Rede stehenden Art werden in verschiedenen Anwen dungsfeldern eingesetzt, sie erreichen Temperaturen bis zu mehr als 2000 K. Ein be sonderes Anmeldungsfeld für derartige Hochtemperaturöfen, auch als elektrothermi sche Öfen bezeichnet, sind die Schmelzöfen für dentale Zwecke. Eine Schmelz- und Druckgießeinrichtung für dentale Zwecke zeigt der Stand der Technik (DE 34 47 672 C2).High temperature furnaces of the type in question are used in different applications application fields, they reach temperatures up to more than 2000 K. A be Special registration field for such high-temperature furnaces, also as electrothermal called ovens, are the melting furnaces for dental purposes. A melting and Die casting device for dental purposes shows the prior art (DE 34 47 672 C2).

Ein dementsprechend einzusetzender Hochtemperaturofen bedarf einer Stromversor gungseinheit, in anderen Worten einer Speisestromquelle. Die bekannte regelbare Stromversorgungseinheit, von der die Erfindung ausgeht (DE 42 00 329 A1), ist den Besonderheiten der eingesetzten Heizwiderstände mit stark positivem Temperaturko effizienten angepaßt. Derartige Heizwiderstände bestehen beispielsweise aus Molyb dändisilizid oder dergleichen. Sie sind beispielsweise unter der Bezeichnung "Kanthal Super" im Handel. Ein solcher Heizwiderstand entwickelt bei gleicher Betriebsspan nung und niedriger Temperatur eine große Leistung, so daß der Hochtemperaturofen schnell auf Betriebstemperatur kommt. Bei steigender Temperatur sinkt die Heizlei stung des Heizwiderstandes, so daß die Gefahr einer Überhitzung des Hochtempera turofens begrenzt ist. Diese Funktion mit stark positivem Temperaturkoeffizienten bedeutet hohe Stromstärken während der Aufheizphase des Hochtemperaturofens bis zur Betriebstemperatur. In typischer Weise erhöht sich der elektrische Widerstand der Heizwiderstände zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur um den Fak tor 8-15, häufig um den Faktor 10.A high-temperature furnace to be used accordingly requires a power supply supply unit, in other words a power source. The well-known adjustable Power supply unit from which the invention is based (DE 42 00 329 A1) is the Special features of the heating resistors used with a strongly positive temperature co adapted efficiently. Such heating resistors consist for example of molyb dändisilizid or the like. For example, they are called "Kanthal Super "in the trade. Such a heating resistor develops with the same operating voltage voltage and low temperature a great performance, so that the high temperature furnace quickly reaches operating temperature. As the temperature rises, the heating element decreases Stung the heating resistor, so that the risk of overheating the high temperature turofens is limited. This function with a strongly positive temperature coefficient means high currents during the heating phase of the high temperature furnace up to the operating temperature. The electrical resistance typically increases the heating resistors between room temperature and operating temperature by a factor of gate 8-15, often by a factor of 10.

Die Stromversorgungseinheit muß mit einer bestimmten Regelung berücksichtigen, daß bei niedrigen Temperaturen die Versorgungsspannung der Heizwiderstände redu ziert wird, damit eine maximal zulässige Stromdichte nicht überschritten wird.The power supply unit must take into account with a certain regulation, that at low temperatures the supply voltage of the heating resistors redu is decorated so that a maximum permissible current density is not exceeded.

Bei der zuvor erläuterten regelbaren Stromversorgungseinheit, von der die Erfin dung ausgeht, wird für die Regelung mit einem Thyristorsteller gearbeitet. Ein solcher Thyristorsteller arbeitet in Phasenanschnittschaltung, d. h. der Speisetransformator wird primärseitig mit phasenangeschnittener Wechselspannung gespeist. Mit steigen der Betriebstemperatur, die im Regelkreis an den Thyristorsteller zurückgeführt wird, wird der Phasenanschnitt zurückgenommen, so daß die Spannung an der Sekundär seite des Speisetransformators wunschgemäß steigt.In the previously explained controllable power supply unit, of which the Erfin is going out, a thyristor controller is used for the control. Such a Thyristor controller works in phase control circuit, d. H. the feed transformer is fed on the primary side with phase-cut alternating voltage. Rise with the operating temperature which is fed back to the thyristor controller in the control loop, the leading edge is withdrawn, so that the voltage on the secondary side of the feed transformer rises as desired.

Für sich bekannt ist ein Regler für Elektroöfen (DE-AS 12 11 731), bei dem ein Spei setransformator vorgesehen ist und am Bogenwiderstand geregelt wird. Hier werden die verketteten Spannungen mehrerer Phasen ausgenutzt, nämlich dadurch, daß die verketteten Spannungen des Hilfsnetzes linear als Funktion mit konstanter negativer Steigung in Abhängigkeit von den Spannungen des den Ofen versorgenden Strom netzes schwanken. Dadurch soll erreicht werden, daß bei symmetrischer Ofenbela stung und variabler Netzspannung die Wirklast reguliert ist und bei konstanter Netz spannung und variabler Ofenlast eine Regulierung mit konstanter Bogenimpedanz erfolgt.Known for itself is a controller for electric ovens (DE-AS 12 11 731), in which a Spei setransformator is provided and is regulated at the arc resistance. Be here the linked voltages of several phases are used, namely in that the chained voltages of the auxiliary network linear as a function with constant negative Slope depending on the voltages of the current supplying the furnace fluctuate network. This is to ensure that with symmetrical furnace cover power and variable mains voltage the active load is regulated and with a constant mains voltage and variable furnace load regulation with constant arc impedance he follows.

Thyristorsteller für die kontinuierliche Spannungsregelung von Hochtemperaturöfen sind insbesondere aus dem Gebiet der Lichtbogenöfen im industriellen Bereich be kannt, dort sind die Kosten robuster Thyristorsteller auch ohne weiteres in den Ko sten der Hochtemperaturöfen unterzubringen. Bei Hochtemperaturöfen kleinerer Bauart, insbesondere für die Anwendung im Dentalbereich hingegen schlägt der Thyristorsteller als Steuerungseinrichtung kostenmäßig erheblich zubuche.Thyristor controller for the continuous voltage regulation of high temperature furnaces are particularly from the field of arc furnaces in the industrial area knows, there the costs of robust thyristor controllers are easily in the knockout most of the high-temperature furnaces. Smaller in high temperature furnaces Design, in particular for use in the dental field, however, suggests Thyristor controller as a control device costs considerably.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs erläu terten regelbaren Stromversorgungseinheit eine regelbare Stromversorgungseinheit für einen Hochtemperaturofen anzugeben, die kostengünstiger herzustellen ist, näm lich auf einen aufwendigen Thyristorsteller für die kontinuierliche Spannungsrege lung verzichten kann.The invention is based on the object, starting from the description initially ter adjustable power supply unit a controllable power supply unit to specify for a high-temperature furnace, which is cheaper to manufacture, näm Lich on a complex thyristor controller for continuous voltage rain lung can do without.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer regelbaren Stromversorgungseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des einzigen Patentanspruchs gelöst. Durch den Einsatz eines Streufeldtransformators als Speisetransformator anstatt eines klassischen Transformators kann auf einen Thyri storsteller komplett verzichtet werden. Es reicht eine normale Ein-/Aus-Schaltung als Schalteinheit für den Speisetransformator aus, so daß dieser primärseitig mit ungefähr konstanter Versorgungsspannung versorgt wird. The task outlined above is included in a controllable power supply unit the characteristics of the generic term by the characteristics of the characterizing part of the solved only claim. By using a stray field transformer as Feed transformer instead of a classic transformer can be on a thyri store manufacturers are completely dispensed with. A normal on / off circuit is sufficient Switching unit for the feed transformer, so that this is approximately on the primary side constant supply voltage is supplied.

Bei einem Streufeldtransformator handelt es sich um einen normalen Transformator, bei dem jedoch die Sekundärwicklung von der Primärwicklung so weit entfernt bzw. so weit abgeschirmt ist, daß eine Großteil der Feldlinien, die von der Primärwicklung erzeugt werden, nicht durch die Sekundärwicklung verlaufen. Hat ein Transformator eine starke Streuung, so hat er gleichzeitig eine starke Stromempfindlichkeit der Se kundärspannung. Bei Zunahme des sekundärseitig fließenden Stroms, also letztlich der Belastung auf der Sekundärseite, sinkt die sekundärseitige Spannung ab. Das er gibt eine Strombegrenzungsfunktion auf der Sekundärseite.A stray field transformer is a normal transformer, where, however, the secondary winding is so far away from the primary winding or is shielded so far that a large part of the field lines by the primary winding generated, do not run through the secondary winding. Has a transformer a strong spread, so he has a strong current sensitivity of the Se secondary tension. When the current flowing on the secondary side increases, in the end of the load on the secondary side, the voltage on the secondary side drops. That he gives a current limiting function on the secondary side.

Nach den zuvor gegebenen Erläuterungen hat ein Streufeldtransformator eine hohe sekundärseitige Spannung bei hohem Widerstand der sekundärseitig angeschlosse nen Heizwiderstände, bei starker Belastung auf der Sekundärseite, also niedrigem Widerstand der Heizwiderstände, jedoch einen relativ starken Spannungsabfall, so daß in dieser Phase der sekundärseitige Strom entsprechend begrenzt ist. Man kann bei einem Streufeldtransformator mit einem sogenannten Streujoch die sekundärsei tige Stromstärke einstellen, indem man das Streujoch verstellt.According to the explanations given above, a stray field transformer has a high secondary side voltage with high resistance of the secondary side connected heating resistors, with heavy load on the secondary side, i.e. low Resistance of the heating resistors, but a relatively strong voltage drop, see above that in this phase the secondary current is limited accordingly. One can in a stray field transformer with a so-called stray yoke, the secondary egg Set the current level by adjusting the spreading yoke.

Streufeldtransformatoren sind an sich als Steuertransformatoren für Leuchtstoffröh ren bekannt. Dort wird die hohe Leerlaufspannung an der Sekundärseite als Zünd spannung ausgenutzt, die dann im Betrieb der niedrigen Betriebsspannung mit ent sprechend begrenztem Betriebsstrom weicht. Erfindungsgemäß wird der Streufeld transformator im vorliegenden Anwendungsfeld der Hochtemperaturöfen unter um gekehrter Ausnutzung seiner Charakteristik eingesetzt. Hier wird Gebrauch davon gemacht, daß der Streufeldtransformator beim Anlaufen, also dem Aufheizen des Hochtemperaturofens, eine sekundärseitige Strombegrenzung realisiert und bei Errei chen der Betriebstemperatur und der dann hohen Widerstandswerte der Heizwider stände eine der Leerlaufspannung nahe, hohe Spannung sekundärseitig zur Verfü gung stellt.Stray field transformers are per se as control transformers for fluorescent tubes ren known. There the high open circuit voltage on the secondary side is the ignition exploited voltage, which then during operation of the low operating voltage with ent accordingly limited operating current gives way. According to the stray field transformer in the present application field of high-temperature furnaces under um reversed use of its characteristics. This is used here made that the stray field transformer when starting, that is, heating the High-temperature furnace, secondary current limitation implemented and when Errei Chen the operating temperature and then the high resistance values of the heating resistor would be close to the open circuit voltage, high voltage available on the secondary side supply.

Überraschenderweise gelingt also durch diese Ausnutzung der Charakteristik eines Streufeldtransformator der Ersatz der bisherigen aufwendigen Thyristorsteller bei Hochtemperaturöfen, ohne daß damit wirtschaftlich zusätzlicher Aufwand verbunden wäre. Bei richtiger Wahl der Parameter hat ein Streufeldtransformator selbst sekun därseitig genau die Charakteristik, die zur Strombegrenzung der Heizwiderstände bei kaltem Hochtemperaturofen und zur ausreichenden Heizleistung der Heizwider stände mit positiven Temperaturkoeffizienten bei Betriebstemperatur des Hochtemperaturofens führt.Surprisingly, this exploitation of the characteristic enables one Stray field transformer to replace the previous expensive thyristor controller High-temperature furnaces without any additional cost would. If the parameters are selected correctly, a stray field transformer itself has seconds exactly the characteristic that contributes to the current limitation of the heating resistors cold high-temperature furnace and for sufficient heating power of the heating resistor stands with positive temperature coefficients at operating temperature of the high temperature furnace.

Anhand der Zeichnung darf die erfindungsgemäßige Stromversorgungseinheit noch mals kurz erläutert werden. In Fig. 2 der Zeichnung zeigt das schematische Schaltbild oben eine Stromversorgungseinheit des Standes der Technik mit einem Thyristorstel ler in Phasenanschnittsschaltung als Schalteinheit 7, jedoch mit einem ganz normalen, auf möglichst enge Kopplung angelegten Transformator 6, der also ein möglichst ge ringes Streufeld hat. Das ist logisch, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu er zielen.The power supply unit according to the invention may be briefly explained again with the aid of the drawing. In Fig. 2 of the drawing, the schematic circuit diagram above shows a power supply unit of the prior art with a thyristor actuator in phase control circuit as a switching unit 7 , but with a normal transformer 6 , which is designed for the closest possible coupling, and which therefore has a stray field that is as small as possible. This is logical in order to achieve the highest possible efficiency.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 die erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit mit zwei Heizwiderständen 1, 2 mit stark positivem Temperaturkoeffizienten, mit einem mit der Sekundärseite 3 an die Heizwiderstände 1, 2, und mit der Primärseite 4 an eine Wechselspannungsversorgung angeschlossenen Speisetransformator 6 und mit einer an der Primärseite 4 des Speisetransformators 6 angeschlossenen Schalteinheit 7 für den Speisetransformator 6, wobei die Spannung an der Sekundär seite 3 des Speisetransformators 6 bei hoher Temperatur der Heizwiderstände 1, 2 etwa entsprechend dem Widerstand der Heizwiderstände 1, 2 höher geregelt ist, als bei niedriger Temperatur der Heizwiderstände 1, 2.The drawing shows in Fig. 1 the power supply unit according to the invention with two heating resistors 1 , 2 with a strongly positive temperature coefficient, with one with the secondary side 3 to the heating resistors 1 , 2 , and with the primary side 4 connected to an AC voltage supply 6 and with one to the Primary side 4 of the feed transformer 6 connected switching unit 7 for the feed transformer 6 , the voltage on the secondary side 3 of the feed transformer 6 being regulated higher at a high temperature of the heating resistors 1 , 2 approximately according to the resistance of the heating resistors 1 , 2 than at a low temperature Heating resistors 1 , 2 .

Zeichnerisch nicht darstellbar, jedoch hier realisiert ist, daß der Speisetransformator 6 als Streufeldtransformator ausgeführt ist. Damit ist die Kopplung zwischen Sekundär seite 3 und Primärseite 4 des Speisetransformators 6 wesentlich loser als im Stand der Technik, man hat also einen geringeren Wirkungsgrad des Speisetransformators 6. Damit erzielt man aber den Effekt, daß an der Sekundärseite 3 an den Heizwiderstän den 1, 2 bei steigendem Widerstand der Heizwiderstände 1, 2 eine entsprechend an steigende Spannung anliegt. Dabei ist vorauszusetzen, daß an der Primärseite 4 des Speisetransformators 6 eine jedenfalls im wesentlichen konstante Versorgungsspan nung liegt. Die Schalteinheit 7 ist hier ein einfacher Ein-/Aus-Schalter, auf den im Stand der Technik erforderlichen aufwendigen und in einen aufwendigen Regelkreis einbezogenen Thyristorsteller kann verzichtet werden. Bei richtiger Wahl der Para meter (beispielsweise richtiger Einstellung des Streujochs) des Speisetransformators 6, der als Streufeldtransformator ausgeführt ist, hat der Speisetransformator 6 an der Se kundärseite 3 genau die gewünschte Spannungs-/Strom-Charakteristik für die Heizwiderstände 1, 2 mit stark positivem Temperaturkoeffizienten, die die Beheizung des Hochtemperaturofens bewirken. Man hat die gewünschte Strombegrenzung durch sinkende sekundärseitige Spannung beim Aufheizen des Hochtemperaturofens und die hohe sekundärseitige Spannung, beispielsweise 24 V Wechselspannung, bei Erreichen der Betriebstemperatur des Hochtemperaturofens.Not shown in the drawing, but here it is realized that the feed transformer 6 is designed as a stray field transformer. So that the coupling between the secondary side 3 and primary side 4 of the feed transformer 6 is much looser than in the prior art, so you have a lower efficiency of the feed transformer. 6 However, this achieves the effect that on the secondary side 3 of the heating resistors 1 , 2 with increasing resistance of the heating resistors 1 , 2 there is a correspondingly increasing voltage. It must be assumed that there is an essentially constant supply voltage on the primary side 4 of the feed transformer 6 . The switching unit 7 is here a simple on / off switch, the elaborate thyristor controller required in the prior art and included in an elaborate control circuit can be dispensed with. With the correct choice of the parameters (for example, correct setting of the scattering yoke) of the feed transformer 6 , which is designed as a stray field transformer, the feed transformer 6 on the secondary side 3 has exactly the desired voltage / current characteristic for the heating resistors 1 , 2 with a strongly positive one Temperature coefficients that heat the high temperature furnace. One has the desired current limitation due to falling secondary-side voltage when the high-temperature furnace heats up and the high secondary-side voltage, for example 24 V AC, when the operating temperature of the high-temperature furnace is reached.

Claims

Controllable power supply unit for a high temperature furnace with Heizwider stands (1, 2) with a strong positive temperature coefficient with a därseite with the seconding (3) to the heating resistors (1, 2) and to the primary side (4) to an AC power supply connected to supply transformer (6 ) and with a switching unit ( 7 ) for the feed transformer ( 6 ) connected to the primary side ( 4 ) of the feed transformer ( 6 ), the voltage on the secondary side ( 3 ) of the feed transformer ( 6 ) at high temperature of the heating resistors ( 1 , 2 ) approximately accordingly the resistance of the heating resistors ( 1 , 2 ) is regulated higher than at a low temperature of the heating resistors ( 1 , 2 ), characterized in that the feed transformer ( 6 ) is designed as a stray field transformer on the primary side ( 4th ) is at a constant supply voltage and thus on the secondary side ( 3 ) at the heating resistors ( 1 , 2 ) with increasing Resistance of the heating resistors ( 1 , 2 ) provides a correspondingly increasing voltage.