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Zwei- oder mehrphasiger kernloser Induktionsofen Die Erfindung bezieht
sich auf einen zwei-oder mehrphasigen kernlosen Induktionsofen und bezweckt eine
weitere Vervollkommnung eines solchen Ofens in bezug auf die Regelbarkeit der Erhitzung
des Ofengutes und der Badbewegung. Es sind bereits kernlose Induktionsöfen bekanntgeworden,
die beispielsweise mit einer einzigen Primärspule ausgerüstet sind, die von einem
Einphasenwechselstromnetz gespeist wird. Andererseits sind weiterhin auch kernlose
Induktionsöfen mit drei Primärspulen bekannt. Diese drei Spulen sind in Dreieck
geschaltet und werden von einem Drehstromnetz gespeist.
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Es ist auch fernerhin ein Induktionsofen bekanntgeworden, der von
einem Einphasennetz gespeist wird und dessen Primärwicklung geteilt und die dabei
entstehenden Teile mit Anzapfungen versehen sind. Bei diesem Ofen kann ein Verändern
der Stromstärke in beiden Teilspulen vorgenommen werden.
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Weiterhin zeigt eine bekannte Ofenanordnung einen dreiphasigen Anschluß
und einen Transformator in Scott-Schaltung. Die einzelnen
Phasen,
d. h. zum Beispiel die Spannung der, Höhenwicklung und die der Basiswicklung des
Transformators werden aber dazu benutzt, verschiedene Behälter zu erhitzen.
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Es ist weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines kernlosen Induktionsofens
bereits beschrieben, der mit verschiedenen Frequenzen betrieben wird.
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Eine andere bekannteAnordnungzeigteinen Hochfrequenzindultionsofen,der
vorzugsweise mit Mehrphasenstrom betrieben wird. Dabei ist die drei- oder mehrphasige
Wicklung des Ofens so geschaltet, daß ein Wanderfeld innerhalb des flüssigen Ofengutes
entsteht. Die die einzelnen Spulen des Ofens speisenden Spannungen behalten während
des Betriebes ihre eingestellte, durch das Netz bedingte Phasenlage zueinander bei.
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Auch der weiterhin bekannte bernlose Induktionsofen, der mit Drehstrom
betrieben wird und bei dem die einzelnen Phasenspulen in mehrere Spulen unterteilt
sind, läßt nur eine Veränderung des Umlaufsinnes des Stromes bei den verschiedenen
Spulengruppen zu. Die gleichzeitig dabei auftretende Änderung der Phasenlage stellt
aber keine Regelung derselben dar.
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Bei einem anderen bekannten Induktionsofen ist eine Scottsche Schaltung
vorgesehen, die von einem Drehstromnetz gespeist wird. Die einzige den Ofen tongebende
Spule ist unterteilt, und die unterste Teilspule hat eine Anzapfung, die zu- und
abgeschaltet werden kann. Dadurch erfolgt eine Regelung der Leistungszufuhr zu dem
Ofen.
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Der charakteristische Unterschied zwischen den beiden am häufigsten
benutzten Ausführungsformen von öfen, d. h. bei Benutzung eines Einphasen- bzw.
Drehstromnetzes besteht in metallurgischer Hinsicht darin, daß sich bei dem einphasig
gespeisten Induktionsofen eine Badbewegung einstellt, die von der Achse des Ofens
nach der Peripherie der Badoberfläche gerichtet ist. Bei dem dreiphasig gespeisten
Ofen dagegen stellt sich eine umgekehrt gerichtete Baäbewegung ein, die also von
der Peripherie der Badoberfläche ausgeht und zur Ofenachse gerichtet ist.
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Die unterschiedliche Badbewegung, d. h. die Strömung des flüssigen
Ofengutes der beiden Ofenarten ist nun dadurch bedingt, daß die Vektorlagen der
die Primärspule bzw. Spulen speisenden Spannung voneinander grundsätzlich abweichen.
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Bei dem mit Einphasenstrom gespeisten Ofen ist lediglich ein einziger
Spannungs- und Stromvektor vorhanden, während bei dem dreiphasig gespeisten Induktionsofen
drei gegeneinander um je rao elektrische Grade versetzte treibende Spannungen vorliegen.
Diesen Spannungen entsprechen Ströme in den Primärspulen des Ofens und demgemäß
auch Ströme im Innern des Ofengutes, wobei das Gut als Sekundärspule aufzufassen
ist. Die im Innern des Ofengutes auftretenden Sekundärströme treten derart zueinander
und zu den das Ofengut durchsetzenden magnetischen Flüssen in Wechselwirkung, daß
sich die bereits angegebenen unterschiedlichen Strömungserscheinungen in dem flüssigen
Ofengut einstellen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, je nach der Art des
Schmelzgutes und der angestrebten Behandlungsart desselben in der Lage zu sein,
die Strömungserscheinungen im Innern des flüssigen Ofengutes willkürlich regeln
zu können.
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Nach der Erfindung wird (lies nun bei einem zwei- oder mehrphasigen
kernlosen Induktionsofen dadurch erreicht, daß die Größe der die Ofenspule speisenden
Spannungen und/oder ihre Phasenlage zueinander beliebig regelbar sind.
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Durch eine derartige Betriebsweise können die inneren Strömungserscheinungen
im Schmelzbad, insbesondere die Richtung der Badströmungen, beeinflußt werden. Besonders
anschaulich wird dies, wenn die beiden bereits erwähnten bekannten Ausführungsformen
betrachtet werden. Sind nämlich die die Ofenspulen speisenden Spannungen hinsichtlich
ihrer Vektorlage zueinander so eingeregelt, daß sich in allen Spulen Ströme gleicher
Vektorlage einstellen, so ergibt sich ein Strömungsbild, das dem einphasigen kernlosen
Induktionsofen eigen ist. Regelt man dagegen die Lage der Vektoren der speisenden
Spannungen so ein, daß diese bei einem mit drei Spulen versehenen Induktionsofen
gegeneinander um 120 elektrische Grade versetzt sind, so ergeben sich naturgemäß
unter Voraussetzung gleichartiger Ofenspulen auch drei um izo elektrische Grade
gegeneinander versetzte Primärströme. In diesem Falle stellt sich ein Strömungsbild
ein, das dem dreiphasig gespeisten bereits bekannten kernlosen Induktionsofen eigen
ist.
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Die Möglichkeit der beliebigen Regelbarkeit der einzelnen Spannungen
in den Ofenspulen bezüglich ihrer Vektorlage wird erfindungsgemäß in vorteilhafter
Weise nun dadurch erreicht, daß zur Speisung der Ofenspulen ein Scott-Transformator,
vorzugsweise in Sparschaltung vorgesehen ist, dessen eine Spule fest an der Höhenwicklung
oder an einer der Basiswicklungen liegt, während die anderen zu regelnden Spulen
einerseits an die Höhenwicklung, andererseits an eine der Basiswicklungen des Transformators
angeschlossen sind und bei dem zur Regelung der Spannungen und ihrer Phasenlage
Anzapfungen der Höhen-oder Basiswicklungen angebracht sind.
Vorteilhafterweise
wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Höhenwicklung des Transformators
über die Basiswicklung hinaus verlängert. Dabei wird zweckmäßig auch die verlängerte
Höhenwicklung mit Anzapfungen versehen. Dadurch wird eine Vergrößerung des Verstellbereiches
des zwischen einer der Basiswicklungen und der Höhenwicklung abgegriffenen Spannungsvektors
erreicht.
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Weiterhin können auch die Basiswicklungen des Transformators über
die normalen D'rehstromanschlüsse hinaus verlängert und diese Verlängerungen mit
Anzapfungen versehen sein. Durch das Vorhandensein von Anzapfungen an den Verlängerungen
der Basiswicklungen kann erreicht werden, daß die Größe der bezüglich der Phasenlage
an der Höhenwicklung verstellbaren Spannung gleich bleibt.
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Ein Verstellen der Phasenlage der Spannung kann erfindungsgemäß auch
erreicht werden, wenn die zwischen Höhen- und Basiswicklung abgegriffene Spannung
über Anzapfungen der eigentlichen Basiswicklung entnommen wird. Um beim Verstellen
des Spannungsvektors auch ein Gleichbleiben der Spannung zu erhalten, muß sowohl
die Höhenwicklung als auch ihre Verlängerung eine zusätzliche Wicklung mit Anzapfungen
erhalten.
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Es kann jedoch auch erwünscht sein, die angestrebte Badbewegung nicht
nur durch die Einstellung verschiedener Vektorlagen der speisenden Spannungen, sondern
auch durch verschieden starke .Leistungszufuhr zu den einzelnen Spulen zu erzielen.
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Die Erfindung sieht daher die Regelung der Spannungen sowohl hinsichtlich
ihrer Vektorlage als auch ihrer Größe nach unabhängig voneinander vor.
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Eine Erweiterung des Verstellbereiches der einen Spannung bzw. Spannungen
beim Vorhandensein mehrerer Spulen kann auch noch dadurch erreicht werden, daß erfindungsgemäß
jede Ofenspule für sich umpolbar ist.
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Durch die Ofenspulen werden im Betrieb Unsymmetrien des speisenden
Netzes bzw. des Generators hervorgerufen. Zum Ausgleich dieser Unsymmetrien werden
erfindungsgemäß Kondensatoren in einem Ausgleichkreis verwendet, der unter Zuhilfenahme
von Drehfeldscheidern und Teletropen gesteuert wird.
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Drehfeldscheider sind Kunstschaltungen, die auf meßtechnischem Wege
die Größe und vektorielle Lage des in der unsymmetrischen Last des Drehstromsystems
enthaltenen Stromgegensystems zu erfassen gestatten.
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Teletrope oder Selsyne sind Meßgeräte, die ähnlich wie ein Asynchronmotor
aufgebaut sind, d. h. eine normale dreiphasige Statorwicklung und eine einphasige
Rotorwicklung besitzen. Wenn man nun den Teletrop statorseitig an das symmetrische
Drehstromnetz anschließt, und den Rotor mit einem dem Stromgegensystem entsprechenden,
aus einem Drehfeldscheider gewonnenen Strom speist, so nimmt der Rotor eine räumliche
Lage ein, die die vektoriellen Lagen des Gegensystemstromes darstellt. Die Ausgleichkreise
müssen hinsichtlich der Vektorlage ihrer Spannungen nach der Vektorlage des Stromgegensystems
der unsymmetrischen Last geregelt werden.
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Der kernlose Induktionsofen gemäß der Erfindung kann auch so geschaltet
sein, daß eine, mehrere oder auch alle Ofenspulen mit Strömen verschiedener Frequenz
abwechselnd oder gleichzeitig gespeist werden. Vorzugsweise ist einem Strom niedriger
Frequenz ein Hochfrequenzstrom überlagert: Der Niederfrequenzstrom dient zum Erzeugen
der Badbewegung, während der Hochfrequenzstrom zum Erhitzen des Gutes verwendet
wird.
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Um den gleichzeitigen Betrieb mit Hoch-und Niederfrequenz zu ermöglichen,
liegt in der Hochfrequenzleitung ein Kondensator, der auf die mit ihm in Reihe geschaltete
Ofenspule derart abgestimmt ist, daß die Eigenfrequenz des Kreises der Betriebsfrequenz
des Hochfrequenznetzes bzw. des Hochfrequenzgenerators entspricht.
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Erfindungsgemäß kann zur sicheren Trennung des Hochfrequenznetzes
von dem Niederfrequenznetz auch in der Hochfrequenzleitung eine auf Stromresonanz
für die Niederfrequenz abgestimmte Parallelschaltung einer Induktivität und eines
Kondensators liegen, wobei diese Parallelschaltung auf die Ofenspule derart abgestimmt
ist, daß für die Hochfrequenz Spannungsresonanz besteht.
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Weiterhin kann in der Niederfrequenzleitung noch ein auf Stromresonanz
abgestimmter Sperrkreis eingeschaltet . sein, dessen Eigenfrequenz gleich der des
Hochfrequenznetzes ist. !Weitere vorteilhafte Einzelheiten sind im folgenden beschrieben.
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In der Zeichnung sind zur näheren Erklärung des erfindungsgemäßen
Induktionsofens bekannte Schaltanordnungen und weiterhin einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt.
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Abb. z zeigt schematisch einen einphasig gespeisten kernlosen Induktionsofen,
Abb. a einen an ein Drehstromnetz angeschlossenen, mit einer Dreiphasenwicklung
versehenen kernlosen Induktionsofen und Abb. 3 das zum Dreiphaseninduktionsofen
gehörige Vektordiagramm der Ströme; Abb. 4 zeigt schematisch einen mit .zwei Ofenspulen
ausgerüsteten kernlosen Induktionsofen mit vorgeschaltetem Scott-Transformator gemäß
der Erfindung, Abb. 5 das dazugehörige Vektordiagramm der Spannungen;
Abb.
6 zeigt den erfindungsgemäßen Induktionsofen, bei dem die eine Basiswicklung verlängert
und mit Anzapfungen versehen ist; Abb. 7 veranschaulicht die erfindungsgemäße Schaltweise
des Scott-Transformators bei Verwendung von drei Ofenspulen; Abb. 8 zeigt, in welcher
Art zwecks Symmetrierung des Netzes die Kondensatoren zugeschaltet werden sollen,
und Abb. g zeigt eine Ofenschaltung, die es ermöglicht, die Ofenspulen abwechselnd
oder auch gleichzeitig mit Hoch- und Niederfrequenz zu speisen.
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Der kernlose Induktionsofen i der Abb. i ist von einer Spule 2 umgeben,
die von dem Einphasennetz 3 gespeist wird. Die Spule 2 ist im Schnitt dargestellt,
sö daß die einzelnen Windungen der Spulet als Kreisel. erscheinen. Die augenblickliche
Stromrichtung in den einzelnen Windungen der Spule 2 ist durch Punkte bzw. Kreuze
dargestellt, und zwar bedeutet ein Punkt einen aus der Zeichenebene heraustretenden,
ein Kreuz einen in die Zeichenebene eintretenden Strom. Die Richtung des im Schmelzbad
5 induzierten Stromes ist unter Annahme der Stromrichtung in der Spule 2 die entgegengesetzte,
da die Ströme im Schmelzbad durch den von der Spule 2 herrührenden magnetischen
Fluß erzeugt werden.
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Infolge des Skineffektes fließt der Strom im flüssigen Bad in den
Außenschichten desselben. Die Richtung des Stromes ist in Abb. i in einem bestimmten
Augenblick durch Punkte und Kreuze gekennzeichnet. Da in den verschiedenen Höhenlagen
des flüssigen Bades die Stromrichtung die gleiche ist und sich daher die stromdurchflossenen
Teilchen des Bades anziehen, entsteht der sogenannte Kneifeffekt und die in der
Abbildung durch die Pfeile 6 angegebene Strömung des Bades. Die Wirkung tritt nicht
nur bei Eisen, sondern auch bei anderen stromdurchflossenen Chargen, wie z. B. Kupfer,
ein. Diese Bewegung wird durch die abstoßende Wirkung zwischen der Spule 2 und dem
Schmelzbad 5 unterstützt.
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Die umgekehrte Badbewegung wird beispielsweise in dem in der Abb.
2 dargestellten, mit einer Dreiphasenwicklung 7 versehenen, von dem Drehstromnetz
8 gespeisten Induktionsofen g erreicht. Die einzelnen Phasen der Drehstromwicklung
7 sind mit I, II, III bezeichnet.
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Die Abb.3 zeigt das zu diesem Ofen gehörige Vektordiagramm der Phasenströme.
Die Kreuze und Punkte in der im Schnitt dargestellten Wicklung 7 kennzeichnen die
Stromrichtung in den einzelnen Windungen, und zwar beispielsweise für die in bezug
auf die Zeitachse io der Abb. 3 dargestellte Lage der Stromvektoren der Phasen I,
II, III.
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Bei dieser Schaltanordnung ist die Richtung des Stromes in den verschiedenen
Höhenlagen des Schmelzbades verschieden. Daraus ergibt sich eine Badbewegung, die
durch die Pfeile io veranschaulicht ist und die der Badbewegung eines einphasig
gespeisten Ofens 'entgegengesetzt gerichtet ist.
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In der Abb. q. ist nun ein kernloser, mit zwei Ofenspulen i i und
12 ausgerüsteter Induktionsofen 13 dargestellt, der gemäß der Erfindung über einen
Scott-Transformator il. von einem Drehstromnetz 15 bzw. von einem Drehstromgenerator
16 gespeist wird.
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Die Höhenwicklung des Scott-Transformators il. ist mit 17, seine Basiswicklungen
mit 18 und ig bezeichnet. Die Verlängerung der Höhenwicklung 17 über die Basiswicklungen
18 und i9 ist mit 2o bezeichnet. Die Verlängerung 2o ist erforderlich, um die gewünschten
relativen Vektorlagen der .bezüglich ihrer Phasenlage regelbaren Spannung einzustellen.
In vorteilhafter Weise wird, wie aus der Abb.l. hervorgeht, ein Scott-Transformator
'n Sparschaltung verwendet.
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Bei der dargestellten Anordnung liegt beispielsweise die Spule i i
des Ofens 13 fest an der Höhenwicklung 17 des Scott-Transformators 1q., während
die Spule 12 des Ofens 13 einerseits an das linke Ende der Basiswicklung ig, und
andererseits an eine der Anzapfungen 21 der Höhenwicklung 17 bzw. der Anzapfungen
22 der Verlängerung 2o gelegt ist. Ferner ist an der Spule 12 ein Umpolschalter
23 vorgesehen, durch den die Vektorlage der an der Spule 12 liegenden Spannung um
i8o elektrische Grade gedreht werden kann.
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Das Vektordiagramm der Spannungen bzw. der Ströme (Abb. 5) zeigt die
verschiedenen, möglichen relativen Vektorlagen der die Spulen i i und 12 speisenden
Spannungen. In dem Diagramm deutet der Pfeil 24 die als unveränderlich angenommene
Vektorrichtung der die Spule i i speisenden Spannung an. Der Pfeil 25 kennzeichnet
die Vektorlagen der die Spule 12 speisenden Spannung. Es ist sofort ersichtlich,
daß man durch Wechsel der Anzapfungen am Scott-Transformator il., beispielsweise
indem man von der obersten Anzapfung 26 ausgeht und allmählich bis zur Anzapfung
27 durchschaltet, die Vektorlage der die Spule 12 speisenden Spannung im Bereich
der Vektoren 2.5 über 25' bis 25" verändert. Das bedeutet, daß sich der Phasenwinkel
zwischen der Spannung an der Spule i i und der Spannung an der Spule 12 von a1 über
a. bis a3 ändert. Durch den oben angedeuteten Umpolschalter 23 können die Spannungsvektoren
25, 25' und 25" um i8o elektrische Grade gedreht werden, so daß nach erfolgter Drehung
die Vektorlage der Spannung an der Spule 12 relativ zur Spannung an der Spule i
i die Winkel ä bis a... annehmen kann.
Soll eine Veränderung
der die Spule 12 speisenden Spannung ihrer Größe nach vermieden werden, so können
z. B. an die Basiswicklung ig noch weitere Anzapfungen ig' angebracht werden, an
denen die Zuleitung 28 der Spule 12 derart angeschlossen ist, daß die Länge des
jeweils abgegriffenen regelbaren Spannungsvektors gleichbleibt (Abb. 6).
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Mit einer derartigen Anordnung, wie sie beispielsweise in den Abb.
q. und 6 dargestellt ist, ist es möglich, die Vektorlagen der die beiden Spulen
i i und 12 speisenden Spannungen in weitgehenden Grenzen gegeneinander zu verschieben
und dadurch das Strömungsbild im Innern des Ofens zu beeinflussen und in gewünschtem
Sinne zu beherrschen.
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Es ist naturgemäß grundsätzlich möglich, nicht nur den Ofen mit zwei
Spulen, sondern mit drei oder vier Spulen zu versehen und mit Spannungen zu speisen,
die in der bereits angedeuteten Weise gegeneinander vektoriell verschiebbar sind.
Beispielsweise ist, dies, wie die Abb.7 zeigt, dadurch möglich, daß man eine dritte
Spule 29 mit einer Spannung speist, die durch Abgreifen an einer der Anzapfungen
21 der Höhenwicklung 17 und an der Basiswicklung 18 gewonnen wird.
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In der angedeuteten Weise ist es grundsätzlich möglich, auch mehr
als drei Ofenspulen vorzusehen.
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Nach der bisherigen Darstellung war es möglich, den Vektor 25 der
die Spule 12, speisenden Spannung bis auf einen Winkel a, bzw. ä an die Vektorlage
24 der die Spule i i speisenden Spannung zu nähern. Versieht man die Basiswicklung
rg zum Mittelpunkt hin ebenfalls mit in der Abbildung nicht weiter veranschaulichten
Anzapfungen, so ist es ohne weiteres möglich, durch Einstellung der Zuleitung 28
auf eine dieser Anzapfungen die Vektorlage der die Spule 12 speisenden Spannung
schrittweise der Vektorlage der die Spule i i speisenden anzunähern und im Grenzfall
zur Deckung zu bringeh.
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Die Veränderung der Vektorlage einer Spulenspannung ist nicht an die
Spule 12 gebunden. Es ist grundsätzlich ebensogut die Veränderung der Vektorlage
der eine andere Ofenspule speisenden Spannung beim Vorhandensein mehrerer Spulen
möglich. Desgleichen ist es möglich, die Spannung an der Spule i i an Stelle der
Spannung der Spule 12 umzupolen, um die gewünschte Vektorverdrehung um 18o elektrische
Grade zu erreichen.
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Für den Fall, daß die Vektoren beider die Spulen i i und 12 speisenden
Spannungen zur Deckung gebracht werden und die gleiche Richtung haben, wird ein
Strömungsbild erzielt, das der einphasigen Speisung des kernlosen Induktionsofens
entspricht.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es nun möglich, die Vektoren
der die Spule 12 speisenden Spannung zwischen o und 36o° beliebig zu verdrehen und
damit die inneren Strömungsvorgänge des Ofens in jeder gewünschten Art zu beeinflussen.
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Die bekannten regelbaren Transformatorschaltungen, wie beispielsweise
regelbare Stufentransformatoren oder Drehregler, die die Verdrehung von Spannungsvektoren
gestatten, können natürlich an Stelle des dargestellten Scott-Transformators treten.
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Unter der Voraussetzung der Verwendung zweier Primärspulen am kernlosen,
Induktionsofen und unter der Voraussetzung, daß diese beiden Spulen an den Höhenschenkeln
bzw. Basisschenkeln des Scott-Transformators angeschlossen, sind und gleiche Leistung
sowohl der Größe als auch dem Leistungsfaktor nach aufnehmen, liegt eine symmetrische
Belastung des speisenden Netzes und damit des häufig hierfür verwendeten unmittelbar
speisenden Generators vor.
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Wird jedoch die Vektorlage der die Spule i i oder 12 speisenden Spannung
aus der durch die normale Scott-Schaltung gegebenen go-Grad-Verschiebung herausgeändert,
so tritt eine unsymmetrische .Belastung des speisenden Generators auf. Eine derartige
unsymmetrische Belastung bedingt unter anderem das Auftreten eines gegenläufigen
Feldes im Generator, das eine zusätzliche und unter Umständen unzulässige Erwärmung
des D@ämpferkäfigs des Generators zur Folge haben kann. In einem solchen Fall sinkt
die Ausnutzbarkeit des Generators. Es ist daher zweckmäßig, trotz der durch die
vektorielle Verschiebung der Spulenspeisespannung bedingten unsymmetrischen Ströme
durch besondere Maßnahmen eine symmetrische Belastung der Stromquelle herbeizuführen.
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Bei dem in den Abb. q. bis 6 dargestellten Beispiel ergeben die beiden
Einphasenlasten, die durch die Speisung der Spulen i i und 12 bedingt sind, durch
die angedeutete V@ektor-« verdrehung der einen Speisespannung eine resultierende
Unsymmetrie oder Einphasenlast, die sich sowohl ihrer Größe als auch ihrer Vektorlage
nach ändert. Infolgedessen sind gemäß der Erfindung Ausgleichkreise vorgesehen,
die mittelbar oder unmittelbar durch Drehfeldscheider und Teletropen, wie sie in
der deutschen Patentschrift 70152o beschrieben sind, gesteuert werden.
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Die Blindleistung des oder der verwendeten Ausgleichkreise wird dabei
der Scheinleistung der resultierenden Einphasenlast zahlenmäßig gleichgemacht. Ferner
müssen die Spannungen, welche die Ausgleichkreise speisen, bestimmte Winkellagen
gegenüber der Einphasenlast einhalten. Wird lediglich ein kapazitiver Ausgleichkreis
verwendet, der hier
praktisch nur in Frage kommt, so muß die den
Ausgleichkondensator speisende Spannung gegenüber der Spannung an der Einpltasenlast
den Winkel a1; = 45° - 1l2 y einhalten. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Phasenverschiebungswinkel
99 der Einphasenlast induktiven Charakter hat.
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Im Gegensatz zu dem einfachen Fall, der soeben erörtert worden ist,
liegen in Wirklichkeit unter der Voraussetzung von zwei Ofenspulen zwei Einphasenlasten
vor, die durch ihr Zusammenwirken eine symmetrische Drehstromlast und zusätzlich
eine resultierende Einphasenlast ergeben, wobei die letztere in eine symmetrische
Drehstromlast verwandelt werden muß. Um die Verhältnisse anschaulicher zu machen,
sei auf die Abb. S verwiesen. In der Abb. 8 stellen 30, 31 und 3 2 die Drehstromanschlüsse
des Scott-Transformators dar. An die Klemmen 31 und 34 sei die Einphasenlast 35,
deren Leistungsfaktor beispielsweise i sei, angeschlossen. Dann muß der erforderliche
Ausgleichkondensator gemäß der oben gegebenen Winkelbeziehung an die Spannung zwischen
den Punkten 34 und 36 angeschlossen werden, die gegenüber der Spannung zwischen
31 und 34111n d.5° vorauseilt. Außerdem muß die Blindleistung des Ausgleichkondensators
der Scheinleistung der Einphase111ast 35 entsprechen. Sinkt der Leistungsfaktor
der Einphasenlast 35 im induktiven Sinn unter i, so muß der Ausgleichkondensator
alternativ gemäß der oben gegebenen Winkelbeziehung an eine der Anzapfungen 37,
38 usw. angeschlossen «>erden.
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Betrachtet rnan nunmehr auch die zweite Phasenlast 39, die an der
Höhenwicklung 36,4o liegt, so gelten für diese, sofern sie allein vorhanden ist,
je nach Größe des Leistungsfaktors der Einphasenlas t die Ausg leichkondensatorenanschlüsse
32, 41 und 42. In Wirklichkeit sind nun beide Einpliasenlasten 35 und 39 gleichzeitig
angeschlossen, wobei sich die beiden Einphasenlasten sowohl ihrer Größe nach als
auch ihrem Leistungsfaktor nach voneinander unterscheiden. Außerdem kann die Speisespannung
der Einphasenlast 35, wie die Abb. 4 bis 6 zeigen, verändert werden. Die Leistung
des anzuschließenden Ausgleichkondensators entspricht daher jeweils der aus den
beiden Einphasenlasten resultierenden Einphasenlast, und die Vektorlage der ihn
speisenden Spannung muß sich gleichfalls. nach der Vektorlage der die resultierende
Ein phasenlast speisenden Spannung richten. Die die resultierende Einphasenlast
speisende Spannung ist hier eine fiktive Größe. Um daher nicht jeweils mehr oder
minder komplizierte Überlegungen anstellen zu müssen, wie groß der Ausgleichkondensator
zu bemessen ist und an welche Spannung er angeschlossen werden muß, wird eine Einrichtun-
verwendet, die mittelbar oder auch unmittelbar die Größe der einzuschaltenden Kondensatorleistung
und die Vektorlage der zu verwendenden Ausgleichspannung angibt.
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Die Symmetrierung des speisenden Netzes erfolgt zweckmäßigerweise
durch einen kapazitiven Ausgleichkreis, da durch einen solchen neben der Symmetrierung
gleichzeitig eine Verbesserung des Leistungsfaktors erreicht wird.
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Es erweist sich weiterhin oft als vorteilhaft, neben der Durchmischung
des Schmelzbades mit Hilfe niederfrequenter Felder auch in bekannter Weise eine
Erhitzung des Schmelzbades mit Hilfe hochfrequenter Felder .vorzunehmen, insbesondere
die beiden Betriebsarten gleichzeitig zu verwenden.
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Damit bei Verwendung zweier unterschiedlicher Frequenzen die niederfrequenten
Ströme nicht in den Hochfrequenzkreis eindringen und umgekehrt hochfrequente Ströme
nicht in den Kreis der Niederfrequenz eintreten, wird erfindungsgemäß eine Schaltanordnung
gemäß der Abb. 9 verwendet. Die Spulen i i und 12 des Induktionsofens 13 sind in
bereits beschriebener Art über den Scott-Transformator i.I mit dem niederfrequenten
Drehstromnetz 15 verbunden. Gleichzeitig ist mit den Spulen i i und 12 ein Hochfrequenzgellerator.13,
der z: B. mit 6oo Hz oder noch höherer Frequenz arbeitet, verbunden. Der Generator
43 kann je nach Bedarf auf die Spule i i oder auf die Spule 12 oder auf beide Spulen
gleichzeitig arbeiten. Um dem Hochfrequenzstrom einen möglichst geringen Widerstand
in den Nutzkreisen, denen die Spulen 11 und 12 angehören, entgegenzusetzen, ist
ein unter Umständen veränderlicher Kondensator 14 vorgesehen, der auf die Induktivität
der zugeordneten Ofenspule derart abgestimmt ist, daß die aus der Spuleninduktivität
und der Kapazität des Kondensators 44 sich ergebende Eigenfrequenz der Betriebsfrequenz
des Hochfrequenzgenerators 43 ganz oder annähernd entspricht. In diesem Fall liegt
eine Spannungsresonanz vor, die je nach Einstellung des Kondensators 44 mehr oder
minder scharf erreicht werden kann.
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Um die Hochfrequenzströme nicht in den Kreis der Niederfrequenz eintreten
zu lassen, sind in die N iederfrequenzleitungen auf Stromresonanz abgestimmte Sperrkreise
45 eingeschaltet, deren Eigenfrequenz ebenfalls mit der Hochfrequenz des Generators
übereinstimmt. Diese Sperrkreise stellen für die Hochfrequenz sehr hohe @Z-iderstände
dar, so daß eine befriedigende Abriegelung der Hochfrequenz erreicht wird. Für die
Niederfrequenzströme dagegen stellen die Sperrkreise
45 nur verhältnismäßig
kleine Widerstände dar.
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Um die Niederfrequenz nicht in den Hochfrequenzkreis eintreten zu
lassen, liegt parallel zu dem Kondensator a4 eine Induktivität 46, die auf Stromresonanz
bezüglich des Netzes 15 abgestimmt ist.