EP0100441A1 - Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren - Google Patents

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EP0100441A1
EP0100441A1 EP83106406A EP83106406A EP0100441A1 EP 0100441 A1 EP0100441 A1 EP 0100441A1 EP 83106406 A EP83106406 A EP 83106406A EP 83106406 A EP83106406 A EP 83106406A EP 0100441 A1 EP0100441 A1 EP 0100441A1
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EP
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inverted
parallel
inverters
extinguishing
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Hans G. Dipl.-Ing. Matthes
Erhard Mauler
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AEG Elotherm GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Definitions

  • the invention relates to a device for inductive heating of a workpiece by means of several inductors in accordance with the features of the preamble of claim 1.
  • the smallest extinguishing time or the smallest extinction angle of the various inverters is determined by means of an extreme value selector and depending on this smallest extinguishing time or At the smallest extinction angle, the inverters are driven at the same frequency. This ensures that all inverters start up synchronously (DE-OS 3 040 820).
  • the network is replaced by filter circuits and the DC link choke compared to twice the inverter frequency of e.g. 300 Hz and its harmonics are shielded. At frequencies above 300 Hz, these shielding measures are sufficient even at high powers. With a double inverter frequency of 300 Hz and below, however, harmful effects can occur at high powers because the filter circuits for filtering the harmonics and the line impedance form a resonance circuit with a resonance frequency that is below or between the frequencies of the filter circuits.
  • the invention has for its object to provide a device for inductive heating of a workpiece by means of several inductors, which can be operated at low frequency with high powers.
  • the individual parallel resonant circuits treat one and the same workpiece, for example the weld seam of a pipe
  • the individual parallel resonant circuits are magnetically coupled via the workpiece. This magnetic coupling changes during operation when the individual inductors approach each other locally.
  • the swinging of the inverters when switching on is problematic with such devices.
  • These difficulties can be, however, also fixed at phase-shifted ignition pulses with the measures known per se characterized in that the clearing condition regulator is controlled by an extreme value selector, the measured values of the erase time and the extinction angle at whose inputs of each inverter to a '.Ausplic the invention, and which selects the smallest of these measured values and places it at the input of the extinguishing condition controller.
  • a three-phase rectifier bridge D fully controlled by a current and voltage regulator and equipped with thyristors supplies, via a smoothing choke L, direct current to a plurality of inverters W 1 , W 2 connected in parallel and also equipped with thyristors. Other inverters could be connected in parallel. All inverters W 1 , W 2 are assigned: a common quenching condition controller LR, which delivers ignition pulses to the various inverters W 1 , W 2 via two outputs. The quenching condition controller LR supplies the inverters W 1 , W 2 with ignition pulses of the same frequency but with a II phase offset for n inverters.
  • An extreme value selector E is arranged in front of the extinguishing condition regulator LR, which supplies the phase-shifted ignition pulses, at the inputs of which measuring devices Z 1 , Z 2 for the extinguishing time are located in the respective inverters W 1 , W 2 .
  • the extreme value selector E selects the smallest extinguishing time and sends it as an actual value to the extinguishing condition controller LR. This ensures that the individual inverters W 1 , W 2 are operated with phase-shifted ignition pulses of one and the same frequency, which is based on the shortest extinguishing time, so that all inverters W 1 , W 2 start to oscillate.
  • each inverter W 1, W 2 associated measuring means Z 1, Z 2 are omitted for the extinguishing times and the extreme-value selector e.
  • only one measuring device Z 1 is provided, the output signal of which is immediately connected to the extinguishing condition controller LR.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren. Um die von den Wechselrichtern (W1, W2) ausgehende Rückwirkung auf das Netz bei niedrigen Frequenzen, insbesondere unter 0,15 kHz zu vermindern, werden die verschiedenen Wechselrichterstromquellen mit umπ/n phasenversetzten Zündimpulsen derselben Frequenz bei n-Wechselrichterstromquellen betrieben.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art, bei der allerdings an Stelle einer gemeinsamen Drehstrom-Gleichrichterbrücke für jeden Wechselrichter eine eigene Brücke vorgesehen ist, wird mittels eines Extremwertwählers die kleinste Löschzeit bzw. der kleinste Löschwinkel der verschiedenen Wechselrichter festgestellt und in Abhängigkeit von dieser kleinsten Löschzeit bzw. dem kleinsten Löschwinkel werden die Wechselrichter'gleichzeitig mit derselben Frequenz angesteuert. Dadurch wird sichergestellt, daß sämtliche Wechselrichter synchron anschwingen (DE-OS 3 040 820).
  • Bei solchen Einrichtungen wird das Netz durch Filterkreise und durch die Zwischenkreisdrossel gegenüber der doppelten Wechselrichterfrequenz von z.B. 300 Hz und ihrer Oberschwingungen abgeschirmt. Bei Frequenzen oberhalb von 300 Hz genügen diese Abschirmungsmaßnahmen auch bei hohen Leistungen. Lei einer doppelten Wechselrichterfrequenz von 300 Hz und darunter kann es jedoch zu schädlichen Rückwirkungen bei hohen Leistungen kommen, weil die Filterkreise zur Filterung der Oberschwingungen und die Netzimpedanz einen Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz bilden, die unterhalb oder zwischen den Frequenzen der Filterkreise liegen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren zu schaffen, die bei niedriger Frequenz mit hohen Leistungen betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Aufgrund der Phasenversetzung entsteht im Zwischenstromkreis eine höhere Frequenz als auf der Lastseite der einzelnen Induktoren, so daß auch bei niedrigen Frequenzen die Zwischenkreisdrossel diese Frequenzen gegen das Netz abblocken kann.
  • Sofern die einzelnen Parallelschwingkreise ein und dasselbe Werkstück, z.B. die Schweißnaht eines Rohres, behandeln, findet eine magnetische Kopplung der einzelnen Parallelschwingkreise über das Werkstück statt. Diese magnetische Kopplung ändert sich beim Betrieb bei örtlicher Annäherung der einzelnen Induktoren. Das Anschwingen der Wechselrichter beim Einschalten ist bei solchen Einrichtungen problematisch. Diese Schwierigkeiten können nach einer'.Ausgestaltung der Erfindung jedoch auch bei phasenversetzten Zündimpulsen mit den an sich bekannten Maßnahmen dadurch behoben werden, daß der Löschbedingungsregler von einem Extremwertwähler ansteuerbar ist, an dessen Eingängen die Meßwerte der Löschzeit bzw. des Löschwinkels eines jeden Wechselrichters anliegen und der unter diesen Meßwerten den kleinsten auswählt und an den Eingang des Löschbedingungsreglers legt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Eine mit einem Strom- und Spannungsregler vollgesteuerte und mit Thyristoren bestückte Drehstrom-Gleichrichterbrücke D liefert über eine Glättungsdrossel L Gleichstrom an mehrere parallelgeschaltete, ebenfalls mit Thyristoren bestückte Wechselrichter W1, W2. Weitere Wechselrichter könnten parallelgeschaltet sein. Sämtlichen Wechselrichtern W1, W2 ist:ein gemeinsamer Löschbedingungsregler LR zugeordnet, der über zwei Ausgänge an die verschiedenen Wechselrichter W1, W2 Zündimpulse liefert. Der Löschbedingungsregler LR liefert an die Wechselrichter W1, W2 Zündimpulse derselben Frequenz aber um II phasenversetzt bei n Wechselrichtern. n Folglich fließen in den einzelnen Wechelsrichtern W1, W2 die in dem Diagramm dargestellten phasenversetzten Ströme. Bei zwei Wechselrichtern W1, W2 ist deshalb die überlagerte Frequenz an den Anschlüssen der Wechselrichter W1, W2 doppelt so groß wie die Frequenz des in der Last L1Last, L2Last, der einzelnen Wechselrichter W1, W2 fließenden Stromes. Die Glättungsdrossel L blockt diese hohe Frequenz gegenüber dem Netz ab.
  • Dem die phasenversetzten Zündimpulse liefernden Löschbedingungsregler LR ist ein Extremwertwähler E vorgeordnet, an dessen Eingängen Meßvorrichtungen Z1, Z2 für die Löschzeit in den jeweiligen Wechselrichtern W1, W2 liegen. Der Extremwertwähler E wählt die kleinste Löschzeit aus und gibt sie als Istwert an den Löschbedingungsregler LR. Dadurch wird sichergestellt, daß die einzelnen Wechselrichter W1, W2 mit phasenversetzten Zündimpulsen ein und derselben Frequenz betrieben werden, die sich nach der kleinsten Löschzeit richtet, so daß ein Anschwingen aller Wechselrichter W1, W2 gewährleistet ist.
  • Im einfachsten Fall kann auf die jedem Wechselrichter W1, W2 zugeordnete Meßeinrichtung Z1, Z2 für die Löschzeiten und den Extremwertwähler E verzichtet werden. In diesem Fall ist nur eine Meßeinrichtung Z1 vorgesehen, deren Ausgangssignal dem Löschbedingungsregler LR unmittelbar aufgeschaltet wird.

Claims (2)

1. Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren, die jeweils mit einem parallelgeschalteten Kondensator einen an einem von einer ausgesteuerte Gleichstromquelle mit Glättungsdrossel gespeisten Wechselrichter liegenden Parallelschwingkreis bilden, wobei die Wechselrichterventile des jeweiligen Wechselrichters von einem Löschbedingungsregler, in welchem die Löschzeit bzw. der Löschwinkel der Wechselrichterventile bewertet wird, mit Zündimpulsen derselben Frequenz ansteuerbar sind,
dadurch gekennzeichnet ,
daß für alle Wechselrichter (W1, W2) eine gemeinsame Gleichstromquelle als voll gesteuerte Drehstrom-Gleichrichterbrückenschaltung (D) mit Glättungsdrossel (11) vorgesehen ist, von der die parallelgeschalteten Wechselrichter (W1, W2) mit Strom versorgt werden, und daß der Löschbedingungsregler (LR) bei n-Wechselrichtern (W1, W2) an die einzelnen Wechselrichterventile eines jeden Wechselrichters (W1, W2) um die durch n phasenversetzte Zündimpulse liefert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Luschbedingungsregler (LR) von einem Extremwertwähler (E) ansteuerbar ist, an dessen Eingängen die Meßwerte der Löschzeit bzw. des Löschwinkels eines jeden Wechselrichters (W1,W2) liegen und der unter diesen Meßwerten der kleinsten auswählt und an den Eingang des Löschbedingungsreglers (LR) legt.
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