EP2704524A1 - Device for heating by means of electromagnetic induction, in particular induction heating or induction furnace - Google Patents

Device for heating by means of electromagnetic induction, in particular induction heating or induction furnace Download PDF

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EP2704524A1
EP2704524A1 EP12182061.7A EP12182061A EP2704524A1 EP 2704524 A1 EP2704524 A1 EP 2704524A1 EP 12182061 A EP12182061 A EP 12182061A EP 2704524 A1 EP2704524 A1 EP 2704524A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
supply arrangement
outputs
heating
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12182061.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Wallmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AEG Power Solutions GmbH
Original Assignee
AEG Power Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AEG Power Solutions GmbH filed Critical AEG Power Solutions GmbH
Priority to EP12182061.7A priority Critical patent/EP2704524A1/en
Priority to US13/795,092 priority patent/US20140061187A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • 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
    • H05B6/067—Control, e.g. of temperature, of power for melting furnaces

Definitions

  • a silicon carbide rod must be heated by an external heat before it becomes sufficiently conductive and, depending on the purity at temperatures of 400 to 1200 ° C, the maximum conductivity is achieved. It is known to heat heated and electrically conductive silicon carbide by means of electromagnetic induction on.
  • the present invention has for its object to propose a device for heating by means of electromagnetic induction, which is also suitable for heating of non-electrically conductive materials at room temperature and set up.
  • the first power supply arrangement serves to heat the inductors by a current flow, so that this radiant heat can be transmitted to a material introduced into the inductors. If the material is sufficiently heated and electrically conductive, eddy currents can be generated in the material by means of the second power supply arrangement and the alternating electromagnetic fields generated in the inductors, which further heat the material very effectively.
  • n is a number divisible by two.
  • the outputs of the second power supply arrangement may be associated with each other in pairs. At the outputs of a pair chained voltages with a phase shift of 180 ° can be applied. The outputs of such a pair need not have common connections, but they can. The fact that at the outputs of the pairs by 180 ° out of phase, so opposite voltages applied, it is possible that over the entire chain of the outputs of the second power supply arrangement in the sum no voltage provided by the second power supply arrangement drops. This has the advantage that no current can be driven by the second power supply arrangement into the first power supply arrangement, at whose output the series-connected inductors are present.
  • inductors connected to the outputs of a pair have an opposite sense of winding. Then it is possible that, despite the opposite voltages applied to the outputs of a pair, rectified by these voltages, electromagnetic fields are generated in the workpiece which reinforce each other.
  • the inductors can be wound from a wire whose resistivity at room temperature can be selected depending on the rated power, the rated current and / or the rated power of the first power supply arrangement.
  • the wire can have a negative or a positive temperature coefficient.
  • a negative temperature coefficient has the advantage that with increasing temperature of the inductors whose conductivity increases. That makes it possible for a sufficient Heating higher currents can flow through the inductors, which then generate stronger electromagnetic fields than is possible with cold inductors.
  • the effect of the resistance heating which is essentially operated by the first power supply arrangement, thus decreases as the heating increases, while the effect of the induction heating operated by the second power supply arrangement becomes stronger.
  • the first power supply arrangement advantageously provides an alternating voltage with a frequency of up to 100 Hz.
  • the frequency of the voltages provided by the second power supply arrangement is advantageously 1 to 100 kHz.
  • the first power supply arrangement advantageously provides an AC voltage of up to 10 to 1000 V available.
  • the amounts of the voltages provided by the second power supply arrangement are advantageously 10 to 1000 V.
  • the inventive device may have a control means with which the voltage at the output of the first power supply arrangement and / or the voltage at the outputs of the second power supply arrangement is adjustable.
  • the control means may be suitable and arranged to set a voltage at the output of the first power supply arrangement at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors, which voltage is reduced with increasing heating and / or electrical conductivity of the material.
  • the control means may also be suitable and arranged, at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors, voltages at the outputs of the second power supply arrangement set, which is increased with increasing heating and / or electrical conductivity of the material.
  • the device can have a temperature sensor with which the temperature of the workpiece to be heated can be detected.
  • This sensor may be connected to the control means. Depending on the temperature can be controlled by means of the control means, whether the power of the first power supply arrangement is greater than the power of the second power supply arrangement or which power is set at which power supply arrangement.
  • the device according to the invention for heating by means of electromagnetic induction has one of the first power supply arrangement 1 with an output, which has two terminals 11, 12.
  • the device according to the invention also has a second power supply arrangement 2.
  • the second power supply arrangement 2 has two outputs, which are each formed by two terminals 21, 22, 23. A first of the two outputs is formed by the terminals 21, 22 and a second of the outputs is formed by the terminals 22, 23. The terminal 22 is thus used by both the first output and the second output, while the terminals 21,23 are used by only one of the two outputs.
  • the two outputs of the second power supply arrangement 2 form a chain of outputs, which begins with the terminal 21 and ends with the terminal 23.
  • an inductor 31, 32 is connected.
  • the inductor 31 is connected to the terminals 21 and 22.
  • the inductor 32 is connected to the terminals 22 and 23.
  • the inductors 31, 32 are also connected to the output of the first power supply arrangement 1. From the perspective of the first power supply arrangement 1, the two inductors 31, 32 form a series circuit, which is connected to the terminals 1 1, 12 of the first power supply arrangement.
  • the first power supply arrangement 1 serves to supply the inductors 31, 32 with a low-frequency voltage.
  • the second power supply arrangement 2 supplies the inductors 31, 32 with a high-frequency voltage in comparison thereto.
  • the outputs of the second power supply arrangement 2 are 180 ° out of phase voltages of the same level and the same frequency. This has the consequence that between the terminals 21 and 23 no voltage drops.
  • the outputs of the second power supply arrangement 2 form a two-phase AC system with two outer conductors, one outer conductor being connected to the terminals 21, 23 and the other outer conductor being connected to the terminal 22.
  • the chained voltages of the 2-phase AC system are present at the outputs. Chained voltages are the voltages between the outer conductors of the 2-phase AC system.
  • the second power supply arrangement 2 can not feed any current into the first power supply arrangement 1.
  • the first power supply arrangement 1 is thereby decoupled from the second power supply arrangement 2.
  • high-pass filters for example capacitors, can be inserted into the outer conductor leading to the terminals 21, 22 and / or 23.
  • the second power supply arrangement has three outputs.
  • the power supply arrangement would then have another connection, instead of, for example, the Terminal 23 made the end of the chain of outputs.
  • the port 23 would then be used not only by the second output but also by the third output.
  • This second power supply arrangement would then provide on the output side a three-phase AC system with three phases shifted by 120 ° from one another.
  • the second power supply arrangement has four outputs. Two further connections would then be provided in relation to the illustrated second power supply arrangement, one of which forms the end of the chain of the outputs of the second power supply arrangement instead of the connection 23. Port 23 and the other additional port would be associated with the third port. The other additional connection would additionally be assigned to the fourth output.
  • the second power supply arrangement would then advantageously provide a 4-phase AC system on the output side, which has four phases shifted by 90 ° from one another.
  • the second power supply assembly 2 is constructed to provide at the terminals 21, 22, 23 concatenated voltages which are 180 ° out of phase with each other.
  • a simple example of generating such voltages is by using the FIG. 1 illustrated second power supply arrangement 2 possible.
  • This second power supply arrangement 2 shown there has a frequency converter 25, 26, which is formed by a rectifier 26 and an inverter 25 connected downstream of the rectifier.
  • a transformer 24 having a primary winding and a secondary winding is connected, wherein the secondary winding has a center tap which is connected to the terminal 22 the second power supply arrangement 2 is connected. Outer taps of the secondary winding are connected to the terminals 21, 23.
  • the sections of the secondary winding between the terminal 21 and 22 on the one hand and the terminals 22 and 23 on the other hand have different winding senses. For the same number of windings, therefore, the same magnetic flux through the sections of the secondary winding leads to opposite voltages at the outputs of the second power supply arrangement 2.
  • the second power supply arrangement 2 has four outputs, it can have two frequency converters 25, 26 and two transformers 24. Furthermore, it is possible for the second power supply arrangement to have a direct converter which provides a polyphase alternating current.
  • the inductors have a different winding sense.
  • the different winding sense of the inductors 31,32 leads at opposite voltages to the fact that the electromagnetic fields generated by the inductors 31,32 are rectified and reinforce each other. A workpiece (not shown) immersed in the inductors is thereby exposed to a particularly strong electromagnetic field when the inductors 31, 32 are supplied by the second power supply arrangement 2.
  • the device according to the invention has a controller 4, which controls the first power supply arrangement 1 and the second power supply arrangement 2.

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Abstract

The device has a power supply arrangement (1,2) which provides an n-phase multi-phase alternating current voltage. The outputs of the terminals (21,23) are associated with end portion of chain. The chained voltages (U12,U21) of the n-phase alternating current system is present at each output of the current supply arrangement. The inductors (31,32) are connected in series to the output of the power supply arrangement with respect to another power supply arrangement, and are connected to the output of power supply arrangement. An independent claim is included for method for heating silicon carbide.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere Induktionsheizung oder Induktionsofen zum Beispiel zum Erwärmen von Siliciumcarbid,

  • mit einer ersten Stromversorgungsanordnung mit einem Ausgang mit zwei Anschlüssen,
  • mit einer zweiten Stromversorgungsanordnung zum Bereitstellen von n-phasiger Mehrphasenwechselspannung an n Ausgängen mit je zwei Anschlüssen, wobei die Phasenverschiebung zwischen verketteten Spannungen der ausgangseitig der zweiten Stromversorgungsanordnung bereitgestellten n-phasigen Mehrphasenwechselspannung 360°/n beträgt und wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist,
  • wobei die n Ausgänge der zweiten
    Stromversorgungsanordnungen dadurch eine Kette bilden, dass unter den n Ausgängen n-2 Ausgänge sind, denen zwei Anschlüsse zugeordnet sind, die gleichzeitig auch je einem anderen der Ausgänge zugeordnet sind, und dass von den n Ausgängen zwei Ausgänge nur einen Anschluss aufweisen, der zugleich auch einem anderen Ausgang zugeordnet ist, während die anderen Anschlüsse dieser beiden Ausgänge nur einem Ausgang zugeordnet sind und diese Anschlüsse den Anfang und das Ende der Kette bilden,
wobei an jedem Ausgang der zweiten Stromversorgungsanordnung eine der verketteten Spannungen des n-Phasen-Wechselstromsystems anliegt.The present invention relates to a device for heating by means of electromagnetic induction, in particular induction heating or induction furnace, for example for heating silicon carbide,
  • with a first power supply arrangement with a two-port output,
  • with a second power supply arrangement for providing n-phase multiphase AC voltage at n outputs with two terminals, wherein the phase shift between concatenated voltages of the output side of the second power supply arrangement provided n-phase polyphase AC voltage is 360 ° / n and where n is a natural number greater than or equal to two is
  • where the n outputs of the second
    Power supply arrangements thereby form a chain, that among the n outputs n-2 are outputs to which two terminals are assigned, which are also each assigned to a different one of the outputs, and that of the n outputs two outputs have only one terminal, which at the same time is assigned to another output, while the other terminals of these two outputs are associated with only one output and these terminals form the beginning and the end of the chain,
wherein at each output of the second power supply arrangement one of the chained voltages of the n-phase AC system is applied.

In der nichtveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Nummer 11 174 546.9 der gleichen Anmelderin ist eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen bekannt. Es ist in der Anmeldung allerdings nicht offenbart, dass die Vorrichtung zum induktiven Erwärmen genutzt werden kann. Stattdessen wird die in der früheren europäischen Patentanmeldung 11 174 546.9 offenbarte Vorrichtung zum Erwärmen von Siliciumstäben oder Siliciumdünnstäben verwendet, die an die Ausgänge angeschlossen werden können.In the unpublished European patent application number 11 174 546.9 the same applicant is known a device with the aforementioned features. However, it is not disclosed in the application that the device can be used for inductive heating. Instead, the in the earlier European patent application 11 174 546.9 revealed device used for heating silicon rods or silicon thin rods which can be connected to the outputs.

Aus den Dokumenten EP 2 100 851 A2 und EP 2 346 150 A1 sind ferner Vorrichtungen zum Erwärmen mit den Merkmalen der eingangs beschriebenen Vorrichtung bekannt, wobei für die in diesen Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen n gleich zwei ist. Auch die in den EP 2 100 851 A2 und EP 2 346 150 A1 beschriebenen Vorrichtungen werden zum Erwärmen von Siliciumstäben oder Siliciumdünnstäben verwendet.From the documents EP 2 100 851 A2 and EP 2 346 150 A1 Further devices for heating with the features of the device described above are known, wherein for the devices described in these documents n is equal to two. Also in the EP 2 100 851 A2 and EP 2 346 150 A1 The devices described are used for heating silicon rods or silicon thin rods.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Siliciumcarbid zu erwärmen, um es zu verarbeiten. Siliciumcarbid ist bei Raumtemperatur nicht hinreichend leitend. Wird es dagegen erwärmt, nimmt die Leitfähigkeit zu, wie bereits im Jahr 1946 veröffentlichte Untersuchungen ergeben haben (siehe " Die elektrische Leitfähigkeit des Siliziumkarbids" in Helvetica Physica Acta, Band 19, Seite 167, 1946 ). Bei Raumtemperatur kann ein Siliciumcarbidstab nicht hinreichend durch einen elektrischen Strom erwärmt werden, dessen Enden mit dem Ausgang einer Spannungsquelle verbunden werden. Auch ein Erwärmen durch elektromagnetische Induktion von Wirbelströmen in dem kalten Siliciumcarbidstab ist nicht möglich. Ein Siliciumcarbidstab muss daher von einer äußeren Wärme erwärmt werde, bevor er hinreichend leitend wird und je nach Reinheit bei Temperaturen von 400 bis 1200 °C die maximale Leitfähigkeit erreicht wird. Es ist bekannt, erwärmtes und elektrisch leitendes Siliciumcarbid mittels elektromagnetischer Induktion weiter zu erwärmen.From the prior art it is known to heat silicon carbide in order to process it. Silicon carbide is not sufficiently conductive at room temperature. On the other hand, if it is warmed up, its conductivity increases, as investigations published in 1946 have shown (see " The electrical conductivity of the silicon carbide "in Helvetica Physica Acta, Vol. 19, page 167, 1946 ). At room temperature, a Siliziumcarbidstab can not be sufficiently heated by an electric current, the ends of which are connected to the output of a voltage source. Also, heating by electromagnetic induction of eddy currents in the cold silicon carbide rod is not possible. Therefore, a silicon carbide rod must be heated by an external heat before it becomes sufficiently conductive and, depending on the purity at temperatures of 400 to 1200 ° C, the maximum conductivity is achieved. It is known to heat heated and electrically conductive silicon carbide by means of electromagnetic induction on.

Neben Siliciumcarbid gibt es andere Werkstoffe die ein ähnliches Verhalten zeigen.In addition to silicon carbide, there are other materials that show a similar behavior.

Bislang werden derartige Werkstoffe zunächst durch Konvektionsheizgeräte erwärmt. Die Erwärmung durch Konvektionsheizgeräte ist aber nicht sehr effektiv und dauert zudem sehr lange.So far, such materials are first heated by convection heaters. The heating by convection heaters is not very effective and also takes a long time.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention begins.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen mittels elektromagnetischer Induktion vorzuschlagen, die auch zum Erwärmen von bei Raumtemperatur nicht elektrisch leitenden Werkstoffen geeignet und eingerichtet ist.The present invention has for its object to propose a device for heating by means of electromagnetic induction, which is also suitable for heating of non-electrically conductive materials at room temperature and set up.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung der eingangs genannten Art

  • wenigstens n Induktoren aufweist,
  • wobei die Induktoren bezüglich der ersten Stromversorgungsanordnung in Reihe geschaltet an den Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung angeschlossen sind und
  • wobei wenigstens je ein Induktor an einen Ausgang der Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung angeschlossen ist.
This object is achieved in that a device of the type mentioned
  • has at least n inductors,
  • wherein the inductors are connected in series with the output of the first power supply arrangement with respect to the first power supply arrangement, and
  • wherein at least one inductor is connected to an output of the outputs of the second power supply arrangement.

Die erste Stromversorgungsanordnung dient dazu, die Induktoren durch einen Stromfluss zu erwärmen, so dass diese Strahlungswärme an einen in den Induktoren eingebrachten Werkstoff übertragen werden kann. Ist der Werkstoff hinreichend erwärmt und elektrisch leitend, können mittels der zweiten Stromversorgungsanordnung und den in den Induktoren erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldern Wirbelströme in dem Werkstoff erzeugt werden, die den Werkstoff sehr effektiv weiter erwärmen.The first power supply arrangement serves to heat the inductors by a current flow, so that this radiant heat can be transmitted to a material introduced into the inductors. If the material is sufficiently heated and electrically conductive, eddy currents can be generated in the material by means of the second power supply arrangement and the alternating electromagnetic fields generated in the inductors, which further heat the material very effectively.

Vorzugsweise ist n eine durch zwei teilbare Zahl. Dann können die Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung einander paarweise zugeordnet sein. An den Ausgängen eines Paares können verkettete Spannungen mit einer Phasenverschiebung von 180° anliegen. Die Ausgänge eines solchen Paares müssen keine gemeinsamen Anschlüsse aufweisen, können dies aber. Dadurch, dass an den Ausgängen der Paare um 180° phasenverschobene, also entgegengesetzte Spannungen anliegen, ist es möglich, dass über der gesamten Kette der Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung in der Summe keine von der zweiten Stromversorgungsanordnung bereitgestellte Spannung abfällt. Das hat den Vorteil, dass von der zweiten Stromversorgungsanordnung kein Strom in die erste Stromversorgungsanordnung getrieben werden kann, an deren Ausgang die in Reihe geschalteten Induktoren anliegen.Preferably, n is a number divisible by two. Then, the outputs of the second power supply arrangement may be associated with each other in pairs. At the outputs of a pair chained voltages with a phase shift of 180 ° can be applied. The outputs of such a pair need not have common connections, but they can. The fact that at the outputs of the pairs by 180 ° out of phase, so opposite voltages applied, it is possible that over the entire chain of the outputs of the second power supply arrangement in the sum no voltage provided by the second power supply arrangement drops. This has the advantage that no current can be driven by the second power supply arrangement into the first power supply arrangement, at whose output the series-connected inductors are present.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die an die Ausgänge eines Paares angeschlossenen Induktoren einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben. Dann ist es möglich, dass die trotz der entgegengesetzten Spannungen, die an den Ausgängen eines Paares anliegen, durch diese Spannungen gleichgerichtete elektromagnetische Felder in dem Werkstück erzeugt werden, die einander verstärken.It is particularly advantageous if the inductors connected to the outputs of a pair have an opposite sense of winding. Then it is possible that, despite the opposite voltages applied to the outputs of a pair, rectified by these voltages, electromagnetic fields are generated in the workpiece which reinforce each other.

Die Induktoren können aus einem Draht gewickelt sein, dessen spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Nennleistung, dem Nennstrom und/oder der Nennleistung der ersten Stromversorgungsanordnung gewählt werden kann. Der Draht kann einen negativen oder einen positiven Temperaturkoeffizienten haben. Ein negativer Temperaturkoeffizient hat den Vorteil, dass mit zunehmender Temperatur der Induktoren, deren Leitfähigkeit zunimmt. Das macht es möglich, dass bei einer ausreichenden Erwärmung höhere Ströme durch die Induktoren fließen können, die dann stärkere elektromagnetische Felder erzeugen, als es bei kalten Induktoren möglich ist. Der Effekt der im wesentlichen durch die erste Stromversorgungsanordnung betriebenen Widerstandsheizung lässt somit bei zunehmender Erwärmung nach, während der Effekt der von der zweiten Stromversorgungsanordnung betriebenen Induktionsheizung stärker wird.The inductors can be wound from a wire whose resistivity at room temperature can be selected depending on the rated power, the rated current and / or the rated power of the first power supply arrangement. The wire can have a negative or a positive temperature coefficient. A negative temperature coefficient has the advantage that with increasing temperature of the inductors whose conductivity increases. That makes it possible for a sufficient Heating higher currents can flow through the inductors, which then generate stronger electromagnetic fields than is possible with cold inductors. The effect of the resistance heating, which is essentially operated by the first power supply arrangement, thus decreases as the heating increases, while the effect of the induction heating operated by the second power supply arrangement becomes stronger.

Die erste Stromversorgungsanordnung stellt vorteilhaft eine Wechselspannung mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz zur Verfügung. Die Frequenz der von der zweiten Stromversorgungsanordnung zur Verfügung gestellten Spannungen beträgt vorteilhaft 1 bis 100 kHz.The first power supply arrangement advantageously provides an alternating voltage with a frequency of up to 100 Hz. The frequency of the voltages provided by the second power supply arrangement is advantageously 1 to 100 kHz.

Die erste Stromversorgungsanordnung stellt vorteilhaft eine Wechselspannung mit bis zu 10 bis 1000 V zur Verfügung. Die Beträge der von der zweiten Stromversorgungsanordnung zur Verfügung gestellten Spannungen ist vorteilhaft 10 bis 1000 V.The first power supply arrangement advantageously provides an AC voltage of up to 10 to 1000 V available. The amounts of the voltages provided by the second power supply arrangement are advantageously 10 to 1000 V.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Steuermittel aufweisen, mit welchem die Spannung an dem Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung und/oder die Spannung an den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung einstellbar ist. Das Steuermittel kann geeignet und eingerichtet sein, bei Beginn der Erwärmung eines in die Induktoren eingebrachten Werkstoffes eine Spannung an dem Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung einzustellen, die mit zunehmender Erwärmung und/oder elektrischer Leitfähigkeit des Werkstoffes reduziert wird. Das Steuermittel kann ferner geeignet und eingerichtet sein, bei Beginn der Erwärmung eines in die Induktoren eingebrachten Werkstoffes Spannungen an den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung einzustellen, die mit zunehmender Erwärmung und/oder elektrischer Leitfähigkeit des Werkstoffes erhöht wird.The inventive device may have a control means with which the voltage at the output of the first power supply arrangement and / or the voltage at the outputs of the second power supply arrangement is adjustable. The control means may be suitable and arranged to set a voltage at the output of the first power supply arrangement at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors, which voltage is reduced with increasing heating and / or electrical conductivity of the material. The control means may also be suitable and arranged, at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors, voltages at the outputs of the second power supply arrangement set, which is increased with increasing heating and / or electrical conductivity of the material.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung einen Temperatursensor aufweisen, mit dem die Temperatur des zu erwärmenden Werkstücks erfassbar ist. Dieser Sensor kann mit dem Steuermittel verbunden sein. In Abhängigkeit von der Temperatur kann mittels des Steuermittels steuerbar sein, ob die Leistung der erste Stromversorgungsanordnung größer ist als die Leistung der zweiten Stromversorgungsanordnung bzw. welche Leistung an welcher Stromversorgungsanordnung eingestellt wird.According to the invention, the device can have a temperature sensor with which the temperature of the workpiece to be heated can be detected. This sensor may be connected to the control means. Depending on the temperature can be controlled by means of the control means, whether the power of the first power supply arrangement is greater than the power of the second power supply arrangement or which power is set at which power supply arrangement.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen mittels elektromagnetischer Induktion.
A device according to the invention is described in more detail with reference to the drawing. It shows
Fig. 1
an inventive device for heating by means of electromagnetic induction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen mittels elektromagnetischer Induktion weist eine der ersten Stromversorgungsanordnung 1 mit einem Ausgang auf, der zwei Anschlüsse 11, 12 hat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine zweite Stromversorgungsanordnung 2 auf.The device according to the invention for heating by means of electromagnetic induction has one of the first power supply arrangement 1 with an output, which has two terminals 11, 12. The device according to the invention also has a second power supply arrangement 2.

Die zweite Stromversorgungsanordnung 2 weist zwei Ausgänge auf, die durch je zwei Anschlüsse 21, 22, 23 gebildet werden. Ein erster der beiden Ausgänge wird durch die Anschlüsse 21, 22 gebildet und ein zweiter der Ausgänge wird durch die Anschlüsse 22, 23 gebildet. Der Anschluss 22 wird also sowohl von dem ersten Ausgang als auch von dem zweiten Ausgang genutzt, während die Anschlüsse 21,23 nur von je einem der beiden Ausgänge genutzt werden.The second power supply arrangement 2 has two outputs, which are each formed by two terminals 21, 22, 23. A first of the two outputs is formed by the terminals 21, 22 and a second of the outputs is formed by the terminals 22, 23. The terminal 22 is thus used by both the first output and the second output, while the terminals 21,23 are used by only one of the two outputs.

Die beiden Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 bilden eine Kette von Ausgängen, die mit dem Anschluss 21 beginnt und mit dem Anschluss 23 endet.The two outputs of the second power supply arrangement 2 form a chain of outputs, which begins with the terminal 21 and ends with the terminal 23.

An jeden Ausgang der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 ist ein Induktor 31 , 32 angeschlossen. Der Induktor 31 ist an die Anschlüsse 21 und 22 angeschlossen. Der Induktor 32 ist an die Anschlüsse 22 und 23 angeschlossen. Die Induktoren 31, 32 sind ebenfalls an den Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung 1 angeschlossen. Aus Sicht der ersten Stromversorgungsanordnung 1 bilden die beiden Induktoren 31 , 32 eine Reihenschaltung, die mit den Anschlüssen 1 1 , 12 der ersten Stromversorgungsanordnung verbunden ist.At each output of the second power supply arrangement 2, an inductor 31, 32 is connected. The inductor 31 is connected to the terminals 21 and 22. The inductor 32 is connected to the terminals 22 and 23. The inductors 31, 32 are also connected to the output of the first power supply arrangement 1. From the perspective of the first power supply arrangement 1, the two inductors 31, 32 form a series circuit, which is connected to the terminals 1 1, 12 of the first power supply arrangement.

Die erste Stromversorgungsanordnung 1 dient einer Versorgung der Induktoren 31 , 32 mit einer niederfrequenten Spannung. Die zweite Stromversorgungsanordnung 2 versorgt dagegen die Induktoren 31,32 mit einer im Vergleich dazu hochfrequenten Spannung.The first power supply arrangement 1 serves to supply the inductors 31, 32 with a low-frequency voltage. In contrast, the second power supply arrangement 2 supplies the inductors 31, 32 with a high-frequency voltage in comparison thereto.

An den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 liegen um 180° phasenverschobene Spannungen gleicher Höhe und gleicher Frequenz an. Das hat zur Folge, dass zwischen den Anschlüssen 21 und 23 keine Spannung abfällt. Die Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 bilden ein 2-Phasen-Wechselstromsystem mit zwei Außenleitern, wobei ein Außenleiter mit den Anschlüssen 21, 23 und der andere Außenleiter mit dem Anschluss 22 verbunden ist. Die verkettete Spannungen des 2-Phasen-Wechselstromsystems liegen an den Ausgängen an. Als verkettete Spannungen werden die Spannungen zwischen den Außenleitern des 2-Phasen-Wechselstromsystems bezeichnet.At the outputs of the second power supply arrangement 2 are 180 ° out of phase voltages of the same level and the same frequency. This has the consequence that between the terminals 21 and 23 no voltage drops. The outputs of the second power supply arrangement 2 form a two-phase AC system with two outer conductors, one outer conductor being connected to the terminals 21, 23 and the other outer conductor being connected to the terminal 22. The chained voltages of the 2-phase AC system are present at the outputs. Chained voltages are the voltages between the outer conductors of the 2-phase AC system.

Dadurch dass die Anschlüsse 21, 23 der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 auf gleichem Potenzial liegen, kann die zweite Stromversorgungsanordnung 2 keinen Strom in die erste Stromversorgungsanordnung 1 einspeisen. Die erste Stromversorgungsanordnung 1 ist dadurch von der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 entkoppelt.Because the terminals 21, 23 of the second power supply arrangement 2 are at the same potential, the second power supply arrangement 2 can not feed any current into the first power supply arrangement 1. The first power supply arrangement 1 is thereby decoupled from the second power supply arrangement 2.

Um auch die zweite Stromversorgungsanordnung 2 von der ersten Stromversorgungsanordnung 1 zu entkoppeln, können Hochpassfilter, zum Beispiel Kondensatoren, in die zu den Anschlüssen 21, 22 und/oder 23 führenden Außenleiter eingesetzt sein.In order to decouple also the second power supply arrangement 2 from the first power supply arrangement 1, high-pass filters, for example capacitors, can be inserted into the outer conductor leading to the terminals 21, 22 and / or 23.

Es ist möglich, dass die zweite Stromversorgungsanordnung drei Ausgänge aufweist. Die Stromversorgungsanordnung hätte dann einen weiteren Anschluss, der anstelle beispielsweise des Anschlusses 23 das Ende der Kette der Ausgänge bildete. Der Anschluss 23 würde dann nicht nur von dem zweiten Ausgang sondern auch von dem dritten Ausgang genutzt werden. Diese zweite Stromversorgungsanordnung würde dann ausgangseitig ein Dreiphasenwechselstromsystem mit drei um 120° gegeneinander verschobenen Phasen zur Verfügung stellen.It is possible that the second power supply arrangement has three outputs. The power supply arrangement would then have another connection, instead of, for example, the Terminal 23 made the end of the chain of outputs. The port 23 would then be used not only by the second output but also by the third output. This second power supply arrangement would then provide on the output side a three-phase AC system with three phases shifted by 120 ° from one another.

Ebenso ist es möglich, dass die zweite Stromversorgungsanordnung vier Ausgänge aufweist. Es wären dann gegenüber der dargestellten zweiten Stromversorgungsanordnung noch zwei weitere Anschlüsse vorgesehen, von denen einer anstelle des Anschlusses 23 das Ende der Kette der Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung bildet. Der Anschluss 23 und der andere weiterer Anschluss wären dem dritten Ausgang zugeordnet. Der andere weiterer Anschluss wäre zusätzlich noch dem vierten Ausgang zugeordnet. Die zweite Stromversorgungsanordnung würde dann vorteilhaft ausgangseitig ein 4-Phasen-Wechselstromsystem zur Verfügung stellen, dass vier um 90° gegeneinander verschobene Phasen hat.It is also possible that the second power supply arrangement has four outputs. Two further connections would then be provided in relation to the illustrated second power supply arrangement, one of which forms the end of the chain of the outputs of the second power supply arrangement instead of the connection 23. Port 23 and the other additional port would be associated with the third port. The other additional connection would additionally be assigned to the fourth output. The second power supply arrangement would then advantageously provide a 4-phase AC system on the output side, which has four phases shifted by 90 ° from one another.

Für die Erfindung ist es im Grunde genommen ohne Belang, wie die zweite Stromversorgungsanordnung 2 aufgebaut ist, um an den Anschlüssen 21, 22, 23 verkettete Spannungen zur Verfügung zu stellen, die um 180° gegeneinander phasenverschobene sind. Ein einfaches Beispiel zum Erzeugen solcher Spannungen ist mithilfe der in der Figur 1 dargestellten zweiten Stromversorgungsanordnung 2 möglich. Diese dort dargestellte zweite Stromversorgungsanordnung 2 weist einen Frequenzwandler 25, 26 auf, der durch einen Gleichrichter 26 und einen dem Gleichrichter nachgeschalteten Wechselrichter 25 gebildet wird. An den Ausgang des Frequenzwandlers 25, 26 ist ein Transformator 24 mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung angeschlossen, wobei die Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung hat, die mit dem Anschluss 22 der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 verbunden ist. Äußere Anzapfungen der Sekundärwicklung sind mit den Anschlüssen 21, 23 verbunden. Die Abschnitte der Sekundärwicklung zwischen dem Anschluss 21 und 22 einerseits und den Anschlüssen 22 und 23 andererseits haben unterschiedliche Wicklungssinne. Bei gleicher Wicklungszahl kommt es daher bei gleicher magnetischer Durchflutung der Abschnitte der Sekundärwicklung zu entgegengesetzten Spannungen an den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung 2.For the invention, it is basically irrelevant how the second power supply assembly 2 is constructed to provide at the terminals 21, 22, 23 concatenated voltages which are 180 ° out of phase with each other. A simple example of generating such voltages is by using the FIG. 1 illustrated second power supply arrangement 2 possible. This second power supply arrangement 2 shown there has a frequency converter 25, 26, which is formed by a rectifier 26 and an inverter 25 connected downstream of the rectifier. To the output of the frequency converter 25, 26, a transformer 24 having a primary winding and a secondary winding is connected, wherein the secondary winding has a center tap which is connected to the terminal 22 the second power supply arrangement 2 is connected. Outer taps of the secondary winding are connected to the terminals 21, 23. The sections of the secondary winding between the terminal 21 and 22 on the one hand and the terminals 22 and 23 on the other hand have different winding senses. For the same number of windings, therefore, the same magnetic flux through the sections of the secondary winding leads to opposite voltages at the outputs of the second power supply arrangement 2.

Weist die zweite Stromversorgungsanordnung 2 vier Ausgänge auf, kann sie zwei Frequenzwandler 25,26 und zwei Transformatoren 24 aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die zweite Stromversorgungsanordnung einen Direktumrichter aufweist, der eine Mehrphasenwechselstrom zur Verfügung stellt.If the second power supply arrangement 2 has four outputs, it can have two frequency converters 25, 26 and two transformers 24. Furthermore, it is possible for the second power supply arrangement to have a direct converter which provides a polyphase alternating current.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Induktoren einen unterschiedlichen Wicklungssinn haben. Der unterschiedliche Wicklungssinn der Induktoren 31,32 führt bei entgegengesetzten Spannungen dazu, dass die von den Induktoren 31,32 erzeugten elektromagnetischen Felder gleichgerichtet sind und sich einander verstärken. Ein Werkstück (nicht dargestellt), welches in die Induktoren eintaucht, wird dadurch einem besonders starken elektromagnetischen Feld ausgesetzt, wenn die Induktoren 31,32 von der zweiten Stromversorgungsanordnung 2 versorgt werden.Furthermore, it is advantageous if the inductors have a different winding sense. The different winding sense of the inductors 31,32 leads at opposite voltages to the fact that the electromagnetic fields generated by the inductors 31,32 are rectified and reinforce each other. A workpiece (not shown) immersed in the inductors is thereby exposed to a particularly strong electromagnetic field when the inductors 31, 32 are supplied by the second power supply arrangement 2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Steuerung 4 auf, welche die erste Stromversorgungsanordnung 1 und die zweite Stromversorgungsanordnung 2 steuert.The device according to the invention has a controller 4, which controls the first power supply arrangement 1 and the second power supply arrangement 2.

Claims (8)

Vorrichtung zum Erwärmen mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere Induktionsheizung oder Induktionsofen zum Beispiel zum Erwärmen von Siliciumcarbid, - mit einer ersten Stromversorgungsanordnung (1) mit einem Ausgang mit zwei Anschlüssen (11, 12), - mit einer zweiten Stromversorgungsanordnung (2) zum Bereitstellen von n-phasiger Mehrphasenwechselspannnung an n Ausgängen mit je zwei Anschlüssen (21, 22, 23), wobei die Phasenverschiebung zwischen verketteten Spannungen (U12, U21) der ausgangsseitig der zweiten Stromversorgungsanordnung bereitgestellten n-phasigen Mehrphasenwechselspannung 360°/n beträgt und wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, - wobei die n Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung (2) dadurch eine Kette bilden, dass unter den n Ausgängen n-2 Ausgänge sind, denen zwei Anschlüsse zugeordnet sind, die gleichzeitig auch je einem anderen der Ausgänge zugeordnet sind, und dass von den n Ausgängen zwei Ausgänge nur einen Anschluss (22) aufweisen, der zugleich auch einem anderen Ausgang zugeordnet ist, während die anderen Anschlüsse (21, 23) dieser beiden Ausgänge nur einem Ausgang zugeordnet sind und diese Anschlüsse (21, 23) den Anfang und das Ende der Kette bilden, - wobei an jedem Ausgang der zweiten Stromversorgungsanordnung (2) eine der verketteten Spannungen (U12, U21) des n-Phasen-Wechselstromsystems anliegt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung - wenigstens n Induktoren (31, 32) aufweist, - wobei die Induktoren (31 , 32) bezüglich der ersten Stromversorgungsanordnung (1) in Reihe geschaltet an den Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung angeschlossen sind und - wobei wenigstens je ein Induktor (31, 32) an einen Ausgang der Ausgänge der zweiten Stromversorgungsanordnung angeschlossen ist. Apparatus for heating by means of electromagnetic induction, in particular induction heating or induction furnaces, for example for heating silicon carbide, with a first power supply arrangement (1) with a two-port output (11, 12), - With a second power supply arrangement (2) for providing n-phase multiphase AC voltage at n outputs with two terminals (21, 22, 23), wherein the phase shift between the chained voltages (U12, U21) of the output side of the second power supply arrangement provided n-phase Multiphase AC voltage is 360 ° / n and where n is a natural number greater than or equal to two, - wherein the n outputs of the second power supply arrangement (2) form a chain in that among the n outputs n-2 are outputs to which two terminals are assigned, which are also each assigned to a different one of the outputs, and that of the n outputs two outputs have only one terminal (22), which is also assigned to another output at the same time, while the other terminals (21, 23) of these two outputs are associated with only one output and these terminals (21, 23) the beginning and the end of Form chain, - Wherein at each output of the second power supply arrangement (2) one of the chained Voltages (U12, U21) of the n-phase AC system is present,
characterized in that
the device having at least n inductors (31, 32), - Wherein the inductors (31, 32) with respect to the first power supply arrangement (1) connected in series to the output of the first power supply arrangement are connected and - Wherein at least one inductor (31, 32) is connected to an output of the outputs of the second power supply arrangement. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n eine durch zwei teilbare Zahl ist, dass die Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung (2) einander paarweise zugeordnet sind und an den Ausgängen eines Paares verkettete Spannungen (U12, U21) mit einer Phasenverschiebung von 180° anliegen.Apparatus according to claim 1, characterized in that n is a divisible by two number, that the outputs of the second power supply arrangement (2) are associated with each other in pairs and at the outputs of a pair of concatenated voltages (U12, U21) with a phase shift of 180 ° , Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Ausgänge eines Paares von Ausgängen angeschlossenen Induktoren (31, 32) einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben.Device according to Claim 2, characterized in that the inductors (31, 32) connected to the outputs of a pair of outputs have an opposite sense of winding. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht einen negativen Temperaturkoeffizienten hat.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wire has a negative temperature coefficient. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Steuermittel (4) aufweist, mit welchem die Spannung (U1) an dem Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung (1) und/oder die Spannungen (U12, U21) an den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung (2) einstellbar ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the device comprises a control means (4), with which the voltage (U1) at the output of the first power supply arrangement (1) and / or the voltages (U12, U21) to the Outputs of the second power supply arrangement (2) is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (4) geeignet und eingerichtet ist bei Beginn der Erwärmung eines in die Induktoren (31, 32) eingebrachten Werkstoffes die Spannung (U1) an dem Ausgang der ersten Stromversorgungsanordnung (1) einzustellen, die mit zunehmender Erwärmung und/oder elektrischer Leitfähigkeit des Werkstoffes reduziert wird.Device according to claim 5, characterized in that the control means (4) is suitable and adapted to set the voltage (U1) at the output of the first power supply arrangement (1) at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors (31, 32) is reduced with increasing heating and / or electrical conductivity of the material. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (4) geeignet und eingerichtet ist, bei Beginn der Erwärmung eines in die Induktoren (31, 32) eingebrachten Werkstoffes die Spannungen (U12, U21) an den Ausgängen der zweiten Stromversorgungsanordnung (2) einzustellen, die mit zunehmender Erwärmung und/oder elektrischer Leitfähigkeit des Werkstoffes erhöht wird.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the control means (4) is suitable and adapted, at the beginning of the heating of a material introduced into the inductors (31, 32), the voltages (U12, U21) at the outputs of the second power supply arrangement ( 2), which is increased with increasing heating and / or electrical conductivity of the material. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Method for operating a device according to one of Claims 1 to 7.
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