ES2242699T3 - Procedimiento para el calentamiento electrico de hornos para el tratamiento termico de piezas de trabajo metalicas. - Google Patents
Procedimiento para el calentamiento electrico de hornos para el tratamiento termico de piezas de trabajo metalicas.Info
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Abstract
Procedimiento para el calentamiento eléctrico de hornos para el tratamiento térmico de piezas de trabajo metálicas, en el que los elementos de calentamiento (8a, 8b, 8c) de un horno son alimentados con una tensión de calentamiento que se genera en el secundario de un transformador de corriente trifásica (6) conectado a una red de corriente trifásica, caracterizado porque los arrollamientos primarios del transformador de corriente trifásica (6) se conectan durante una primera fase de calentamiento en una conexión en triángulo, y durante una segunda fase de calentamiento en una conexión en estrella, determinándose el instante de conmutación (tum) de la conexión en triángulo a la conexión en estrella en función de los parámetros de funcionamiento característicos para el proceso de calentamiento.
Description
Procedimiento para el calentamiento eléctrico de
hornos para el tratamiento térmico de piezas de trabajo
metálicas.
La invención se refiere a un procedimiento para
el calentamiento eléctrico de hornos para el tratamiento térmico de
piezas de trabajo metálicas, en particular de hornos de vacío que se
pueden emplear para la carburación o la nitruración al plasma, en el
que los elementos de calentamiento de un horno son alimentados con
una tensión de calentamiento que se genera en el secundario de un
transformador de corriente trifásica conectado a una red de
corriente trifásica.
En las redes trifásicas fluye habitualmente una
corriente trifásica originada por medio de tres tensiones alternas
desplazadas en fase 120º entre ellas, respectivamente, que en el
caso de consumidores eléctricos puramente óhmicos, es decir,
consumidores eléctricos con partes de circuito con características
inductivas y/o capacitivas, presenta un desplazamiento de fase
(\varphi) entre la tensión y la corriente que depende de la
inductividad y/o capacidad del consumidor.
En las redes trifásicas, la potencia activa
generada por la corriente trifásica sólo puede ser usada en
consumidores eléctricos, medios de producción que requieren energía
eléctrica para cumplir con las tareas impuestas por los hombres. En
la red de corriente trifásica, sin embargo, también se da una
potencia reactiva (Q) resultante de la corriente reactiva, que no
contribuye a la potencia que se puede usar. La potencia reactiva
tiene su causa en el desplazamiento de fase entre la tensión y la
corriente, que es causado por medio de inductividades y capacidades
en el circuito, y que se usa para el establecimiento de campos
eléctricos y magnéticos. La potencia reactiva (Q) tiene un efecto
negativo en las instalaciones eléctricas, ya que provoca caídas de
tensión y pérdidas Joule, y representa una carga adicional para
generadores, transformadores y líneas. Debido a ello, por parte de
las compañías de suministro de energía se requiere a los grandes
consumidores que cumplan con un factor de potencia (cos \varphi)
entre 0,8 y 0,9. Por encima de ello está previsto un pago por el
uso de potencia reactiva. Debido a ello, las empresas industriales
están interesadas en compensar la potencia reactiva que se produce
en su red.
Para la compensación de la potencia reactiva en
redes trifásicas se conoce un gran número de instalaciones y
dispositivos de compensación, como por ejemplos los compensadores
síncronos, también llamados desplazadores de fase, los condensadores
de potencia reactiva y los convertidores de potencia reactiva. Estas
instalaciones y dispositivos provocan una reducción del ángulo de
fase (\varphi) entre la potencia activa (P) y la potencia aparente
(S), y con ello una reducción de la potencia reactiva (Q) que se ha
de pagar a las compañías de suministro de energía. Representa una
desventaja la dificultad no insignificante relativa a la técnica de
las instalaciones, y que es intensiva en costes desde el punto de
vista económico, que se da con las instalaciones y dispositivos para
la compensación de potencias reactivas, que es algo a evitar con
vistas a costes de fabricación y de operación más reducidos.
Una compensación de la potencia reactiva es
especialmente útil en hornos para el tratamiento térmico de piezas
de trabajo metálicas, en particular en el caso de hornos de vacío
empleados para la carburación o la nitruración al plasma de piezas
de trabajo. Para evitar una ionización de la atmósfera del horno en
la región de los elementos de calentamiento en la carburación o
nitruración al plasma, los hornos conocidos están provistos de
elementos de calentamiento que presentan una resistencia de baja
impedancia y a los que se suministra una tensión de calentamiento
reducida. Un diseño de baja impedancia de los elementos de
calentamiento requiere, sin embargo, una masa correspondientemente
grande de los elementos de calentamiento, que, por su lado,
condiciona una elevada potencia de calentamiento. La elevada
potencia de calentamiento, así como la reducida tensión de
calentamiento, además de una dificultad de fabricación considerable
por lo que se refiere a la técnica de la instalación, y que, como
consecuencia de ello, es intensiva en costes, tienen como
consecuencia el hecho de que fluya una corriente con una elevada
intensidad de corriente a través de los elementos de calentamiento,
que según esto lleva consigo una elevada proporción de corriente
reactiva, y una potencia reactiva (Q) correspondientemente
elevada.
En el caso de transformadores de corriente
trifásica, y en particular los transformadores de reactancia
ajustables de modo variable empleados conjuntamente con hornos para
el tratamiento térmico de piezas de trabajo metálicas para el
control de la tensión de calentamiento, y con ello de la temperatura
en la cámara, denominados VRT, el factor de potencia (cos \varphi)
sólo se puede mantener en un determinado punto de trabajo o bien en
un intervalo de puntos de trabajo predeterminados en valores
aceptables entre 0,8 y 0,9. Las desviaciones, incluso muy pequeñas,
del o de los puntos de trabajo de los transformadores van unidas con
una reducción muy elevada del factor de potencia (cos \varphi), y
con ello con un incremento de la proporción de corriente reactiva, y
con una potencia reactiva (Q) correspondientemente elevada. En
particular, en el caso de transformadores de reactancia (VRTs)
ajustables de modo variable, que en el caso de hornos para el
tratamiento térmico de piezas de trabajo metálicas regulan la
transmisión de potencia del primario al secundario del transformador
por medio de una magnitud de ajuste que se basa en los parámetros de
funcionamiento característicos para el proceso de calentamiento,
como consecuencia de los parámetros de funcionamiento del proceso de
calentamiento, que prácticamente varían de manera constante, por
ejemplo la temperatura del horno, la temperatura de la hornada y la
potencia de calentamiento requerida respectivamente, una desviación
del punto de trabajo óptimo o del intervalo de puntos de trabajo va
unida con un incremento de la potencia reactiva (Q) que lo acompaña,
tal y como han mostrado los experimentos empíricos.
Partiendo de este estado de la técnica, la
invención se basa en el objetivo de mejorar un procedimiento para el
calentamiento eléctrico de hornos para el tratamiento térmico de
piezas de trabajo metálicas del tipo mencionado al comienzo hasta
tal punto que se pueda conseguir de un modo sencillo y barato una
proporción de potencia reactiva comparativamente menor.
Este objetivo se consigue según la invención en
un procedimiento con las características mencionadas al comienzo
gracias al hecho de que los arrollamientos primarios del
transformador de corriente trifásica, durante una primera fase de
calentamiento, se conectan en una conexión en triángulo, y durante
una segunda fase de calentamiento se conectan en una conexión en
estrella, determinándose el instante de conmutación de la conexión
en triángulo a la conexión en estrella en función de los parámetros
de funcionamiento característicos para el proceso de
calentamiento.
La invención se basa en el reconocimiento de que
el proceso de calentamiento durante el calentamiento eléctrico de
hornos para el tratamiento térmico de piezas de trabajo de metal
comprende fases de calentamiento que requieren diferentes potencias
de calentamiento. De este modo, por ejemplo, al calentar el horno a
una temperatura determinada se requiere una potencia de
calentamiento mayor que para mantener al horno a una temperatura de
tratamiento necesaria para el tratamiento térmico requerido. Según
la invención, por medio de la conmutación de los arrollamientos
primarios del transformador de corriente trifásica de una conexión
en triángulo a una conexión en estrella en función de los parámetros
de funcionamiento característicos para el proceso de calentamiento,
se garantiza que el transformador de corriente trifásica trabaje en
un punto de trabajo o bien en un intervalo de puntos de trabajo, en
el que se da un mayor factor de potencia (cos \varphi). Por medio
de la conmutación de la conexión en triángulo a la conexión en
estrella se reduce la potencia eléctrica alimentada en el primario
al transformador de corriente trifásica. En este caso, se mantiene
el punto de trabajo del transformador de corriente trifásica, a
pesar de la reducción unida con ello de la potencia de salida
eléctrica del secundario, así como del factor de potencia (cos
\varphi) unido con el o con los puntos de trabajo, de manera que
se consigue una limitación de la potencia reactiva sin una
compensación costosa.
En este caso, de un modo ventajoso, sucede que la
conexión en triángulo de los arrollamientos primarios en la primera
fase de calentamiento provoca una potencia de calentamiento mayor,
de manera que se produce un tiempo de calentamiento
correspondientemente más reducido. Después del calentamiento, en la
segunda fase de calentamiento ya sólo es necesaria una potencia de
calentamiento menor para el mantenimiento de la temperatura. Esto se
tiene en cuenta según la invención por medio de la conmutación de la
conexión en triángulo a la conexión en estrella en función de los
parámetros de funcionamiento característicos para el proceso de
calentamiento, y de la menor tensión de calentamiento del secundario
que lo acompaña.
Ante todo, en el contexto de una carburación al
plasma o con una nitruración al plasma, esto último lleva, además, a
que se evite una ionización de la atmósfera del horno en la región
de los elementos de calentamiento. En lugar de una compensación de
la potencia reactiva (Q), que en otro caso sería necesaria, por
medio de la conmutación conforme a la invención sencillamente no se
genera en absoluto la potencia reactiva (Q) que en otro caso habría
que compensar. Condicionado por medio de la conmutación de los
arrollamientos primarios del transformador de corriente trifásica de
la conexión en triángulo a la conexión en estrella, en el primario
del transformador de corriente trifásica hay tensiones entre
conductores del sistema trifásico y corrientes en los conductores de
diferente magnitud, que llevan a que la tensión de calentamiento
generada en el secundario del transformador de corriente trifásica,
por medio de la conmutación de la conexión en triángulo a la
conexión en estrella, se vea reducida, y como consecuencia de esto,
también se prepare una potencia de calentamiento menor durante la
segunda fase de calentamiento. Se ha constatado que la potencia de
calentamiento eléctrica reducida en el secundario del transformador
de corriente trifásica dada por medio de la conmutación de la
conexión en triángulo a la conexión en estrella se corresponde
ventajosamente fundamentalmente con la potencia de calentamiento
reducida requerida durante la segunda fase de calentamiento para el
calentamiento de la temperatura de funcionamiento necesaria para el
tratamiento térmico requerido. De un modo ventajoso, el instante de
conmutación de la conexión en triángulo a la conexión en estrella se
determina en función de una magnitud de ajuste prefijable,
preferentemente de un transformador de reactancia que se pueda
ajustar de modo variable.
En una configuración especialmente ventajosa de
la invención, el instante de conmutación de la conexión en triángulo
a la conexión en estrella se determina en función de la temperatura
del horno y/o de la temperatura de la hornada y/o del factor de
potencia (cos \varphi) como parámetros de funcionamiento
característicos para el proceso de calentamiento.
Adicionalmente, representa una ventaja el hecho
de conmutar por medio de una protección de la conexión en triángulo
a la conexión en estrella, ya que en este caso las pérdidas de
potencia se mantienen en valores reducidos, y se reduce de un modo
considerable la potencia reactiva.
En una configuración preferida de la invención se
hace uso de elementos de calentamiento con una resistencia de alta
impedancia, en comparación. Esto, a diferencia de las realizaciones
del procedimiento hasta la fecha, también es posible en la
carburación al plasma o en la nitruración al plasma, ya que por
medio de la conexión en estrella, tanto la intensidad de corriente
como la potencia de calentamiento, y con ello la tensión de
calentamiento durante la segunda fase, disminuye, de manera que -
tal y como se ha explicado anteriormente - se puede descartar el
peligro de una ionización de la atmófera del horno en la región del
elemento de calentamiento. Por medio del empleo de elementos de
calentamiento con una resistencia de alta impedancia se reduce el
coste de fabricación desde el punto de vista de la técnica de la
instalación, ya que se puede reducir la masa de los elementos de
calentamiento, y de modo correspondiente se reduce la potencia de
calentamiento requerida. Adicionalmente, de esta manera se puede
hacer uso de los mismos elementos de calentamiento para tipos de
hornos diferentes, de manera que se prescinde del coste adicional
predominante hasta el momento en hornos para carburación al plasma o
nitruración al plasma.
Según una variante ventajosa de la invención,
como transformador de corriente trifásica se emplea un transformador
de reactancia que se puede ajustar de modo variable. Conjuntamente
con elementos de calentamiento que presentan una resistencia de alta
impedancia, esto ofrece la ventaja de que se puede ajustar la
temperatura respectiva a la tensión de calentamiento en la cámara
del horno en lugar de con una protección, por medio de la variación
de la magnitud de ajuste del transformador de reactancia. La
reducción del factor de potencia (cos \varphi) que se produce
habitualmente como consecuencia de la modificación de la magnitud de
ajuste de un transformador de reactancia en la dirección de valores
más pequeños, como consecuencia de la alta impedancia de la
resistencia de los elementos de calentamiento, es en este caso de
una importancia secundaria. Para conseguir un ajuste fino de la
tensión de calentamiento, según esto, se propone adicionalmente que
la tensión de calentamiento para la primera y la segunda fase de
calentamiento - a pesar de la conmutación de la conexión en
triángulo a la conexión en estrella por medio de una protección - se
ajuste por medio de la variación de la magnitud de ajuste del
transformador de reactancia.
De un modo adecuado, durante la primera fase de
calentamiento se aplica una tensión de calentamiento de menos de 60
V, preferentemente de aproximadamente 50 V, y durante la segunda
fase de calentamiento se aplica una tensión de calentamiento de
menos de 35 V, preferentemente de aproximadamente 30 V, en los
elementos de calentamiento. En el caso de carburación al plasma o
nitruración al plasma, con ello, en la primera fase de calentamiento
se garantiza un tiempo de calentamiento reducido, y en la segunda
fase de calentamiento se descarta un perjuicio en la atmósfera del
horno por medio de una ionización indeseada en la región de los
elementos de calentamiento. Finalmente, se propone prever una red de
corriente trifásica con una tensión de aproximadamente 400 V, de
manera que se haga posible el funcionamiento de un horno para el
tratamiento térmico de piezas de trabajo metálicas en la red
eléctrica pública.
Otras particularidades, características y
ventajas de la invención se derivan de la siguiente descripción de
ejemplos de realización preferidos. En el dibujo correspondiente se
muestra, en particular:
Figura 1 una representación esquemática del
esquema de circuitos de un dispositivo de calentamiento eléctrico
para un horno de vacío;
Figura 2 una representación detallada del esquema
de circuitos según la Figura 1;
Figura 3 en un diagrama, la evolución temporal
del factor de potencia (cos \varphi) en el proceso de
calentamiento según el estado de la técnica;
Figura 4 en un diagrama, la evolución temporal
del factor de potencia (cos \varphi) de un proceso de
calentamiento conforme a la invención con una conmutación de los
arrollamientos primarios de una conexión en triángulo a una conexión
en estrella en función del factor de potencia (cos \varphi);
Figura 5 en un diagrama, la evolución temporal
del factor de potencia (cos \varphi) de un proceso de
calentamiento conforme a la invención con una conmutación de los
arrollamientos primarios de una conexión en triángulo a una conexión
en estrella en función de la temperatura del horno, y
Figura 6 en un diagrama, la evolución temporal
del factor de potencia (cos \varphi) de un proceso de
calentamiento conforme a la invención con una conmutación de los
arrollamientos primarios de una conexión en triángulo a una conexión
en estrella en función de la temperatura de la hornada.
El esquema de circuitos representado en las Fig.
1 y 2 muestra como líneas de cobre planas con una sección
transversal de 30 x 10 mm las fases de corriente 1a, 1b, 1c de una
red de corriente trifásica que presenta una tensión de red de
aproximadamente 400 V. Las fases de corriente 1a, 1b, 1c están
unidas con seccionadores de potencia de seguridad 2a, 2b de magnitud
NH2, que están protegidos con 315 A. Por medio de líneas de cobre
planas 3a, 3b que presentan una sección transversal de 20 x 10 mm,
los seccionadores de potencia de seguridad 2a, 2b están conectados a
una protección de red 4a diseñada a 300 A, y a una protección en
triángulo 4b diseñada igualmente a 300 A, o bien a una protección en
estrella 4c conectada en paralelo con esta última y diseñada a 160
A. Las líneas de cobre planas 5a, 5b con una sección transversal de
6 x 120 mm^{2} unen las protecciones 4a a 4c con los
arrollamientos primarios de un transformador de reactancia 6 que se
puede ajustar de modo variable. Tal y como se puede reconocer, en
particular, a partir de la Fig. 2, los arrollamientos secundarios
del transformador de reactancia 6 están conectados por medio de
líneas de cobre planas 7a, 7b, 7c de un grosor de 2 x 120 x 10 mm a
elementos de calentamiento 8a, 8b, 8c con una resistencia de alta
impedancia.
Los arrollamientos primarios del transformador de
reactancia 6, están enlazados en función del estado del
procedimiento de un tratamiento térmico realizado en el horno de
vacío, o bien en una conexión en triángulo o en una conexión en
estrella. Por medio de las protecciones 4b, 4c, se puede conmutar de
la conexión en triángulo a la conexión en estrella. En el caso de la
conexión en triángulo, en el primario del transformador de
reactancia 6 hay una tensión entre conductores del sistema trifásico
de aproximadamente 400 V. La corriente que fluye a través de los
arrollamientos primarios del transformador de reactancia 6 tiene en
este caso una intensidad de corriente de aproximadamente 464 A. En
caso de la conexión en estrella, en el primario del transformador de
reactancia 6 hay una tensión entre conductores del sistema trifásico
menor que aproximadamente 230 V. La magnitud de la corriente
primaria, así mismo, es menor, y tiene un valor de aproximadamente
268 A.
Por medio de transformadores individuales 9a, 9b,
9c del transformador de reactancia 6 que transmiten una potencia
aparente de aproximadamente 118 kVA se reduce la tensión entre
conductores del sistema trifásico que existe en el primario del
transformador de reactancia 6, en caso de la conexión en estrella,
por ejemplo, a una tensión de calentamiento que cae en el secundario
del transformador de reactancia de aproximadamente 35 V. Con una
corriente inducida con una intensidad de corriente de 3057 A se
produce gracias a ello una potencia activa de aproximadamente 107 kW
para los elementos de calentamiento 8a, 8b, 8c, respectivamente.
El dispositivo de calentamiento basado en el
esquema de circuitos descrito anteriormente hace posible que la
cámara del horno del horno de vacío se caliente, por ejemplo para la
nitruración al plasma de piezas de trabajo metálicas, durante una
primera fase de calentamiento a una temperatura determinada, por
ejemplo de 1080ºC, y durante una segunda fase de calentamiento se
mantenga a una temperatura de nitruración correspondiente con la
finalidad de uso correspondiente de, por ejemplo, 600ºC a 850ºC
durante un tiempo prefijado. Durante la primera fase de
calentamiento, en este caso, se enlazan los arrollamientos primarios
del transformador de reactancia 6 en la conexión en triángulo, de
manera que como consecuencia de la elevada potencia de calentamiento
preparada con ello para los elementos de calentamiento 8a, 8b, 8c se
produce un breve tiempo de calentamiento. Al alcanzar la temperatura
prefijada al final de la primera fase de calentamiento, por medio de
la protección 4c se conmuta a la conexión en estrella, gracias a lo
cual se reduce tanto la corriente secundaria como la tensión de
calentamiento que cae en el secundario.
Puesto que para mantener la temperatura durante
la segunda fase de calentamiento se requiere una menor potencia de
calentamiento, por medio de la tensión de calentamiento reducida se
proporciona una potencia de calentamiento suficiente. No es
necesaria una variación sensible de la magnitud de ajuste del
transformador de reactancia 6 para el ajuste de la potencia de
calentamiento, ya que éste sigue siendo operado en su punto de
trabajo o bien en el intervalo de sus puntos de trabajo prefijados.
El transformador de reactancia 6, sin embargo, se puede encargar del
ajuste fino de la potencia de calentamiento. En este caso, no se
realiza una reducción significativa del factor de potencia (cos
\varphi). De esta manera se tiene en cuenta una menor proporción
de corriente reactiva, que hace superflua una costosa compensación
de la corriente reactiva, y no menos importante, reduce los costes
de energía que se producen. Las resistencias de alta impedancia de
los elementos de calentamiento 8a, 8b, 8c soportan esto.
La Figura 3 muestra la evolución temporal del
factor de potencia (cos \varphi) durante un proceso de
calentamiento según el estado de la técnica. El horno y la hornada
se calientan desde la temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC) a
una temperatura de 900ºC. A partir de la evolución de la temperatura
del horno y de la hornada se puede reconocer que la hornada sigue a
la evolución de temperatura del horno con un cierto retraso
temporal. En el calentamiento, el transformador de reactancia 6 se
sigue encontrando en su punto de trabajo, que presenta un factor de
potencia de cos \varphi = 0,85. Tal y como se puede reconocer a
partir de la Figura 3, el punto de trabajo del transformador de
reactancia se modifica al realizarse el calentamiento, con la
consecuencia de que el factor de potencia cos \varphi cae a un
valor de cos \varphi = 0,5. Con la caída del factor de potencia
cos \varphi se incrementa en este caso la proporción de corriente
reactiva, y con ello la potencia reactiva Q de un modo
indeseado.
La Figura 4 muestra la evolución temporal del
factor de potencia cos \varphi para el proceso de calentamiento
según la Figura 3 al calentar un horno y una hornada desde la
temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC) a una temperatura de
tratamiento de 900ºC. En el ejemplo de realización según la Figura
4, el instante de conmutación de los arrollamientos primarios del
transformador de reactancia 6 de la conexión en triángulo a la
conexión en estrella se determina en función del factor de potencia
cos \varphi. El instante de conmutación t_{um} se determina
principalmente en función de un factor de potencia cos \varphi
prefijado, del cual no se debe bajar, de 0,80. Al calentar el horno
y la hornada se modifica el punto de trabajo del transformador de
reactancia 6, debido a lo cual el factor de potencia cos \varphi
que al comienzo del proceso de calentamiento presenta un valor de
0,85 cae cada vez más. Al alcanzar y/o situarse por debajo de un
factor de potencia cos \varphi de 0,80, los arrollamientos
primarios del transformador de reactancia 6 conmutan de la conexión
en triángulo a la conexión en estrella. Por medio de la conmutación
de la conexión en triángulo a la conexión en estrella, el
transformador de reactancia recibe una menor potencia eléctrica de
la red de corriente trifásica. De modo correspondiente, se reduce la
tensión de calentamiento eléctrica secundaria, y con ello la
potencia de calentamiento, y el factor de potencia cos \varphi se
incrementa hasta un valor de 0,95, de modo correspondiente a una
potencia reactiva Q reducida. En este caso, el transformador de
reactancia trabaja en su punto de trabajo, exceptuando pequeñas
desviaciones. La potencia de calentamiento reducida del secundario
es suficiente, en este caso, para la potencia de calentamiento
necesaria para el mantenimiento o el ligero incremento de la
temperatura del horno o de la hornada para el tratamiento térmico de
piezas de trabajo metálicas que tiene lugar en la segunda fase de
calentamiento. Después de la conmutación de la conexión en triángulo
a la conexión en estrella, el factor de potencia cos \varphi va
desde el factor de potencia dado en el instante de conmutación de
cos \varphi = 0,95 aproximándose cada vez más a un factor de
potencia cos \varphi con un valor estable de cos \varphi =
0,83.
El instante de conmutación t_{um} de los
arrollamientos primarios del transformador de reactancia 6 de la
conexión en triángulo a la conexión en estrella en función de la
consecución de un factor de potencia cos \varphi prefijado,
representa de modo correspondiente una medida de reducción de los
costes de corriente.
La Figura 5 muestra la evolución temporal del
factor de potencia cos \varphi para el proceso de calentamiento de
un horno o bien de una hornada desde la temperatura ambiente
(aproximadamente 20ºC) a una temperatura de tratamiento de
aproximadamente 900ºC. El instante de conmutación de los
arrollamientos primarios del transformador de reactancia 6 de la
conexión en triángulo a la conexión en estrella se determina en este
caso en función de una variación temporal prefijada de la
temperatura del horno. En este caso se determina la variación
temporal de la temperatura del horno, y al alcanzar una variación
temporal de temperatura prefijada, se conmuta de la conexión en
triángulo a la conexión en estrella. En el instante de conmutación,
el factor de potencia cos \varphi que durante el calentamiento ha
caído desde un valor de 0,85 a un valor por debajo de 0,80 se
incrementa hasta un valor de 0,95, y se estabiliza durante la
segunda fase de calentamiento a un valor de 0,83.
La Figura 6 muestra la evolución temporal del
factor de potencia cos \varphi para el proceso de calentamiento
correspondiente de un horno o de una hornada desde una temperatura
ambiente (aproximadamente 20ºC) a una temperatura de 900ºC. En el
ejemplo de realización según la Figura 6, el instante de conmutación
t_{um} de los arrollamientos primarios del transformador de
reactancia 6 de la conexión en triángulo a la conexión en estrella
se determina en función de la variación temporal de la temperatura
de la hornada. Al alcanzar una variación temporal de la temperatura
de la hornada de \delta t = 10 ºC se conmutan los arrollamientos
primarios del transformador de reactancia 6 de la conexión en
triángulo a la conexión en estrella. El factor de potencia cos
\varphi que durante la primera fase de calentamiento ha caído
desde un valor de 0,85 a un valor por debajo de 0,80 se incrementa
en el instante de conmutación t_{um} hasta un valor de
aproximadamente 0,95, y se estabiliza durante la segunda fase de
calentamiento a un valor de 0,83.
Por medio de la conmutación automática conforme
al procedimiento de la conexión de los arrollamientos primarios de
una conexión en triángulo a una conexión en estrella en función de
los parámetros de funcionamiento característicos para el proceso de
calentamiento, según la Figura 4 en función del factor de potencia
cos \varphi, según la Figura 5 en función de la temperatura del
horno y según la Figura 6 en función de la variación temporal de la
temperatura de la hornada, se puede conseguir de un modo sencillo y
barato, sin costosos dispositivos de compensación de la potencia
reactiva, una proporción de potencia reactiva comparativamente
reducida. El instante de conmutación de los arrollamientos primarios
del transformador de reactancia de la conexión en triángulo a la
conexión en estrella, en este caso, se puede ajustar a las
necesidades individuales del proceso de calentamiento en diferentes
regiones.
Los ejemplos de realización representados en las
Figuras sirven únicamente para la explicación de la invención, y no
representan una limitación para ésta.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
1a \+ Fase de corriente\cr 1b \+ Fase de corriente\cr 1c \+ Fase
de corriente\cr 2a \+ Seccionador de potencia de seguridad\cr 2b
\+ Seccionador de potencia de seguridad\cr 3a \+ Línea de cobre
plana\cr 3b \+ Línea de cobre plana\cr 4a \+ Protección de red\cr
4b \+ Protección en triángulo\cr 4c \+ Protección en estrella\cr
5a \+ Línea de cobre plana\cr 5b \+ Línea de cobre plana\cr 6 \+
Transformador de reactancia\cr 7a \+ Línea de cobre plana\cr 7b \+
Línea de cobre plana\cr 7c \+ Línea de cobre plana\cr 8a \+
Elemento de calentamiento\cr 8b \+ Elemento de calentamiento\cr 8c
\+ Elemento de calentamiento\cr 9a \+ Transformador individual\cr
9b \+ Transformador individual\cr 9c \+ Transformador individual\cr
S \+ Potencia aparente\cr P \+ Potencia activa\cr Q \+ Potencia
reactiva\cr RT \+ Temperatura ambiente\cr t _{um} \+ Instante de
conmutación\cr T \+
Temperatura\cr}
Claims (16)
1. Procedimiento para el calentamiento eléctrico
de hornos para el tratamiento térmico de piezas de trabajo
metálicas, en el que los elementos de calentamiento (8a, 8b, 8c) de
un horno son alimentados con una tensión de calentamiento que se
genera en el secundario de un transformador de corriente trifásica
(6) conectado a una red de corriente trifásica, caracterizado
porque los arrollamientos primarios del transformador de corriente
trifásica (6) se conectan durante una primera fase de calentamiento
en una conexión en triángulo, y durante una segunda fase de
calentamiento en una conexión en estrella, determinándose el
instante de conmutación (t_{um}) de la conexión en triángulo a la
conexión en estrella en función de los parámetros de funcionamiento
característicos para el proceso de calentamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el instante de conmutación (t_{um})
de la conexión en triángulo a la conexión en estrella se determina
en función de una magnitud de ajuste prefijable.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizado porque el instante de
conmutación (t_{um}) de la conexión en triángulo a la conexión en
estrella se determina en función de un factor de potencia cos
\varphi prefijable.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque al alcanzar o situarse por debajo de un
factor de potencia cos \varphi de 0,80 se conmuta de la conexión
en triángulo a la conexión en estrella.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el instante de
conmutación (t_{um}) de la conexión en triángulo a la conexión en
estrella se determina en función de la temperatura del horno.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque en función de una variación temporal de
la temperatura de la temperatura del horno se conmuta de la conexión
en triángulo a la conexión en estrella.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el instante de
conmutación (t_{um}) de la conexión en triángulo a la conexión en
estrella se determina en función de la temperatura de la
hornada.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque en función de una variación temporal de
la temperatura de la hornada se conmuta de la conexión en triángulo
a la conexión en estrella.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el horno se
calienta durante la primera fase de calentamiento a una determinada
temperatura y durante la segunda fase de calentamiento se mantiene a
una temperatura de tratamiento necesaria para el tratamiento térmico
requerido.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque por medio de una
protección (4b, 4c) se conmuta de una conexión en triángulo a una
conexión en estrella.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se hace uso de
elementos de calentamiento (8a, 8b, 8c) con una resistencia de alta
impedancia.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque como
transformador de corriente trifásica se emplea un transformador de
reactancia (6) que se puede ajustar de modo variable.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque la tensión de calentamiento para la
primera y la segunda fase de calentamiento se ajusta por medio de la
variación de la magnitud de ajuste del transformador de reactancia
(6).
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque durante la
primera fase de calentamiento se aplica una tensión de calentamiento
de menos de aproximadamente 60 voltios (V), preferentemente de 50
voltios (V), y durante la segunda fase de calentamiento se aplica
una tensión de calentamiento de menos de 35 voltios (V),
preferentemente de aproximadamente 30 voltios (V), en los elementos
de calentamiento (8a, 8b, 8c).
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por una red de
corriente trifásica con una tensión de 400 voltios (V).
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque éste se emplea
para el calentamiento eléctrico de hornos de vacío que se emplean
para la carburación o la nitruración al plasma para el tratamiento
térmico de piezas de trabajo metálicas.
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