Schaltkreise für Induktionsöfen

Der Artikel bespricht die Schemata von Induktionsschmelzöfen (Rinnen- und Tiegelöfen) und Induktionshärtungsanlagen, die von maschinellen und statischen Frequenzumrichtern angetrieben werden.

Schema eines Ofens mit Induktionskanal

Fast alle Ausführungen industrieller Kanalinduktionsöfen werden mit abnehmbaren Induktionsblöcken hergestellt. Die Induktionseinheit ist ein elektrischer Ofentransformator mit einem ausgekleideten Kanal zur Aufnahme von geschmolzenem Metall. Die Induktionseinheit besteht aus folgenden Elementen: Gehäuse, Magnetkreis, Auskleidung, Induktor.

Induktionsgeräte werden einphasig und zweiphasig (doppelt) mit einem oder zwei Kanälen pro Induktor hergestellt. Die Induktionseinheit wird über Schütze mit Lichtbogenunterdrückungsvorrichtungen an die Sekundärseite (Niederspannungsseite) des Elektroofentransformators angeschlossen. Manchmal sind zwei Schütze mit parallel arbeitenden Versorgungskontakten im Hauptstromkreis enthalten.

In Abb. In Abb. 1 zeigt ein Stromversorgungsdiagramm für eine einphasige Kanalofen-Induktionseinheit. Die Überlastrelais PM1 und PM2 dienen zur Steuerung und zum Stoppen des Ofens bei Überlast und Kurzschluss.

Dreiphasentransformatoren werden zur Versorgung von Dreh- oder Zweiphasenöfen eingesetzt, die entweder über einen gemeinsamen dreiphasigen Magnetkreis oder über zwei oder drei getrennte Kernmagnetkreise verfügen.

Spartransformatoren werden verwendet, um den Ofen während der Metallveredelungsperiode mit Strom zu versorgen und einen Leerlaufmodus aufrechtzuerhalten, um während der Metallveredelungsperiode eine genauere Leistungssteuerung auf die gewünschte chemische Zusammensetzung (mit stillem, ohne Bohren, Schmelzmodus) sowie in Bezug auf den Anfangsmodus zu ermöglichen Der Ofen startet während der ersten Schmelzen, die mit einer kleinen Metallmenge im Bad durchgeführt werden, um ein allmähliches Trocknen und Sintern der Auskleidung sicherzustellen. Die Leistung des Spartransformators wird innerhalb von 25–30 % der Leistung des Haupttransformators gewählt.

Um die Temperatur der Wasser- und Luftkühlung des Induktors und des Gehäuses des Induktionsgeräts zu kontrollieren, werden Elektrokontaktthermometer eingebaut, die bei Überschreitung der Temperatur ein Signal geben. Der Ofen schaltet sich automatisch ab, wenn der Ofen gedreht wird, um das Metall abzulassen. Mit dem elektrischen Ofenantrieb verbundene Endschalter dienen zur Steuerung der Ofenposition. In Öfen und Mischern mit Dauerbetrieb werden die Induktionseinheiten nicht ausgeschaltet, wenn das Metall abgelassen und neue Teile der Charge geladen werden.

Reis. 1. Schematische Darstellung der Stromversorgung der Induktionseinheit des Rinnenofens: VM – Netzschalter, CL – Schütz, Tr – Transformator, C – Kondensatorbank, I – Induktor, TN1, TN2 – Spannungswandler, 777, TT2 – Stromwandler, R – Trennschalter, PR – Sicherungen, PM1, PM2 – Überstromrelais.

Um eine zuverlässige Stromversorgung im Betrieb und im Notfall zu gewährleisten, werden die Antriebsmotoren der Induktionsofenkippvorrichtungen, der Ventilator, der Antrieb der Be- und Entladevorrichtungen sowie die Steuerung von einem separaten Hilfstransformator gespeist.

Schema eines Induktionstiegelofens

Industrielle Induktionstiegelöfen mit einem Fassungsvermögen von mehr als 2 Tonnen und einer Leistung von mehr als 1000 kW werden von dreiphasigen Abwärtstransformatoren mit Sekundärlastspannungsregelung angetrieben, die an ein Hochspannungsnetz mit Industriefrequenz angeschlossen sind.

Die Öfen sind einphasig und um eine gleichmäßige Belastung der Netzphasen zu gewährleisten, ist an den Sekundärspannungskreis eine Ausgleichsvorrichtung angeschlossen, bestehend aus einer Drossel L mit Induktivitätsregelung durch Änderung des Luftspalts im Magnetkreis und einem Kondensator Gruppe Cc verbunden mit einem Induktor in Dreiecksform (siehe ARIS in Abb. 2). Leistungstransformatoren mit einer Leistung von 1000, 2500 und 6300 kV-A verfügen über 9 bis 23 Sekundärspannungsstufen mit automatischer Leistungsregelung auf dem gewünschten Niveau.

Öfen mit geringerer Kapazität und Leistung werden von einphasigen Transformatoren mit einer Leistung von 400-2500 kV-A gespeist, bei einer Leistungsaufnahme von mehr als 1000 kW sind auch Ausgleichsvorrichtungen installiert, jedoch auf der HV-Seite des Leistungstransformators. Bei geringerer Leistung des Ofens und Versorgung aus einem Hochspannungsnetz von 6 oder 10 kV kann auf den Balun verzichtet werden, wenn die Spannungsschwankungen beim Ein- und Ausschalten des Ofens innerhalb der zulässigen Grenzen liegen.

In Abb. In Abb. 2 zeigt die Stromversorgungsschaltung für einen Induktionsfrequenz-Induktionsofen.Die Öfen sind mit ARIR-Reglern für den elektrischen Modus ausgestattet, die innerhalb der angegebenen Grenzen die Aufrechterhaltung von Spannung, Leistung Pp und Cosfi gewährleisten, indem sie die Anzahl der Spannungsstufen des Leistungstransformators ändern und zusätzliche Abschnitte der Kondensatorbank anschließen. Regler und Instrumente befinden sich in den Schaltschränken.

Reis. 2. Stromkreis eines Induktionstiegelofens aus einem Leistungstransformator mit Ausgleichsvorrichtung und Ofenmodusreglern: PSN – Spannungsstufenschalter, C – Ausgleichskapazität, L – Balun-Reaktor, C-St – Kompensationskondensatorbank, I – Ofeninduktor , ARIS – Regler für Ausgleichsgeräte, ARIR – Modusregler, 1K – NK – Schütze zur Batteriekapazitätssteuerung, TT1, TT2 – Stromwandler.

In Abb. In Abb. 3 zeigt ein schematisches Diagramm der Versorgung von Induktionstiegelöfen aus einem Mittelfrequenz-Maschinenumrichter. Öfen sind mit automatischen Reglern des Elektromodus, einem Alarmsystem zum „Verschlucken“ des Tiegels (für Hochtemperaturöfen) sowie einem Alarm für eine Verletzung der Kühlung in den wassergekühlten Elementen der Anlage ausgestattet.

Reis. 3.Stromkreis eines Induktionstiegelofens aus einem maschinellen Mittelfrequenzumrichter mit Strukturdiagramm zur automatischen Einstellung des Schmelzmodus: M – Antriebsmotor, G – Mittelfrequenzgenerator, 1K – NK – Magnetstarter, TI – Spannungstransformator, TT – Stromwandler, IP – Induktionsofen, C – Kondensatoren, DF – Phasensensor, PU – Schaltgerät, UVR – Phasenreglerverstärker, 1KL, 2KL – Netzschütze, BS – Vergleichseinheit, BZ – Schutzblock, OB – Erregerspule, RN – Spannungsregler.

Schema der Induktionshärteanlage

In Abb. 4 ist ein schematisches Diagramm der Stromversorgung der Induktionshärtemaschine durch einen Maschinenfrequenzumrichter. Neben der Stromversorgung MG umfasst die Schaltung ein Leistungsschütz K, einen Löschtransformator TZ, an dessen Sekundärwicklung sich eine Induktivität I befindet, eine Kompensationskondensatorgruppe CK, Spannungs- und Stromwandler TN und 1TT, 2TT, Messung Instrumente (Voltmeter V, Wattmeter W, Zeiger) und Amperemeter des Generatorstroms und Erregerstroms sowie Überstromrelais 1RM, 2RM zum Schutz der Stromversorgung vor Kurzschluss und Überlastung.

Reis. 4. Schematische Darstellung einer Induktionshärtungsanlage: M – Antriebsmotor, G – Generator, VT, TT – Spannungs- und Stromwandler, K – Schütz, 1PM, 2PM, ЗРМ – Stromrelais, Pk – Ableiter, A, V, W — Messgeräte, ТЗ — Löschtransformator, ОВГ — Erregerspule des Generators, РП — Entladewiderstand, РВ — Kontakte des Erregerrelais, PC — einstellbarer Widerstand.

Um alte Induktionsanlagen zur Wärmebehandlung von Teilen anzutreiben, werden Frequenzumrichter elektrischer Maschinen verwendet – ein Antriebsmotor vom Synchron- oder Asynchrontyp und ein Mittelfrequenzgenerator vom Induktortyp, in neuen Induktionsanlagen – statische Frequenzumrichter.

Ein Diagramm eines industriellen Thyristor-Frequenzumrichters zur Stromversorgung einer Induktionshärtungsanlage ist in Abb. dargestellt. 5. Die Schaltung eines Thyristor-Frequenzumrichters besteht aus einem Gleichrichter, einem Drosselblock, einem Wandler (Wechselrichter), Steuerkreisen und Hilfsblöcken (Reaktoren, Wärmetauscher usw.). Je nach Erregungsmethode werden Wechselrichter mit unabhängiger Erregung (vom Hauptgenerator) und mit Selbsterregung hergestellt.

Thyristorwandler können sowohl bei einer Frequenzänderung über einen weiten Bereich (mit einem sich selbst anpassenden Schwingkreis entsprechend sich ändernden Lastparametern) als auch bei einer konstanten Frequenz mit einem weiten Bereich von Änderungen der Lastparameter aufgrund einer Änderung der aktiver Widerstand des erhitzten Metalls und seine magnetischen Eigenschaften (für ferromagnetische Teile).

Reis. 5. Schematische Darstellung der Stromkreise des Thyristorwandlers Typ TFC -800-1: L – Glättungsdrossel, BP – Startblock, VA – Leistungsschalter.

Die Vorteile von Thyristor-Umrichtern sind das Fehlen rotierender Massen, die geringe Belastung des Sockels und die geringe Auswirkung des Leistungsfaktors auf die Verringerung des Wirkungsgrads. Der Wirkungsgrad beträgt bei Volllast 92 - 94 % und verringert sich bei 0,25 nur um 1 - 2 %.Da die Frequenz innerhalb eines bestimmten Bereichs leicht variiert werden kann, besteht außerdem keine Notwendigkeit, die Kapazität anzupassen, um die Blindleistung des Schwingkreises zu kompensieren.