DE1098117B

DE1098117B - Method and device for keeping the power consumption of an induction furnace system constant

Info

Publication number: DE1098117B
Application number: DEB43429A
Authority: DE
Inventors: Karl Brinkmann
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1957-02-08
Filing date: 1957-02-08
Publication date: 1961-01-26

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Konstanthaltung der Leistungsaufnahme einer Induktionsofenanlage Um Induktionsofenanlagen, die gewöhnlich einen sehr hohen Kapitalaufwand erfordern, gut auszunutzen, ist man bestrebt, solche Anlagen möglichst durchgehend mit voller Leistung 'zu betreiben. Da ein Induktionsofen einen Belastungswiderstand darstellt, dessen Scheinwiderstandwert im Laufe des Betriebes erheblich schwankt, hat man deshalb bereits Regelvorrichtungen vorgesehen, durch welche die Leistungsaufnahme eines solchen Ofens selbsttätig auf ihrem Höchstwert bzw. Nennwert konstant gehalten wird. Bei bekannten Anordnungen dieser Art dient als Meßorgan der Regelung ein Leistungsmeßwerk, daß bei Abweichungen der Leistungsaufnahmen von ihrem Sollwert, beispielsweise einen dem Ofen vorgeschalteten Stelltransformator, im Sinne einer Beseitigung der Regelabweichungen steuert. Eine solche Regelung bringt gewisse Nachteile mit sich. Bei Unterbrechungen der Stromzufuhr wird nämlich die Regelvorrichtung den Stelltransformator auf die größtmögliche Ofenleistung einstellen, so daß beim Wiedereinsetzen der Stromlieferung der Ofen zunächst eine sehr hohe Leistung und einen entsprechend hohen Strom aufnimmt, der erst durch das Eingreifen der Regelung wieder auf den vorgesehenen Sollwert reduziert werden muß. Insbesondere kurzzeitige Stromunterbrechungen, die vielleicht vom Bedienungspersonal gar nicht bemerkt werden, können dadurch zu unzulässigen Stromstößen führen bzw. unerwünschte Schalterauslösungen zur Folge haben.Method and device for keeping the power consumption constant an induction furnace system To induction furnace systems, which usually have a very high Requiring capital outlay, making good use of them, one strives to make such facilities as possible to operate continuously at full power '. Because an induction furnace has a load resistor represents the impedance value of which fluctuates considerably in the course of operation, one has therefore already provided control devices through which the power consumption of such a furnace automatically kept constant at its maximum value or nominal value will. In known arrangements of this type, a power measuring mechanism is used as the measuring element for the regulation. that if the power consumption deviates from its target value, for example one Variable transformer upstream of the furnace, in the sense of eliminating the control deviations controls. Such a regulation has certain disadvantages. In the event of interruptions the power supply is namely the control device to the variable transformer Set the highest possible furnace output so that when the power supply is restarted the furnace initially consumes a very high output and a correspondingly high current, which only returns to the intended setpoint when the control system intervenes must be reduced. Especially short-term power interruptions that maybe are not even noticed by the operating personnel, this can lead to impermissible Lead to power surges or result in undesired switch tripping.

Besonders unangenehm wird dieser Umstand auch dann, wenn - wie es üblich ist - der Blindleistungsverbrauch des Ofens durch die Zu- und Abschaltung von Kondensatoren mit Hilfe einer entsprechenden selbsttätigen Regelvorrichtung kompensiert wird und wenn diese so eingerichtet ist, daß während eines jeden Regelvorganges die Betriebsspannung des. Ofens herabgesetzt oder abgeschaltet wird. Zwar können solche Anlagen, bei denen ein Leistungsmesser oder - bei konstanter Betriebsspannung und selbsttätig geregelter Blindleistungskompensation - auch ein Strommesser als Meßorgan der Leistungsregelung dient, auch so eingerichtet werden, daß die genannten Nachteile vermieden werden, jedoch bedingt dies die Verwendung von besonderen Ver- und Entriegelungsvorrichtungen und damit eine unerwünschte Komplizierung der Anlage mit entsprechender Erhöhung ihrer Störungsanfälligkeit.This circumstance becomes particularly unpleasant when - like it Common is - the reactive power consumption of the furnace due to the connection and disconnection of capacitors with the help of an appropriate automatic control device is compensated and if this is set up so that during each control process the operating voltage of the furnace is reduced or switched off. Although you can those systems in which a power meter or - at constant operating voltage and automatically regulated reactive power compensation - also an ammeter as Measuring organ serves to regulate the power, can also be set up so that the aforementioned Disadvantages are avoided, but this requires the use of special and unlocking devices and thus an undesirable complication of the system with a corresponding increase in their susceptibility to failure.

Bei einem Verfahren zur Konstanthaltung der Leistungsaufnahme einer elektrisch beheizten Ofenanlage, in der ein Induktionsofen mit Blindleistungskompensation über einen Stelltransformator gespeist ist, werden diese Nachteile erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Quotient aus Speisespannung und Strom fortlaufend durch Messung ermittelt und daß in Abhängigkeit der ermittelten Werte dieses Quotienten der Stelltransformator so gesteuert wird, daß der auf die Primärseite des Stelltransformators bezogeneWirkwiderstand derOfenanlagekonstantbleibt.In a method for keeping the power consumption of a electrically heated furnace system in which an induction furnace with reactive power compensation is fed via a variable transformer, these disadvantages are according to the invention thereby avoided that the quotient of supply voltage and current continuously through Measurement determined and this quotient as a function of the determined values the variable transformer is controlled so that the on the primary side of the variable transformer related resistance of the furnace system remains constant.

Da bei gewollten oder ungewollten Absenkungen der Betriebsspannung der genannte Quotient und damit auch der Ausschlag des Quotientenmeßwertes sich nicht ändert, wird auch die Einstellung des Stelltransformators dadurch nicht beeinflußt. Auch bei vollständigem Wegbleiben der Betriebsspannung bleibt ein Ouotientenmeßwerk, das j a üblicherweise keine Federrichtkraft hat, in der bisherigen Stellung stehen. Bei Anwendung des sehr einfach durchzuführenden Verfahrens nach der Erfindung nimmt daher der Ofen nach einer Stromunterbrechung sofort wieder die gleiche Leistung auf wie vor der Unterbrechung.As with intentional or unintentional lowering of the operating voltage the quotient mentioned and thus also the deflection of the quotient measured value itself does not change, the setting of the variable transformer is not affected. Even if the operating voltage is completely removed, an ouotient measuring mechanism remains, the j a usually has no spring straightening force, are in the previous position. When using the method according to the invention, which is very easy to carry out, takes therefore the furnace will immediately return to the same output after a power failure on as before the interruption.

Das Quotientenmeßwerk bleibt selbst dann von der Ab- und Zuschaltung von Kondensatoren durch die Regelvorrichtung für die Blindleistungskompensation im wesentlichen unbeeinflußt, wenn es den Quotienten aus der Spannung und dem Gesamtstrom mißt, sofern die Blindleistung stets wenigstens angenähert auf den Leistungsfaktor 1 kompensiert ist, da bei geringen Abweichungen des Leistungsfaktors von diesem Wert der Gesamtstrom nur unwesentlich größer ist als der reine Wirkstrom.Even then, the quotient measuring mechanism remains from being switched on and off of capacitors by the control device for reactive power compensation essentially unaffected if it is the quotient of the voltage and the total current measures, provided that the reactive power is always at least approximate to the power factor 1 is compensated, since there are small deviations in the power factor from this Value of the total current is only marginally greater than the pure active current.

Der Einfluß von Abweichungen des Leistungsfaktors vom Wert 1 kann aber auch vollständig vermieden werden, wenn nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ein Quotientenmeßwerk verwendet wird, welches den Quotienten aus Spannung und Wirkstrom mißt.The influence of deviations of the power factor from the value 1 can but can also be completely avoided if, after further training, the Invention a quotient measuring mechanism is used, which is the quotient of voltage and measures active current.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden. In den Zeichnungen sind zwei Beispiele schematisch dargestellt. Darin bedeutet 1 einen Induktionsofen, von dem angenommen ist, daß seine induktive Blind leistungsaufnahme wenigstens angenähert kompensiert ist, und der deshalb als ohmscher Widerstand dargestellt ist.To carry out the method according to the invention, various Devices are used. In the drawings are two examples shown schematically. Therein 1 means an induction furnace, of which assumed is that its inductive reactive power consumption at least approximately compensated is, and is therefore shown as an ohmic resistance.

Der Ofen wird aus dem Wechselstromnetz 2 über einen Stelltransformatör gespeist, der beispielsweise ein Anzapftransformator mit Stufenschalter 6 sein kann, der aber ebensogut auch in irgendeiner anderen Weise, beispielsweise als Drehtransformator, ausgebildet sein kann.The furnace is taken from the alternating current network 2 via an adjustable transformer fed, which can be, for example, a tap transformer with tap changer 6, but also in some other way, for example as a rotary transformer, can be formed.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 liegt auf der Primärseite des Stelltransformators das Ouotientenmeßwerk 4, das mit seinen auf einen vorbestimmten Sollwert eingestellten Kontakten 5 eine Regelvorrichr tung 7 so beeinflußt, daß diese den Stufenschalter 6 in eine Stellung bringt, bei welcher der primärseitige Quotient aus Strom und Spannung, d. h. der Wirkwiderstand, und damit auch die von der Anlage aufgenommene Leitung dem Sollwert entspricht. Natürlich können die vom Quotientenmeßwerk ermittelten Regelabweichungen auch in irgendeiner anderen bekannten Weise zur Einwirkung auf den Regler 7 gebracht werden.In the arrangement according to FIG. 1, the variable transformer is on the primary side the Ouotientenmeßwerk 4, which is set with its to a predetermined target value Contacts 5 a Regelvorrichr device 7 influences so that this affects the tap changer 6 brings it into a position in which the primary-side quotient of current and Tension, d. H. the effective resistance, and thus also the one absorbed by the system Line corresponds to the setpoint. Of course, they can be determined by the quotient measuring mechanism Control deviations also have an effect on in any other known manner the controller 7 can be brought.

Bei einer Anordnung nach der Fig.2 ist auf der Sekundärseite des Stelltransformators 3 ein Quotientenmeßwerk 8 angeordnet, das jedoch in anderer Weise wirkt als im ersten Beispiel. Der hier unmittelbar gemessene Widerstand des Ofens wird durch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Stelltransformators nicht beeinflußt, so daß diese Änderung nicht auf das Meßwerk zurückwirkt. Es handelt sich bei dieser Anordnung also nicht um einen Regelkreis im engeren Sinne. Trotzdem wird der gewünschte Zweck erreicht, wenn die Anordnung so eingerichtet ist, daß einem jeden vom Quotientenmeßwerk gemessenen Widerstandswert des Ofens ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis des Stelltransformators zugeordnet ist. Wie eine einfache Rechnung ergibt, bleibt nämlich der auf die Primärseite des Transformators bezogene Widerstand der Anlage und damit ihre Leistungsaufnahme bei unveränderter Primärspannung konstant, wenn das Übersetzungsverhältnis des Stelltransformators, nämlich das Verhältnis seiner Sekundärspannung zur Primärspannung, proportional mit der Quadratwurzel aus der Ohmzahl des Ofenwiderstandes geändert wird.In an arrangement according to FIG. 2, the variable transformer is on the secondary side 3 a quotient measuring mechanism 8 is arranged, which, however, acts in a different way than in the first Example. The resistance of the furnace measured directly here is changed by a change of the transformation ratio of the variable transformer is not affected, so that this Change does not affect the measuring mechanism. It is this arrangement so not a control loop in the narrower sense. Even so, it gets the desired purpose achieved when the arrangement is set up so that each of the quotient measuring mechanism measured resistance value of the furnace a certain transformation ratio of the variable transformer assigned. As a simple calculation shows, the one on the primary side remains the transformer-related resistance of the system and thus its power consumption constant with unchanged primary voltage, if the transformation ratio of the variable transformer, namely the ratio of its secondary voltage to the primary voltage, proportional is changed with the square root of the ohm number of the furnace resistance.

ZurErzielung einer solchen funktionellenAbhängigkeit desÜbersetzungsverhältnisses vom jeweiligenBetrag des Ofenwiderstandes ist im dargestellten Beispiel ein Quotientenmeßwerk 8 vorgesehen, dessen Zeiger-9 über einer Kontaktbahn 10 spielt, deren einzelne Kontakte mit einer Steuervorrichtung 11 verbunden sind. Je nachdem, welcher Kontakt beispielsweise durch Niederdrücken des Zeigers 9 auf die Kontaktbahn mittels eines periodisch betätigten Fallbügels Strom erhält, stellt die Steuervorrichtung 11 den Stufenschalter 6 auf eine Schaltstufe ein, welcher das jeweils erforderliche Übersetzungsverhältnis des Transformators entspricht.To achieve such a functional dependency of the transmission ratio of the respective amount of the furnace resistance is a quotient measuring mechanism in the example shown 8 provided, the pointer 9 plays over a contact track 10, the individual contacts are connected to a control device 11. Depending on which contact, for example by depressing the pointer 9 on the contact track by means of a periodically actuated The drop bar receives power, the control device 11 sets the tap changer 6 on a switching stage, which the respectively required transmission ratio of the Transformer.

Auch bei Anordnungen nach der Art des zweiten Beispiels ist die erforderliche funktionelle Abhängigkeit der Einstellung des Stelltransformators vom Meßwert des Quotientenmeßwerkes nicht an die in der Fig.2 dargestellte Übertragungsart gebunden, vielmehr können auch beliebige andere, als Nachlaufsteuerungen bekannte Anordnungen benutzt werden. Dabei können auch Meßwertwandler beliebiger Art verwendet werden.Even in the case of arrangements of the type in the second example, this is required functional dependence of the setting of the variable transformer on the measured value of the Quotient measuring mechanism is not tied to the type of transmission shown in Figure 2, Rather, any other arrangements known as follow-up controls can also be used to be used. Any type of transducer can also be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for keeping the power consumption of an electrically heated furnace system constant, in which an induction furnace with reactive power compensation is fed via a variable transformer, characterized in that the quotient of supply voltage and current is continuously determined by measurement and that the variable transformer depends on the determined values of this quotient it is controlled that the effective resistance of the furnace system related to the primary side of the S telltransformer remains constant.

2. The method according to claim 1, characterized in that that for controlling the variable transformer the quotient determined by measurement from supply voltage and active current is used.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by an arranged on the primary side of the variable transformer Quotient measuring mechanism which, as a measuring element, is a regulating device for regulating the deviations des. quotient of voltage and current in the primary circuit. of the variable transformer from a predetermined setpoint is used.

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a quotient measuring mechanism arranged on the secondary side of the variable transformer, which controls the variable transformer so that the ratio of the secondary voltage to the primary voltage of the same is proportional to the quotient of the secondary voltage and secondary current of the variable transformer changes.