DE3740859A1

DE3740859A1 - Method for conducting the forward and return current in an oscillating circuit fed by a medium-frequency voltage

Info

Publication number: DE3740859A1
Application number: DE19873740859
Authority: DE
Inventors: Helmut Heidvogl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1988-06-16

Abstract

When metal workpieces are inductively heated, large leakage inductances occur at the supply lines to the inductor as a result of the high currents which flow during the process. By using coaxial cables (KO) with a bipolar flat conductor terminal (FA) the leakage inductances are decisively reduced. The coaxial cables (KO) can be tightly fastened side by side to the terminal plates (AP) of the inductor (A). The bipolar flat conductor terminals (FA) make it possible jointly to clamp the forward and return conductors to the terminal plates (AP). This results in a symmetrical distribution of pressure on the contact surfaces and prevents them from being loaded mechanically during the occurring high current densities. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leitung des Hin- und Rückstromes in einem mit Mittelfrequenzspannung gespeisten Schwingkreis, bestehend aus einem Kondensator und einem In duktor, zur induktiven Erwärmung metallischer Werkstücke.The invention relates to a method for directing the back and forth Reverse current in a fed with medium frequency voltage Resonant circuit consisting of a capacitor and an In ductor, for inductive heating of metallic workpieces.

Die EP 1 43 144 A beschreibt eine Einrichtung und ein Verfahren zur induktiven Erwärmung von Werkstücken mit Induktoren. Bei derartigen Anlagen werden die Werkstücke mit einer Leistung bis zu mehreren 100 kW mit Wechselstrom im Bereich der Mittel frequenz von 500-10 000 Hz erhitzt. Die dabei auftretenden Hin- und Rückströme zu den Induktoren liegen im kA-Bereich. Die Ströme werden mit flüssigkeitsgekühlten Einleiter-Hoch stromkabeln geleitet. Ein derartiges Kabel ist in der AT 3 30 273 beschrieben.EP 1 43 144 A describes a device and a method for inductive heating of workpieces with inductors. At Such systems are the workpieces with one performance up to several 100 kW with alternating current in the medium range frequency of 500-10 000 Hz heated. The occurring There and back currents to the inductors are in the kA range. The flows are high with liquid-cooled single-wire power cables. Such a cable is in AT 3 30 273 described.

Bei der Mehrfach-Parallelführung dieser Kabel, wie sie bei mehreren Induktoren oder zur Strombegrenzung notwendig ist, treten Streuinduktivitäten zwischen diesen Kabeln auf. Diese erhöhen die Blindleistung und verschlechtern den Wirkungsgrad der Induktoren. Neben der zusätzlichen Erwärmung dieser Kabel anordnungen, sind sie auch insbesondere bei längeren Verbin dungswegen nur schwer handhabbar. Das erhöht die mechanische Belastung der Kabel und führt zu erhöhtem Verschleiß.With the multiple parallel routing of these cables, as with several inductors or to limit the current, leakage inductances occur between these cables. These increase reactive power and reduce efficiency of inductors. In addition to the additional heating of these cables arrangements, they are also particularly with a long connection Because of this, it is difficult to handle. That increases the mechanical Strain on the cables and leads to increased wear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leiterinduktivi täten herabzusetzen und dadurch die Wirkleistung der indukti ven Erwärmung zu erhöhen.The invention has for its object the conductor inductors activities and thereby the active power of the indukti ven to increase warming.

Dies wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch erreicht, daß der Hin- und Rückstrom zwischen dem Kondensator und dem Induktor koaxial geführt wird.This is achieved according to claim 1 in that the There and back flow between the capacitor and the inductor is guided coaxially.

Durch diese Art der Stromführung treten keine Induktivitäten zwischen den Kabeln mehr auf, da sich die beiden Polaritäten innerhalb einer Leiteranordnung kompensieren, die dann nach außen hin neutral erscheint. Die Verlegung der Kabel kann der Bauart des Induktors, beispielsweise eines kippbaren Schmelz tiegelofens oder einer Spule, entsprechend erfolgen. Das er möglicht einen kompakteren Aufbau der gesamten Anlage. Durch die erhöhte Beweglichkeit der Stromverbindung zum Induktor kann die Leitungslänge verkürzt werden und die Kondensatoren des Schwingkreises werden näher am Werkstück aufgestellt. Das Umschalten bzw. Umverteilen der Heizleistung auf unterschied liche Induktoren zur Anpassung des Erwärmungsprozesses an un terschiedliche Werksstücke kann problemlos durch einfaches Umlegen von Kabeln erfolgen.No inductances occur due to this type of current flow between the cables more because the two polarities compensate within a conductor arrangement, which then after appears neutral on the outside. The cable can be laid Design of the inductor, for example a tiltable melt crucible furnace or a coil, accordingly. That he enables a more compact structure of the entire system. By the increased mobility of the power connection to the inductor the cable length can be shortened and the capacitors of the resonant circuit are placed closer to the workpiece. The Switching or redistributing the heating output to difference inductors to adapt the heating process to un Different workpieces can be easily created by simple Laying cables.

Zur besseren Anpassung der erforderlichen Induktorspannung an die speisende Stromquelle wird die Spannung des Stromes im Schwingkreis transformiert, der Kondensator mit dem Primärkreis und der Induktor mit dem Sekundärkreis eines Mittelfrequenz transformators verbunden und der Hin- und Rückstrom im Sekun därkreis koaxial geführt.For better adaptation of the required inductor voltage the feeding current source becomes the voltage of the current in the The resonant circuit is transformed, the capacitor with the primary circuit and the inductor with the secondary circuit of a medium frequency connected transformers and the return flow in seconds Därkreis coaxial.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Koaxialkabel mit einem bipolaren Flachleiteranschluß mit dem Kabelanschlußschwert des Ausganges des Mittelfrequenztransfor mators und mit dem anderen bipolaren Flachleiteranschluß mit den Anschlußplatten des Induktors verbunden. Die bipolare Aus führung des Flachleiteranschlusses ermöglicht die gemeinsame Klemmung von Hin- und Rückleiter am Kabelanschlußschwert bzw. den Anschlußplatten. Daraus ergibt sich eine symmetrische Druck verteilung an den beiden Kontaktflächen, was deren Verformung bei den hohen auftretenden Stromdichten von ca. 8-10 A/mm² verhindert.To carry out the method according to the invention, a coaxial cable with a bipolar flat conductor connection is connected to the cable connection sword of the output of the medium frequency transformer and with the other bipolar flat conductor connection to the connection plates of the inductor. The bipolar design of the flat conductor connection enables the forward and return conductors to be clamped together on the cable connection sword or the connection plates. This results in a symmetrical pressure distribution on the two contact surfaces, which prevents their deformation at the high current densities of approx. 8-10 A / mm ² .

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated by an embodiment explained. Show it:

Fig. 1 das schematische Blockschaltbild einer Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken, Fig. 1 shows the schematic block diagram of a device for inductive heating of workpieces,

Fig. 2 die Darstellung eines Kabelanschlußschwertes mit Koaxialkabel und Fig. 2 shows a cable connection sword with coaxial cable and

Fig. 3 Anschlußplatten mit mehreren Koaxialkabeln. Fig. 3 connection plates with several coaxial cables.

Anhand der Fig. 1 wird eine Anlage zum induktiven Erhitzen von länglichen Werkstücken, wie beispielsweise Drähten, Rohren oder Stangen, beschrieben. Diese werden durch Erhitzen auf 600° bis 800° und anschließendes Abschrecken gehärtet. Der benötigte Strom wird aus einem Drehstromnetz einem Umrichter U zugeführt. Dieser erzeugt mit Hilfe von Leistungs-Thyristoren einen Wech selstrom von 3-4 kHz und 500 V. Dieser Mittelfrequenzstrom wird einem Schwingkreis, bestehend aus einem Kondensator C und einem Induktor L zugeleitet. Der Kondensator C ist als Konden satorbatterie ausgebildet, bei der man durch Umklemmen der ein zelnen Anschlüsse die Kapazität verändern kann. Der Induktor L besteht aus einer oder mehreren Leiterwindungen. Zur Spannungs anpassung auf 100-200 V, entsprechend der Induktorform, ist ein Mittelfrequenztransformator T zwischengeschaltet. Sämtli che elektrische Betriebsmittel, einschließlich der Kabel mit Anschlüssen, sind wassergekühlt. Zur Überwachung werden Tempera turfühler und zur Anpassung der erforderlichen Kühlwassermenge einstellbare Strömungswächter verwendet.On the basis of Fig. 1 is a system for inductive heating of elongated workpieces, such as wires, tubes or rods, described below. These are hardened by heating to 600 ° to 800 ° and then quenching. The required current is supplied to a converter U from a three-phase network. This generates an alternating current of 3-4 kHz and 500 V with the aid of power thyristors. This medium-frequency current is fed to a resonant circuit consisting of a capacitor C and an inductor L. The capacitor C is designed as a capacitor battery, in which the capacitance can be changed by reconnecting the individual connections. The inductor L consists of one or more conductor turns. To adjust the voltage to 100-200 V, corresponding to the shape of the inductor, a medium-frequency transformer T is interposed. All electrical equipment, including the cables with connections, are water-cooled. Temperature sensors are used for monitoring and adjustable flow monitors are used to adapt the required amount of cooling water.

Der Sekundärkreis des Mittelfrequenztransformators T ist über ein Koaxialkabel KO mit dem Induktor L verbunden. Die konzen trische Anordnung von Hin- und Rückleiter weist geringstmög liche Induktivität auf und bewirkt eine Blindleistungsentlastung. The secondary circuit of the medium frequency transformer T is connected to the inductor L via a coaxial cable KO . The concentric arrangement of the outgoing and return conductors has the lowest possible inductance and reduces reactive power.

Fig. 2 zeigt, wie das Koaxialkabel KO mit einem bipolaren Flachleiteranschluß FA mit dem Kabelanschlußschwert KS der Sekundärseite des Mittelfrequenztransformators T verbunden ist. Das Kabelanschlußschwert KS weist Kühlwasseranschlüsse KW auf. Die beiden Pole des Kabelanschlußschwertes KS und des Flachleiteranschlusses FA sind durch eine Isolierschicht I aus glasfaserverstärktem, temperaturbeständigem Polyester ge trennt. Die Verschraubung von Kabelanschlußschwert KS und Flachleiteranschluß FA erfolgt mit einer antimagnetischen Druckschraube, die durch eine Isolierhülse IH gesteckt wird. Fig. 2 shows how the coaxial cable KO with a bipolar flat conductor connection FA is connected to the cable connection sword KS of the secondary side of the medium frequency transformer T. The cable connection sword KS has cooling water connections KW . The two poles of the cable connection sword KS and the flat conductor connection FA are separated by an insulating layer I made of glass fiber reinforced, temperature-resistant polyester. The cable connection bar KS and the flat conductor connection FA are screwed together using an anti-magnetic pressure screw which is inserted through an insulating sleeve IH .

Fig. 3 zeigt, wie beispielsweise vier Koaxialkabel KO mit An schlußplatten AP des Induktors durch Druckschrauben DS und Isolierhülse IH verbunden werden. Die Stromleiter SL für Hin- und Rückstrom des Induktors sind kühlwasserdurchflossen und haben einen quadratischen Querschnitt. An ihrem Ende befindet sich der Kühlwasseranschluß KW. Infolge ihres geringen Kabel durchmessers können die Koaxialkabel KO dicht nebeneinander befestigt werden. An ihren Flachleiteranschlüssen FA befinden sich gleichfalls Kühlwasseranschlüsse KW. Es wird der Außen- und der Innenleiter des Koaxialkabels KO mit jeweils einem eigenen Wasserkreislauf gekühlt. Das verbessert die Wärmeab leitung und es können höhere Ströme geleitet werden. Der Ein satz von Koaxialkabeln KO anstelle von Einleiterkabeln halbiert bereits die benötigte Kabelzahl, die bessere Wärmeableitung ermöglicht die weitere Einsparung von Kabeln. Sie können infol ge der drastisch herabgesetzten Streuinduktivität zwischen den Kabeln eng nebeneinander mit dem Induktor und dem Mittelfre quenztransformator verbunden werden und erhöhen damit die Be weglichkeit des Induktors. Fig. 3 shows how, for example, four coaxial cables KO with connection plates AP of the inductor are connected by pressure screws DS and insulating sleeve IH . The current conductors SL for the back and forth current of the inductor are flowed through by cooling water and have a square cross section. The cooling water connection KW is at its end. Due to their small cable diameter, the coaxial cable KO can be attached close to each other. There are also cooling water connections KW on their flat conductor connections FA . The outer and inner conductors of the coaxial cable KO are each cooled with their own water circuit. This improves heat dissipation and higher currents can be conducted. The use of coaxial cables KO instead of single-core cables already halves the number of cables required, the better heat dissipation enables further savings on cables. As a result of the drastically reduced leakage inductance between the cables, they can be connected closely to one another with the inductor and the medium frequency transformer, thus increasing the mobility of the inductor.

Claims

1. A method for conducting the forward and reverse current in a resonant circuit fed with medium frequency voltage, consisting of a capacitor ( C ) and an inductor ( L ), for inductive heating of metallic workpieces, characterized in that the forward and return current between the capacitor ( C ) and the inductor ( L ) is guided coaxially.

2. The method according to claim 1, characterized in that the voltage of the current is transformed in the resonant circuit, the capacitor ( C ) with the primary circuit and the inductor (L) with the secondary circuit of a Mittelfre frequency transformer ( T ) is connected and the out- and reverse current is guided coaxially in the secondary circuit.

3. Device for guiding the forward and reverse current according to the method of claim 2, characterized in that a coaxial cable (KO) with a bi-polar flat conductor connection (FA) with the cable connection sword (KS) of the output of the medium frequency transformer ( T ) and with the other bipolar flat conductor connection (FA) is connected to the connection plates (AP) of the inductor (L) .