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Anordnung zur Begrenzung schädlicher Spannungsoberwellen Bei Induktionserwärmungsanlagen
mit mehreren Verbrauchern, die von einer Zentrale gespeist werden, ist den Spannungsoberwellen
besondere Beachtung zu schenken. Diese können z. B. ihre Ursache darin haben, daß
zwischen Generator und Verbraucher Steuereinrichtungen zur Leistungseinstellung
am Verbraucher geschaltet sind, die eine Verzerrung des Verbraucherstromes bewirken.
Bei mit Mittelfrequenz gespeisten Anlagen dieser Art hat sich als Steuer-oder Regelmittel
zum Ändern der Verbraucherspannung und damit der Verbraucherleistung der Transduktor
als brauchbar erwiesen. Es ist bekannt, daß der verzerrte Ausgangsstrom eines Transduktors
Anlaß zu einem beträchtlichen Oberwellengehalt gibt. Diese Oberwellen gefährden
aber die die Anlage speisende Spannungsquelle. Besonders kritisch verhalten sich
in dieser Hinsicht rotierende Mittelfrequenzgeneratoren der Gleichpoltype, deren
Wicklungsisolation aus Platzgründen nur so ausgelegt werden kann, daß sie geringe
überspannungen verträgt.
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Ein Mittel, von vornherein die Entstehung oberwellenhaltiger Spannungen
zu verhindern, besteht z. B. darin, die Induktivität des Transduktors durch Erhöhung
seiner Lastwindungszahl zu vergrößern, um dadurch die Auswirkungen schädlicher Spannungsoberwellen
herabzusetzen. Dies führt jedoch dazu, daß infolge der größeren Erwärmung der Drosselkerne
die Durchgangsleistung des Transduktors verkleinert, d. h. der Transduktor überdimensioniert
werden mußte. Man könnte nun daran denken, an die Sammelschiene parallel zu den
Generatorausgangsklemmen Serienschwingkreise zu schalten, die auf die Frequenz der
einzelnen störenden Oberwellen abzustimmen wären und diese so wirksam kurzschließen.
In der Regel sind dazu mindestens drei getrennte Schwingkreise erforderlich, nämlich
je einer für die erste, die zweite und die dritte Oberwelle der Speisewechselspannung.
Eine derartige Anordnung hätte neben dem nicht unbeträchtlichen Aufwand insbesondere
den schwerwiegenden Nachteil, daß über sämtliche auf die Frequenz der Oberwellen
abgestimmten Schwingkreise auch von der Grundwelle herrührende Ströme fließen, welche
für die Speisewechselspannung eine unnötige Belastung darstellen und die Wirtschaftlichkeit
der Gesamtanlage in Frage stellen können. Außerdem stellen Serienkreise wegen möglicher
Spannungsüberhöhungen an ihren wenig gedämpften Teilen (Induktivitäten, Kondensatoren)
in Mittelfrequenznetzen immer Gefahrenquellen dar, insbesondere bei Einschwingvorgängen.
Bei Vermeidung vorgenannter Nachteile schlägt die Erfindung zur Begrenzung schädlicher
Spannungsoberwellen bei mittelfrequenzgespeisten Induktionserwärmungsanlagen, deren
Leistung durch vorgeschaltete, praktisch luftspaltlose Transduktoren gesteuert wird,
vor, unmittelbar an die Ausgangsklemmen des Mittelfrequenzgenerators einen aus einer
Induktivität und einer Kapazität bestehenden Parallelschwingkreis zu schalten, der
auf die Frequenz der Grundwelle der die Induktionserwärmungsanlage speisenden Wechselspannung
abgestimmt ist. Dieser erfindungsgemäß verwendete Parallelschwingkreis stellt für
die Grundwelle eine praktisch unendlich große, für die Oberwellen dagegen eine endliche
Impedanz dar, so daß dadurch gewährleistet ist, daß über ihn im wesentlichen nur
Ströme fließen, die von den Oberwellenspannungen herrühren. Durch geeignete Bemessung
der Induktivität und der Kapazität dieses Schwingkreises lassen sich auf diese Weise
die an den Generatorklemmen wirksamen Oberwellenspannungen auf ein die Generatorwicklung
nicht mehr gefährdendes Maß begrenzen. Speist der Mittelfrequenzgenerator eine Sammelschiene,
an der mehrere Verbraucher angeschlossen sind, so kann die Funktion des Parallelschwingkreises
von einem Verbraucherschwingkreis übernommen werden, der ohne Steuermittel direkt
an die Sammelschiene anzuschließen wäre.
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Das Wesen der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert.
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In Fig. 1 stellt G einen Mittelfrequenzgenerator dar, der die Sammelschiene
1 und 2 speist, von denen durch die erfindungsgemäße Einrichtung die Oberwellen
ferngehalten werden sollen. Von den Sammelschienen 1. und 2 wird über die Schützkontakte
3 sowie den Transduktor T der Ofenkreis gespeist. Dieser Ofenkreis besteht aus dem
als reellen Parallelwiderstand
V1 dargestellten, transformierten
Verbraucherwiderstand sowie der Ofenspule mit der Induktivität L1, die mit dem ihr
parallel geschalteten Kondensator Cl einen auf die Frequenz der Speisespannung abgestimmten
Parallelschwingkreis bildet. Durch Verändern der die Gleichstromwicklung des Transduktors
T speisenden Steuerspannung US läßt sich die am Transduktor liegende Spannung und
damit die Verbraucherwirkleistung verändern. Wie schon ausgeführt, entstehen bei
Aussteuerung des Transduktors beträchtliche Stromverzerrungen des Verbraucherstromes,
die sich in dem Auftreten von Spannungsoberwellen auswirken. Ohne die erfindungsgemäße
Anwendung des beispielsweise aus der Induktivität L und der Kapazität C bestehenden,
ebenfalls auf die Frequenz der Speisespannung abgestimmten Parallelschwingkreises
werden diese Spannungsoberwellen in erster Linie an den Generatorklemmen wirksam
werden, da der Schwingkreiswiderstand des aus der Generatorwicklung und der ihre
Induktivität kompensierenden Parallelkapazität Co gebildeten Schwingkreises wesentlich
größer ist als der Schwingkreiswiderstand des Ofens. Der Schwingkreiswiderstand
eines abgestimmten Parallelschwingkreises hat bekanntlich den Wert Jekleinerdieser
Schwingkreiswiderstand bemessen
wird, je kleiner also die Induktivität L und entsprechend je größer die Kapazität
C bemessen wird, desto kleiner wird auch die Impedanz dieses Schwingkreises bezüglich
der ihn beaufschlagenden Oberwellenspannungen. Mit Einfügung des erfindungsgemäß
verwendeten Schwingkreises, dessen Schwingkreiswiderstand zweckmäßigerweise kleiner
als der doppelte Wert des Ofenkreises gewählt ist, ergeben sich jedoch bezüglich
der Oberwellen die in Fig. 2 schematisch angedeuteten Verhältnisse. Mit GT sei dort
der als Oberwellengenerator aufzufassende Transduktor T angedeutet, der zwischen
den Punkten a und b die Oberwellenspannung erzeugt. Mit R1, Re, und R seien die
Impedanzen der entsprechenden Schwingkreise bezeichnet. Es ergibt sich aus diesem
Ersatzschaltbild ohne weiteres, daß erfindungsgemäß durch den aus den Impedanzen
R1, RG und R gebildeten Spannungsteiler die Größe der an den Sammelschienen zwischen
den Punkten a und c wirkenden Oberwellenspannung U, auf ein die Wicklungen des Generators
G nicht mehr gefährdendes Maß herabgesetzt werden kann. Statt dem aus der InduktivitätL
und der Kapazität C bestehenden Parallelschwingkreis kann gegebenenfalls der aus
C2, L2 und VZ bestehende Ofenkreis direkt an die Sammelschienen 1 und 2 angeschlossen
werden, was in Fig.1 durch die gestrichelten Verbindungen zwischen den Schützkontakten
4 und besagten Sammelschienen angedeutet werden soll.
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Die Erfindung ist vor allem bei Sammelschienen anzuwenden, die von
Maschinengeneratoren gespeist werden, das sind also mit Mittelfrequenz beschriebene
Induktionserwärmungsanlägen verschiedenster Art: