DE3217879C2

DE3217879C2 - Vorrichtung zur induktiven Beheizung und magnetodynamischen Förderung einer Metallschmelze

Info

Publication number: DE3217879C2
Application number: DE19823217879
Authority: DE
Inventors: Anatolij Korneevi&ccaron; &Scaron;idlovskij; Vladimir Kuzmi&ccaron; &Scaron;nurko; Boris Pavlovi&ccaron; Borisov; Nikolaj Ivanovi&ccaron; Chomutin; Leonid Ivanovi&ccaron; Kiev Evtu&scaron;enko; Pavel Ivanovi&ccaron; Zagorovskij
Original assignee: Institut elektrodinamiki Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1987-04-02
Also published as: DE3217879A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die elektromagnetische Erwärmung von Metall. Die erfindungsgemäße Anlage enthält mindestens einen Induktor (4), mindestens einen Elektromagneten (5) sowie ein an ein mehrphasiges Netz geschlossenes Netzteil. Das Netzteil enthält zwei Spartransformatoren (1, 2) sowie einen Regelkondensator (3). Gemäß der Erfindung erfüllen die Spartransformatoren in der erfindungsgemäßen Anlage mehrere Funktionen. So verbindet jeder in den konkreten Ausführungsvarianten die Funktionen der Speisequelle des Induktors (4) und des Elektromagneten (5), mit denen der Stromsymmetrierung und des Ausgleiches der Blindleistung. Am erfolgreichsten kann die erfindungsgemäße Anlage zum Vorwärmen und dosierten Vergießen von Metallen in Gießformen verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Beheizung und magnetodynamischen Förderung einer Metallschmelze der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 und 6 genannten Art, die aus der Literaturstelle "Simmetrirovanie odnofasnykh i dvukhplechevykh elektrotechnologiecheskikh ustanovok", Verlag Naukova dumka, Kiew 1977, insbesondere der Abb. 90 auf Seite 117 dieser Literaturstelle, bekannt ist.
Bei dem Erfindungsgegenstand handelt es sich somit um einen Induktionsofen für Metallschmelzen, bei dem das flüssige Metall zusätzlich durch eine magnetodynamische Pumpe umgewälzt und abgepumpt werden kann. Das Wirkungsprinzip der magnetodynamischen Pumpe beruht auf der elektromagnetischen Kraft, die durch das Zusammenwirken des Magnetfeldes eines Elektromagneten und des durch die Metallschmelze fließenden induzierten Heizstromes entsteht. Das Prinzip eines solchen Induktionsofens ist z. B. in der DE-PS 19 05 412 beschrieben.
Bei der üblichen Wechselstrom-Versorgung hängt die Leistungsfähigkeit der magnetodynamischen Pumpe nicht nur vom Effektivwert des Stromes, sondern auch von dessen Phasenlage an den einzelnen Elementen der gesamten Vorrichtung ab. Außerdem stellt das Betreiben der Pumpe für ein mehrphasiges Netz eine nichtsymmetrische Belastung dar, weshalb die im folgenden als magnetodynamische Anlage bezeichnete Vorrichtung mit Phasenschiebern ausgerüstet werden muß.
Die in der eingangs genannten Literaturstelle dargestellte Schaltung enthält jeweils für den Heiz-Induktor, den Elektromagneten und den bzw. die phasenschiebenden Symmetrierkondensatoren einen eigenen Spartransformator, wobei die dem Induktor und dem Elektromagnet zugeordneten Spartransformatoren allein zu deren Speisung dienen und der den Symmetrierkondensatoren zugeordnete Spartransformator mit als phasenverschiebendes Element dient, das zusammen mit den Symmetrierkondensatoren die Symmetrierung bezüglich des mehrphasigen Netzes durchführen soll. Die Aufgaben der Speisung und der Symmetrierung werden somit getrennt gelöst. Alle drei Spartransformatoren müssen dabei praktisch für die gleiche Leistung ausgelegt sein.
Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil eines geringen Wirkungsgrades und einer geringen Ausnutzung der installierten Leistung. Vom Netz verursachte, nicht optimale Phasenlagen der Spannungen am Eingang der Schaltung können nämlich nicht ausgeregelt werden und beeinträchtigen den Wirkungsgrad. Beispielsweise arbeitet die magnetodynamische Pumpe am effektivsten, wenn die Phasendifferenz zwischen dem induzierten Heizstrom und dem Magnetfeld des Elektromagneten Null ist. Verschiebt sich die Phasendifferenz, so verringert sich der Wirkungsgrad der Pumpe, bis im Extremfall einer Phasendifferenz von 90° keine Förderung des Metalls mehr erfolgt, obwohl der Elektromagnet Energie verbraucht. Die Ausnutzung der installierten Leistung ist vor allem deshalb schlecht, weil die Spartransformatoren nur getrennt benutzt werden können. So weist der den Elektromagneten speisende Spartransformator eine sehr niedrige Auslastung auf, da er immer nur während relativ kurzer Zeit innerhalb der Laufzeit der Anlage eingeschaltet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und bei der die installierte Leistung der tatsächlichen Leistungsaufnahme entspricht.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1, 4 und 6 dadurch gelöst, daß ein Teil der Spartransformatoren mehrfach ausgenutzt wird. Dadurch können nicht nur Transformatoren eingespart werden und damit die installierte Leistung und die tatsächtliche Leistung einander angeglichen werden, sondern auch die Phasenlagen der Spannungen können besser gesteuert und damit der Wirkungsgrad der Anlage erhöht werden. Darüberhinaus werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung negative Rückwirkungen auf das Netz verhindert.
Die im Anspruch 4 enthaltene Lösung ermöglicht es zusätzlich, die Phasenlage der Spannungen an den Induktoren zu regeln. Außerdem kann die Stromdichte in den Wicklungen der Spartransformatoren herabgesetzt werden. Die Anlage kann bei Bedarf als Blindleistungsquelle gefahren werden und dadurch das speisende Netz günstig beeinflussen.
Die im Anspruch 6 beschriebenen Maßnahmen erweitern den Regelbereich der Phase und der Spannung an den Induktoren und Elektromagneten.
Die Unteransprüche 2, 3, 5 und 7 beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Ausführung nach Anspruch 2 hat dabei den weiteren Vorteil, daß damit eine noch gleichmäßigere Verteilung der Last auf die Phasen des Netzes erreicht werden kann.
Durch den Gegenstand des Anspruchs 3 werden die Bedingungen zur Netzsymmetrierung verbessert und der Leistungsfaktor der Anlage weiter erhöht. Außerdem kann damit ebenfalls ein Ausgleich von Netzblindleistungen erfolgen.
Die Ausbildungen nach den Ansprüchen 5 und 7 tragen zusätzlich zur Herabsetzung der zu installierenden Leistung des zweiten Spartransformators bei.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild einer magnetodynamischen Anlage, die
Fig. 2, 3, 4 verschiedene Modifikationen der Anlage und
Fig. 5 ein Vektordiagramm der Spannungen an den Bauelementen der Anlage.
Die magnetodynamische Anlage von Fig. 1 enthält Spartransformatoren 1 und 2, einen Symmetrierkondensator 3, einen Induktor 4 sowie einen Elektromagneten 5. Die Spartransformatoren 1, 2 und der Symmetrierkondensator 3 bilden das Netzteil der magnetodynamischen Anlage und der Induktor 4 sowie der Elektromagnet 5 sind die Lasten an diesem Netzteil.
Die magnetodynamische Anlage kann an ein mehrphasiges Stromnetz angeschlossen werden. So ist beispielsweise in Fig. 1 der Anschluß an ein Drehstromnetz, gezeigt als Leiter A, B und C, dargestellt. Dabei ist die Wicklung 6 des Spartransformators 1 an die Leiterspannung U _CA und die Wicklung 7 des Spartransformators 2 an die Leiterspannung U _BC angeschlossen, die der Leiterspannung U _CA voreilt. Die Wicklungen 6 und 7 weisen Anzapfungen zum Abgreifen von Teilspannungen auf. Der Symmetrierkondensator 3 ist zur Symmetrierung der Netzströme an ein Ende der Wicklung 6 sowie an eine Anzapfung der Wicklung 7 angeschlossen. Das Symmetrieren der Ströme erfolgt auf bekannte Art und Weise.
Der Spartransformator 1 dient vor allem zur Speisung des Induktors 4, der, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, an ein Ende der Wicklung 6 sowie an eine Anzapfung der letzteren angeschlossen ist. Auf weitere Funktionen dieses Spartransformators wird weiter unten eingegangen.
Die Anschlüsse des Elektromagneten 5 sind mit Anzapfungen der Wicklungen 6 und 7 verbunden. In Reihe mit dem Elektromagneten 5 ist ein Schalter 8 angeordnet. Der Elektromagnet 5 wird mit einer in den entsprechenden Teilen der Wicklungen 6 und 7 erzeugten Gesamtspannung gespeist. Dabei muß hervorgehoben werden, daß der Spartransformator 2 vor allem als Phasenschieber verwendet wird. In der beschriebenen Anlage erfüllt er jedoch auch andere Funktionen, wie zum Beispiel zusammen mit dem Spartransformator 1 die Speisung des Elektromagneten 5.
Es sei bemerkt, daß die Phasenlage der Spanmnungen am Induktor 4 und dem Elektromagneten 5 eine bestimmte Größe haben soll. So ist die Phasenlage beispielsweise für eine Ausführungsform der magnetodynamischen Anlage, die vorwiegend zum Vergießen von Roheisen verwendet wird, der Phasendifferenz der Spannungen am Induktor und am Elektromagneten gleich und beträgt 60° bis 180°.
Die magnetodynamische Anlage kann in zwei Hauptbetriebsarten funktionieren:

1. "Regelbare Vorwärmung des Metalls", wenn nur der Induktor 4 eingeschaltet ist (Ofenprinzip);
2. "Vergießen des Metalls", wenn der Induktor 4 und der Elektromagnet 5 gleichzeitig eingeschaltet sind (Pumpenprinzip).

Zur besseren Veranschaulichung der Wirkungsweise der Anlage ist in Fig. 5 das Vektordiagramm der Spannungen an den Lasten des Netzteiles sowie am Symmetrierkondensator 3 dargestellt.
Beim Betrieb der magnetodynamischen Anlage zum Vorwärmen des Metalls (Ofenprinzip) wird der mit dem Symmetrierkondensator 3 eingestellte Wert der Blindleistung Q&sub3; durch den Betrag des Vektors der Wechselstromleistung des Induktors 4 bedingt, d. h. &udf53;np40&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz3&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Hierin bedeutet:

τ&sub4; Winkel des Vektors der Wechselstromleistung des Induktors 4;
ψ&sub4; Phasenlage der Spannung am Induktor 4;
φ&sub4; Phasenwinkel des Stromes des Induktors 4.

Zum Symmetrieren der Netzströme muß sich der Winkel des Vektors der Wechselstromleistung des Kondensators 3 vom Winkel des Vektors der Leistung des Induktors 4 um 180° unterscheiden, wozu am Kondensator 3 folgende Phasenlage der Spannung eingehalten werden soll: °=c:20&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf57;°Kq°k&udf56;Ë¤=¤@W:&udf57;°Kt°k&udf56;È:2&udf54;¤+¤@W:&udf57;°Kp°k&udf56;:4&udf54;@,(2)&udf53;zl10&udf54;
Das hierfür erforderliche Übersetzungsverhältnis des Spartransformators 2 wird in Übereinstimmung mit dem Diagramm der Fig. 5 durch folgende Gleichung ausgedrückt: &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Unter dem Übersetzungsverhältnis der Spartransformatoren wird dabei das Verhältnis der Leiterspannung am Eingang des Spartransformators zur Spannung zwischen der Anzapfung, an welche das Bauelement geschaltet wird, und dem Ende des Spartransformators, das dem Anfang des Vektors der Leiterspannung entspricht, auf die dieser Spartransformator geschaltet ist, verstanden.
Beim Betreiben der Anlage in der Betriebsart "Vergießen von Metall" wird der Elektromagnet 5 durch den Schalter 8 an die Anzapfung angeschlossen, die die erforderliche Größe und Phasenlage der Spannung am Elektromagneten 5 ergibt, was durch das Übersetzungsverhältnis des Spartransformators 2 bestimmt wird: &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Hierin bedeuten:

ψ&sub5; Phasenlage der Spannung am Elektromagneten 5, die für die Durchführung des vorgesehenen Prozesses erforderlich ist. Diese Phasenlage wird für eine bestimmte magnetodynamische Anlage nach der Kennlinie der Abhängigkeit des elektromagnetischen Druckes vom Phasenwinkel zwischen den Spannungen an den elektromagnetischen Systemen des Induktors und des Elektromagneten bestimmt.

Der Betrag und der Winkel (die Richtung) des Summenvektors der Wechselstromleistung des Induktors 4 und des Elektromagneten 5 werden dabei durch folgende Gleichung ausgedrückt; &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54;
Die Größe der Blindleistung des Kondensators 3 (Q&sub3; = N _Σ) und die (laut den Symmetrierungsbedingungen) notwendige Phasenlage der Spannung ist für diese Betriebsart &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;was durch eine entsprechende Anzapfung des Spartransformators 2 mit dem durch Gleichung (3) ausgedrückten Übersetzungsverhältnis K&sub2;&sub3; erreicht wird.
Bei Betrieb der magnetodynamischen Anlage in der Betriebsart "Vergießen von Metall" muß sich das Übersetzungsverhältnis K&sub2;&sub5; mit der Zeit in Übereinstimmung mit der Leistungsregelung ändern, während die Leistungsgröße des Kondensators 3 und die Phasenlage der Spannung an diesem Kondensator in Übereinstimmung mit den Änderungen des Betrags des Vektors &wedgeq;und seiner Richtung τ_Σ regelbar sein müssen, was durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses K&sub2;&sub3; sichergestellt wird.
Der Leistungsregelungsbereich der magnetodynamischen Anlage kann bedeutend erweitert werden, indem man die Anschlüsse des Elektromagneten 5 auf verschiedene Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 2 umschaltet. Dann fließen in den Wicklungen 6 und 7 die durch die geometrische Summe der Ströme des Induktors 4, des Elektromagneten 5 und des Symmetrierkondensators 3 bestimmten Ströme. Es ist hervorzuheben, daß bei einer Ausnutzung des Regelbereiches die Notwendigkeit entstehen kann, die Anschlüsse des mit dem Ende der Wicklung 6 verbundenen Kondensators 3 auf andere Anschlüsse dieser Wicklung umzulegen. Bezeichnet man die Übersetzungsverhältnisse der Spartransformatoren 1 und 2 als K&sub1; = U _CA/U _{C&min;&sub1;A} bzw. K&sub2; = U _BC/U _{B&min;&sub1;C-}, so wird der Betrag und die Richtung des Spannungsvektors am Elektromagneten 5 (bzw. Kondensator 3) folgenderweise ermittelt: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Bei gegebener Größe ψ _{C&sub1;B&sub1;} und gegebenem Übersetzungsverhältnis K&sub1; wird das erforderliche Übersetzungsverhältnis K&sub2; nachfolgender Gleichung ermittelt: &udf53;np40&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz3&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die Kurve C&min;&sub1;B&min;&sub1; im Diagramm (Fig. 5) entspricht dem Spannungsvektor am Elektromagneten 5 beziehungsweise am Kondensator 3, wenn diese an die Anzapfungen der beiden Spartransformatoren angeschlossen sind.
Die Spartransformatoren 1 und 2 in dieser Schaltung dienen also zur Speisung der entsprechenden Belastungen und zur Regelung der Phasenlage der Spannung an diesen Belastungen.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der magnetodynamischen Anlage dargestellt, die zum gleichzeitigen Vergießen von Metall in zwei Gießformen verwendet wird.
Diese Anlage enthält außer Spartransformatoren 1, 2 und dem Symmetrierkondensator 3 einen weiteren, an die Leiterspannung U _AB angeschlossenen Spartransformator 9, zwei Induktoren 10, 11 und zwei Elektromagneten 12, 13. Der Induktor 10 sowie der Elektromagnet 12 sind genauso geschaltet wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Der Elektromagnet 13 ist an das Netzteil über einen Schalter 14 angeschlossen und der Induktor 11 ist an das gemeinsame Ende der Spartransformatoren 1 und 9 sowie an eine der Anzapfungen des Spartransformators 9 geschaltet. Der Anschluß des Induktors 11 an dem Spartransformator 9 ist auf die gleiche Weise realisiert wie der Anschluß des Induktors 10 an den Spartransformator 1, d. h. mit der Möglichkeit der Umschaltung von einer Anzapfung auf eine andere.
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, muß das Verhältnis der Phasenlagen der Spannungen an den Induktoren 10, 11 und, entsprechend, den Elektromagneten 12, 13 einen vorbestimmten Wert haben. Daher wird die Wahl der Anzapfungen der Spartransformatoren 1, 2 und 9 in Abhängigkeit von den prozeßtechnologischen Bedingungen getroffen, während die dabei entstehende Asymmetrie der Netzströme durch Anschluß des Symmetrierkondensators 3 an die entsprechenden Anzapfungen der Wicklungen des Spartransformators 2 beseitigt wird.
Entsteht in der Praxis die Notwendigkeit, das Metall in eine größere Anzahl von Gießformen zu vergießen, so kann die Anzahl der Induktoren und Elektromagneten bei einer entsprechenden Erhöhung der Leistung der Spartransformatoren vergrößert werden.
Parallel zum Induktor 10 und zum Elektromagneten 13 sind verstellbare Ausgleichskondensatoren 15 und 16 (Fig. 2) geschaltet. Die Funktion dieser Kondensatoren in der magnetodynamischen Anlage besteht darin, daß sie die Blindleistung der entsprechenden Lasten ausgleichen.
Arbeitet die zweite Ausführungsform der magnetodynamischen Anlage nach dem "Ofenprinzip", d. h. zum Vorwärmen des Metalls, so sind nur die Induktoren 10 und 11 eingeschaltet. Die Werte und Phasen der die Induktoren 10 und 11 speisenden Spannung werden nach der notwendigen Geschwindigkeit der Vorwärmung des Metalls gewählt. Dafür sind die Wicklungsenden der Induktoren 10 und 11 derart abzugleichen, daß die Phasendifferenz der Speisespannungen 60° beträgt.
Der Summenvektor der Wechselstromleistung des Drehstromnetzes wird bei dieser Betriebsart durch die Summe der Vektoren der Leistungen der Induktoren 10 und 11 bedingt: &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die erforderliche Kapazität des Kondensators 3 (Q&sub3; = N _Σ) und die Phasenlage seiner Spannung können mit Hilfe der Gleichung (2), und der erforderliche Wert des Übersetzungsverhältnisses des Spartransformators 2 mit Hilfe der Gleichung (3) berechnet werden.
Beim Betrieb der magnetodynamischen Anlage nach dem "Pumpenprinzip", d. h. zum Vergießen von Metall, werden die Elektromagneten 12 und 13 durch Schalter 8 und 14 an die entsprechenden Anschlüsse (darunter auch Enden) der Spartransformatoren 1 und 2 angeschlossen. Dann ist der Summenvektor der Leistung der Summe der Vektoren der Leistungen der Induktoren 10 und 11 sowie der Elektromagneten 12 und 13&udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Dieser Vektor soll mit Hilfe des Kondensators 3 abgeglichen sein. Die Phasenlage der Spannung am Kondensator 3 wird nach der Gleichung (2) bzw. (6), und das Übersetzungsverhältnis des Spartransformators 2 nach der Gleichung (3) bestimmt. Es muß hervorgehoben werden, daß sich der Vektor &wedgeq;in Abhängigkeit vom Verhältnis der Leistungen der Induktoren 10 und 11 sowie der Elektromagneten 12 und 13 größen- und phasenmäßig ändert, was zu der Notwendigkeit führen kann, die Anschlüsse des Kondensators 3 von dem Ende der Spartransformatoren 1 und 9 auf die entsprechenden Zwischenanzapfungen des Spartransformators 1 umzuschalten. Dabei werden der Wert und die Phasenlage der Spannung am Kondensator 3 nach den Gleichungen (7) und (8), und der erforderliche Wert des Übersetzungsverhältnisses K&sub2; nach der Gleichung (9) bestimmt.
Mit Hilfe der Ausgleichskondensatoren 15 und 16 kann die Notwendigkeit, den Kondensator 3 umzuschalten, beseitigt, seine Leistung gesenkt und der Leistungsfaktor am Eingang des Netzteiles der magnetodynamischen Anlage erhöht werden. Die Leistung dieser Kondensatoren wird ausgehend von den Ausgleichsbedingungen der Wechselstromleistungen der Induktoren 10 und 11 gewählt und nach folgenden Gleichungen bestimmt: &udf53;np80&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz7&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Soll das Metall in nur eine Gießform vergossen werden, so kann dies in der magnetodynamischen Anlage nach Fig. 2 günstig mit Hilfe des Elektromagneten 13 geschehen, weil in diesem Fall die erforderliche Leistung der Ausgleichskondensatoren herabgesetzt ist.
Die folgende, dritte Ausführungsform bezieht sich auf eine magnetodynamische Anlage, die zweiparallel geschaltete Induktoren sowie zwei parallel geschaltete Elektromagneten aufweist. Eine solche Ausführungsform der Anlage kann besonders in den Fällen vorteilhaft angewendet werden, wenn die Masse der Gußstücke 10 bis 20 kg überschreitet. Zweckmäßigerweise erfolgt die Erwärmung des Metalls im Tiegel einer derartigen Anlage mit Hilfe von mehreren Induktoren. Dabei bietet die Anlage nach wie vor die Möglichkeit, zugleich zwei Gußstücke zu gießen.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die parallel geschalteten Induktoren 17 und 18 an die Wicklungen der Spartransformatoren 1 und 2 angeschlossen. Die parallel geschalteten Elektromagneten 19 und 20 sind ebenfalls an die Wicklungen dieser Spartransformatoren über Schalter 21 und 22 angeschlossen, vorausgesetzt, daß das obenerwähnte Verhältnis der Phasenlagen der Spannungen an den Induktoren und Elektromagneten aufrechterhalten bleibt. Der Symmetrierkondensator 23 ist an die Wicklungen der Spartransformatoren 1 und 2 mit der Möglichkeit einer Umschaltung seiner Anschlüsse von einer Anzapfung auf eine andere angeschlossen.
Zwischen dem einen gemeinsamen Anschluß der Induktoren 17 und 18, der an den Spartransformator 2 angeschlossen ist, und das gemeinsame Ende der Spartransformatoren ist ein verstellbarer Ausgleichskondensator 24 geschaltet.
Bei der Arbeit der magnetodynamischen Anlage in der Betriebsart "Regelbares Vorwärmen des Metalls", wenn an die Anzapfung der Spartransformatoren 1 und 2 die Induktoren 17 und 18 angeschlossen sind, wird die Wahl dieser Anzapfungen beziehungsweise der Übersetzungsverhältnisse K&sub1; und K&sub2; durch den Regelbereich der Größe der Spannung an den Induktoren sowie durch die Symmetrierbedingungen bestimmt. Die Größen und Phasenlagen der Spannungen an den Induktoren 17 und 18 sowie am Symmetrierkondensator 23 werden dabei nach den Gleichungen (7), (8) und (9) berechnet. Die Symmetrierungsbedingung für diesen Betriebszustand wird nach der Gleichung &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;ermittelt. Dabei können einer beziehungsweise beide Anschlüsse des Kondensators 23, welcher mit den Wicklungen 6 und 7 der Spartransformatoren 1 und 2 verbunden ist, an die Enden der Spartransformatoren 1 und 2 geschaltet sein, was es gestattet, die optimalen Bedingungen zur Realisierung der Gleichung (15) zu erzielen sowie die Steuerschaltung zu vereinfachen, falls die Übersetzungsverhältnisse K&sub1; und K&sub2; entsprechend der Aufrechterhaltung einer konstanten Phasenlage der Spannung an den Induktoren 17 und 18 gewählt sind.
Der Betrieb der magnetodynamischen Anlage in der Betriebsart "Vergießen von Metall" erfolgt durch Anschluß der Elektromagneten 19 und 20 an die entsprechenden Anschlüsse der Spartransformatoren 1 und 2 über die Schalter 21 und 22. Die Größe und Phasenlage der Spannung an den Elektromagneten wird wieder nach den prozeßtechnologischen Bedingungen ausgewählt und durch entsprechende Übersetzungsverhältnisse sichergestellt, die wie vorstehend erwähnt nach den Gleichungen (7), (8) und (9) ermittelt werden, während die Leistung und Phasenlage der Spannung am Symmetrierkondensator 23 durch den Summenvektor der Wechselstromleistung aus der Gleichung (15) bestimmt wird: &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Bei Bedarf können in der Schaltung nach Fig. 3 solche Übersetzungsverhältnisse für den Kondensator 23 gewählt werden, bei denen die Gleichung (16) gültig bleibt und zugleich die Stromdichte in der Wicklung 6 auf ein Minimum gebracht ist. Die Minimierung der Stromdichte in der Wicklung 7 erfolgt mit dem Ausgleichskondensator 24, wozu einer seiner Anschlüsse an eines der Enden des Spartransformators 2 angeschlossen bleibt und der andere zusammen mit den Anschlüssen der Induktoren 17 und 18 auf die Anzapfung dieses Spartransformators umgeschaltet wird. In Einzelfällen können die in Fig. 3 dargestellten umschaltbaren Anschlüsse jedes beliebigen Bauelementes an die entsprechenden Enden des einen oder der beiden Spartransformatoren angeschlossen werden. Beim Vergießen des Metalls in eine Gießform kann ein beliebiger der Elektromagneten (19 beziehungsweise 20) betrieben werden, der durch den betreffenden Schalter (21 beziehungsweise 22) angeschaltet wird. Irgendwelche prinzipiellen Besonderheiten sind in der Schaltung nach Fig. 3 dabei nicht zu beachten. Infolgedessen ist sie aus technologischer Sicht im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 2 flexibler.
Ist es erforderlich, den Regelbereich der Leistung der magnetodynamischen Anlage zu erweitern, so wird zweckmäßigerweise deren in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform angewendet.
In Fig. 4 sind die den in Fig. 2 gezeigten ähnlichen Spartransformatoren 1, 2 und 9, die parallel geschalteten Induktoren 17 und 18, die parallel geschalteten Elektromagneten 19 und 20 sowie Schalter 21 und 22, wie auch der Symmetrierkondensator 23 und die Ausgleichskondensatoren 25 und 26 dargestellt. Die Induktoren 17 und 18 sowie der Symmetrierkondensator 23 sind auf die in Fig. 3 gezeigte Weise an die Spartransformatoren angeschlossen, und die Elektromagneten 19 und 20 sind über die Schalter 21 und 22 in den Parallelzweigen an die Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 9 unter Beibehaltung des vorstehend angegebenen Verhältnisses der Spannungsphasen geschaltet. Die verstellbaren Ausgleichskondensatoren 25 und 26 sind an die gemeinsamen Anschlüsse der Induktoren bzw. Elektromagneten angeschlossen.
In diesen Ausführungsform der Anlage ist, der Betrieb mit einem oder mit zwei Elektromagneten sichergestellt. In Einzelfällen kann der Kondensator 26 als zwei Kondensatorengruppen ausgeführt sein, von denen jede unmittelbar an einen der Elektromagneten angeschlossen ist.
Bei dieser Ausführungsform bleiben die rechnungsmäßig ermittelten Verhältnisse und Bedingungen, welche die Wahl der Werte und Phasen der Spannungen an den an die Anzapfungen der Spartransformatoren 1 und 2 angeschlossenen Schaltungsbauelementen bestimmen, konstant. Der Betrag des Spannungsvektors und dessen Richtung werden für die Elektromagneten 19 und 20 sowie für den Symmetrierkondensator 23 gemäß Fig. 5 (Kurve C&min;&sub2;A&min;) durch Übersetzungsverhältnisse des Spartransformators 1&udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;und des Spartransformators 9&udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;in Übereinstimmung mit folgenden Gleichungen bestimmt: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;
In der Schaltung nach Fig. 4 können also beliebige Phasenverhältnisse zwischen den Spannungen an den Induktoren, Elektromagneten und Kondensatoren erzeugt werden, was die Flexibilität der Schaltung weiter erhöht.

Claims

1. Vorrichtung zur induktiven Beheizung und magnetodynamischen Förderung einer Metallschmelze,

- mit wenigstens einem ersten Induktor (4),
- mit wenigstens einem Elektromagneten (5),
- mit einem ersten und einem zweiten Spartransformator (1, 2), deren Wicklungen (6; 7) Anzapfungen zum Abgreifen von Teilspannungen aufweisen, und
- mit einem verstellbaren Symmetrierkondensator (3);

- wobei der erste Spartransformator (1) an eine erste Leiterspannung (U _AC) und der zweite Spartransformator (2) an eine zweite, der ersten vorauseilenden Leiterspannung (U _BC) eines mehrphasigen Netzes angeschlossen ist,
- wobei der erste Anschluß des ersten Induktors (4) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) und
- der erste Anschluß des Symmetrierkondensators (3) an eine Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) angeschlossen ist, und
- wobei der jeweils zweite Anschluß des ersten Induktors (4) und des Symmetrierkondensators (3) an jeweils einem Ende der Wicklung (6) des ersten Spartransformators (1) liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß
- der Elektromagnet (5) zwischen eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) und eine Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) geschaltet ist (Fig. 1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Spartransformator (9), dessen Wicklung Anzapfungen zum Abgreifen von Teilspannungen aufweist und der an eine dritte, der ersten nacheilende Leiterspannung (U _AB) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den dritten Spartransformator (9) ein zweiter Induktor (11) als Last angeschlossen ist (Fig. 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit zwei Elektromagneten (12, 13) dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Induktor (10) und zu einem der Elektromagneten (12; 13) je ein verstellbarer Ausgleichskondensator (15, 16) geschaltet ist (Fig. 2).

4. Vorrichtung zur induktiven Beheizung und magnetodynamischen Förderung einer Metallschmelze,

- mit zwei parallel geschalteten Induktoren (17, 18) mit gemeinsamen Anschlüssen;
- mit zwei parallel geschalteten Elektromagneten (19, 20) mit gemeinsamen Anschlüssen,
- mit einem ersten und einem zweiten Spartransformator (1, 2), deren Wicklungen (6; 7) Anzapfungen zum Abgreifen von Teilspannungen aufweisen, und
- mit einem verstellbaren Symmetrierkondensator (33);

- wobei der erste Spartransformator (1) an eine erste Leiterspannung (U _AC) und der zweite Spartransformator (2) an eine zweite, der ersten vorauseilende Leiterspannung (U _BC) eines mehrphasigen Netzes angeschlossen ist, und
- wobei der erste gemeinsame Anschluß der Induktoren (17, 18) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) und
- der erste Anschluß des Symmetrierkondensators (23) an eine Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß
- die Elektromagneten (19, 20) zwischen eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) und eine Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) geschaltet sind, daß
- der zweite gemeinsame Anschluß der Induktoren (17, 18) an einer Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) liegt, und daß
- der zweite Anschluß des Symmetrierkondensators (23) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) angeschlossen ist (Fig. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen verstellbaren Ausgleichskondensator (24), der zwischen ein Ende der Wicklung (7) des zweiten Spartransformators (2) und den zweiten gemeinsamen Anschluß der Induktoren (17, 18) geschaltet ist (Fig. 3).

6. Vorrichtung zur induktiven Beheizung und magnetodynamischen Förderung einer Metallschmelze,

- mit zwei parallel geschalteten Induktoren (17, 18) mit gemeinsamen Anschlüssen;
- mit zwei parallel geschalteten Elektromagneten (19, 20) mit gemeinsamen Anschlüssen,
- mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Spartransformator (1, 2, 9), deren Wicklungen Anzapfungen zum Abgreifen von Teilspannungen aufweisen, und
- mit einem verstellbaren Symmetrierkondensator (23);

- wobei der erste Spartransformator (1) an eine erste Leiterspannung (U _AC), der zweite Spartransformator (2) an eine zweite, der ersten vorauseilende Leiterspannung (U _BC) und der dritte Spartransformator (9) an eine dritte, der ersten nacheilenden Leiterspannung (U _AB) eines mehrphasigen Netzes angeschlossen ist, - wobei der erste gemeinsame Anschluß der Induktoren (17, 18) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) und
- der erste Anschluß des Symmetrierkondensators (23) an eine Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) angeschlossen ist, und
- wobei der erste gemeinsame Anschluß der Elektromagneten (19, 20) an eine Anzapfung des dritten Spartransformators (9) angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß
- der zweite gemeinsame Anschluß der Elektromagneten (19, 20) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) angeschlossen ist, daß
- der zweite gemeinsame Anschluß der Induktoren (17, 18) an einer Anzapfung des zweiten Spartransformators (2) liegt, und daß
- der zweite Anschluß des Symmetrierkondensators (23) an eine Anzapfung des ersten Spartransformators (1) angeschlossen ist (Fig. 4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Induktoren (17, 18) und parallel zu den Elektromagneten (19, 20) je ein verstellbarer Ausgleichskondensator (25, 26) geschaltet ist (Fig. 4).