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Umrichter / Stromrichter für Rinnenöfen

Rinnenöfen verfügen im Gegensatz zu Induktionstiegelöfen über einen geschlossenen Kern aus Transformatorenblech. Dadurch ist der Blindstrombedarf eines Rinnenofens deutlich geringer als der eines Tiegelofens vergleichbarer Leistung.

Dieser geringere Blindstrombedarf ermöglicht die Ansteuerung mit einem schaltungstechnisch einfachen Umrichter ohne Schwingkreis. Bei dieser einfachen Umrichterbauart wird die sogenannte Zwischenkreisspannung wechselweise auf den Induktor geschaltet.


Der Stromanstieg wird jeweils durch die Induktivität der Spule(n) begrenzt, ist schaltungsbedingt nicht sinusförmig, sondern eher dreiecksförmig. Das nebenstehende Bild zeigt einen typischen Stromverlauf dieses einfachen Umrichters ohne Schwingkreis. Sobald die Zwischenkreisspannung positiv aufgeschaltet wird, steigt der Induktorstrom recht steil an, nur begrenzt durch die Induktivität des Induktors. Zum Ende der Impulsdauer, über die die Leistung gesteuert wird, fällt der Strom wieder in Richtung Nulllinie, die Zwischenkreisspannung wird anschließend entgegengesetzt auf den Induktor geschaltet.

Obwohl diese Umrichterbauart eine gewisse Verbreitung gefunden hat, raten wir zu einem Schwingkreisumrichter mit sinusförmigem Ofenstrom.
Bei einem unserer Kunden wurden identische Rinnenöfen zweier Produktionslinien über viele Jahre hinweg parallel betrieben, aber mit unterschiedlichen Umrichterbauarten. Der Induktor mit der sinusförmigen Ansteuerung erreichte stets eine höhere Standzeit. Als Konsequenz wurde die einfache Umrichterausführung zu einem Schwingkreisumrichter mit sinusförmigem Ofenstrom umgebaut.

Das nebenstehende Bild zeigt die Fourier-Analyse der Stromform im oberen Bild. Aufgetragen sind die Amplituden der enthaltenen Frequenzen, beginnend mit der Amplitude der Grundschwingung (50 Hz). Es ist deutlich zu erkennen, daß es erhebliche Anteile an Vielfachen der Grundfrequenz mit deutlichen Amplituden gibt.
Diese erheblichen Anteile der Vielfachen (insbesondere 150Hz, 250Hz und 300Hz) verschlechtern den Wirkungsgrad des Induktors und vermindern die Standzeit.

Das nebenstehende Bild zeigt den Induktorstrom nach dem Umbau des Umrichters auf eine Schwingkreisausführung.
Die Stromform ist bauartbedingt exakt sinusförmig, der Induktor arbeitet mit seinem besten Wirkungsgrad bei maximaler Standzeit.  

Den beschriebenen Nachteilen steht jedoch die aufwendigere Schaltung eines Schwingkreisumrichters gegenüber, der höhere Investitionskosten mit sich bringt.
Angesichts der oftmals sehr langen Einsatzdauern von mehr als zwei Jahrzehnten rechnet sich die Schwingkreisumrichterlösung jedoch günstiger.

Der Umrichter kann mit HSG Technik ausgestattet werden.

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