Leistungsregler in Verweilöfen für Aluminium-Druckguss

• Leistungsregelung einer dreiphasigen Last von Siliziumkarbid (SiC)-Heizelementen unter Verwendung des Primäranschlusses des Transformators
• Alarme und Diagnose des Leistungsreglers und des Heizelements in Echtzeit
• Genaue Leistungsregelung zur Erzielung eines robusten und leistungsfähigen Ofenregelsystems.

Der Niederdruckguss (LPDC) ist ein Verfahren zur Formgebung von Aluminium, Magnesium und anderen Nichteisenmetallen mit niedrigem Schmelzpunkt. Das Gießen von Aluminium oder anderen Legierungen mit einem Gewicht von 2-150 kg ist üblich für Felgen, Kfz-Motorblöcke, Gussteile für Luft- und Raumfahrtkomponenten, Gehäuse von Elektromotoren.

Im Vergleich zu anderen Dauerformverfahren zeichnet sich LPDC durch geringe Ausschussmengen sowie sehr gute mechanische, metallurgische und technologische Eigenschaften aus.

Beim Niederdruckguss wird die Metallschmelze (bei Aluminium bei >700°C / 1300°F) durch Gasdruckbeaufschlagung (üblicherweise zwischen 0,1 und 1 bar) aus dem Schmelztiegel über ein Steigrohr von unten in die Gießform gedrückt. Während des Übergangs in den Festzustand wird der Gasdruck aufrechterhalten, um das durch Abkühlung abnehmende Volumen durch nachfließende Schmelze (Nachspeisung) auszugleichen, was eine optimale
Materialdichte garantiert und der Entstehung von Lufteinschlüssen (Lunkern) vorbeugt.

Das Siliziumkarbid (SiC)-Heizelement wird verwendet, um die Temperatur der Metallschmelze in den Tiegeln auf etwa 700- 740°C (1300°F) zu halten. Das Material des SiC-Elements ist bei niedriger Temperatur brüchig, was bedeutet, dass bei niedriger Temperatur eine zu hohe Stromstärke elektromagnetische Kräfte verursachen kann, die groß genug sind, um das Element zu zerbrechen.

Aufgrund der Nichtlinearität des Heizwertes des SiC-Heizelements bei Temperaturänderungen muss der Leistungsregler intelligent und für den Betrieb unter diesen Bedingungen ausgelegt sein.

Heizkurve eines SiC-Heizelements
Der Heizwert sinkt etwa 3-4 mal von 20°C auf 600-800°C und steigt dann 2 mal bis auf 1600°C (Abbildung 2). Darüber hinaus nimmt die Resistenz mit zunehmendem Alter zu und das Verhältnis kann 10:1 erreichen.

Betriebsspannung des SiC70-200 Vac-Heizelements
Es wird ein 380/480 Vac-Transformator verwendet: 70/200 Vac

Vorbeugende Wartung
Echtzeit-Diagnose des Heizelements und des Leistungsreglers zur Vermeidung von Schäden wie Kurzschlüssen, Identifizierung von defekten Heizelementen und daraus resultierendem Ausfall des Systems.

GPC-Produktmerkmale
Stromregelung von 30 bis 600 A max 690 Vac 1-2-3 Phasen

• Konfigurierbarer SCR-Regelmodus zur Anpassung an verschiedene Heizkurven, einschließlich Strombegrenzung und Leistungsrückführung
• Regelung über zwei oder drei Phasen der dreiphasigen Last
• Konnektivität: alle gängigen Ethernet-Feldbusse
• Eingangssignal: manuell, 0-10V / 4-20mA, und über Feldbus
• Leistungsregler-Konfiguration über PC und/oder tragbares Terminal

Vorbeugende Wartung und Diagnose

• Kontinuierliche Temperaturüberwachung der Leistungsanschlüsse des Reglers über 12 integrierte Thermistoren
• Alarm bei Unterbrechung des Heizelements und Leistungsregelungsstrategie im Falle eines kundenspezifischen Teillastausfalls
• Überwachung von Netzspannung, Netzfrequenz, Strom, Impedanz und Lastleistung.

Der Leistungsregler GPC eignet sich zur Ansteuerung des
Transformator-Primäranschlusses, der die dreiphasige Last von
SiC-Heizelementen über den Sekundäranschluss speist.

Regelfunktion: Strombegrenzung und Leistungsregelung
Um die an das Heizelement übertragene Leistung konstant zu halten und das Heizelement in der Anfangszeit vor übermäßigem Stromfluss zu schützen, ist eine Softstartfunktion mit
Spitzenstrombegrenzung implementiert. Die Funktion LeistungsFeedback passt den Strom und die Spannung an die Last gemäß der typischen Heizkurve an, einschließlich der alterungsbedingten Änderung des Heizwerts. (Abbildung 3)

Regelung des Primäranschlusses des Transformators
Zur Vermeidung des „Einschaltstromstoßes” im Transformator, der anfänglich das 6- bis 10-fache des Nennlaststroms betragen kann. Eine entsprechende Triggerfunktion fügt beim ersten Zyklus eine Triggerverzögerung ein (wie im folgenden Bild gezeigt), um den Restmagnetismus abzuleiten zu lassen.

Vorbeugende Wartung
Ein Problem wie lose Kabel kann mit der Zeit schwerwiegende Folgen haben. Wenn nicht richtig reguliert wird, steigt die Wärme an dem Punkt, an dem die Verbindungen zu den Leistungskabeln nicht richtig angezogen werden, sie können zu schmelzen beginnen oder Funken erzeugen, die sich in Flammen verwandeln können. Das Ablesen der Temperaturwerte der Leistungsanschlüsse, die mit GPC verfügbar sind, erlaubt es, jegliche Störungsbedingungen zu ermitteln.

Einlernen des Lastbruch-Alarmsollwerts

• Die HB-Alarmgrenze hängt von der Art des Lastanschlusses und dem Einschaltmodus ab. Darüber hinaus können diese Grenzwerte für jede kontrollierte Phase unterschiedlich sein.
• Für die automatische Einstellung der Alarmgrenzen steht eine Selbstlernfunktion mit einfacher, schneller und sicherer Konfiguration zur Verfügung.
• GFW startet automatisch eine Strommessprozedur mit einer Liste des Prozentwertes der Ausgangsleistung und stellt automatisch den entsprechenden Grenzwert ein.

Optimale Konfiguration

Die Zweiphasenregelung für dreiphasige Last (Abbildung 4) bietet Kostenvorteile gegenüber der Dreiphasenregelung. Außerdem spart sie Platz im Schaltschrank und reduziert die von Thyristoren erzeugte Wärme.

Alternativ gibt es GPC Leistungssteller natürlich auch als klassische Dreiphasenregler.