Das Wichtigste in Kürze
- Ein SCR-Umrichter regelt die Leistung durch Anschneiden der Kurvenform und steuert allein die Spannung; ein IGBT-Mittelfrequenzumrichter regelt Spannung und Frequenz und gleichrichtet die gesamte Dreiphasenwelle.
- Bei Metallen mit geringer Permeabilität wie Edelstahl, Kupfer und Aluminium koppelt IGBT die Leistung zuverlässig ein, sodass schneller geschmolzen wird, mit weniger Abbrand.
- IGBT arbeitet insgesamt effizienter und hält jederzeit einen Leistungsfaktor über 0,95, sodass die Kondensatorbänke entfallen, die eine SCR-Anlage zur Korrektur braucht, und die Vollwellengleichrichtung speist keine höheren Oberschwingungen ins Netz zurück.
- Für einen neuen Ofen sollten Sie IGBT von Anfang an vorsehen; für eine installierte SCR-Anlage rüsten Sie den Umrichter um und behalten Ofenkörper und Spule. Alle neuen CIME-Umrichter sind IGBT-Geräte, von 1 bis 8,5 MW.
Der Umrichter ist Technik aus zwei Generationen
Hinter jedem Induktionsofen steht ein Umrichter, der Netzstrom in den Mittelfrequenzstrom umwandelt, den die Spule braucht. Diesen Umrichter gibt es in zwei Generationen. Die ältere nutzt SCR-Bauelemente und regelt die Leistung durch Anschneiden der Gleichrichter-Kurvenform. Die moderne nutzt IGBT-Bauelemente, gleichrichtet die gesamte Dreiphasenwelle und schaltet sie sauber. Der Ofenkörper kann identisch sein; der Umrichter entscheidet, wie schnell er schmilzt, wie viel der Betrieb kostet und wie sauber die Versorgung ist, die er zieht. SCR kam zuerst und ist an vielen installierten Anlagen noch im Einsatz; IGBT ist die Mittelfrequenztechnik, auf der heute jeder neue Umrichter aufbaut.
Der Unterschied ist kein Detail auf einem Datenblatt. Welchen Umrichter eine Gießerei betreibt, zeigt sich in der Schmelzzeit ihrer schwierigeren Metalle, in der Energierechnung am Monatsende und darin, ob sich der Netzbetreiber je über die Qualität des bezogenen Stroms beschwert. Es lohnt sich zu verstehen, was sich zwischen beiden tatsächlich ändert.
Hinweis
SCR regelt allein über die Spannung; IGBT regelt Spannung und Frequenz. Viele Öfen laufen noch mit SCR-Antrieben und funktionieren weiterhin, doch jeder neue CIME-Umrichter ist ein IGBT-Gerät, von 1 bis 8,5 MW.
Was IGBT verändert, und warum es zählt
Fünf Dinge ändern sich, wenn der Umrichter IGBT statt SCR ist, und jedes davon entspricht einer Kennzahl, die ein Gießereileiter ohnehin schon im Blick hat.
Schmelzgeschwindigkeit bei schwierigen Metallen. Ein SCR-Antrieb regelt über die Spannung; ein IGBT-Umrichter regelt Spannung und Frequenz und koppelt die Leistung so zuverlässig in die Charge ein, auch wenn das Metall seinen Zustand ändert. Bei Metallen mit geringer magnetischer Permeabilität, Edelstahl, Kupfer und Aluminium, bedeutet das schnelleres Schmelzen mit weniger Abbrand. In der Halle heißt das Durchsatz und Ausbringung genau bei den Güten, die am langsamsten schmelzen.
Energieeffizienz. Ein IGBT-Umrichter arbeitet insgesamt effizienter als der ersetzte SCR-Antrieb und hält diesen Wirkungsgrad über den gesamten Leistungsbereich, nicht nur bei Volllast. Energie ist der größte variable Kostenfaktor beim Schmelzen, sodass sich jeder Prozentpunkt Wirkungsgrad über jede gegossene Tonne summiert.
Netzqualität. Ein SCR-Umrichter muss den Gleichrichter anschneiden, um die Spannung zu regeln, und genau dieses Anschneiden erzeugt höhere Oberschwingungen, die die Versorgung belasten und andere Geräte im selben Netz stören können. Ein IGBT-Umrichter gleichrichtet die gesamte Dreiphasenwelle ohne Anschneiden, sodass die Gleichspannung auf ihrem Maximum bleibt und keine höheren Oberschwingungen ins Netz zurückgespeist werden. Das schützt benachbarte Geräte und hält die Gießerei frei von den Strafgebühren, die ein Netzbetreiber für eine verzerrte Versorgung erheben kann.
Leistungsfaktor. Der IGBT-Umrichter hält jederzeit einen Leistungsfaktor über 0,95. Die Blindleistung bleibt niedrig, sodass die Kondensator-Korrekturbänke, die eine SCR-Anlage braucht, entfallen, samt ihrer Wartung und den Strafgebühren, die ein Netzbetreiber bei niedrigem Leistungsfaktor erheben kann.
Zuverlässiger Start und konstante Leistung. Die IGBT-Technik startet zu 100 % auch aus dem kalten Zustand bei Volllast und hält die Ausgangsleistung konstant, unabhängig davon, wie viel Metall im Tiegel ist und wie stark die Zustellung verschlissen ist. Die Schmelzzeiten bleiben über die gesamte Ofenreise vorhersehbar, statt abzufallen, wenn sich das Bad leert oder das Feuerfestmaterial dünner wird.
Dieselbe Spule, derselbe Tiegel, zwei Umrichtergenerationen. Gleichrichtet man die gesamte Welle, statt sie anzuschneiden, so schmilzt der Ofen schneller, läuft sauberer und kostet weniger im Betrieb.
Auf einen Blick
Dieselben fünf Änderungen, gelesen als das, was eine Gießerei von jedem Umrichter bekommt. Für den technischen Vergleich Seite an Seite und den Weg vom einen zum anderen siehe SCR auf IGBT: Umrichter-Retrofit.
Neue Anlage oder installierte Anlage
Die Entscheidung teilt sich in zwei Wege. Für einen neuen Ofen sehen Sie IGBT von Anfang an vor: Es gibt heute keinen Grund, einen SCR-Antrieb zu kaufen. Für eine installierte SCR-Anlage ist der Ofen selbst in Ordnung, sodass der Schritt keine neue Maschine ist, sondern ein Umrichter-Retrofit, der Ofenkörper, Spule und Betriebsinfrastruktur behält und nur den Antrieb tauscht. Beide Wege erreichen dieselbe moderne Leistung.
Der Retrofit ist der Weg mit geringerem Investitionsaufwand an Anlagen, die einer Gießerei bereits gehören, und dort kommen Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Kapazität zurück, ohne die Anlage neu aufzubauen. Wann und wie genau diese Aufrüstung erfolgt, zeigt SCR auf IGBT: Umrichter-Retrofit; für den Umrichter selbst, einschließlich des Retrofit-Service, siehe die IGBT-Stromversorgung, und für seinen Platz in der weiteren Plattform die Kerntechnologie.
Kernaussage
Der Umrichter ist der günstigste Teil eines Ofens, den man modernisieren kann, und derjenige, der am meisten verändert. Ob neu spezifiziert oder an einer installierten Anlage nachgerüstet: IGBT wendet Schmelzgeschwindigkeit, Energie und Netzqualität zugunsten einer Gießerei.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen einem IGBT- und einem SCR-Umrichter für Induktionsöfen?
Ein SCR-Umrichter regelt die Leistung durch Anschneiden der Gleichrichter-Kurvenform, was allein die Spannung steuert und höhere Oberschwingungen ins Netz einspeist. Ein IGBT-Mittelfrequenzumrichter gleichrichtet die gesamte Dreiphasenwelle und schaltet sie sauber, wobei er sowohl Spannung als auch Frequenz regelt. Das Ergebnis: schnelleres Schmelzen von Metallen mit geringer Permeabilität, ein höherer Gesamtwirkungsgrad, ein Leistungsfaktor über 0,95 ohne Kondensatorbänke und keine höheren Oberschwingungen.
Schmilzt ein IGBT-Umrichter wirklich schneller als SCR?
Bei Metallen mit geringer magnetischer Permeabilität wie Edelstahl, Kupfer und Aluminium ja. Ein SCR-Antrieb regelt allein über die Spannung, während ein IGBT-Umrichter Spannung und Frequenz regelt, sodass die Leistung zuverlässig in die Charge einkoppelt, statt zu schwinden, wenn das Metall seinen Zustand ändert. Es wird schneller geschmolzen, mit weniger Abbrand. Bei gut einkoppelndem Gusseisen ist der Abstand kleiner, doch die Vorteile bei Wirkungsgrad und Netzqualität bleiben.
Warum braucht ein IGBT-Umrichter keine Kondensatorbänke?
Ein IGBT-Mittelfrequenzumrichter hält jederzeit einen Leistungsfaktor über 0,95, sodass die Blindleistung, die eine SCR-Anlage mit Kondensatorbänken korrigieren muss, schlicht nicht anfällt. Das entfernt die Kondensatorbänke und ihre Wartung aus dem Schaltraum und vermeidet die Strafgebühren, die ein Netzbetreiber bei niedrigem Leistungsfaktor erheben kann.
Soll ich für einen neuen Ofen IGBT wählen oder eine bestehende SCR-Anlage umrüsten?
Für einen neuen Ofen sehen Sie IGBT von Anfang an vor. Für eine installierte SCR-Anlage brauchen Sie keinen neuen Ofen: Rüsten Sie den Umrichter um und behalten Sie Ofenkörper, Spule und Betriebsinfrastruktur. Beide Wege erreichen dieselbe moderne Leistung; der Retrofit ist der Weg mit geringerem Investitionsaufwand an Anlagen, die Ihnen bereits gehören.
Mein SCR-Ofen funktioniert noch, lohnt sich eine Aufrüstung überhaupt?
Ein SCR-Ofen schmilzt weiterhin, und es gibt keinen sicherheitstechnischen Grund, ihn zu wechseln. Der Fall für IGBT ist wirtschaftlich: schnelleres Schmelzen schwieriger Metalle, weniger Energie je Tonne, keine Kondensatorbänke und keine Oberschwingungen im Netz. Weil ein Retrofit Ofenkörper und Spule behält und nur den Umrichter tauscht, amortisieren diese Einsparungen die Aufrüstung meist ohne die Kosten einer neuen Anlage.
Quellen und Referenzen
- Foundry Trade Journal, Fachartikel über Stromversorgungen von Induktionsöfen, 2006.
- Cast Metal Times, IGBT-Mittelfrequenzumrichter in der Praxis des Tiegelofens, 2004.
- CIME S.r.l., interne technische Dokumentation zu Umrichtern, Turin.