本發(fā)明涉及用于金屬線、絞合線(strand)、線絲(string)、線材(wire rod)、或條帶(strap)退火的電阻退火爐。

具體地，本發(fā)明是有利地，但不是專門應用于直列電阻退火爐，即直接放置在用于制造金屬線或線材的機器，例如，拉伸機的出口，在以下描述中將其作為明確參考，但不會因此而失去一般性。

背景技術：

適合于與拉伸機布置成直列的直流電阻退火爐通常包括：至少兩個，并且具體地三個電動軸，該電動軸設置有相應的滑輪并且使電動軸機動化以饋送(feed)金屬線、多個從動或機動的傳動輥以及機動的出口延伸圈。傳動輥和出口延伸圈被布置為限定金屬線的給定路徑，其開始于第一電動軸，在另兩個電動軸和傳動輥轉向并結束于出口延伸圈。

退火爐包括電氣設備，用于產生施加在第二電動軸和另兩個電動軸之間的直流電壓，即電壓的正電位被施加至第二電動軸并且電壓的負電位被施加至第一電動軸和第三電動軸兩者。退火處理通過由于在第二電動軸和另兩個(第一和第三)電動軸之間的第一金屬線長度的電流通路導致的焦耳效應而發(fā)生。

線的路徑被分成：第一預熱段，從第一電動軸前進至第二電動軸；真正的退火段，從第二電動軸前進至第三電動軸；以及冷卻段，從第三電動軸前進至出口延伸圈。預加熱段比退火段更長，使得預加熱段中的線的溫度低于環(huán)形段中的線的溫度。

施加在退火軸之間的電壓和在線中循環(huán)的對應電流通常被稱為“退火電壓”和“退火電流”，并且通常取決于預加熱段和退火段的長度，取決于沿著路徑的線的饋送速度和線的截面。具體地，已知的是，通過使用所謂的退火曲線表示退火電壓和線的饋送速度之間的相關性。根據退火曲線，所需要的退火電壓隨著饋送速度的增加而增加。此外，一般而言，退火電流隨著線的截面的增加而增加。對于給定的線的截面值，最大線(wire)速度值由諸如冷卻段的冷卻能力的各個因素確定。可以得出，速度對于線的小橫截面可以高，該小橫截面與低退火電流對應，并且因此退火電壓必須高。另一方面，對于大的橫截面速度必須更低，該大的橫截面與高退火電流相對應，并且因此退火電壓必須更低。

電氣設備包括三相變壓器，其中初級電路由三相網絡供應，例如，400V和50Hz的三相網絡，以及受控整流器電路，耦接至變壓器的次級電路以提供退火電壓。為了達到所需要的退火溫度(幾百攝氏度)，變壓器尺寸形成為供應交流電壓至次級電路，該交流電壓具有按將要獲得的最大退火電壓和最大退火電流的大小順序排列的振幅，最大退火電流取決于退火爐(線路徑長度和線饋送速度)的總體特征和線的截面。例如，變壓器尺寸形成為對大約1000kVA的功率提供大約70V的交流電壓。

整流器通常由晶閘管橋構成(SCR)。退火電壓的調制通過改變晶閘管的觸發(fā)角獲得。換言之，電壓從最大值開始隨著晶閘管的觸發(fā)角的減少而降低。然而，觸發(fā)角減少了裝置的功率因數，即增加由設備與電力網交換的無功功率。高的無功功率產生的電力接合，不能創(chuàng)建有效的工作。此外，控制電力在電力網上的配電的國家管理機構在無功功率超過輸送的有效功率的給定百分比時通常會適用處罰。

上述設備的另一缺點是變壓器的笨重的尺寸，這實際上對于其的使用而言過大了，因為其從不將最高電壓下的最大電流提供至次級電路。

已知有克服上述裝置的一些缺點的電氣設備。這些其他設備與所描述的設備的不同主要在于其包括具有多個抽頭點(tap point)在初級電路上的變壓器。允許最大化整流器的晶閘管的觸發(fā)角并且因此最小化無功功率的初級電路的抽頭點，根據將被退火的線的截面來進行選擇。然而，具有初級電路的多個抽頭點的變壓器同樣過大，并且就一切情況而論更復雜并且比具有簡單的初級電路的變壓器成本高。此外，構造初級電路上的抽頭點多于四個的大尺寸的變壓器(例如，用于次級電路上的1000kVA的70V)是在經濟上有困難的。

替換使用具有多個軸頭點的初級電路的變壓器的已知的架構包括簡單的初級電路變壓器和AC/AC逆變器，該AC/AC逆變器耦接至變壓器的初級電路以便將初級電路的電力電壓調整至更高數量的水平并且因此相應地調整由次級電路提供的電壓。這種解決方案允許進一步減少無功功率，但保留了與大尺寸的變壓器相關的缺點。

技術實現要素：

本發(fā)明的目標是制成一種使金屬線退火的電阻退火爐，該爐沒有上述缺點并且同時容易制成并且成本效益高。

根據本發(fā)明，提供一種如所附權利要求中所限定的一種用于金屬線、絞合線、線絲、線材或條帶退火的電阻退火爐。

附圖說明

現在將參考附圖描述本發(fā)明，該附圖示出了本發(fā)明的非限制性的實施方式，其中：

-圖1示意性地示出根據本發(fā)明制成的電阻退火爐；

-圖2通過方框圖的方式示出圖1中的爐的退火電壓生成器；

-圖3示出圖2的電壓生成器的各個中間點的電壓波形；及

-圖4更詳細地示出圖2的電壓生成器的內部級(inner stage)。

具體實施方式

在圖1中，參考標號1一般地表示作為一個整體的直流電阻退火爐，用于使金屬線退火，金屬線由參考標號2表示，例如銅線或鋁線。退火爐1是適合于直列(in-line)插入的類型，即在拉伸機(未示出)的出口處。線2從拉伸機出來并且通過在方向3上向前移動進入退火爐1并且在方向4上從退火爐1退出。

參考圖1，退火爐1包括：三個電動軸5、6和7，該電動軸設置有相應的滑輪8、9和10；兩個傳動輥11和12，該傳動輥是從動的或是機動的并且被布置在前兩個電動軸5和6之間；以及機動的出口延伸圈13。傳動輥11和12以及出口延伸圈13被布置成限定線2的給定路徑，開始于電動軸5的滑輪8，轉過傳動輥11和12以及另兩個電動軸6和7的滑輪9和10，并且結束于出口延伸圈13。線2由出口延伸圈13牽拉沿著這樣的路徑行進。有利地，電動軸5-7也被機動化以幫助對線2的牽拉。

退火爐1包括直流電壓生成器14，該直流電壓生成器可以被供應交流電壓，并且尤其是由三相電力網15提供的三相電壓Uac，以便產生直流電壓，在附圖中由Uann表示的所謂的“退火電壓”，該退火電壓被施加在電動軸6與兩個電動軸5和7之間。換言之，電壓Uann的正電位被施加至電動軸6并且電壓Uann的負電位被施加至另兩個電動軸5和7。因為電動軸6與兩個電動軸5和7之間的線長度的電流的通路，退火處理通過焦耳效應來進行。

線2的路徑被分成：預加熱段，由參考標號16表示并且從電動軸6穿過傳動輥11和12而行進至電動軸5；真正的退火段，由參考標號17表示并且從電動軸6行進至電動軸7；以及冷卻和干燥段，由參考標號18表示并且從電動軸7行進至出口延伸圈13。在所考慮的實例的情況下，線2由銅或鋁制成，預加熱段16比退火段17更長，使得，比沿著線2的段17的部分中循環(huán)的電流Iann更低的電流Iprh，在沿著線2的段16的部分中循環(huán)，線2的截面是相同的。以這種方式，段16中的線2的溫度將比段17中的線2的溫度低。冷卻和干燥段18穿過充滿冷卻液的容器并且設置有干燥裝置，容器和干燥裝置本身是已知的并且因此未示出。

參考圖2，根據本發(fā)明，電壓生成器14包括：輸入電壓整流器級19，具有輸入端通過由三相電壓Uac供電的三相線或總線25的方式連接至三相電力網15，并且輸入電壓整流器級19適用于提供由Udc表示的中間直流電壓；中間脈寬調制級20，或者更簡單地PWM調制器級，以便將中間電壓Udc變換成由Uml表示的第一PWM電壓，該第一PWM電壓具有零平均值和基本等于中間電壓Udc的振幅；高頻變壓器21，具有高于1的變壓比以將電壓Uml變換成由Um2表示的相應的第二PWM電壓，但是該第二PWM電壓具有除零以外的平均值和比電壓Uml的振幅更小的振幅；輸出電壓整流器級22，用于將電壓Um2變換成退火電壓Uann；以及三相有源電力濾波器(APF)23，為了簡單在下文中被稱為有源濾波器，在內部三相電線25的點24并聯(lián)連接至內部三相電線。

圖3以定性的方式并且僅通過實例示出了各種電壓Uac、Udc、Uml、Um2和Uann的波形。

整流器級19是無源非受控類型，并且尤其是包括三相整流二極管橋和低通濾波器LC。通過舉例的方式，假定三相電壓Uac是400V和50Hz，整流器級19提供中間電壓Udc，該中間電壓Udc大約包括在530V和540V之間，從而將具有確定了功率因數低于0.8的無功分量的三相電流iL施加在三相線25上。

本身是已知的，并且因此未詳細示出的有源濾波器23具有減少使輸入至整流器級19的三相電流iL失真的電流諧波的功能。這樣的電流諧波由PWM調制級20生產，該PWM調制級是整流級19的負載。換言之，有源濾波器23的功能是增加從三相電力網15來看的功率因數。有源濾波器23包括：受控的三相橋，包括多個IGBT裝置；LC濾波器，連接在三相橋的上游；多個電容器，作為三相橋的負載連接；以及控制單元，控制三相橋。

在有源濾波器23的連接點24的上游連接至三相線25電壓傳感器26的三元組(triad)與有源濾波器23相結合以測量三相電壓Uac，并且電流傳感器27的三元組在有源濾波器23的連接點24的下游耦接至三相線25以測量三相電流iL。有源濾波器23的控制單元根據由傳感器26和27提供的信號，即根據通過傳感器26和27測量的電壓和電流，控制三相橋使得有源濾波器23從三相線25汲取已添加至三相電流iL的三相電流iC，從而將沒有失真并且因此基本正弦波的三相電流iS外加(impress)至三相電力網15上。換言之，有源濾波器23在整流器級19的輸入端處將基本補償電流諧波的電流諧波引入三相線25中。有源濾波器23允許獲得功率因數，從三相電力網15來看該功率因數大于0.95。

參照圖4，PWM調制級20包括由中間電壓Udc供電的電子開關裝置的橋H 31，并且尤其是IGBT裝置的橋，以及控制器32，該控制器被配置為控制橋H 31以產生電壓Uml并且以以下方式調制電壓Uml的脈寬：與由在圖2和5中的Vw表示的線2的當前饋送速度與饋送速度的最大值和最小值之間的差值的比例相關。線2的饋送速度的最大值和最小值取決于退火爐1的特征。電壓頻率Uml是根據IGBT裝置和變壓器21的性能而預定的。

每個速度Vw的值與期望的退火電壓相對應，在下文中稱為“退火設定點”Uref。退火電壓可以通過將線2的饋送速度的平方根與常數K相乘來計算，該常數K取決于退火爐1的總體特征并且可以根據已知的技術確定?？刂破?2接收來自外部裝置33的線2的速度Vw，例如連接至退火爐1的入口的拉伸機的控制單元或者耦接至以線2的速度旋轉的構件(傳動輥11、12，電動軸5、6、7或者延伸圈13)中的一個的速度獲取單元?？刂破?2被配置為將速度Vw的平方根與常數K相乘來計算退火設定點Uref。所以，退火設定點Uref在最小值Urefmin和最大值Urefmax之間變化。

更詳細地，控制器32通過調整調整傳導偏移(conduction offset)，即橋H 31的一側(一半)相對于另一側的傳導延遲來控制橋H 31，傳導偏移與退火設定點Uref與Urefmin和Urefmax的差值之間的比例成比例。因此，調制信號Uml具有根據由控制器32設置的傳導延遲在0和0.5之間變化的占空比。具體地，最小值Urefmin與等于0的占空比相對應并且最大值Urefmax與等于0.5的占空比相對應(具有零平均值的矩形波)。

控制器32包括電壓測量裝置，該電壓測量裝置包括連接至無源整流器級22的出口的A/D轉換器34以便根據已知的技術測量退火電壓值Uann。控制器32還根據退火電壓Uann的測量值通過調整傳導偏移來控制橋H 31使得退火電壓Uann追隨退火設定點Uref。實際上，退火過程中，在線2中循環(huán)的電流根據線2的材料的加工硬化態(tài)以及線2和滑輪8-10之間的接觸質量來變化。

變壓器21是單相、高頻電力變壓器，即能夠在高于5kHz的頻率下操作。這里允許編程PWM調制級20使得其產生高于5kHz的頻率下的電壓Uml，并且優(yōu)選地，等于8kHz。

此外，變壓器21具有以中央零(central zero)繞組的次級電路，以便將具有零平均值的電壓Uml變換成具有非零平均電壓的電壓Um2，并且具有根據中間電壓Udc和最大值Urefmax預定的額定變壓比。假定最大值Urefmax等于100V，從而允許在線2大范圍的截面值和線2的大范圍的饋送速度下退火，并且假定中間電壓等于600V，則額定變壓比等于6。

上述變壓器21要小得多，并且因此使用的材料相同的情況下，用于產生退火電壓的已知的電氣設備的變壓器的成本更高。

整流器級22是非受控制的、無源類型的，并且尤其是包括兩個二極管，每個二極管與變壓器21的次級電路的各一半相關聯(lián)以便作為半波整流器操作，以及低通濾波器LC，連接在二極管的下游。

值得注意的是，電壓生成器14不限于在用于線的直列的電阻退火爐中使用，而且還適合于在用于直列地或者非直列地(off-line)(即作為簡單的一束(skein)卷繞地或者繞線圈或金屬或紙板滾筒卷繞地饋送)饋送的金屬鉸合線、線絲、線材或條帶的電阻退火爐中使用。

此外，電壓生成器14一般還可以在僅具有兩個電動軸的退火爐1中使用，即沒有線、絞合線、線絲、線材或金屬條帶的預加熱段。

上述退火爐1的主要優(yōu)勢是借助于放置在電壓生成器14的入口處的三相線25上的有源濾波器23的存在，最小化與三相電力網15交換的無功功率。此外，退火爐1可以借助于連接在有源供應級19和變壓器21之間的PWM調制器20的存在，容易的配置用于退火金屬線、鉸合線、線絲、線材或條帶，其中該金屬線、鉸合線、線絲、線材或條帶可具有大范圍的值的截面變化和大范圍的饋送速度的變化。最后，高頻單相變壓器21與通常用于已知的退火爐中的50Hz三相變壓器相比，顯著更緊湊并且成本效益更高。