Установка для высокочастотного нагрева деталей Советский патент 1984 года по МПК H05B6/36 

Изобретение относится к электротермин, в частности к индукционному нагреву электропроводных материалов и плазмы, и Предназначается для тер-, мообработки, сварки, пайки деталей, а также для получения различных композиционных и сверхчистых материалов.

Установка для высокочастотного индукционного нагрева обычно содерг жит понижающий трансформатор и конденсаторную батарею, подключенную параллельно его первичной обмотке. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на индутстор с нагреваемым объектом.

Известна установка для высокочасjTOTHoro нагрева деталей из проводящих материалов, содержащая заключенный в корпус из высокоэлектропроводного материала трансформатор, выполненньй в виде многовитковой первичной обмотки и охватьтающего ее вторичного витка, соединенного токопроводами с нагревательным индуктором, а .также конденсаторную батарею, электрически соединенн5гю с трансформатором 0 J .

Недостатком такой установки является то, что трансформатор и блок конденсаторов выполнены в виде отдельных узлов и соединены между собой шинами (плоскими или коаксиальньми). Это приводит к увеличению габаритов уСтановки и значительным электрическим .потерям в ней.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для высокочастотного нагрева деталей, содержащая заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токо проводами с нагревательным индуктором, и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформаторо и размещенную в указанном корпусе, на гранях элемента в форме многогранника j .

Однако КПД такого устройства недостаточно высок, а его габариты слишком велики, особенно при мощностях установки свьпие 10 кВт. Это объясняется следующими причинами. Конденсаторная батарея размещена непосредственно на вторичной обмотке понижающего трансформатора, наружной поверхности которой придана специальная конфигурация в виде многогранника для крепления конденсаторов к граням. Поскольку вторичная обмотка выполнена в виде витка с прорезью, расположенного коаксиально по отношению к первичной многовитко1зой обмотке, потенциал вдоль окружности витка распределяется равномерно и на краях прорези в нем разность потенциалов равна вторичному напряжению холостого хода. Значит, для того

-чтобы выводы конденсаторов, подключенные к граням, были эквипотенциаль Н№4И, их нужно расположить на одной (средней) Линии витка или на узкой поверхности вокруг этой линии. Чтобы расположить их на небольшом участке вокруг средней по отношению к прорези линии, требуется сложная система прямых и обратных ветвей, находящихся под разными потенциалами и удаленных друг от друга на расстояние, обусловленное электрической прочностью промежутков между конденсато рами и их габаритами. Такое расположение ветвей является причиной повышенного электромагнитного излучения и дополнительных потерь как в них самих, так и в каркасе, кожухе, элементах для перемещения и крепления установки. Паразитный нагрев указанных элементов приводит к снижению КПД установки и, следовательно, ее производительности.

Другим недостатком конструкции данного устройства является трудность его применения для питания индуктора, расположенного в вакуумной камере, т.е. удаленного от вывод вторичного витка на значительное расстояние. В этом случае вакуумный ввод предпочтительнее выполнять коаксиальным, что кроме упрощения конструкции ввода ч повышения его на- дежности обеспечивает минимум потерь в сильноточном токоподводе и в элементах вакуумной камеры. Но конструкция выводов вторичного витка и расположение конденсаторов непосредственно на нем затрудняют выполнение коаксиального токоподвода к индуктору, так как это потребовало бы переходных водоохлаадаемых соединительных элементов между плоскими вывода.ми вторичного витка и коаксиалом.

Из сказанного следует, что повысить КЩ и одновременно уменьшить габариты установки можно благодаря 3 измeнeнию конструкции вторичного витка для удобства его соединений с коаксиальным токопроводом, более удачному расположению конденсаторной батареи и уменьшению расстояний между , соединяющими конденсаторы между собой и с первичной обмоткой трансформатора. Целью изобретения является повышение КПД установки для индукторов в вакуумной камере. Поставленная цель достигается тем, что в установке для высокочастотного нагрева деталей, содержащей заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным, индуктором, и конденсатор ную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в многогранника, вторич ный виток-выполнен из сплошной труб и двух колец, присоединенных по вне нему диаметру к ее противоположным концам, а по внутреннему соответственно к внешней и внутренней трубам вьшолненного коаксиальным токоподвода,: внутренняя труба которого .охвачена первичной обмоткой, а внешняя заземлена и спуткит элементо |Для установки конденсаторов батареи электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем присоединения одного полюса к граня элемента, а другого - к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод ко торсмй соединен с одним из колец. На фиг.1 представлена установка, общий вид в разрезе; на фиг.2 - раз рез Л -Д на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1. Установка состоит из металлического корпуса 1, каркас которого выполнен, например, из уголков, а обшивка - из листов. Как обшивка, так и каркас должны иметь разряды с целью уменьшения потерь в корпусе н вихревые токи. Внутри корпуса 1 рас положен трансформатор, который состоит из первичной обмотки 2, вторич ного витка 3 и двух колец 4 и 5. Первичная обмотка 2 может быть вьшо нена либо из ленты (как на фиг.1), так и из медной трубки. Штуцера 6 и 2 7 служат одновременно для водоохлаждения и электрического подключения первичной обмотки. С этой целью штуцера могут быть выполнены, например, резьбовыми. Вторичный виток 3 представляет собой цельную трубу. При мощностях установки свьш1е 5 кВт вторичный виток должен быть водоохлаждаемым. Система водоохлаждения вторичного витка не показана. Она может быть вьшолнена, например, в вид медного змеевика, напаянного на трубу. К верхнему и нижнему концам трубы крепятся заподлицо своими наружными торцовыми поверхностями кольца 4 и 5 соответственно. Одно из колец 5 должно крепиться разъемно. При достаточно хорошем контакте между трубой и кольцами последние можно не охлаждать. К наружным плоскостям колец 4 крепятся внутренняя 8 и наружняя 9 трубы токоподвода. Для соединения с кольцами трубы 8 и 9 имеют отбортовки. Системы охлаждения обеих труб токоподводов не показаны. Наружная труба 9 по требованиям техники безопасности должна быть заземлена. В большинстве случаев один полюс колебательного контура также заземлен (исключением является автотрйнсфор- маторное включение контура, которое здесь не рассматривается). Поэтому один (нижний) конец первичной обмотки выведен наружу через изолятор 10, закрепленный в кольце 5, а другой (верхний) ее конец электрически соединен сКОЛЬЦОМ 5 с помощью резьбовой втулки 11, которая установлена как можно ближе к краю этого кольца. Витки первичной обмотки 2 фиксируются Относительно вторичного витка 3 и один относительно другого с помощью изоляционных (фторопластовых) планок 12, равномерно расположенных по окружности, и штьфей 13. Концы планок 12 закреплены в кольцах 4 и З.Диаметр штырей 13 и их расположение на план ках 12 определяются заданным шагом обмотки 2. На поверхности наружной трубы 9 токоподвода имеется участок 14, выполненньй в форме многогранника. К граням присоединены конденсаторы 15, из которых составлена емкостная часть колебательного контура. Вторые обкладки конденсаторов 15 соединены между собой медным кольцом 16. Установка для индукционного нагрева соединяется с высокочастотным гег 5. 1 нератором при помощи кабеля. На приведенных фигурах показан коаксиальный кабель. С помощью гайки 17 центральная жила кабеля 18, которая окан чивается медной втулкой, соединяется с высокоэлектропроводной скобой 19, присоединенной к медному.кольцу 16; В качестве внешнего проводника кабеля 18 используется медная оплетка. Поверх оплетки надевается медный комут 20, которьй крепится к одной из граней многогранника 14. Скоба 19 соединяется с кольцом 16 при помощи гайки 21. Кабель 18 пропущен через отверстие 22 в корпусе 1. Внутренний 8 и внешний 9 проводники токоподвода с помощью вакуумных уплотнений 23 проходят через вакзгумную камеру, в которой находится индуктор 24. На представлен для примера коаксиальный индуктор для взвешивания расплавленного металла. Он имеет цилиндрическую наружную и коническую внутреннюю части. капли расплавленного металла, висящей благодаря сште электромагнитного поля индук тора 24, изображена стабилизирзпощая надставка. Прямой (наружный) и обрат ный (внутренний) токоподводы индуктора 24 соединяются с соответствующими трубами токоподвода с помощью креплений 25 и 26. Благодаря перечисленным соединениям образуется монолитньй блок, коTopbtfi состоит из трансформатора, конденсаторной батареи, токоподвода, индуктора и кабеля. Этот, блок крепится к корпусу с помощью трех изоляторов 27. Электрическое соединение первично обмотки 2 трансформатора, конденсаторов 15 и кабеля 18 осуществляется следуюищм образом. Верхний (потен- циальньш) вывод первичной обмотки 2, пропущенный через отверстие в кольце 5 и изолированный от него с помощью изоляторов 10, оканчивается резьбовым штуцером 6, на котором крепится к изолятору 10 соединительная шина 28, подключенная к кольцу 16. Нижний вывод обмотки с помощью резьбового штуцера 7 соединен электрически с кольцом 5, к которому под2ключены наружная труба 9 и многогранник 14. Наружная поверхность кабеля 18 (оплетка) обязательно заземляется. Поскольку она с помощью хомута 20 подключена к многограннику, нижний вывод трансформатора оказывается заземленным. Заземленными являются и полюса конденсаторов 15, подключенные к многограннику 14, и наружная труба токоподвода 9. Таким образом первичная обмотка 2 трансформатора и конденсаторная батарея 15 образуют заземленный параллельный колебательный контур, потенциальный полюс которого подключается к высокочастотному генератору с помощью кабеля 18. Установка работает следующем образом. Высокочастотная энергия от генератора передается через кабель к нагревательному колебательному контуру, который состоит из включенных параллельно первичной обмотки 2 и конденсаторной батареи 15. Токи в параллельных ветвях значительно превышают ток в кабеле 18 и определяются эквивалентной добротностью контура. При слабой связи индуктора с нагреваемым изделием (нагрев немагнитных металлов и плазмы) величина эквивалентной добротности обычно составляет 10-40. Электромагнитное поле, пронизывающее первичнзпо обмотку 2, наводит ток во вторичной обмотке трансформатора. Повторяя направление тока в первичной обмотке и отставая от него по фазе на 180 , этот ток протекает по внутренним поверхностям вторичного витка 3, кольца 5, наружной трубы 9, индуктора 24 и переходит на наружную поверхность внутренней трубы 8, замыкаясь через кольцо 4 по наружной поверхности, вторичного витка 3. Металлическое изделие или плазма, расположенные внутри индуктора 24, разогреваются токами, наведенными в них полем индуктора. Изобретение за счет исключения протекания уравнительных токов, вызывающих дополнительные потери в конденсаторах -и вторичной обмотке, позволяет повысить КПД устройства.

УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ, содержащая заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным индуктором, и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД установки для индукторов в вакуумной камере, вторичный виток выполнен из сплошной трубы и двух колец, присоединенных по внешнему диаметру к ее противоположным концам, а по внутреннему к внешней и внутренней трубам выполненного коаксиальным токоподвода, внутренняя труба которого охвачена первичной обмоткой а внешняя заземлена и служит элементом для установки конденсаторов батареи, электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем присоединения одного полюса к граням элемента, а другого - к одно(Л му из вьгоодов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод которой соединен с одним из колец.