Устройство для индукционного нагрева Советский патент 1991 года по МПК H05B6/30 

Изобретение относится к индукционному нагреву и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Цель изобретения - уменьшение габаритов путем повышения удельной объемной мощности.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы тока коммутатора и напряжения На нем.

Устройство, изображенное на фиг.1, содержит источник 1 постоянного тока, включающий в себя, например, источник 2 постоянного напряжения и балластный дроссель 3, индуктор 4, выполненный из пар проводящих обкладок 5 и 6, разделенных диэлектриком, тиристорный коммутатор 7, управление которым осуществляется управляющими импульсами, поступающими от блока управления - генератора 8 управляющих импульсов. Тиристорный коммутатор шунтирован обратным диодом 9.

Дроссель в предлагаемом устройстве может быть заменен тиристорным регулятором тока.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим процесс генерирования колебаний электрического тока в обкладках токопровода индуктора 4. Диаграммы на фиг. 2 показывают изменение тока в обкладках и напряжения на коммутаторе 7 при периодическом цикле заряд - разряд межобкладочной емкости индуктора.

В момент времени tQ начинается заряд межобкладочной емкости от источника 2 постоянного напряжения через дроссель 3 или тиристорный регулятор тока и собственную индуктивность обкладок токопровода индуктора 4. Межобкладочная емкость заряжается до напряжения U, определяемого параметрами дросселя (либо временем включения тиристора в тиристорном

(Л

05

Ј

Јь 4 О СЛ

регуляторе тока) и временем включения тиристорного коммутатора 7.

Зарядный ток 1 протекает в силу подключения токопровода индуктора к источнику по обкладкам однонаправле- но. Входной дроссель 3 (или тиристор- ный регулятор тока) обеспечивает постоянство величины входного тока. Таким образом, заряд межобкладочной IQ емкости индуктора протекает по линейному закону (фиг.2). В момент времени t с блока 8 приходит управляющий импульс на тиристорный коммутатор 7, который включается и нахо- дится в открытом состоянии до момента времени t. В интервале времени (Ц-tjO происходит перезаряд межобкладочной емкости индуктора 4., проходит положительная волна разрггшого jn тока ip. В момент времени t тирис- торн ш комму гатор 7 закрывается обратным напряжением, а диод 9 включается приложенным к его электродам пряным напряжением.25

В интервале времени (t -t) вторично происходит перезаряд межобкладочной емкости и смена полярности напряжения на обкладках. В это время через диод 9 проходит отрицательная полуволна разрядного тока. В момент времени Lg диод 9 выключается под воздействием приложенного к нему обратного напряжения и вновь начинается процесс заряда межобкладочной емкости индуктора от источника пи- 35 тания. Цикл разряда и перезаряда емкости С периодически повторяется. Таким образом, по обкладкам 6 и 5 токопровода индуктора 4 протекает изменяющийся электрический ток, при- 40 чем в цикле частота его определяется параметрами Ьг,4 С, К, а частота ш клов - частотой включения коммутатора 7, т.е. частотой следования управляющих импульсов от блока 8. 4$

Разрядные токи текут по обкладкам также, как и зарядные, однонаправ- лено.. Поэтому внутри кольца токопровода индуктора будет импульсное маг- нитное поле, создаваемое зарядными и 50 разрядными токами. При помещении в это магнитное поле металлических изделий в них будут наводиться вихревые токи, обуславливающие нагрев самих изделий. Степень нагрева изделий 55 изменяется регулировкой частоты коммутации, а также путем изменения собственных параметров L, С, Rg токо провода индуктора.

30

n 5

5 0 $

0 5

0

Устройство позволяет осуществлять нагрев без дополнительного преобр зо вателя частоты. При подсчете уменьшения массы и габаритов необходимо учесть, что высокочастотный генератор - преобразователь частоты в качестве составных частей содержит выпрямительный блок, фильтрующий конденсатор, блок коммутаторов и коммутирующий резонансный контур из дросселя и конденсаторной батареи. Учитывая, что все элементы в цепи установлены последовательно и имеют вследствие этого одинаковую проходную мощность, можно приблизительно сопоставить массу и габариты предлагаемого устройства с массой и габаритами известного, допустив при этом, что одинаковые по назначению узлы и элементы сравниваемых вариантов в силу одинаковой мощности имеют одинаковые мас- согабаритные параметры.

Масса выпрямительного блока и блока коммутаторов в предлагаемом устройстве предполагается одинаковой с массой аналогичных узлов известного устройства, которое кроме этих узлов содержит также коммутирующие емкость и дроссель.

Роль фильтрующей емкости в устройстве выполняет межобкладочная емкость самого индуктора как промежуточный накопитель энергии во время ее заряда, а функции возбуждения колебаний эта емкость вместе с распределенной индуктивностью обкладок выполняет во время ее разряда.

Следовательно, если масса фильтрующей емкос Ш (батареи конденсаторов) , батарей и дросселя пассивного элемента приблизительно равны массе самого индуктора, то предлагаемое устройство имеет массу и соответственно габариты, по крайней мере, в 3 раза меньшие, чем известное.

Наглядную оценку массогабаритных показателей дает следующий пример.

Существует класс устройств, в которых выполнение индуктора в виде спиральной полосковой линии из одной или более пар проводящих обкладок, разделенных диэлектриком и свитых в спираль, дает такое сочетание между индуктивностью личин L и распределенной внутрь емкостью С, при котором резонансная частота СО 1 будет находиться в диапазо не 20-30 кГц. Это класс устройств мощности до 5-10 кВт с питанием

от источника напряжения 0,38-1 кВ. Предположим, что эти индукторы имеют costp, равный 0,1. Тогда из формул I U/X, Р Ibl.cosip для этих устройств вытекает, что индуктивное сопротивление достаточно велико:

- COStf

10 Ом.

(103) 10 -103

0,1

Нэ условия резонанса X

Ц

X ц 10 Ом для генерирования частоты 20 кГц необходима емкость всего

С t

1

10 2/it -20-103

0,8 мкФ.

Такую емкость имеет пара обкладок шириной 10 см и длиной около 3 м, разделенных полиамидной пленкой толщиной 50 мкм (выдерживающей напряжение до 2 кВ).

Одним из преимуществ устройства является гибкость токопровода индуктора в силу его ленточной структуры.

Для получения необходимой емкости токопровод должен быть многослойным. При многослойной конструкции токопровода отпадает необходимость его охлаждения.

Преимуществом устройства является повышение его КПД, так как исключение фильтрующих и пассивных батарей, в которых при работе протекают токи больших ппотностей, сопровождается исключением потерь. Одновременно с этим исключается и система водяного охлаждения этих элементов.

Формула изобретения

Устройство дня индукционного нагрева, содержащее индуктор, выполненный по меньшей мере одной парой проводящих лент-обкладок, разделенных диэлектрической прокладкой, и источник питания, к которому подключены начало одной и конец другой ленты каждой пары, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов, в устройство введен снабженный блоком управления коммутатор, подключенный к свободным концам лент каждой пары, а источник питания выполнен в виде источника постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике. Цель - уменьшение габаритов. Индуктор выполнен в виде пары проводящих лент - обкладок 5 и 6, разделенных диэлектрической прокладкой. Начало одной и конец второй ленты каждой пары подключены к источнику 1 постоянного тока, а их другие концы - к коммутатору 7 с блоком 8 управления. 2 ил.

Фиг.1

U:

I

Л

ti

Фиг.1