Способ индукционного нагрева изделий Советский патент 1978 года по МПК H05B5/18 

1

Изобретение относится к способам индукционного нагрева нзделнй из металлов и сплавов..

Известные способы индукционного нагрева не позволяют получать высокие значения коэффициента мощностн прн нагреве объектов, в частности объектов ввнде замкнутого витка.

Известенспособ индукционного нагрева металлов и сплавов, заключающийся в том, что переменный магнитный поток в магнитопроводе нз ферромагнетика, возникающий при пропусканнн по первичной катушке переменного тока индуктирует во вторнчной обмотке, совмещенной с нагрузкой (объектом нагрева), электрический ток, который приводит- к нагреву объекта 1.

Наиболее близки из известиых является способ индукционного нагрева изделнй, при котором индуктором, выполненным в виде гибкого магннтопровода с. размещенной на нем катушкой, обвивают нагреваемый объект {2.

Недостатками этого спЪсоба являются иизкий коэффициент мощности cos ф большие габариты Н вес устройства, а также недостаточные возможностн для согласования напряжения и внутреннего сопротивления нсточннка электромагнитной энергии с сопротивлением нагрузки.

Низкий коэффициент мощности обусловлен большим рассеянием магнитного потока, которое является следствием малой высоты вторичной и первичной обмоток по сравненню с длнной магиитопровода, а также следствием 5 большого зазора между первичной и вторнчной электрическимн обмотками по сравнению с поперечными размерами обмоток. Низкий cos ф приводит к увеличению габарнтов н не-, са устройства, в частностн, за счет конденсаторной бдтарен.

По конструктивным и технологическим соображениям число витков вторнчной обмоткн равно единице, а иамагннчнвающнй ток должен составлять лишь несколько процентов от

.. тока на входе устройства. Согласованне на,15 пряжения н внутреннего сопротивлення нсточника электромагнитной энергнн с сопротивлением нагрузки осуществляется за счет соответствующего подбора коэффнциеита трансформации, равного отношенню числа пересечений первнчной н вторичной обмоток поверх80 новти, образованной контуром магннтопровода.

Недостаточные возможности для согласования напряжения н внутреннего сопротнвления источника электромагнитной энергии с сопротивлением нагрузки проявляются, напрн25 мер. в случае, когда при выбранных нз условий согласования коэффициенте трансформации и на условия заданных габаритов и веса устройства сечении магнитопровода велдачииа намагничивающего тока является недопустимо большой. При обеспечении требуемой величины намагничивающего тока недопустимо большими оказываются сечение магнитопровода и его магнитное сопротивление, габариты и вес магнитопровода и всего электронагревательного устройства.

Целью изобретения является увеличение коэффициента мощности, а также расширение возможностей для согласования напряжения и внутреннего сопротивления источника электромагнитной энергии с сопротивлением нагрузки.

Это достигается тем, что магнитопровод с катушкой обвивают по спирали с определенным шагом по всей длине нагреваемого объекта. Это обеспечивает увеличение коэффициента мощности, уменьшение рассеяния магнитного потока, габаритов и веса электронагревательного устройства, а также расширяет возможности для согласования напряжения и внутреннего сопротивления источника электромагнитной энергии с сопротивлением нагрузки. На фиг. 1 изображен замкнутый виток .из нагреваемых металлов или сплавов, имеющий форму тороида; на фиг. 2 - замкнутый виток, имеющий форму прямоугольника,, в частности, квадрата.

.По замкнутому ферромагнитному магнитопроводу 1 идет переменный, например синусоидальный магнитный поток Ф (t); число витков магнитопровода равно Wj,.

На магнитопровод 1 намотана равномерно по всей длине пе)ричная электрическая обмотка 2 с числом витков We, эта обмотка подключена к источнику переменного напряжения Ui(t). Вторичная электрическая обмотка совмеи ена с нагрузкой 3, представляющей собой замкнутый ;внток из нагреваемых металлов или сплавов. ,

Для случая, изображенного на фиг. 2, предполагается, что, если нагрузка 3 представляет собой составленный из отдельных стержней замкнутый виток, то в местах соединения отдельных стержней - узлах А, В, С н Д - имеет место надеж ный электрический контакт. Сечет ние нагрузки 3 может быть произвольным; также произвольным может быть и сечение магнитопровода 1.

При подк.1{Ьчеиии, зажимощ и «Ь первичной электрической обмотки 2 к источнику переменного иапряжения и i(t) по магнитопроводу I пойдет переменный магнитный поток Ф (t), а по обмотке 2 - ток i|(t). Магни топровод 1 и замкнутый виток 3 связаны магнитоэлектрическим способом, поэтому наличие переменного магнитного потока Ф (t) вызовет протекание в витке. 3. из металлов или сплавов переменного тока ij (t), который вызовет нагрев нагрузки 3. По истечении некоторого п|эомежутка времени металлы и сплавы нагреваются до требуемой по условиям

технологии температуры или до температуры плавления. Для устранения утечки тепла нагреваемая нагрузка 3 соответствующим образом теплоизолируется.

Увеличение коэффициента мощности электронагревательного устройства осуществляется в изобретении за счет уменьшения магнитных потоков рассеяния.вторичной и первичной обмоток. Поток рассеяния вторичной обмотки существенно уменьшается за счет того, что магнитопровод с катушкой обвивают по спирали с определенным шагом по всей длине нагреваемого объекта. Это обеспечивает увеличение отношения высоты вторичной обмотки 3 к длине магнитопровода вплоть до единицы. Поток рассеяния первичной обмотки существенно уменьшается за счет равномерной намотки ее по длине магнитопровода катушки из магнитных витков.

Применение катушки из магнитных витков и равномерная намотка первичной обмотки О длине магнитопровода дает возможность уменьшить зазор между первичной и вторичной обмотками, что приводит к уменьшению магнитных потоков рассеяния первичной и вторичной обмоток. Увеличение коэффициента мощности приводит к. уменьшению габаритов и веса магиитопровода.

Применение в качестве магнитопровода катушки с варьируемым числом магнитных витков AW« расширяет возможности для согласования напряжения и внутреннего сопротивления источника электромагиитной энергии с сопротивлением нагрузки 3. Действительно, ос.тавляя неизменным коэффициент трансформации равный отношению и обеспечивая тем самым согласование напря5кения и внутреннего сопротивления источника с сопротивлением нагрузки, с помощью варьирования можно регулировать намагничивающий ток и обеспечивать тем самым требуемую его величину при заданном сечении магнитопровода. Возможность такого варьирования часто приводит к увеличению коэффициента мощности и к уменьшению габаритов и веса магнитопровод.

- Формула изобретения

Способ индукционного нагрева изделий, при .котором индуктором, выполненным в внде гибкого магнитопровода с размещенной на нем катушкой обвивают нагреваемый объект, отличающийся тем; что, с цельк) повышения коэффициента мощности .при иагреве объектов в виде замкнутого витка, указанный магнитопровод с катушкой обвивают по спирали с определенным шагом по всей длине нагреваемого объекта. Источники информации, принятые- во вииманиё при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 173352, М. Кл Н 05 В 5/08, 1963.

2.Авторское свидетельство СССР М. Кл. Н 05 В 3/18 , 1968.

Ф,а1