Многослойная цилиндрическая обмотка для индукционных нагревательных устройств Советский патент 1979 года по МПК H05B5/18 C21D1/12 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционному нагреву и плавке металлов и может быть использовано в реакторах, индукционных канальных и тигельных печах и индукционных установках для нагрева слитков, в основном, относительно больших размеров.

Известны многослойные обмотки для индукционных нагревателей, каждый слой которых имеет одинаковое число витков и, следовательно, одинаковую ширину проводников 1 .

Недостатками известных обмоток являются большие потери энергии во внутренних слоях катушки из-за сильного магнитного поля вышележаш,их слоев, их перегрев или при водяном охлаждении большое число ветвей охлаждения. Это приводит к тому, что при выводе ветвей охла { дения внутренних слоев наружу приходится раздвигать витки внешних слоев. Из-за этого снижаются токовые нагрузки и КПД нагревателя, усложняется его изготовление.

Известна также многослойная цилиндрическая обмотка для индукционных нагревательных устройств, выполненная из индуктирующего провода прямоугольного попереч

ного сечения, например, трубки с уменьшающейся его толщиной от слоя к слою в направлении от периферии к центру 2.

Недостатком известной обмотки является то, что при большой мощности нагревателя необходимо иметь большое число ветвей охлаждения для внутренних слоев. Это ведет к снижению КПД и усложняет изготовление катушек, так как при выводе ветвей охлаждения внутренних слоев приходится раздвигать витки наружных.

Целью изобретения является повышение надежности работы и КПД устройства.

Для этого в каждом слое ширина провода увеличивается в том же направлении, а число витков в слоях уменьшается.

При выполнении обмотки двухслойной соотношение указанной ширины провода слоя к слою составляет 1:(1,4-1,5), причем толщина его в слоях составляет (2-I), (0,85-0,63) от глубины проникновения тока.

При выполнении обмотки трехслойной соотношение указанной ширины провода от слоя к слою составляет 1:(1,4-1,5): (1,55- 1,6), причем толщина в слоях составляет (2-1), (0,85-0,63), (0,67-0,5) от глубины проникновения тока. При выполнении обмотки четырехслойной соотношение указанной ширины провода от слоя к слою составляет 1:(1,4-1,5): :(1,55-1,6):(1,65--1,75), причем толш.ина . слоях составляет (2-1), (0,,63), (6,67--0,5), (0,6-0,45) от глубины проникновения тока. При естественном или принудительном воздушном охлаждении индуктируюших обмоток используются сплошные проводники прямоугольного поперечного сечения, а при водяном охлаждении - неравностенная полая труба спецпрофиля или биметаллические проводники, имеюш.ие в качестве кожуха охлаждения материал с низкой электропроводностью. На фиг. 1 и 2 прйведень зависимости удельной мош:ности потерь двух- и трех слойной обмотки в зависимости от перераспределения витков по слоям; фиг. 3 - трехслойная обмотка, выполненная из проводников с переменной шириной по слоям. Минимум потерь наблюдается при соотношении числа витков равном 0,59 и 0,73 соответственно для второго и третьего слоя (фиг. 1,2), однако перераспределение витков по слоям ,мало сказывается, на величине полных потерь и необходимо в основном для выравнивания нагрева проводников. Без видимого повышения потерь ширина проводников второго и третьего слоя по соотношению к первому (наружному) может находиться в соотношении 1:(1,4-1,5) ; (1,551,6). Относительная толшина проводников в Зависимости от глубины проникновения при этом находится в следующих пределах:,:t,2- - для первого, 0,8-0,65 - х1ля второго и 0,65-0,5 - для третьего слоя. Обмотка I (фиг. 3) состоит из проводников 2, отношение ширины которых 1:1,45: :1,6, а толщина токонесущей стенки равна соответственно 1,5; 0,8; 0,6 от глубины проникновения тока. Преимуществом обмотки для кндукционных аппаратов является то, что переменная щирина витков позволяет ликвидировать перегрев внутренни г слоев, снизить число ветвей охлаждения в них, повысить КПД нагрёвателя. По сравнению с обмоткой, имеющей разную ц ирину проводников в каждом слое, удельная мощность потерь в трехслойной обмотке с отношением,ширины проводников 1:1,43:1,59 уменьшается с 0,54 до 0,51, т. е. в 1,05 раза. Ожидаемый годовой экономический эффект на одну трехфазную установку для нагрева, например, медных слитков диаметром 0,4 м, составит 4,64 тыс. руб. Формула изобретения 1.Многослойная цилиндрическая обмотка для индукционных нагревательных устройств, выполненная из индуктирующего провода прямоугольного поперечного: сечения, например, трубки, с уменьшающейся его толшиной, от слоя к слою в направлении от периферии к центру, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы и КПД устройства, в каждом слое ширина провода увеличивается в том же направлении; а число витков в слоях уменьшается. 2.Многослойная цилиндрическая обмотка по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении обмотки двухслойной соотношение указанной ширины провода от слоя к слою составляет 1:(1,4-1,5), причем толшина его в слоях составляет (2-1), (0,85-0,63) от глубины проникновения тока. 3. Многослойная цилиндрическая обмотка по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении обмотки трехслойной соотношение указанной ширины провода от слоя к слою составляет 1: (1,4-1,5): (1,55-1,6), причем толщина его в слоях составляет (2-1), (0,85-0,63), (0,67-0,5) от глубины проникновения тока. 4. Многослойная цилиндрическая обмотка по п. 1, отличающо-яся тем, что при выполнении обмотки четырехслойной соотнощение указанной щирины провода от слоя к слою составляет 1:(1,4-1,5): (1,55-1,6): :(1,65-1,75), причем толщина его в слоях составляет (2-1), (0,85-0,63), (0,67- -0,5), (0,6-0,45) от глубины проникновения тока. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.Патент ФРГ № 1149571, кл. 21 Н 29/03, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 319966, кл. Н 01 F 27/28, 1969.

Вэ2 0,8

О.Б 0.

О,г

о,г 0, о,в о,8 Фиг.1

k/зг

0,2 D,h 0,6 0,8

Фиг. 2