Установка для высокочастотного нагрева деталей

 

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 .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РКСПИЬЛИН (19) (И) уц)) " 05 В 6/36

МСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

p„

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0ТНРЫтий

1 )..„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3649260/24-.07 (22) 10. 10. 83 (46) 15. 10.84. Бюл. ¹ 38 (72) И.Т. Шпанько (53) 621.365.52(088.8)

{56) 1. Авторское свидетельство СССР № 404799, кл. С 03 C 27/02, 1972.

2, Авторское свидетельство СССР № 836822, кл. Н 05 В 6/36, 1979. (54)(57) УСТАНОВКА КПЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ, содержащая заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным иидуктором, и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, о т л и ч а ющ а я с я 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 путещ присоединения одного полюса к Я граням элемента, а другого — к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вы- Сив вод которой соединен с одним из колец.

1 1119

Изобретение относится к электро- . термии, 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 содер-. жит понижающий трансформатор и кон- 10 денсаторную батарею, подключенную параллельно его первичной обмотке.

Вторичная обмотка трансформатора нагружена на иидуктор с нагреваемым объектом. f5

Известна установка для высокочас тотного нагрева деталей иэ проводящих материалов, содержащая заключенный в корпус из высокоэлектропроводного материала трансформатор, выпол- 20 ненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токопроводами с нагревательным индуктором, а .также конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформатором (1) .

Недостатком такой установки являет— ся то, что трансформатор и блок конденсаторов выполнены в виде отдельных "50 узлов и соединены между собой шинами (плоскими или коаксиальными). Это приводит к увеличению габаритов уйтановки 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 токопроводами с нагревательным индуктором, и конденсаторную батарею, элект-45 рически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе, на гранях элемента в форме многогранника (2) .

Однако КПД такого устройства недостаточно высок, а его габариты слишком велики, особенно при мощностях установки свыше 10 кВт. Это объясняется следующими причинами.

Конденсаторная батарея размещена не- 55 посредственно на вторичной обмотке понижающего трансформатора, наружной поверхности которой придана специаль192 2 ная конфигурация в виде многогранни ка для крепления конденсаторов к граням. Поскольку вторичная обмотка выполнена в виде витка с прорезью, расположенного коаксиально по отношению к первичной многовитковой 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-. ными, 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 конденсаторами и их габаритами. Такое расположение ветвей является причиной повы1 шенного электромагнитного излучения и дополнительных п6терь как в них самих, так и в каркасе, кожухе, элементах для перемещения и крепления установки. Паразитный нагрев ука-! занных элементов приводит к снижению

КПД установки и, следовательно, ее производительности.

Другим недостатком конструкции данного устройства является трудность era применения для питания индуктора, расположенного в вакуумной камере, т.е. удаленного от вывода 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 водоохлажцаемых соединительных элементов между плоскими выводами вторичного витка и коаксиалом.

Из сказанного следует, что повысить К1Д и одновременнЬ уменьшить габариты установки можно благодаря

1119

192 4

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 свыше 5 кВт вторичный виток должен быть водоохлаждаемым.

Система водоохпаждения вторичного витка не показана. Она может быть вынолнена, например, в виде медного змеевика, напаянного на трубу. К верхнему и нижнему концам трубы крепятся эаподлицо 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 заземпен (исключением является автотрансформаторное 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 с кольцом 5 с помощью реэьбовой втулки 11, которая установлена как можно ближе к краю этого кольца. Витки первичной обмотки 2 фиксируются

1относительно вторичного витка 3 и один относительно другого с помощью изоляционных (фторопластовых) планок

12, равномерно расположенных по окружности, и штырей 13. Концы планок

12 закреплены в кольцах 4 и 5.Диаметр штырей 13 и их расположение на планках 12 определяются заданным шагом обмотки 2. На поверхности наружной трубы 9 токоподвода имеется участок

14, выполненный в форме многогранни- . ка. К граням присоединены конденсаторы 15, из которых составлена емкостная часть колебательного контура.

Вторые обкладки конденсаторов 15 соединены между собой медным кольцом 16 ° ф

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

50 целью уменьшения потерь в корпусе на вихревые токи. Внутри корпуса 1 расположен трансформатор, который сос° тоит из первичной обмотки 2, вторичного витка 3 и двух колец 4 и 5 ° 55

Первичная обмотка 2 может быть выполнена либо из ленты (как на фиг. 1), 1 так и из медной трубки. Штуцера 6 и

,изменению конструкции вторичного витка для удобства его соединений с коаксиальным токопроводом, более удачному расположению конденсаторной батареи и уменьшению расстояний между ветвями, соединяющими конденсаторы между собой и с первичной ,обмоткой трансформатора.

Целью изобретения является повышение КПД установки для индукторов 1р 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- 20 иую батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, вторичный виток выполнен из сплошной трубы 25 и двух колец, присоединенных по внешнему диаметру к ее противоположным концам, а но внутреннему соответственно к внешней и внутренней трубам выполненного коаксиальным токоподвода,, внутренняя труба которого .охвачена первичной обмоткой, а внешняя заземлвна и служит элементом для установки конденсаторов батареи, электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем

35 присоединения одного полюса к граням элемента, а другого — к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод ко40 торой соединен с одним из колец.

На фиг.1 представлена установка, общий вид в разрезе; на фиг.2 — разрез Я-Я на фиг.1; на фиг.З вЂ” разрез

Б-Б на иг.1.

Установка для индукционного нагре-.

I ва соединяется с высокочастотным ге-.

1119192 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 zoмут 20, который крепится к одной из граней многогранника 14. Скоба 19 соединяется с.кольцом 1 6 при помощи гайки 21. Кабель 18 пропущен через отверстие 22 в корпусе 1. Внутренний 15

8 и внешний 9 проводники токоподвода с помощью вакуумных уплотнений

23 проходят через вакуумную камеру, в которой находится индуктор 24.

На фиг..1 представлен для примера 2О коаксиальный индуктор для взвешивания расплавленного металла. Он имеет цилиндрическую наружную и коническую внутреннюю части. Выше капли расплавленного металла, висящей благодаря силе электромагнитного поля индуктора 24, изображена стабилизирующая надставка. Прямой (наружный) и обратный (внутренний) токоподводы индуктора 24 соединяются с соответствую- 30 щими трубами токоподвода с помощью креплений 25 и 26.

Благодаря перечисленным соединениям образуется монолитный блок, который состоит из трансформатора, 35 конденсаторной батареи, токоподвода, индуктора и кабеля. Этот блок крепится к корпусу с помощью трех изо- . ляторов 27.

Электрическое соединение первичной 4О обмотки 2 трансформатора, конденсаторов 15 и кабеля 18 осуществляется следующим образом. Верхний (потенциальный) вывод первичной обмотки 2, пропущенный через отверстие в коль- 4> це 5 и изолированный от него с по3 мощью изоляторов 10, оканчивается резьбовым штуцером 6, на котором крепится к изолятору 10 соединительная шина 28, подключенная к кольцу

16. Нижний вывод обмотки с помощью реэьбового штуцера 7 соединен электрически с кольцом 5, к которому подключены 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 ко" торого подключается к высокочастотному генератору с помощью кабеля 18.

Установка работает следующим 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 первичную обмотку 2, наводит ток во вторичной обмотке трансформатора.

Повторяя направление тока в первичной обмотке и отставая от него по

0 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.

1119192

Составитель О. Щедрина

Редактор М. Циткина Техред А.Кикемеэей Корректор А.. Тяско.:

«Ю

Вакаэ 7474/45 Тираж 782 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

313035 Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнан, 4