Устройство для индукционного нагрева

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 В 6 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPHTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4442930/07 (22) 20. 06.88 (46) 23. 04. 91. Бюл. Ф 15 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.И. Мельников, В.А. Мельникова и С.Г.Конесев (53) 621.365.052 (088.8) (56) Бабат Г.Н. Индукционный чагрев металлов и его промышпенное применение. И.-Л.: Энергия, 1965, с. 534.

Авторское свидетельство СССР

У- 1350848, кл. Н i05 В 6/36, 1985.

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 Ha нем.

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

„„SU„,; 1644405 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО

НАГРЕВА (57) 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, Дроссель в предлагаемом устройстве может быть заменен тиристорным ре-. гулятором 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 to 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

1,644405

45 регуляторе тока) и .временем включения тиристорного коммутатора 7.

Заряднь3й ток i протекает в силу подключе13ия токопровода индуктора к

5 источнику по обкладкам однонаправлено. Входной дроссель 3 (или тиристорный регулятор тока) обеспечивает .постоянство величины входного тока.

Такил1 образом, заряд межобкладочной емкости индуктора протекает по линейному закону (фиг.2). В момент .времени t1 с блока 8 приходит управляющий импульс на тиристорпый коммутатор 7, который включается и нахоДИТСЯ 13 OTKPblTOM СОСТОЯНИИ ДО МОМЕ11 та времени tg. В интервале времени (t<-t ) происходит переэаряд межобкладочной емкости иццуктора 4, проходит положительная волна разрядного тока i . В л1омент времени тиристорны11 коммутатор 7 закрывается

Обратным напряжением, а диод 9 включается приложенным к его электродам прямым напряжением. 25

В интервале времени (t — t ) вто;3 рпчно происходит перезаряд л1ежобкладочной емкости и смена полярности напряже ни я на обкладках. Р э то вр емя через диод 9 проходит отрицательная

30 полуволна разрядного тока. В момент времени t диод 9 вь3ключается под воздействием приложенного к нему обратного напряжения.и вновь начинается процесс заряда межобкладочнок емкости индуктора от источника пи тания. Цикл разряда и перезаряда емкости С периодически повторяется.

Таким обра" îì,,по обкладкам 6 и 5 токопровода индуктора 4 протекает изменяющийся электрический ток, причем в цикле частота его определяется параметрами L, С, Р«>, а частота циклов — частотой включения коммутатора 7, т. е. частотой следования управляющих импульсов от блока 8 °

Разрядные токи текут по обкладкам также, как и зарядные, однонаправлено.. Поэтому внутри кольца токопровода индуктора будет импульсное маг3 нитное поле, с.оздаваемое зарядными и 50 разрядными токами. При помещении в это магнитное поле металл:1ческих изделий в них будут наводиться вихре- вые токи, обуславливающие нагрев самих изделий. Степень нагрева иэделий 55 изменяется регулировкой частоты коммутации, а также путем изменения собственных парал1етров Е, Cy, R> токопровода И13дуктора.

Устройство позволяет осуществлять нагрев без дополнительного преобразователя 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 эпементы в цепи установлены последовательно и имеют вследствие этого одинаковую проходную мощность, можно приблизительно сопоставить массу и габариты предлагаемого устройства с массой и габаритал3и известного, допустив при этом, что одинаковые по назначению узлы и элементы сравниваемых вариантов в силу одинаковой мощности имеют одинаковые массогабаритпые 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 филътрующей емкости в устройстве вь3полняет межобкладочная емкость самого индуктора KRK 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 емкости (батареи конденсаторов), батарей и дросселя пассивного элемента приблизительно равны массе самого иццуктора, то предлагаемое устройство имеет массу и соответственно габариты, по крайней мере, в 3 раза меньшие, чем известное.

1!аглядную 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 и11дуктивностью линии L и распределенной .внутрь емкостью С, при котором резонансная частота Я =

1/, ГС будет находиться в диапазоне 20-30 кГц. Это класс устройств мощности до 5-10 кВТ с питанием

5 1644405

6 от источника напряжения 0,38-1 кВ. ньм. При многослойной конструкции

Предположим, что эти индукторы имеют токопровода отпадает необходимость соз(, равный 0,1. Тогда из формул его охлаждения.

I = U/Õ, P = U ° Х созе для этих устройств вытекает, что индуктивное сопротивление достаточно велико: цт (10э)а

Х = — сов о = ° 0 1

Ь Р 10.10

10 0м. ного охлаждения этих элементов.

Формула из обр етения

Цз условия резонанса Х х„с

= Х = 10 Ом для генерирования частоты 20 кГц необходима емкость всего

Преимуществом устройства является повышение его КПД, так как исключение фильтрующих и пассивных батарей, в которых при работе протекают токи больших плотностей, сопровождается исключением потерь. Одновременно с этим исключается и система водя1 1

С

Х ° 03 10 ° 2 и 20 ° 10з

= 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 многослойУстройство дчя индукционного нагрева, содержащее индуктор, выпол20 ненный 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, о т л и ч а ющ е е с .я тем, что, с целью уменьшения габаритов, в устройства введен снабженный блоком управления коммутатор, подключенный к свободным концам лент каждой пары, а источник

30 питания выполнен в виде источника постоянного тока.

1644405 и

Составитель 0.Турпак

Техрел M.Äèäûê

Корректор С. ИекмаР

Редактор Т.Куркова

Заказ 1460 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101