Индукционное нагревательное устройство

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционным нагревательным устройствам специального назначения, и может быть использовано для термообработки изделий. Устройство содержит трансформатор (1), индуктор (8), электронные ключи односторонней проводимости (11÷22) и блок управления электронными ключами. Трансформатор выполнен в виде замкнутого Ш-образного сердечника с первичными обмотками (2) и (3), расположенными на его крайних стержнях, и вторичной обмоткой (6), расположенной на его среднем стержне. Первичные обмотки имеют средние выводы, соединенные между собой для подключения через резистор (9) к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока. Одна первичная обмотка предназначена для прохождения по ней положительных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к катодам ключей (11÷16), предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока Другая первичная обмотка (3) предназначена для прохождения по ней отрицательных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к анодам ключей (17÷22), предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока. Изобретение решает задачу повышения равномерности загрузки фаз и повышения мощности. 2 ил.

 

Область техники и назначение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционном нагревательным устройствам специального назначения, и может быть использовано для термообработки изделий.

Уровень техники

Известна индукционная установка для термообработки железобетона, содержащая многопроводный индуктор, подключенный к клеммам для соединения с трехфазной сетью через ключи, выполненные на управляемых вентилях, при выполнении индуктора двухпроводным в установку введен управляемый трехфазный мостовой выпрямитель, анод которого через первый включенный в проводящем направлении вентиль соединен с началом первого провода индуктора, а второй - с концом второго провода и через встречно включенный третий вентиль - с нулевым проводом сети, конец первого провода соединен с катодом моста и началом второго провода непосредственно, а с нулевым проводом сети - через четвертый вентиль, включенный в проводящем направлении (Авторское свидетельство СССР №1451877, Н05В 6/10, опубликовано 15.01.1989).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии индуктора и управляемых вентилей.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в неравномерной загрузке фаз питающей сети, а также в неполной загрузке фаз питающей сети.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является индукционная установка для термообработки изделий, содержащая блок электронных ключей, блок управления электронными ключами, аналоговое устройство, 3-фазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена по схеме "зигзаг", выход которого подключен к электронным ключам, включенным в одной проводимости, причем один из 2-х ключей каждой обмотки подсоединен к концам первичной обмотки однофазного трансформатора, средняя точка которого подсоединена на среднюю точку вторичной обмотки 3-фазного трансформатора, через дроссель, причем магнитный поток, протекающий по обмоткам магнитопровода, замыкается через нагреваемое изделие (Патент RU №2251226 С1, М.кл. Н05В 6/10, опубликовано 27.04.2005, Бюл. №12).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии индуктора, электронных ключей и трансформатора.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в использовании только положительных (или только отрицательных) полупериодов тока питающей сети, что является причиной неравномерной загрузки фаз питающей сети и снижения мощности.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении равномерности загрузки фаз и повышении мощности.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в использовании обоих (положительных и отрицательных) полупериодов питающей трехфазной сети.

Достигается технический результат тем, что индукционное нагревательное устройство содержит трансформатор, предназначенный для подключения к трехфазной сети переменного тока, индуктор, электронные ключи односторонней проводимости и блок управления электронными ключами, при этом трансформатор выполнен в виде замкнутого Ш-образного сердечника с первичными обмотками, расположенными на его крайних стержнях, и вторичной обмоткой, расположенной на его среднем стержне, первичные обмотки имеют средние выводы, соединенные между собой для подключения через резистор к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока, одна первичная обмотка предназначена для прохождения по ней положительных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к катодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, другая первичная обмотка предназначена для прохождения по ней отрицательных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к анодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, индуктор подключен в выводам вторичной обмотки трансформатора, а блок управления выполнен с возможностью включения любого электронного ключа, подключенного своим свободным выводом к соответствующей фазе трехфазной сети переменного тока, в момент перехода через нуль напряжения предыдущей фазы трехфазной сети переменного тока.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в том, что трансформатор выполнен в виде замкнутого Ш-образного сердечника с первичными обмотками, расположенными на его крайних стержнях, и вторичной обмоткой, расположенной на его среднем стержне, при этом первичные обмотки имеют средние выводы, соединенные между собой для подключения через резистор к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока, одна первичная обмотка предназначена для прохождения по ней положительных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к катодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, другая первичная обмотка предназначена для прохождения по ней отрицательных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к анодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, индуктор подключен в выводам вторичной обмотки трансформатора, а блок управления выполнен с возможностью включения любого электронного ключа, подключенного своим свободным выводом к соответствующей фазе трехфазной сети переменного тока, в момент перехода через нуль напряжения предыдущей фазы трехфазной сети переменного тока.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1 показана электрическая схема индукционного нагревательного устройства; на фиг.2 - графики, иллюстрирующие работу устройства (изменение основных параметров устройства во времени t).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Индукционное нагревательное устройство содержит:

1) трансформатор 1, который выполнен в виде замкнутого Ш-образного сердечника с первичными обмотками 2 и 3, расположенными на крайних стержнях 4 и 5 его сердечника, и вторичной обмоткой 6, расположенной на среднем стержне 7 его сердечника;

2) индуктор 8, соединенный в выводами вторичной обмотки 6;

3) постоянный резистор 9 с клеммой 10 для подключения одного вывода этого резистора к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока;

4) электронные (полупроводниковые) ключи односторонней проводимости 11-22, выполненные в виде тиристоров;

5) клеммы 23, 24 и 25 для подключения свободных выводов (анодов или катодов) указанных тиристоров к фазам трехфазной сети переменного тока;

6) блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров (ключей) 11-22, а входы предназначены для подключения к фазам и нулевому проводу трехфазной сети переменного тока (блок управления не показан).

Первичные обмотки 2 и 3 трансформатора 1 имеют средние выводы, которые соединены между собой и через резистор 9 соединены с клеммой 10, предназначенной для подключения к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока. Резистор 9 необходим для поддержания минимально необходимого тока во включенных тиристорах 11÷22 в процессе работы устройства на холостом ходу (т.е. без нагрузки). Величина сопротивления R резистора 9 определяется маркой тиристора и составляет R=220/Iвкл, где Iвкл - минимальный ток, протекающий через тиристор, при котором он не выключается (составляет несколько ампер - паспортная характеристика тиристора). При подключении нагрузки, когда ток в первичных обмотках 2 и 3 составляет сотни ампер, происходит симметрирование средних точек этих обмоток относительно нуля сети и ток через резистор 9 практически не течет.

Крайние выводы первичной обмотки 2 трансформатора 1 через тиристоры 11÷16 соединены с клеммами 23, 24 и 25, предназначенными для подключения к соответствующим фазам «А», «В» и «С» трехфазной сети переменного тока. Конкретно, нижний крайний вывод обмотки 2 соединен с катодами тиристоров 11, 13 и 15, верхний крайний вывод обмотки 2 соединен с катодами тиристоров 12, 14 и 16; при этом аноды тиристоров 11 и 12 соединены между собой и с клеммой 23 для подключения к фазе «А», аноды тиристоров 13 и 14 соединены между собой и с клеммой 24 для подключения к фазе «В», аноды тиристоров 15 и 16 соединены между собой и с клеммой 25 для подключения к фазе «С» трехфазной сети переменного тока.

Крайние выводы первичной обмотки 3 трансформатора 1 через тиристоры 17÷22 соединены с клеммами 23, 24 и 25, предназначенными для подключения к соответствующим фазам «А», «В» и «С» трехфазной сети переменного тока. Конкретно, верхний крайний вывод обмотки 3 соединен с анодами тиристоров 17, 19 и 21, нижний крайний вывод обмотки 3 соединен с анодами тиристоров 18, 20 и 22; при этом катоды тиристоров 17 и 18 соединены между собой и с клеммой 23 для подключения к фазе «А», катоды тиристоров 19 и 20 соединены между собой и с клеммой 24 для подключения к фазе «В», катоды тиристоров 21 и 22 соединены между собой и с клеммой 25 для подключения к фазе «С» трехфазной сети переменного тока.

Работа индукционного нагревательного устройства заключается в следующем.

Клеммы 23, 24 и 25 подключают к фазам «А», «В» и «С» соответственно трехфазной сети, а клемму 10 подключают к нулевому проводу трехфазной сети. Кроме того, к этим фазам и нулевому проводу подключают блок управления (не показан), который вырабатывает соответствующие импульсы в моменты перехода напряжения каждой фазы через нуль, предназначенные для управления тиристорами 11÷22. Эти импульсы поступают на управляющие входы тиристоров 11÷22 так, что обеспечивают включение тиристора определенной фазы в момент перехода через нуль напряжения предыдущей фазы. При этом тиристоры разделены на две группы: тиристоры 11÷16 пропускают на первичную обмотку 2 в ее верхнюю и нижнюю части положительные полупериоды тока фаз «А», «В» и «С» (графики «а», «b», «с» на фиг.2), а тиристоры 17÷22 пропускают на первичную обмотку 3 в ее верхнюю и нижнюю части отрицательные полупериоды тока фаз «А», «В» и «С» (графики «g», «h», «i» на фиг.2). При этом тиристоры 11÷16 при помощи упомянутого блока управления включаются в определенной последовательности (с углом отсечки 60°) с периодом 240°, так что в обмотке 2 создается переменный магнитный поток Ф1 (график «d» на фиг.2), который замыкается через средний стержень 7 Ш-образного сердечника трансформатора 1. Те же процессы происходят и с отрицательными полупериодами фазных токов. При этом тиристоры 17÷22 при помощи упомянутого блока управления включаются в определенной последовательности (с углом отсечки 60°) с периодом 240°, так что в обмотке 3 создается переменный магнитный поток Ф2 (график «f» на фиг.2), который также замыкается через средний стержень 7 Ш-образного сердечника трансформатора 1. Поскольку потоки Ф1 и Ф2 замыкаются на один и тот же средний стержень 7, то в этом стержне происходит алгебраическое суммирование этих двух потоков (так как они сдвинуты относительно друг друга на 60°) с образованием результирующего потока Ф3 (график «е» на фиг.2). Суммарная алгебраическая величина потоков Ф1 и Ф2 равна полуторакратной величине каждого из этих потоков, т.е. Ф3=1,5Ф1=1,5Ф2, так как Ф12. По этой причине сечение среднего стержня 7 выбирают по крайней мере в 1,5 раза больше сечения каждого крайнего стержня 4 или 5. Указанный результирующий магнитный поток Ф3 индуцирует ток во вторичной обмотке 6, протекающий далее через индуктор 8. Таким образом, происходит преобразование трехфазного напряжения частотой 50 Гц в однофазное частотой 75 Гц, что позволяет, во-первых, устранить неравномерность загрузки фаз трехфазной сети, во-вторых, значительно увеличить выходную мощность при частоте 75 Гц однофазной нагрузки.

Индукционное нагревательное устройство, содержащее трансформатор, предназначенный для подключения к трехфазной сети переменного тока, индуктор, электронные ключи односторонней проводимости и блок управления электронными ключами, отличающееся тем, что трансформатор выполнен в виде замкнутого Ш-образного сердечника с первичными обмотками, расположенными на его крайних стержнях, и вторичной обмоткой, расположенной на его среднем стержне, при этом первичные обмотки имеют средние выводы, соединенные между собой для подключения через резистор к нулевому проводу трехфазной сети переменного тока, одна первичная обмотка предназначена для прохождения по ней положительных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к катодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, другая первичная обмотка предназначена для прохождения по ней отрицательных полупериодов переменного тока, а ее крайние выводы подсоединены к анодам соответствующих электронных ключей, предназначенных для подключения этих крайних выводов через указанные ключи к фазам трехфазной сети переменного тока, индуктор подключен в выводам вторичной обмотки трансформатора, а блок управления выполнен с возможностью включения любого электронного ключа, подключенного своим свободным выводом к соответствующей фазе трехфазной сети переменного тока, в момент перехода через нуль напряжения предыдущей фазы трехфазной сети переменного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам автоматического управления электронагревателями печей для получения инфраструктуры на космических станциях. .

Изобретение относится к устройствам систем автоматического управления электронагревателями печей для получения инфраструктуры на космических станциях. .

Изобретение относится к устройствам систем автоматического управления электронагревателями печей для получения инфраструктуры на космических станциях. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах двухчастотного индукционного нагрева с полупроводниковыми преобразователями частоты (ПЧ).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в многозонных методических индукционных нагревателях. .

Изобретение относится к способам и устройствам индукционного нагрева текучих сред и может быть использовано для нагрева жидкостей, в том числе воды, в стальных изделиях типа резервуаров, емкостей, трубопроводов, радиаторов, посуды через металлические стенки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано к качестве источника питания для установок индукционного нагрева и формирования тока для нагрева

Изобретение относится к индукционной тепловой обработке непрерывных или дискретных изделий, в которой для управления индукцией тепловой обработкой изделий используют управление на основе широтно-импульсной модуляции или управление амплитудой. Технический результат - изменение частоты инвертора при регулировке уровня выходной мощности и управление частотой источника мощности для достижения оптимального индукционного нагрева за счет управления глубины проникновения. В устройстве и способе индукционного нагрева изделия изделие продвигается сквозь индуктор для его индукционной термообработки. Индуктор имеет электрическую мощность переменной частоты. При изменении частоты величиной электрической мощности управляют путем регулировки скважности или амплитуды. Альтернативно, изделие может быть неподвижным, а индуктор может перемещаться вдоль изделия, либо можно использовать комбинированное и скоординированное перемещение как изделия, так и индуктора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к устройству для бытового прибора, в частности устройству для варочной плиты, которое содержит по меньшей мере один питающий модуль (18), по меньшей мере два потребляющих модуля (20, 22, 24, 26) и по меньшей мере одно управляющее устройство (34). Для повышения удобства пользования предложено выполнить управляющее устройство (34) таким образом, чтобы по меньшей мере в одном режиме работы, в котором по меньшей мере два из потребляющих модулей (20, 22, 24, 26) совместно запитаны от питающего модуля (18), а сумма мощностей, затребованных для потребляющих модулей (20, 22, 24, 26), превышает доступную мощность питающего модуля (18), по меньшей мере часть доступной мощности распределялась между потребляющими модулями (20, 22, 24, 26) в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра. Изобретение позволяет повысить удобство пользования устройством. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству индукционной варочной панели с по меньшей мере одним блоком (34) управления, по меньшей мере одним первым и одним вторым индукционным нагревательным блоком (20, 22, 24, 26) и по меньшей мере одним первым и одним вторым частотным нагревательным блоком (30, 32), которые соединены посредством по меньшей мере двух индукционных нагревательных блоков (20, 22, 24, 26) в режиме работы, в котором первый индукционный нагревательный блок (20, 22, 24, 26) соединен непосредственно с первым частотным нагревательным блоком (30, 32), а второй нагревательный индукционный блок (20, 22, 24, 26) соединен непосредственно со вторым частотным нагревательным блоком (30, 32). Для повышения гибкости использования нагревательного устройства предлагается предусмотреть блок управления, выполненный с возможностью приведения в действие частотных нагревательных блоков (30, 32) на отдельных отличных друг от друга рабочих участках (90, 91, 92, 93) в режиме работы, в котором частотные нагревательные блоки (30, 32) соединены индукционными нагревательными блоками (20, 22, 24, 26). 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, электроники, автоматического регулирования и может быть использовано для управления температурными режимами промышленных и бытовых нагревательных устройств, использующих индукционный электронагрев. Технический результат - повышение надежности устройства за счет исключения возможности появления больших токов в сток-истоковых переходах при переключении полевых транзисторов и расширения диапазона их токовых нагрузок, а также повышение энергоэффективности за счет снижения потерь мощности при использовании параллельного LC-контура самовозбуждения в резонансном режиме. Это достигается тем, что устройство регулирования температуры индукционного электронагрева состоит из полевых транзисторов с микросхемой управления, нагревательной катушки, источника постоянного тока. Предложенное решение содержит индукционный электронагреватель в виде параллельного LC-контура с сердечником в катушке индуктивности контура в форме металлического тонкостенного тугоплавкого тигля, причем один полюс этого контура подсоединен к стокам первой группы полевых транзисторов, и одновременно к первой клемме первой катушки индуктивности и катоду первого диода, анод которого связан через первый резистор с положительным потенциалом батареи электролитических конденсаторов и второй клеммой первой катушки индуктивности, а непосредственно с затворами второй группы полевых транзисторов и коллекторным выводом второй оптопары, при этом второй полюс параллельного LC-контура соединен со стоками второй группы полевых транзисторов и одновременно через вторую катушку индуктивности с положительным потенциалом батареи электролитических конденсаторов, а также с катодом второго диода, анод которого связан через второй резистор с положительным потенциалом батареи электролитических конденсаторов, а непосредственно - с затворами первой группы полевых транзисторов и коллекторным выводом первой оптопары, причем эмиттерные выводы обеих оптопар подсоединены к корпусу, к которому подсоединены также истоки всех полевых транзисторов обеих групп, а последовательно соединенные светодиодные оптопары связаны анодом светодиода первой оптопары через третий резистор с положительным потенциалом источника питания промышленного контроллера, а катодом светодиода второй оптопары с управляющим дискретным выходом промышленного контроллера, первый и второй аналоговые входы которого соединены с выходами нормирующего преобразователя, подключенного своими клеммными входами к термопаре. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности устройства высокочастотного индукционного нагрева, снижение накопленной ошибки, вызванной наличием большого числа последовательно соединенных резисторов, а также снижение стоимости цепи. Цепь защиты устройства высокочастотного индукционного нагрева включает входную обмотку (1), контрольную обмотку (2), модуль сравнения фаз (3), модуль сравнения напряжений (4) и контроллер (5); входная обмотка (1) соединена с переключающим элементом устройства высокочастотного индукционного нагрева; контрольная обмотка (2) расположена параллельно входной обмотке (1) и выполнена таким образом, чтобы определять поступающее на переключающий элемент напряжение; модуль сравнения фаз (3) и модуль сравнения напряжений (4) соединены с контрольной обмоткой (2) в указанном порядке, при этом модуль сравнения фаз (3) выдает первый сигнал сравнения, основанный на фазе входного напряжения, а модуль сравнения напряжений (4) выдает второй сигнал сравнения, основанный на сравнении амплитуды входного напряжения и заданного опорного напряжения; контроллер (5) управляет синхронным включением и выключением переключающего элемента в соответствии с первым сигналом сравнения, а также обеспечивает защиту переключающего элемента в соответствии со вторым сигналом сравнения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение предусматривает определение типа материала бака и выбор подходящей для этого материала кривой изменения напряжения, для использования в процессе тепловой обработки в индукционном оборудовании тепловой обработки продуктов. Тип материала бака определяют по заглубленной структуре в структуре распознавания, совпадающей с выпуклой структурой на дне бака после установки бака в корпусе индукционного оборудования тепловой обработки продуктов. Изобретение обеспечивает одинаковые или сходные результаты нагревания для различных типов материала бака за счет выбора кривой изменения напряжения, подходящей для типа материала бака. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционным нагревательным устройствам специального назначения, и может быть использовано для термообработки изделий

Наверх