Высокочастотный нагреватель

 

ла.СГСР

М 63262

Класс 211I, 18,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3арегистриро.ино в Бюро изобретений Гоешгини лри СИЛ СССР г вг".се: 11

Г. И. Бабат

Высокочастотный нагреват ль >

Заявлено 19 декабря 1940 года в Наркомалекгропрон 4"44 39069 (303874):.

Опубликовано 29 февраля 1944 года

В на"тоящее время индукциснный нагрев металлов в быстроперемен иых электромагнитных полях получил широкое промышленное применение.

Однако имеется ряд объектов:, которые до сих пор не удавалось нагреть электромагнитным полем. К таким объектам относятся, например, тонкие проволоки.

Бели поместить круглую проволоку в индуктор, ось которого параллельна оси проволоки, то отношение мощности Р, выделяющейся в проволоке, к мощности Pi,теряемой в индукторе, в самом лучшем случае (при весьма, высокой частоте) будет равно: а Га,/.,—, Р; r; где r, и г — радиусы проволоки: и индуктора, à оа и о; — удельные сопротявления материалов. проволоки и индуктора. Радиус индуктора практически не может быть сдела н меньше нескольких миллиметров, отсюда следует, что для проволок с диаметром меньше одного миллиметра, получается совершенно ничтожный к. п. д, нагрева.

Увеличить к.п.д. нагрева можно, направив нагревающий ток вдоль проводника вместо того, чтобы orr циркулировал в виде замкнутых контуров,вокруг о=и проводника.

До сих пор удавалось нлправить ток вдоль проводника только при помощи контактов, приложенных к двум его точкам. Между тем B ряде случаев контактный метод нагрева совершенно неприменим, например, 3„IH изолированной проволоки (эмалированной, оксидированной).

Известны попытки осуществить бесконтактный продольныи нагрев.

Нв фиг. 1 прилагаемого чертежа показана схема нагрева проволоки А, перематывлюшейся с катушки В1 на

КатуШКу Ве DI И D. — ВЕтВИ днполя, возбуждаемого генераторомм G.

Однако, при такой схеме нагрева значительная часть энергии будет излучаться в окружающее пространство и к. п. д. нагрева будет невысок.

Радикально решает задачу нагрева предлагаемый высокочастотньш нагреватель.

В предлагаемом нагревателе тонких проволок или лент подвод тока к проволоке осуществляется через емкость между электродами и «а.М 63262 грев аемым изделием, причем, соглас»о изобретению, электроды и соединяющие их прс водники образу(от контур с ра(спределенными постоянными, возбуждаемый на основной частоте или на гармонике.

Сущность изобретения поясняется прилагаемы» чертежом, на котором фиг. 1 изображает схему одного из известных нагревателей, фиг. 2 — схе»у предлагаемого наГревате.(H, фиг. 3 и 4 — два| Вз )иа((та конструктивного оформления на,. ревателя, выполненного согласно изобретению, фиг. 5 и 6 — поясните;(ьные диаграммы, фиг. 7 — схему ра пределения тока, напряжения и энергин в нагревателе и нагревасмом изделии, фиг. 8 и 9 — дна варианта схемы питапия нагревателя.

Принцип предлагаемого нагревателя заключается в том, что вдоль подлежащей нагреву проволоки ра=полагаются два отрезка системы

Лсхераь подэодящие к проволоке .стоячу(о волну (фиг. 2).

Внешнее поле такой си=темы значительно слабее, чем у диполя, и поэтому потери на излучение электромагнитной энергии будут ничтожны.

На фиг. 3 показано выполнение конденсаторного нагревателя, даюцее максимальный к. п. д, нагрева.

В этой конструкции лехеровские истемы выпо:шепы в виде двух концентрических труб. В такой системе внешнее поле очень мало.

На фиг. 4 показана другая конструкция, так называемого, коробчатого типа. Эта(конструкция очень проста в .вьп(олнении, яагреваемые объекты легко доступны наблюдению; кроме того в, нагревателе коробчатого типа легко одновременно нагревать несколько проволок.

Вполне очевидно, что для увеличения тока, текущего через нагреваему(о проволоку, частота тока должна быть как можно большей.

Для этого необходимо, чтобы нагреватель сам являлся и колеба тельным контуром, так как включение всяких дополнительных индуктивностей или емкостей вызовет неизбежно понижение частоты.

На фиг. 5 показано распределение тока и напряжения в конденсаторном нагревателе, работающем на .основной волне. Нагреватель показан развернутым в линию. На концах нагревателя будут пучности стоящей волны найряжения и узлы тока. В середине нагревателя будет пучность тока и узел напряжения. В развернутом виде длина кон-!. денсаторного нагревателя равна

2 а. в сложенном виде /(.. В дальнейшем из;южени и длина нагревателя обозначается через 1.

Можно также возбудить конденсаторный нагреватель на более высокой частоте. Принципиально мож21 но получить волны i.=-= —. Не(и+ 0,5) обходимо только, чтобы расстояние между электродами конденсаторного нагревателя и обратным проводником было значительно меньше длины волны.

Если нагреву подвергается изолиров а(нный отрезок проводника, длина которого равна длине нагрена1теля, то на этом проводнике будет существовать стояча|я волна. По концам будут узлы тока и пучности напряжения, в средней части проводника — узел напряжения и пучность тока.

При нагреве длинного прсводн ика, (выходящего за пределы нагрев ательпсго устройства, электрома(гнитная волна будет распространяться в обе стороны по проводнику, как это показано на фиг. 7. При этом помимо стоячей волны будет существовать также бегущая волна. Однако, ввиду больших потерь

ai проводнике, бегущая волна быстро затухает. Поэтому излучение в окружающее пространство будет незначительно и «а небольших расстояниях от нагревателя проволока может быть заземлена, Рассмотрим некоторые числовые соотношения в предлагаемом нагревателе, работающем на оснс(вной волне.

Предполо (сии, что нагреву. подвергается круглып проводник диаметро» il Обозначим через ЬС емЛ(63"62 кость между проводником и электродами нагревателя, прикодящуюся на единицу длины.

Длина каждого активного участка каждого электрода нагревателя, работающего на основной волне, е может быть бог!ьше (/„ i.. Практически длина обкладки равна 0,1).

Действующее напряткение между внутренним краем нагревательного электрода и проводником обозначим через Е . Тогда напряжение между проводником и внешним краем электрода будет Е; - cos — — - 0,7Е,; .

Омическое сопротивление проводника столь мало по сравнению с емкостным сопротивлением между проводником и электродом нагревателя, что пе оказывает никакого влияния на илу тока. Последний поэтому мо>кпо вычислить по формуле:

I.,„,= — Е ЛС 0(1(. > =

= — Г9 - 10- Е; ЬС (al (1)

Здесь 1С вырмкено в сантиметрах. Характерно, что сила тока не зависит от частоты.

Be tè÷èíà! ЛС может быть вычислена по формуле С---. 4,6 1

di таким образом й!

I, = — 4 10 3- — /-(Al <-")

)о, «:( (/., При вычислении мощности, выделя)ощей<ся в проводнике, надо ра(ссмотреть два случая:

1. Глубина проникновения тока B материале проводника меньше его диаметра и ток течет в тонком поверкностном слое.

2, Глубина проникновения тока в материале проводника больше его диаметры и ток равномерно распределен по всему сечению проводника.

В первом случае омическое сопротивление одного погонного сантиметра проводника будет равно

ЬЛ = 6 10 —" " (с ) <3)

r/, Мощность, выделяющаяся на единицу длины, будет .э г

Р, 5,7 . 10-9 3(а !!а

)о. (< !!

У дег!ьная мощность, прикодящаяся на единицу поверяюсти проводника, будет

1 Є. =18 . .10 — : (I tvttt

)A св! - — (/,, (I,, Подставим в этп формулы зн.чения для меди (р =- 1,7 - 10 — - сш) и для железа при температурлк выше точки Кюри i;. = — IOO . 10 <(

Рс„-— -=7,9 10

\ и э — — — (61 (Q и

/ \ !

e U J 1 r I l f 1 l lë ò 1 r ((, (< для железа. .Е, 1..т

Р:„-=5 7 10 ( (/;

Р 1 Я . 10 —,! г (/!

Если взять, например, частоту тока f 10 Hz (. - 3 ш), (l(= 1 см.

d,, =0,1 мм и Е(=5000 Г, то . ля медной проволоки

Ка(! 1Л

Рс„= 50 и 4 Рс„ == 1 6 (:!(! с.(! -

Для железной проволоки h att 1Л

Рt:„=. 360 и 4I t:, = — — 12

Во втором случае, когда ток равномерно распредс/)ен по сечешпо проводника, мы получим следующие зависимости:

Сопротивление одного пого tt)etc

I > сантиметра Р! =- — - . т(/ -

Л(о32Г2.!1ощность, Выделян)щс1яся иа .с дl l u !ill i д,чин ы Il p0 Boä l lè к)l, Оъдет

Р;!ВН

)о. —

z-,;. P; == 6,5 10 — " — „ - -„— " а" ()))

6 (,1а I Clll

d,. )

Приведенные ра1счеты показывают, что предлагаемый нагреватель способен выделять иа проволоке довольно большие мощности. При этом важно отметить, что чем меньше диаметр проволоки, тем большую мощность на пей можно

Выдел!!1ть. При диаметрах же проВолоки, больших 1 мм, даже ири

Весьма высоких напряжен иях иа электродах (до 10 1

Когда требуется нагревать одновременно несколько проволок (фиг. 4) необходимо, чтобы расстояние С между ними было ие меньше расстояния между проволокой и электродом нагревателя. Если расположить проволочки более тес.llo, To емкостньш ток, текущий иа какдую проволочку, будет мал, и к. и. д. нагрева упадет.

На фнг. 8 и 9 показаны два варианта схем вкл!очения предлагаемого нагревателя.

В показанной на фиг. 8 одиотактиой (трехточеч11ой!) схеме применено последовательное питание; иа нагревателе при этом имеется напряжение от источника анодиого питанияя.

Из соображений техники безопасности целесообразнее пр1гменять схему последавателы)ого питания.

При этом на нагрева"геле будет только на!пряжеиие высокои частоты.

Предмет изобретения

Высокочастотны! 1 нагреватель тонких проволок или лент с подводом тока через емкость между электродами и иагреваемым предметом, отличающийся тем, что электроды и соединяющие их проводники образуют контур с распределенными постоянными, возбуждаемый и1! основной частоте или на гармонике.

Фиг. 1

e К авторскому свидетельству № 63262

Фиг. 8

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Госпланиздат Тпп. Госпланпадата, пм. Воровского, Калуга Л45384. Т, 500 экз. 3, 230