SU1762422A1 - Индукционное нагревательное устройство - Google Patents

Abstract

Использование: дл  нагрева длинномерных изделий типа проволок, прутков. Сущность изобретени : устройство содержит тороидальный сердечник, охватывающий его с обеих сторон двухстенный вторичный виток, кажда  стенка которого выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров . Оригинальное соединение цилиндров с токоподводами создает направление тока, обеспечивающее сложение потоков в рабочей зоне индуктора. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области электротермии , в частности к конструкции индукторов дл  нагрева проволок, длинномерных трубок малого диаметра, прутков и т.п.

Известны устройства дл  индукционного нагрева, в которых наружный электропроводник (вторична  обмотка трансформатора) выполнен в виде объемного элемента. Однако подобные устройства  вл ютс  маломощными малоэффективными .

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа,  вл етс  устройство дл  индуктивного нагрева поверхности изделий в виде лент. Устройство содержит два трансформатора, выводы вторичных обмоток которых подключены к индуктору, выполненному в виде двух токопровод щих шин со встречными токами, расположенных с зазором параллельно друг другу. Вторична  обмотка каждого из трансформаторов выполнена в виде охватывающего тороидальный сердечник с

первичной обмоткой объемного витка с цилиндрической частью и замыкающими ее по торцам пластинами, в одном из которых выполнено центральное отверстие, одна из шин индуктора замыкает центры пластин без отверстий, а втора  кра  отверстий.

Недостатком известного технического решени   вл етс  низка  мощность: Кроме того устройство обладает низким КПД, т.к. вследствие отсутстви  тепловой изол ции активной зоны устройства неизбежны большие тепловые потери.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и мощности устройства за счет увеличени  ЭДС.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устррйстве дл  индукционного нагрева содержитс  трансформатор, выполненный в виде тороидального сердечника с первичной обмоткой и охватывающего его объемного цилиндрического вторичного витка с контактными элементами в виде дисков с отверсти ми в центре, и индуктор в виде ли - нейных проводников, замыкающих кра 

(Л

С

х| о ю Јь ю ю

вторичного витка. Согласно изобретению вторичный виток состоит из двух коаксиальных элементов, каждый из которых выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров. Цилиндры каждого из элементов замкнуты на одном из торцов, противолежащих дл  обоих элементов, контактными дисками с отверсти ми в центре. С другого торца кра  обоих цилиндров внутреннего элемента снабжены зубцами, расположенными в выполненных в контактном диске наружного элемента прорез х. С разомкнутых торцов цилиндры обоих элементов снабжены дополнительными контактными дисками, расположенными с зазором друг от друга. Отверсти  в дополнительных контактных дисках выполнены попарно эксцентрично дл  каждого объемного элемента и попарно аксиально дл  внутренних и внешних цилиндров обоих элементов, а проводники индуктора замыкают кра  этих отверстий в точках, лежащих на лини х эксцентрики, с обеспечением последовательного соединени  элементов. Двойной объемный виток снижает поток рассе ни  до минимума, а последовательное соединение двух объемных витков дает значительное увеличение

d Ф

ЭДС. Известно, что е - --г-- ,а магнитный поток Ф через площадь S определ етс  как BS cos в , где в - угол между касательной к силовым лини м магнитного пол  и нормалью к плоскости, пересекаемой магнитными силовыми лини ми (фактически , это площадь S). В данном случае . Очевидно, что двойной объемный виток имеет полезную площадь более чем в 2 раза большую, чем простой объемный виток .

Индукционное нагревательное устройство отличаетс  тем, что вторичный объемный виток согласующего трансформатора выполнен двойным, каждый объемный виток представл ет собой два коаксиальных цилиндра, замкнутых с одной стороны диском с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру внутреннего цилиндра, второй объемный виток вставлен в первый объемный виток навстречу ему, а линейные индуктирующие проводники обеспечивают последовательное соединение двух объемный витков.

В результате патентного поиска было обнаружено индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную цилиндрическую камеру дл  размещени  нагреваемого объекта, установленный снаружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магнитопровода с навитой на

нем через изол цию обмоткой, и охватывающий их элемент из электропроводного материала , электрически соединенный по концам с нагревательной камерой, выполненный в форме замкнутого объема, снаружи дополнительно размещен замкнутый элемент из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводного материа0 ла и нагревательной камерой, т.е. фактически устройство, содержит трансформатор с двойным вторичным объемным витком. Но вторичные витки замкнуты между собой накоротко . В за вл емом же устройстве обес5 печено последовательное соединение двух объемных витков посредством индуктирующих проводников, что и позвол ет достичь поставленной цели, конкретнее, повышени  мощности устройства за счет увеличе0 ни  ЭДС.

Изобретение по сн етс  чертежом, на котором представлен продольный сегментный разрез индукционного нагревательного устройства.

5Индукционное нагревательное устройство содержит тороидальный сердечник 1 с первичной обмоткой 2, и вторичный двойной объемный виток 3. Объемный виток 3 состоит из первого 4 и второго 5 объемных

0 элементов, каждый из которых представл ет собой два коаксиальных цилиндра (4.1 и 4.2, 5.1 и 5.2, внешний и внутренний соответственно ). Коаксиальные цилиндры первого объемного элемента 4 замкнуты с

5 одной стороны диском 6 с отверстием в центре , диаметр которого равен диаметру цилиндра 4.2. Коаксиальные цилиндры второго объемного элемента 5 также замкнуты с одной стороны диском 7 с отверстием

0 в центре, диаметр которого равен диаметру цилиндра 5.2. Второй объемный элемент 5 вставлен & первый объемный элемент 4 навстречу ему. К свободным кра м цилиндров 4.1 и 4,2 первого объемного элемента 4 при5 па ны диски 4.3 и 4.4 с отверсти ми 4.5 и 4.6. Цилиндр 4.1 длиннее цилиндра 4.2, так что между дисками 4.3 и 4.4 образован зазор . Отверсти  4.5 и 4.6 имеют одинаковый диаметр и несколько смещены относитель0 но оси устройства в противоположные стороны . Цилиндры 5.1 и 5.2 имеют зубчатые свободные кра  5.3 и 5.4. Зубцы через прорези 8 в диске б первого объемного элемента 4 выведены наружу. К зубцам 5,3 и 5.4

5 цилиндров 5.1 и 5.2 припа ны диски 5.5 и 5.6 с отверсти ми 5.7 и 5.8. Зубцы 5.3 длиннее зубцов 5.4. так что между дисками 5.5 и

5.6образован небольшой зазор. Отверсти 

5.7и 5.8 имеют такой же диаметр, что и отверсти  4.5 и 4.6, и также смещены относительно общей оси в противоположные стороны т.е., что отверсти  4.5 и 5.7,4.6 и 5.8  вл ютс  аксиальными (дл  удобства соеди- нени  краев отверстий линейными индуктивными проводниками). Индуктирующие проводники 9 и 10 обеспечивают последовательное соединение двух объемных элементов 4 и 5. Один конец проводника 9 контактирует с краем отверсти  4.6. другой - с краем отверсти  5.8 (в точках, наход - щихс  на линии, по которой смещены.отвер- сти  относительно оси устройства). Один конец проводника 10 контактирует с краем отверсти  4.5, другой - с краем отверсти 

5.7(в противоположных точках).

Рассмотрим принцип работы индукционного нагревательного устройства.

На первичную тороидальную обмотку 2 трансформатора поступает переменный ток от ВЧ-источника (на чертеже не показан). Переменный ток создает вокруг обмотки 2 переменное магнитное поле. Сердечник 1 намагничиваетс  расположенной на нем обмоткой 2, создава  дополнительное переменное магнитное поле. Увеличенное т.о. в тыс чи раз переменное магнитное поле в следствие электромагнитной индукции возбуждает на кра х отверстий 4.5 и 4.6, 5.7 и

5.8в дисках 4.3 и 4,4, 5.5 и 5.6 вторичных объемных элементов 4 и 5 переменную ЭДС индукции. Суммарный магнитный поток, измен  сь во времени, обеспечивает ЭДС, большую по сравнению с ЭДС, котора  возникала бы в устройстве с одним вторичным витком (см.приведенные выше формулы). Индуктирующие проводники 9 и 10 соедин ют кра  отверстий 4.6 и 5.8. 4.5 и 5.7 в дисках 4.4 и 5.6.5.6,4.3 и 5.5, образу  последовательно замкнутую цепь с объемными элементами 4 и 5. По проводникам 9 и 10 идет индукционный ток большой силы. По оси устройства между индуктирующими проводниками 9 и 10 помещаетс  нагреваемый объект-проволока, пруток трубка и т.п.

За вл емое устройство по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает более высокую мощность за счет увеличени 

ЭДС и более высокий КПД при меньших массогабаритах. что достигаетс  особой конструкцией устройства. Активна  зона в устройстве находитс  в замкнутом объеме, в результате чего тепловые потери с поверхности нагреваемого объекта практически свод тс  к нулю. Это также способствует повышению КПД устройства, т.к к объекту подводитс  больша  мощность, что увеличиваетс  скорость нагрева и как следствие, достигаетс  больша  производительность установки дл  нагрева.

Claims (1)

1. Формула изо бретени  Индукционное нагревательное устройство , содержащее трансформатор, выполненный в виде тороидального сердечника с первичной обмоткой и охватывающего его объемного цилиндрического вторичного витка с контактными элементами в виде дисков с отверсти ми в центре, и замыкающий кра  вторичного витка индуктор в виде линейных проводников, отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД и мощности устройства, вторичный виток состоит из двух коаксиальных элементов, каждый из которых выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров, замкнутых на одном из тор- цов, противолежащих дл  обоих элементов, указанными контактными дисками с отверсти ми в центре, а с другого торца кра  обоих цилиндров внутреннего элемента снабжены зубцами, расположенными в выполненных в контактном диске наружного элемента прорез х, при этом цилиндры обоих элементов с разомкнутых торцов снабжены дополнительными контактными дисками, расположенными с зазором друг от друга, отверсти  в дополнительных контактных дисках выполнены попарно эксцентрично дл  каждого объемного элемента и попарно аксиально дл  внутренних и внешних цилиндров обоих элементов, а проводники индуктора замыкают кра  этих отверстий в точках, лежащих на лини х эксцентрики , с обеспечением последовательного соединени  элементов.