SU1762422A1

SU1762422A1 - Induction heating device

Info

Publication number: SU1762422A1
Application number: SU904818934A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Федорович Игнатьев
Original assignee: Центральное конструкторское бюро "Геофизика"
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1992-09-15

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.Use: for heating long items such as wires, rods. SUMMARY OF THE INVENTION: The device comprises a toroidal core that surrounds on both sides a double-walled secondary coil, each wall of which is made in the form of two coaxial cylinders. The original connection of cylinders with current leads creates a direction of current, which ensures the addition of flows in the working zone of the inductor. 1 il.

Description

Изобретение относитс к области электротермии , в частности к конструкции индукторов дл нагрева проволок, длинномерных трубок малого диаметра, прутков и т.п.The invention relates to the field of electrothermal, in particular, the design of inductors for heating wires, long tubes of small diameter, rods, etc.

Известны устройства дл индукционного нагрева, в которых наружный электропроводник (вторична обмотка трансформатора) выполнен в виде объемного элемента. Однако подобные устройства вл ютс маломощными малоэффективными .Apparatus for induction heating is known in which an external electrical conductor (secondary winding of a transformer) is designed as a volume element. However, such devices are low-power, inefficient.

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 сThe closest technical solution chosen as a prototype is a device for inductively heating the surface of products in the form of tapes. The device contains two transformers, the outputs of the secondary windings of which are connected to an inductor made in the form of two conducting busbars with countercurrent currents arranged with a gap parallel to each other. The secondary winding of each of the transformers is made in the form of a covering toroidal core with

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.primary winding volumetric coil with a cylindrical part and closing it at the ends of the plates, one of which has a central hole, one of the inductor bus closes the centers of the plates without holes, and the second edge of the holes.

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.A disadvantage of the known technical solution is low power: In addition, the device has low efficiency, because due to the absence of thermal insulation of the active zone of the device, large heat losses are inevitable.

Целью изобретени вл етс повышение КПД и мощности устройства за счет увеличени ЭДС.The aim of the invention is to increase the efficiency and power of the device by increasing the emf.

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 This goal is achieved by the fact that in an induction heating device there is a transformer made in the form of a toroidal core with a primary winding and surrounding a volumetric cylindrical secondary coil with contact elements in the form of discs with holes in the center, and an inductor in the form of linear conductors, closing edge

(Л(L

СWITH

х| о ю Јь ю юx | about yu yu yu

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 увеличениеsecondary coil. According to the invention, the secondary turn consists of two coaxial elements, each of which is made in the form of two coaxial cylinders. The cylinders of each of the elements are closed at one of the ends opposite to both elements by contact disks with holes in the center. At the other end, the edges of both cylinders of the inner element are provided with teeth, which are located in the slots made in the contact disk of the outer element. From the open ends, the cylinders of both elements are provided with additional contact disks spaced apart from each other. The holes in the additional contact disks are made eccentrically in pairs for each volume element and in pairs axially for the inner and outer cylinders of both elements, and the inductor conductors close the edges of these holes at points lying on the eccentric lines, ensuring a consistent connection of the elements. A double volumetric coil reduces flow to a minimum, and the series connection of two volumetric coils gives a significant increase.

d Фd f

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 .Emf. It is known that e is -r--, and the magnetic flux F through the area S is defined as BS cos в, where в is the angle between the tangent to the magnetic field lines and the normal to the plane intersected by the magnetic field lines (in fact, this is area S). In this case . Obviously, a double volumetric coil has a usable area more than 2 times larger than a simple volumetric coil.

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.The induction heating device is characterized in that the secondary volumetric coil of the matching transformer is double, each volumetric coil consists of two coaxial cylinders, closed on one side by a disc with a hole in the center, the diameter of which is equal to the diameter of the inner cylinder, the second volumetric coil is inserted into the first volumetric coil towards it, and the linear inductive conductors provide a serial connection of two volumetric turns.

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 наAs a result of a patent search, an induction heating device was found, containing a cylindrical heating chamber for accommodating a heated object, an inductor mounted outside of it, made in the form of an annular magnetic circuit wound on

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.winding through the insulation and an element of electrically conductive material covering them, electrically connected to the ends of the heating chamber, made in the form of a closed volume, from the outside is additionally placed a closed element of ferromagnetic material, the ends of which are electrically connected to the element of electrically conductive material and the heating chamber i.e. in fact, the device contains a transformer with a double secondary volumetric coil. But the secondary coils are short-circuited. In the device in question, however, the heater is equipped with a series connection of two volumetric turns by means of inductive conductors, which allows one to achieve the set goal, more specifically, to increase the power of the device by increasing the emf.

Изобретение по сн етс чертежом, на котором представлен продольный сегментный разрез индукционного нагревательного устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal sectional view of an induction heating device.

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 объемных5 The induction heating device comprises a toroidal core 1 with the primary winding 2, and a secondary double volumetric coil 3. The volumetric coil 3 consists of the first 4 and second 5 volumetric

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 сThere are 0 elements, each of which consists of two coaxial cylinders (4.1 and 4.2, 5.1 and 5.2, external and internal, respectively). The coaxial cylinders of the first volume element 4 are closed with

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 отверстием5 one side of the disk 6 with a hole in the center, the diameter of which is equal to the diameter of the cylinder 4.2. The coaxial cylinders of the second volume element 5 are also closed on one side by a disk 7 with a hole

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 5.40 in the center, the diameter of which is equal to the diameter of the cylinder 5.2. The second volume element 5 is inserted & The first volume element 4 to meet him. The loose edges of the cylinders 4.1 and 4.2 of the first volume element 4 were attached to disks 4.3 and 4.4 with holes 4.5 and 4.6. Cylinder 4.1 is longer than cylinder 4.2, so there is a gap between the disks 4.3 and 4.4. Holes 4.5 and 4.6 have the same diameter and are slightly offset relative to the axis of the device in opposite directions. Cylinders 5.1 and 5.2 have jagged free edges 5.3 and 5.4. The teeth through the slits 8 in the disk b of the first volume element 4 are brought out. To teeth 5.3 and 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 и5 cylinders 5.1 and 5.2 soldered discs 5.5 and 5.6 with openings 5.7 and 5.8. Teeth 5.3 longer than teeth 5.4. so between disks 5.5 and

5.6образован небольшой зазор. Отверсти 5.6 formed a small gap. Openings

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 and 5.8 have the same diameter as the holes 4.5 and 4.6, and are also offset from the common axis in opposite directions, i.e. that the holes 4.5 and 5.7,4.6 and 5.8 are axial (for the convenience of connecting the edges of the holes, inductive conductors). Induction conductors 9 and 10 provide a serial connection of two volume elements 4 and 5. One end of the conductor 9 is in contact with the edge of the hole 4.6. the other - with the edge of the hole 5.8 (at the points located on the line along which the holes are offset relative to the axis of the device). One end of the conductor 10 is in contact with the edge of the hole 4.5, the other - with the edge of the hole

5.7(в противоположных точках).5.7 (at opposite points).

Рассмотрим принцип работы индукционного нагревательного устройства.Consider the principle of operation of the induction heating device.

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 иThe primary toroidal winding 2 of the transformer receives alternating current from the RF source (not shown). Alternating current creates around the winding 2 an alternating magnetic field. The core 1 is magnetized by a winding 2 located on it, creating an additional alternating magnetic field. Increased so a thousand times the alternating magnetic field as a result of electromagnetic induction excites at the edges of the holes 4.5 and 4.6, 5.7 and

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.5.8 in disks 4.3 and 4.4, 5.5 and 5.6 secondary volumetric elements 4 and 5, the induction emf variable. The total magnetic flux, varying with time, provides an emf greater than the emf that would occur in a device with one secondary turn (see the formulas above). The induction conductors 9 and 10 connect the edges of the holes 4.6 and 5.8. 4.5 and 5.7 in disks 4.4 and 5.6.5.6,4.3 and 5.5, forming a sequentially closed circuit with bulk elements 4 and 5. A large amount of inductive current flows through conductors 9 and 10. A heated wire object, a rod, a tube, and the like are placed along the axis of the device between the inductive conductors 9 and 10.

За вл емое устройство по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает более высокую мощность за счет увеличени The claimed device in comparison with the prototype device provides higher power due to the increase in

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.EMF and higher efficiency at smaller mass and dimensions. what is achieved by the special design of the device. The active zone in the device is in a closed volume, as a result of which the heat loss from the surface of the heated object is practically reduced to zero. This also contributes to an increase in the efficiency of the device, since a large amount of power is supplied to the object, which increases the heating rate and, as a result, greater capacity of the installation for heating is achieved.

Claims

Formula of the Invention An induction heating device containing a transformer made in the form of a toroidal core with a primary winding and surrounds its volumetric cylindrical secondary coil with contact elements in the form of discs with holes in the center, and the end edge of the secondary coil is an inductor in the form of linear conductors, characterized by that, in order to increase the efficiency and power of the device, the secondary coil consists of two coaxial elements, each of which is made in the form of two coaxial cylinders c, closed at one of the ends opposite to both elements, indicated contact disks with holes in the center, and from the other end edges of both cylinders of the inner element are provided with teeth located in slots made in the contact disk of the outer element both elements with open ends provided with additional contact disks arranged with a gap from each other, the holes in the additional contact disks are made in pairs eccentric for each volume element and the pair but axially for the inner and outer cylinders of both elements, and the inductor conductors close the edges of these openings at points lying on the eccentric lines, ensuring a consistent connection of the elements.