CN109327928B - 感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法。所述接地装置包括安全引线和分流电缆簇，所述安全引线的一端用于连接所述电感线圈的中点，另一端连接分流电缆簇的一端，分流电缆簇的另一端连接感应加热电源的接地端子；所述接地方法为采用安全引线延伸出所述电感线圈的中点，然后使安全引线末端通过分流电缆簇连接感应加热电源的接地端子。本发明在不附加更多组件的情况下使用于高频感应加热设备中传输功率，能使电缆温升降低，进而可根据需要控制电缆温度。

Description

感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法

技术领域

本发明涉及电感加热线圈的接地技术领域，尤其涉及一种感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法。

背景技术

感应加热电源是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。与传统的加热设备相比，感应加热电源具有很多优点：对于固体可采用非接触的加热方式，加热温度高，安全高效，并且产品质量稳定，温度容易控制，加热速度快；对于气体加热时，由于不是通过电极产生等离子体，因此不会有金属污染，可更好地用于科研实验研究；并且功率因数高，对电网的污染小等。因此，感应加热电源已被广泛应用于工业生产及国防领域。

随着使用需求的增加，感应加热电源的功率在不断提升，电源系统所承受的负荷也随之增加。尤其感应加热电源包括的用于对工作负载进行加热的二槽回路，需承受极大的电流。

对于感应加热电源中的二槽回路，其电感线圈要通过电源的接地端形成封闭的LC振荡回路。在所述的LC振荡回路中，连接电感线圈中点和接地端之间的接地电缆需要承受极大的入地电流；由于LC振荡回路中的电流为高频交流电，趋肤效应使得高频交流电主要通过接地电缆表面导流，如果接地电缆较细(截面积较小)，其承受高频交流电产生的巨大发热量时会影响接地电缆的安全使用。想减少发热，保证接地电缆使用安全，就需要使用大横截面积的电缆。这会导致电源设备的成本增加，并且增加对设备现场的占用空间；尤其设备现场空间受限时，会造成巨大的安装难度。

因此，针对以上不足，需要提供一种新的电感线圈中点接地形式，使电源设备的成本降低，并且不会增大对设备现场的占用空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对感应加热电源中连接电感线圈中点的接地电缆横截面积大，造成占地面积大并且成本增加的缺陷，提供一种感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种感应加热电源电感线圈接地装置，包括安全引线和分流电缆簇，

所述安全引线的一端用于连接所述电感线圈的中点，另一端连接分流电缆簇的一端，分流电缆簇的另一端连接感应加热电源的接地端子。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地装置中，所述分流电缆簇由多根电缆相并联组成。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地装置中，所述分流电缆簇由四根电缆相并联组成。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地装置中，所述安全引线包括铜板或铜柱。

本发明还提供了一种感应加热电源电感线圈接地方法，包括：

采用安全引线延伸出所述电感线圈的中点，然后使安全引线末端通过分流电缆簇连接感应加热电源的接地端子。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地方法中，所述分流电缆簇由多根电缆相并联组成。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地方法中，所述分流电缆簇由四根电缆相并联组成。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地方法中，所述安全引线包括铜板或铜柱。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地方法中，所述分流电缆簇中电缆总根数的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：n＝R/R1；

在选定R1的情况下，根据n的计算公式向上取整获得分流电缆簇中电缆总根数。

在根据本发明所述的感应加热电源电感线圈接地方法中，所述分流电缆簇中电缆半径的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：R1＝R/n；

在选定n的情况下，根据R1的计算公式，获得分流电缆簇中电缆半径的可选择最小值。

实施本发明的感应加热电源电感线圈接地装置及接地方法，具有以下有益效果：本发明将感应加热电源电感线圈中点的接地电缆由一根变换为电缆簇进行接地，达到分摊电流并降低发热的效果，能提高电源整体的安全阈值；并且，经计算可知，为达到同样的载流效果，电缆簇的总横截面积可大大小于采用单根电缆所需要的横截面积，这既能减小电源设备的占用空间，又不会由于空间限制而影响安装。

本发明结构简单，在不附加更多组件的情况下使用于高频感应加热设备中传输功率，能使电缆温升降低，进而可根据需要控制电缆温度。

附图说明

图1为根据本发明的感应加热电源电感线圈接地装置的示例性原理图；

图2为感应加热电源的示例性原理图；

图3是从图2中简化出的二槽回路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一、本发明的第一方面提供了一种感应加热电源电感线圈接地装置，如图1所示，包括安全引线1和分流电缆簇2，

所述安全引线1的一端用于连接所述电感线圈L1的中点，另一端连接分流电缆簇2的一端，分流电缆簇2的另一端连接感应加热电源的接地端子。

本公开采用分流电缆簇2衰减现有单根电缆的传输电流，能实现对电缆屏蔽层感应电流发热量的削弱。在感应加热电源维持原有设备参数设计，并不影响输出功率的基础上，能降低电缆金属屏蔽层的感应电压，使在感应加热电源设备附近工作的电缆表面温度保持较低的水平，从而减弱电缆间相互耦合产生的感应电压，并降低环流和导线产热。使用于工作环境不能有效保证散热的情况下，能减少电缆发热量，降低电缆长时间大功率运行的温度。

如图2所示的感应加热电源中，Cm为主振回路总电容，Lm为主振线圈，Lf为栅反馈线圈，Cfa为一号分压电容，Cfb为二号分压电容，Cfp为旁路电容，C1为一号谐振电容，C2为二号谐振电容。电感线圈L1从中间断开，分别与电容C1、C2串联，两个串联线路再并联，再与电容Cfp串联，电感线圈L1的中点与电容Cfp的另一端分别连接接地端，通过大地形成LC振荡回路，此振荡回路可从图2中简化出来，具体如图3所示。

本实施方式在此感应加热电源电路的基础上，将电感线圈L1中点连接的单根接地电缆用分流电缆簇2替换；由于趋肤效应，电流主要通过电缆的表面传输，对于大功率高频感应加热电源来说，使用电缆簇2来代替单根接地电缆，能够减少电缆的使用量。

其中安全引线1的材质尽量选择导电率高的金属材料，例如可以是金、银或铜；考虑金或银的价格因素，并且其密度较高，优选铜作为安全引线1。

作为示例，所述分流电缆簇2可以由多根电缆相并联组成。

对于分流电缆簇2中电缆根数的选择，可在实际使用中基于单根电缆截面积的选定进行计算获得。并联电缆的长度应尽可能一致；电缆接头可通过母排连接，有利于减小节间电容，通过大电流。

作为示例，所述分流电缆簇2可以由四根电缆相并联组成。

在确定由四根电缆相并联组成的分流电缆簇2替代单根接地电缆时，可以经过计算确定每根电缆的最小横截面积。

作为示例，所述安全引线1包括铜板或铜柱。铜板或铜柱既可以作为导线，又可以对电感线圈L1起到支撑作用，能防止过重的电感线圈下垂造成其下石英管的损毁。

具体实施方式二、本发明的另一方面还提供了一种感应加热电源电感线圈接地方法，结合图1所示，包括：

采用安全引线1延伸出所述电感线圈的中点，然后使安全引线1末端通过分流电缆簇2连接感应加热电源的接地端子。

在图2所示的现有感应加热电源的基础上，将电感线圈L1中点连接的单根接地电缆用分流电缆簇2替换；由于趋肤效应，电流主要通过电缆的表面传输，对于大功率高频感应加热电源来说，使用电缆簇2来代替单根接地电缆，能够减少电缆的使用量。

若将分流电缆簇2直接与电感线圈L1连接，由于设备的整体特点，易造成电缆被击穿，出现放电现象，并且不易于实现连接安装。因此采用安全引线1将电感线圈的中点引出并延伸一定安全距离，既能满足对安装位置的合理选择，又保证了设备使用的安全性。所述的安全距离可以认为是满足安装便利的合理位置。

作为示例，所述分流电缆簇2由多根电缆相并联组成。

对于分流电缆簇2中电缆根数的选择，可在实际使用中基于单根电缆截面积的选定进行计算获得。

作为示例，所述分流电缆簇2由四根电缆相并联组成。

在确定由四根电缆相并联组成的分流电缆簇2替代单根接地电缆时，可以经过计算确定每根电缆的最小横截面积。

作为示例，所述安全引线1包括铜板或铜柱。

铜板或铜柱既可以作为导线，又可以对电感线圈L1起到支撑作用，能防止过重的电感线圈下垂造成其下石英管的损毁。

作为示例，所述分流电缆簇2中电缆总根数的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇2中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：n＝R/R1；

在选定R1的情况下，根据n的计算公式向上取整获得分流电缆簇2中电缆总根数。

作为示例，所述分流电缆簇2中电缆半径的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇2中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：R1＝R/n；

在选定n的情况下，根据R1的计算公式，获得分流电缆簇2中电缆半径的可选择最小值。

下面举例说明本发明能达到的效果：在考虑接地电缆的载流时，因为趋肤效应，优先考虑使电缆横截面的圆周长满足条件，如果采用多根小截面积的电缆进行分流，就能减少流过每根电缆的电流。下面以电缆A表示现有技术中采用的单根电缆：

假设采用电缆A接地时，为达到载流要求，需要的电缆A半径为R，则其横截面积为πR²，截面周长为2πR；现以四根电缆替换电缆A，要达到同样的载流效果，四根电缆的截面周长之和为2πR即可，即每根电缆的截面周长为1/2πR，经计算此时电缆的半径为1/4R，单根电缆的横截面积为1/16πR²，四根电缆的横截面积则为1/4πR²，与采用电缆A接地时进行比对，本发明的电缆横截面积仅为电缆A的1/4，由此可见，大大减少了电缆的使用总量。

再以优先确定分流电缆簇2中每根电缆的半径R1为例进行根数选择的说明，假设采用电缆A接地时，为达到载流要求，需要的电缆半径为R，则其横截面积为πR²，截面周长为2πR；现欲以半径为R1＝1/4R的多根电缆并联的方案替换电缆A，则此时单根电缆的截面周长为2π×1/4R＝1/2πR，欲满足截面总周长为2πR的要求，可见，需要四根电缆，此时分流电缆簇2的总横截面积为1/4πR²，仅为电缆A横截面积的1/4，大大减少了电缆的使用总量。

本发明的工作原理：当导体中有交流电或交变电磁场通过时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，越靠近中心，电流密度越小；并且交流电或交变电磁场频率越高，这种现象越明显。因此，在大功率高频感应加热电源中，为保证电感线圈的接地电缆不过度发热，就需要加大电缆的截面积来保证电缆的截面周长，从而扩大电缆的过流面积。

综上所述，本发明适用于作为感应加热电源电感线圈的接地方案，能够极大的减小电缆的使用量。经实验验证，并联的电缆数量越大，电缆横截面积减小的幅度越大，由此达到了减少成本，便于安装的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种感应加热电源电感线圈接地装置，其特征在于：包括安全引线(1)和分流电缆簇(2)，

所述安全引线(1)的一端用于连接所述电感线圈的中点，另一端连接分流电缆簇(2)的一端，分流电缆簇(2)的另一端连接感应加热电源的接地端子，所述安全引线(1)包括铜板或铜柱，对电感线圈起到支撑作用，防止电感线圈下垂造成其下石英管的损毁，所述分流电缆簇(2)由多根电缆相并联组成，并联电缆长度一致，电缆接头通过母排连接。

2.根据权利要求1所述的感应加热电源电感线圈接地装置，其特征在于：所述分流电缆簇(2)由四根电缆相并联组成。

3.一种感应加热电源电感线圈接地方法，其特征在于包括：

采用安全引线(1)延伸出所述电感线圈的中点，然后使安全引线(1)末端通过分流电缆簇(2)连接感应加热电源的接地端子；所述安全引线(1)包括铜板或铜柱，对电感线圈起到支撑作用，防止电感线圈下垂造成其下石英管的损毁；所述分流电缆簇(2)由多根电缆相并联组成。

4.根据权利要求3所述的感应加热电源电感线圈接地方法，其特征在于：所述分流电缆簇(2)由四根电缆相并联组成。

5.根据权利要求3或4任一项所述的感应加热电源电感线圈接地方法，其特征在于：所述分流电缆簇(2)中电缆总根数的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇(2)中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：n＝R/R1；

在选定R1的情况下，根据n的计算公式向上取整获得分流电缆簇(2)中电缆总根数。

6.根据权利要求3或4任一项所述的感应加热电源电感线圈接地方法，其特征在于：所述分流电缆簇(2)中电缆半径的选择方法为：

设定能达到接地载流要求时采用的单根电缆半径为R,则所述单根电缆的周长为2πR；

若分流电缆簇(2)中每根电缆的半径为R1,电缆总根数为n，为实现同样的载流效果，需使2πR＝2πR1×n；

则：R1＝R/n；

在选定n的情况下，根据R1的计算公式，获得分流电缆簇(2)中电缆半径的可选择最小值。