CN1279792C - 具有提高了效率的线圈系统的感应炉 - Google Patents

Abstract

一种感应炉系统(10)具有包围炉缸(13)的有源感应线圈(L1)。无源感应线圈(L2)也包围着该炉缸(13)。无源感应线圈(L2)与电容器(C2)并联连接以形成L-C谐振电路。给有源感应线圈(L1)提供交流电流源(20)以产生感应加热并熔化炉缸(13)中的导电材料(12)的磁场(M)。该磁场(M)也与无源感应线圈(L2)磁耦合以在无源感应线圈中产生感应电流(I2)。这种感应的电流(I2)产生可感应加热并熔化炉缸中材料(12)的磁场。L-C谐振电路的阻抗反映回到有源感应线圈(L1)的电路中以提高感应炉系统(10)的总体效率。炉缸可以是末端开口的以允许在加热处理的过程中导电材料(12)能够通过该炉缸(13)。

Description

具有提高了效率的线圈系统的感应炉

技术领域

本申请要求2001年1月8日申请的美国临时申请No.60/260,241的利益。

本发明涉及电感炉，特别是涉及具有提高了效率的线圈系统的感应炉。

背景技术

电感炉用于加热和熔化金属以及其它的导电材料。感应炉使用由交流电源供电的感应线圈。流经线圈的交流电流产生施加到放置在炉的炉缸的里面的导电炉料的磁场。应用磁场在炉料中所感应的涡流加热、熔化甚至熔融炉料。在感应线圈和炉料之间的磁耦合类似于磁变压器耦合。然而感应线圈具有比磁变压器的漏感高得多的漏感。因此感应炉的功率因数非常低，一般在0.08至0.15的范围内并且具有滞后的特点，因此感应炉是一种效率非常低的负载。

常规的无铁芯感应炉由水冷的螺旋铜线圈组成，并具有容纳炉料的陶瓷炉缸。在线圈中的交流电流产生在导电炉料中感应电流的磁场。如在附图1(a)所示，可以将感应炉100看成松散耦合的变压器，在该变压器中初级线圈的线匝磁耦合到由导电熔体102所形成的单匝中。在该附图中，Ic表示线圈电流，而I_m表示在熔池中的电流。因此，可以认为在熔体中感应的电流与在线圈中的电流的比率接近线圈线匝的数量。在熔体的周边上感应出最大的电流密度，而电流随着朝炉缸的中心的熔体深度呈指数衰减。

衰减率由常数(即电流透入熔体中的深度)Δ_m定义，定义如下式(米)：

${\mathrm{\Δ}}_m=\sqrt{\frac{2\·{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\μ}}_0\·{\mathrm{\μ}}_m\·f}}=503\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{f}}$

这里，ρ_m＝熔化的金属的电阻率(欧姆/米)；

μ₀·μ_m＝绝对和相对导磁率的乘积(μ₀＝4π×10^-7，而μ_m是该金属的相对导磁率，单位为H/m)；以及

f＝线圈电流的频率(赫兹)。

感应炉通常设计成满足电流透入金属的深度远小于熔体的半径的条件(Δ_m＜＜r_m)。

熔体的常规形状为圆柱形。大部分感应电流在厚度等于透入深度Δ_m的熔体的外层中流动。通过下式可以估计这层的电阻R_m(欧姆)：

$m=$ $\frac{{\mathrm{\ρ}}_m\·2\mathrm{\π}\·r_m}{h_m\·{\mathrm{\Δ}}_m}=0.0125\·\frac{r_m}{h_m}\sqrt{\frac{f}{{\mathrm{\ρ}}_m}}$

这里：

R_m＝熔体的电阻(欧姆)；

r_m＝熔体的半径；

h_m＝熔体的高度；

ρ_m、Δ_m和f如前文所定义。

感应炉在原理上是单相装置。所供应的电功率通常分布在平衡的三相线上。为了最佳地操作，感应炉通常在100至10,000赫兹的范围的频率下运行。炉中的熔融金属的电磁搅拌需要这些频率保持最佳的Δ_m/r_m比率。

固态功率转换器产生感应炉所需频率的功率、电压和电流。这些转换器使用功率半导体器件(比如SCR、IGBT或IGCT拓扑结构)。固态静态功率转换器解决了相位平衡问题。在转换为单相中频电流之前对输入3-，6-或12-相线电压进行整流。多相线电压的全波整流在输电线上产生较低的谐波失真，由此不需要线路滤波器。如在附图1(b)所示，功率变换器由三个主要的部分组成：

交流到直流整流器和直流滤波器；

直流到交流中频变换器；和

调谐电容器组。

通过改变变换器固态开关部件的换向时序来自动控制输送给炉中的功率。这种时序确定了工作频率、相位和炉子电流的幅值。

有两个常规的方式实施静态固态功率变换器，即具有并联电容器组的电流反馈变换器和具有串联的电容器组的电压反馈变换器。附图2(a)所示为使用电流反馈变换器的炉子系统。附图2(b)所示为使用具有串联/并联槽路电容器的电流反馈变换器的炉子系统。附图2(c)和2(d)所示分别为使用全桥和半桥结构的电压反馈变换器的炉子系统。每个这些电源拓扑结构包括整流器和滤波器部分110；固态变换器部分120；和调谐电容器部分130。虽然在这些附图中使用一般公认的SCR符号，但是在这些应用中也可以使用其它的固态开关器件。

如附图2(a)所示，在电流反馈变换器中，通常与炉子线圈并联连接功率因数校正电容器组。在此所使用的术语“电容器组”是指串联或并联连接的一个或多个电容器，其等效电路如附图所示。电容器组和线圈两者都连接在全桥变换器的对角线中。这种连接允许线圈电流的电抗分量绕过变换器的固态开关部件。然而，变换器承受整个炉子的电压。变换器的电压值可能高于或低于在整流器上的直流电压。因此，直流整流器和变换器部分必须通过电抗器去耦。该电抗器给变换器输送恒定的直流电流。它们起滤波器和蓄能容器的作用。变换器将直流电流转换为输送给并联谐振电路的方波电流。

在电流反馈变换器系统中通过改变变换器时序和直流电压控制炉子功率。当变换器电压落到直流整流器电压之下时，不能通过仅改变变换器换向频率来控制输出功率。另外还可通过调整整流器SCR的导电相位角度来实现对所输入的直流电流的控制。除非提供滤波器否则这种调整将给输电线中带来失真。

并行谐振变换器的主要优点在于通过固态开关器件仅传递一部分线圈电流，由此减少了半导体器件的数量。变换器仅控制一部分线圈电流。然而，这限制了变换器的可控制性。应用滤波直流电抗器作为临时能量存储器在启动变换器的过程中造成困难。在电抗器中的能量是运动能(类似于飞轮的能量)—它仅存在于直流电流经过整流器流到变换器中时。为在滤波直流电抗器中积累所需要的能量，使用专用的启动器网络。在并行变换器停止工作时，应用变换器的固态开关作为消弧电路来消耗来自这种电抗器的能量。

在变换器固态开关器件中的较低的电流的优点被这些器件所承受的较高的电压所抵消。这经常要求串联层叠这些器件，而反过来这又需要特殊的动态分压器。对于连接到标准低电压线的较小的电流反馈变换器，使用一如附图2(b)所示的串联/并联连接电容器组，而不使用并联谐振电路。

从电路理论方面看，如在附图2(c)中所示的电压反馈串联谐振变换器表示二元电路至电流反馈并联变换器。在直流线中的电流滤波电抗器由直流电压滤波电容器替代。输出并联谐振电路由串联谐振电路替代。在变换器上的电压保持恒定并等于交流到直流整流器的输出电压。全部线圈电流流经变换器SCR和调谐电容器组。这种结构提供该系统的良好可控制性。通过控制变换器固态开关器件的换向时序，它可以快速地改变(在一个振动周期内)在谐振电路中循环的能量多少。

在直流滤波电容器组中的可能的电能可以无限保持而不管变换器的状态。在每个循环中，无功功率通过固态开关器件从滤波器流到炉子或通过反并联二极管从炉子流到滤波器。

由于变换器部分的良好的可控制性，不需要控制直流电压。由于相位控制没有施加到整流器，在输电线上的输入功率因数相对恒定。不需要交流相位校正电容器或线路滤波器。通过应用如在附图2(d)中所示的半桥变换器方案甚至可以进一步简化串联谐振变换器的实际实施方式。

电流反馈变换器以较高的电压运行，而电压反馈变换器以较低的电压但满线圈电流运行。电压反馈变换器具有更好的可控制性并将无功能量整个存储在电容器中，该电容器具有比电流反馈变换器的直流电抗器更低的损失。在感应炉系统的所有这些已有技术的结构中，如上文所指出的一样，炉子线圈是效率非常低的电负载。因此，需要用于感应炉的具有更高效率的线圈系统。

发明内容

本发明是一种用于加热和熔化感应炉系统的炉缸中的导电材料的装置和方法，该感应炉系统包括炉缸；包围在炉缸的第一局部部分上的无源感应线圈；与无源感应线圈的端子相连以形成并联L-C谐振电路的电容器；包围在炉缸的第二局部部分上的有源感应线圈给包围在炉缸的局部部分上的有源感应线圈，该有源感应线圈相对于无源感应线圈设置，以在第一交流电流流经有源感应线圈时在有源和无源感应线圈之间产生磁耦合；以及电源，该电源具有适合于连接到非感应炉系统本身提供的外部功率源的输入端，电源的交流电流输出端与有源感应线圈的端子相连以给有源感应线圈输送第一交流电流，由此第一交流电流产生可感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的第一磁场，并且通过与无源感应线圈的磁耦合，该第一交流电流在无源感应线圈中感应产生第二交流电流，该第二交流电流产生可感应加热并熔化炉缸中的导电材料的第二磁场，同时并联L-C谐振电炉的阻抗反映到有源感应线圈中以提高感应炉系统的效率。在说明书和权利要求书中本发明的这些方面和其它方面均做了阐述。

附图说明

为说明本发明，在附图中示出了目前优选的形式；然而，应该理解的是本发明并不限于所示的具体的结构和手段。在附图中：

附图1(a)所示为说明感应电流分布的常规炉缸的截面视图。

附图1(b)所示为附图1(a)中的炉缸连接到常规的电源后形成的感应炉系统。

附图2(a)所示为使用电流反馈变换器的常规感应炉系统的平面图。

附图2(b)所示为使用具有串联/并槽路电容器的电流反馈变换器的常规感应炉系统的平面图。

附图2(c)所示为使用电压反馈变换器的常规感应炉系统的平面图。

附图2(d)所示为使用串联槽路电容器的常规感应炉系统的平面图。

附图3(a)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的一个实例的平面图。

附图3(b)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的一个实例的简化的示意图。

附图3(c)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一个实例的简化的示意图。

附图4所示为作为本发明感应炉系统的一个实例的系统频率与可用于感应加热和熔化的功率幅值的函数关系曲线图。

附图5所示为作为本发明感应炉系统的一个实例的系统频率与感应线圈系统的输入阻抗的幅值的函数关系曲线图。

附图6所示为作为本发明感应炉系统的一个实例的系统频率与感应线圈系统的线圈负载功率因数的幅值的函数关系曲线图。

附图7所示为作为本发明感应炉系统的一个实例的系统频率与感应线圈系统的输入电抗的幅值的函数关系曲线图。

附图8(a)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一实例的平面图。

附图8(b)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一实例的简化示意图。

附图9(a)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一实例的平面图。

附图9(b)所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一实例的简化示意图。

附图10所示为说明具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的优点的矢量图。

附图11所示为具有本发明的提高了效率的线圈系统的感应炉系统的另一实例的简化示意图。

具体实施方式

下面参考附图说明根据本发明的一个使用了高效率线圈系统的感应炉系统10的实例。其中相同的标号表示相同的元件，如附图3(a)和附图3(b)所示。

线圈L₁(有源线圈)的末端连接到交流电源20，该交流电源在可控制的电压和频率下运行以在线圈L₁中产生电流I₁。线圈L₂(无源线圈)连接到电容器C₂形成一个并联L-C谐振电路。由在线圈L₁中的电流流动所产生的磁场产生了磁耦合到线圈L₂的通量场(如在附图中的互感M所示)，该通量场在线圈L₂中产生感应电流I₂。所感应的电流I₂具有与电流I₁相同的频率。由在线圈L₁和L₂中流动的电流所产生的磁场对放置在炉缸13中的导电材料12进行感应加热和熔化。

I₂的幅值和相位还取决于在由这些部件所形成的谐振电路中的线圈L₂和电容器C₂所选择的阻抗值。

在线圈L₂上的电压在线圈L₁上产生反电压，该反电压与控制L₁中电流I₁的流动的电源电压相反。从而，线圈L₁从变换器中牵引较小的电流，而感应炉系统10产生相同的功率幅值，由此在保持相同的加热和熔化功率情况下，可以使电源的电子部件小型化。

此外，在谐振电路中的电容器C₂的电抗实质改善了感应线圈的低滞后功率因素以提供更高效率的线圈系统。

在附图3(a)中使用具有串联谐振电容器的电压反馈半桥变换器，而附图3(b)所示为本发明的感应炉系统的更一般性的实例，在该实例中转换器(电源)以元件21一般性地表示。在附图3(a)中，本发明的这种实例构造为半桥式转换器，所示的电容器C₁为在半桥上的分布电容，而在附图3(b)中电容器C₁一般示为单个电路元件。

本发明中的高效率线圈系统可以用于各种类型的电源拓扑结构，这些电源拓扑结构例如有(但不限于)串联谐振电压反馈变换器和应用脉冲宽度调制的变换器，均可使用提高了效率的线圈系统，

通过附图10所示的矢量图可以进一步理解本发明。在该附图中，在有源线圈电路方面，矢量OV表示如在附图3(a)至附图3(c)所示的有源线圈L₁中的电流I₁。矢量OA表示有源线圈的电压的电阻性分量I₁R₁(在附图中没有示出R₁)。矢量AB表示有源线圈的电压的电感性分量ωL₁I₁(这里ω等于2π乘以电源的工作频率f)。矢量BC表示由无源线圈L₂感应到有源线圈L₁上的电压ωMI₂。矢量CD表示在电源的变换器部分和有源线圈L₁之间连接的串联电容器C₁上的电压I₁/ωC₁。矢量OD表示变换器(在附图3(a)中的端子3和4之间的电压)的输出电压V_inv。

在无源线圈电路方面，矢量OW表示在无源线圈L₂中的电流I₂，该电流I₂是由电流I₁所产生的磁场所感应的。矢量OF表示无源线圈电压的电阻性分量I₂R₂(在附图中没有示出R₂)。矢量FE表示无源线圈的电压的电感性分量ωL₂I₂。矢量EG表示由有源线圈L₁感应到无源线圈L₂上的电压ωMI₁。矢量GO表示连接在无源线圈L₂上的电容器C₂上的电压I₂/ωC₂。

有源线圈电路由电压源V_inv驱动，而无源线圈环路并不连接到有源能量源。由于有源和无源线圈互相耦合，矢量BC加上矢量OB得到矢量OC，矢量OB表示在炉上不存在无源电容性线圈电路的情况下在有源线圈上的电压(V′_furn)，而OC表示具有本发明的无源电容性线圈电路的有源线圈上的电压(V_furn)。所得的炉电压V_furn比由矢量OB(如虚线所示)所表示的常规的炉具有更小的滞后功率因数角度(在x-轴和矢量OC之间的逆时针角度)。如附图10所示，功率因数角度增大了Δ。

在本发明中，在无源线圈中的感抗基本被容抗(即ωL2.1/ωC₂)所补偿。在无源线圈电路中的未补偿的电阻性分量R₂通过在两个电路之间的互感反映到有源线圈电路中，并且使有效的有源线圈电路的电阻增加，因此改善了功率因素角度或者说线圈系统的效率。

变换器的输出的功率因素角度ψ进一步提高Δψ，如图所示在矢量OJ(在不存在无源线圈电路的情况下的电阻性分量矢量OA和电容性分量矢量AJ的合成矢量(V′_inv))和矢量OD(应用本发明的无源线圈电路的电阻性分量矢量OH和电容性分量矢量HD的合成矢量(V_inv))之间的角度。

如附图3(c)所示，在本发明高频率线圈系统的另一实例中，线圈L₁和L₂可以完全或部分地重叠以增加在两个线圈之间的互感M。

如附图4所示的本发明的另一实例，线圈L₁和L₂分别具有大约144赫兹和166赫兹的不同的谐振频率。对于线圈L₁和L₂的谐振相同的频率逼近忽略了在附图4中所示的两个线圈的谐振的微小的频率偏移。

在附图4中，P1_n曲线(以点划线示出)说明了在线圈L₁电路中的功率的幅值，而P2_n曲线(以虚线示出)说明了在线圈L₂电路中的功率的幅值。P∑_n曲线(以实线示出)表示在线圈L₁和线圈L₂电路中的功率的总和。通过改变在直流电流和线圈L₁的谐振频率(在本实例中大约为144赫兹)之间的电源的输出频率(f_n)可以实现功率控制。

附图5所示为对于本发明的一种实例电源频率(f_n)对在如附图3(a)和附图3(b)中所示的端子1和2之间的负载阻抗(Z_n，欧姆)的幅值的影响。

附图6所示为对于本发明的一种实例电源频率(f_n)对在如附图3(a)和附图3(b)中所示的端子1和2之间的负载电路的功率因数(Pf_n)的影响。附图6说明了在本发明的一种实例中通过在大约144赫兹的第一谐振频率之下的范围中运行电源可以实现线圈负载功率因数的改善。

附图7所示为对于本发明的一种实例电源频率(f_n)对在如附图3(a)和附图3(b)中所示的端子1和2之间的负载电抗(X_n，欧姆)的幅值的影响。

通过以具有不同的电抗值的电容器替换该无源电抗的电容器C₂以改变在由线圈L₂和电容器C₂所形成的并联L-C谐振电路中的谐振点可以调节在炉缸中的熔化材料的电磁搅拌。在某些应用中，L-C谐振电路位于炉缸的底部，通过选择电容器C₂以使由在炉缸的底部附近的过度的电磁搅拌所引起的扰动减到最小，以避免从炉缸中消除耐熔材料，这些耐熔材料沉积在熔化材料的底部并污染它。电容器C₂也可以是可调的电容器组，在这种电容器组中很容易调节电容器C₂的电容。

附图8(a)和附图8(b)所示为本发明的感应炉系统的一个可选实例，其中调谐电容器C₂连接在线圈L的局部部分L_b上，而线圈L的末端(1和2)连接到在附图8(a)中的电源20的输出上或在附图8(b)的电源21的输出上。在本实例中，线圈L起在整个线圈上施加功率的自耦变压器的作用。由局部线圈部分L_b和电容器C₂形成的L-C谐振电路提高了电感线圈电路的总体效率。

附图9(a)和附图9(b)所示为本发明的感应炉系统的另一个可选实例，其中调谐电容器C₂连接在线圈L的末端上，线圈L具有连接到在附图9(a)中的电源20的输出上或在附图9(b)的电源21的输出上的局部部分L_b。在本实例中，线圈L起在整个线圈的局部部分上施加功率的自耦变压器的作用。由感应线圈L和电容器C₂形成的L-C谐振电路提高了电感线圈电路的总体效率。

附图11所示为本发明的另一实例，在该实例中炉缸90包括由感应线圈所包围的末端开口的绝热材料。虽然所示的炉缸90基本为圆柱形，但是末端开口的炉缸也可以以其它的方式构造，只要它允许导电材料92可以经过炉缸即可。导电材料可以是(但不限于)钢坯，该钢坯穿过炉缸从而被感应加热或熔化。炉缸和导电材料也可以在除了在附图11中所示的方向以外的其它方向上取向，例如在水平方向而不是垂直方向。在本实例中，线圈、并联L-C谐振电容器和电源类似于在附图3(a)中所示的线圈、并联L-C谐振电容器和电源。这种末端开口的炉缸可以用于本发明的其它任何实例。

其它的有源和无源线圈结构也都在本发明所公开的范围内。例如，在具有一个或多个重叠的线圈和/或一个或多个非重叠的线圈的各种结构中可以使用多个有源和/或多个无源线圈电路。此外，在炉缸的高度范围内有源和无源线圈可以交替设置。例如，无源线圈可以设置在有源线圈的上面。

虽然在附图中示出了一种类型的电源使用本发明的较高效率的线圈系统，但是其它的电源拓扑结构(比如应用脉冲宽度调制技术的电源)也可以利用本发明的感应炉系统的线圈的优点。

本发明的实例包括具体的电子部件。本领域的熟练人员可以通过替换对同类型的发明不必要的但产生所需的条件或完成本发明所需的结果的部件来实施本发明。例如，多个部件可以替换单个部件或反之亦然。

前述的实例并不限制所公开的发明的范围。在附加的权利要求中进一步阐述所公开的发明的范围。

Claims (20)

1、一种感应炉系统，包括：

炉缸；

感应线圈系统，该感应线圈系统用于感应加热和熔化放置在炉缸中的导电材料，该感应线圈系统包括：

包围在炉缸的第一局部部分上的无源感应线圈；

与无源感应线圈的端子相连以形成并联L-C谐振电路的电容器；

包围在炉缸的第二局部部分上的有源感应线圈，该有源感应线圈相对于无源感应线圈设置以在第一交流电流流经有源感应线圈时在有源和无源感应线圈之间产生磁场；以及

电源，该电源具有适合于连接到非感应炉系统本身提供的外部功率源的输入端，电源的交流电流输出端与有源感应线圈的端子相连以给有源感应线圈输送第一交流电流，由此第一交流电流产生可感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的第一磁场，并且通过与无源感应线圈的磁耦合，该第一交流电流在无源感应线圈中感应产生第二交流电流，该第二交流电流产生可感应加热并熔化炉缸中的导电材料的第二磁场，同时并联L-C谐振电路的阻抗反映到有源感应线圈中以提高感应炉系统的效率。

2、根据权利要求1所述的感应炉系统，其中无源感应线圈至少部分地与有源感应线圈重叠。

3、根据权利要求1所述的感应炉系统，其中电容器的电容是可调节的以改变第二磁场的磁搅拌特性。

4、根据权利要求1所述的感应炉系统，其中炉缸是一种末端开口的绝热材料型炉缸。

5、根据权利要求1所述的感应炉系统，进一步包括放置在炉缸中的导电材料。

6、根据权利要求5所述的感应炉系统，其中炉缸是一种末端开口的绝热材料型炉缸，导电材料包括钢坯。

7、一种感应炉系统，包括：

炉缸；

感应线圈系统，该感应线圈系统用于加热和熔化放置在炉缸中的导电材料，该感应线圈系统包括：

包围在炉缸上的感应线圈；

电容器，该电容器连接在感应线圈的局部部分上以与该感应线圈的局部部分一起形成并联L-C谐振电路；

电源，该电源具有可连接到非感应炉系统提供的外部功率源的输入端，电源端交流电流输出与感应线圈的端子相连以给该感应线圈输送交流电流，由此该交流电流产生可感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的磁场，同时并联L-C谐振电路的阻抗提高了感应炉系统的效率。

8、根据权利要求7所述的感应炉系统，其中炉缸是一种末端开口的绝热材料型炉缸。

9、根据权利要求8所述的感应炉系统，炉缸中放置有包括钢坯的导电材料。

10、一种感应炉系统，包括：

炉缸；

感应线圈系统，该感应线圈系统用于加热和熔化放置在炉缸中的导电材料，该感应线圈系统包括：

包围在炉缸上的感应线圈；

电容器，该电容器与感应线圈的端子相连并与该感应线圈一起形成并联L-C谐振电路；及

电源，该电源具有一可连接到功率源的输入端和一连接在感应线圈的局部部分上以给该感应线圈的局部部分输送交流电流的交流输出，由此该交流电流产生可感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的磁场，同时并联L-C谐振电路的阻抗提高了感应炉系统的效率。

11、根据权利要求10所述的感应炉系统，其中炉缸是一种末端开口的绝热材料型炉缸。

12、根据权利要求11所述的感应炉系统，炉缸中放置有包括钢坯的导电材料。

13、一种感应加热并熔化炉缸中的导电材料的方法，该方法包括如下的步骤：

以无源感应线圈包围炉缸的第一局部部分；

将电容器连接到无源感应线圈的端子上以形成并联L-C谐振电路；

以有源感应线圈包围炉缸的第二局部部分；

给有源感应线圈提供第一交流电流以产生可感应加热并熔化导电材料的第一磁场，并且通过第一磁场与无源感应线圈的磁耦合，该第一交流电流在无源感应线圈中感应产生第二交流电流，该第二交流电流产生可感应加热并熔化导电材料的第二磁场，同时并联L-C谐振电路的阻抗反映到有源感应线圈中以提高感应炉系统的效率。

14、根据权利要求13所述的方法，进一步包括使无源线圈与有源线圈至少部分地重叠的步骤。

15、根据权利要求13所述的方法，进一步包括调节电容器的电容由此改变第二磁场的磁搅拌特性的步骤，所述第二磁场由无源感应线圈中的第二交流电流产生。

16、根据权利要求13所述的方法，进一步包括使导电材料通过炉缸的步骤。

17、一种感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的方法，该方法包括如下的步骤：

以感应线圈包围炉缸；

将电容器连接到感应线圈的局部部分上以形成包括电容器和感应线圈的局部部分的并联L-C谐振电路；

给感应线圈提供交流电流源以产生可感应加热并熔化导电材料的磁场，同时并联L-C谐振电路提高了感应炉系统的效率。

18、根据权利要求17所述的方法，包括使导电材料通过炉缸的步骤。

19、一种感应加热并熔化放置在炉缸中的导电材料的方法，该方法包括如下的步骤：

以感应线圈包围炉缸；

将电容器连接到感应线圈的端子上以形成包括电容器和感应线圈的并联L-C谐振电路；

给感应线圈的局部部分提供交流电流源以产生可感应加热并熔化导电材料的磁场，同时并联L-C谐振电路提高了感应炉系统的效率。

20、根据权利要求19所述的方法，包括使导电材料通过炉缸的步骤。

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