CS259181B1

CS259181B1 - Matching device with high-frequency transformer's infinitely variable coupling and stepwise variable capacity

Info

Publication number: CS259181B1
Application number: CS865203A
Authority: CS
Inventors: Petr Hulka; Frantisek Jares; Jaroslav Hamsa; Jaroslav Nosek
Original assignee: Petr Hulka; Frantisek Jares; Jaroslav Hamsa; Jaroslav Nosek
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS520386A1

Abstract

Zařízení řeší problém zvýšení účinnosti přenosu vysokofrekvenční energie mezi vysokofrekvenčním generátorem a aplikací vysokofrekvenčního ohřevu. Dociluje' se toho přímým spojením vývodů primárního vinutí vysokofrekvenčního^transformátoru s nulovou sběrnicí a pamětovou sběrnicí kondenzátorové baterie v jeden pohyblivý oelek, osově umístěny proti sekundárnímu vinutí vysokofrekvenčního transformátoru. Zařízení je určeno pro nejvhodnější nastavení parametrů vysokofrekvenčního generátoru při různých aplikacích vysokofrekvenčního ohřevu, jako ,1e indukční podélné svařování trub, ohřev spirálově navalovaných, žebrovaných trub, kde se uplatňuje kombinace indukčního a kondukčního vysokofrenvenčního ohřevu, apod.The device solves the problem of increasing efficiency transmission of radio frequency energy between a high frequency generator and an application of high frequency heating. Dociluje ' with the direct connection of the primary terminals the high frequency transformer winding with zero bus and memory bus capacitor batteries in one movable oelek, axially placed against the secondary transformer windings. The device is designed for the most suitable settings RF generator parameters in various high frequency applications heating, such as induction longitudinal welding of tubes, heating of spirals, ribbed tubes where it is applied high-frequency induction and conduction combination heating, etc.

Description

Vynález ee týká přizpůsobovacího zařízení s plynule proměnnou vazbou vysokofrekvenčního transformátoru a po stupních proměnnou kapacitou, určené pro nejvhodnější nastavení provozních parametrů vysokofrekvenčního generátoru, zejména při podélném svařování trub.The invention relates to an adaptation device with a continuously variable coupling of a high-frequency transformer and a step-by-step capacitance intended for the most suitable adjustment of the operating parameters of the high-frequency generator, in particular for longitudinal welding of tubes.

Jsou známá různá uspořádání přizpůsobovacího zařízení, kde např. je oscilační obvod řešen tak, že oscilační kapacita, kterou je kondenzátorová baterie, je součástí vysokofrekvenčního zdroje, např. elektronkového generátoru a výstupní vysokofrekvenční transformátor s induktorem jsou umíetěny v blízkosti aplikace vysokofrekvenčního ohřevu. Oba celky, přizpůsobovací zařízení a vysokofrekvenční generátor, někdy dosti vzdálené, jsou spolu propojeny vzduchovým koaxiálním vedením o délce řádově metry. Toto koaxiální vedení je tvořeno dvěma souosými vodiči, nejčastěji měděnými trubkami, kde vnitřní trubka přivádí velký vysokofrekvenční proud o vysokém hapětí a vnější trubka slouží jako zpětný vodič na nulovém potenciálu a současně jako vysokofrekvenční stínění. Izolací mezi trubkami je vzduch, a vzdálenost vnější a vnitřní trubky musí být vedena na potřebnou elektrickou pevnost vedení, která je určována izolačními vlečkami, zajišťujícími eouosost obou trubek. Takové vedení je připojeno pomocí vodivých spojek, nejčastěji z ,měděného plechu, k oscilační kondenzátorové baterii na straně vysokofrekvenčního zdroje a k výstupnímu vysokofrekvenčnímu transformátoru v prostoru aplikace ohřevu.Various arrangements of the adaptation device are known where, for example, the oscillating circuit is designed such that the oscillating capacity, which is a capacitor battery, is part of a high-frequency source, eg a vacuum generator and an output high-frequency transformer with inductor. The two units, the adaptation device and the high-frequency generator, sometimes quite remote, are interconnected by an air coaxial line of the order of a meter. This coaxial conduit consists of two coaxial conductors, most commonly copper tubes, where the inner tube delivers a large, high-haphand high-frequency current and the outer tube serves as a return potential at zero potential and at the same time as a high-frequency shield. The insulation between the pipes is air, and the distance between the outer and inner pipes must be guided to the required electrical strength of the conduit, which is determined by insulating plumes ensuring the eo-axis of the two pipes. Such a line is connected by means of conductive couplings, most often made of copper sheet, to an oscillating capacitor battery on the side of the RF source and to the output RF transformer in the heating application area.

Hlavní nevýhodou tohoto úspeřádání jsou zejména ztráty, které ve vysokofrekvenčním vedení tohoto typu představují jednak induktivní úbytky dané geometrickým uspořádáním vedení se vzduchovou izolací mezi trubkami a jejich délkou a přechodové odpory značného množství šroubových spojů. Vysokofrekvenční proudy tekoucí tímto vedením jsou oscilační a mají hodnotu řádově stovek apér. Tímto proudem, který se s vysokofrekvenčním výkonem zvětšuje, se celé vedení přehřívá, někdy teplota přesahuje přípustnou hodnotu s následnými poruchami pr.ovozu. Další nevýhodou je menší účinnost a tím i menší přenesený výkon a také velké pracnost stoupající s nároky na přesnost výroby vedení. Dosti velkou nevýhodou tohoto uspořádání oscilačního obvodu jsou i značně omezené možnosti začlenění celého systému do různých technologických procesů, a to zejména z hlediska použití takového obvodu ve výrobních linkách, jejichž součástí tento oscilační obvod být musí.The main disadvantage of this arrangement is, in particular, losses which, in the high-frequency line of this type, represent inductive losses due to the geometric arrangement of the air-insulated line between the tubes and their length and the transient resistance of a considerable number of screw connections. The high-frequency currents flowing through this line are oscillating and are of the order of hundreds of apers. This current, which increases with high-frequency power, overheats the entire line, sometimes the temperature exceeds the permissible value, with subsequent operation failures. Another disadvantage is the lower efficiency and thus the lower transferred power and also the high labor intensity increasing with the demands on the accuracy of the production of the lines. A considerable disadvantage of this arrangement of the oscillating circuit is the very limited possibility of integrating the whole system into various technological processes, especially in terms of the use of such a circuit in production lines, which must include this oscillating circuit.

Tyto nevýhody odstraňuje přizpůsobovací zařízení s plynule proměnnou vazbou vysokofrekvenčního transformátoru a po stupních proměnnou kapacitou, určené pro nejvhodnější nastavení provozních parametrů vysokofrekvenčního generátoru, zejména při podélném svařování trub. Toto zařízení má podstavec, ve kterém je umístěn vodní odpor a rozvod chladicí vody a na kterém je stínící sříň, v níž je umístěna na pohyblivém podvozku kondenzátorové baterie,. Podstata vynálezu je v tom, že nulová sběrnice i napětové sběrnice kondenzátorové baterie jsou přímo spojeny s vývody primárního vinutí vysokofrekvenčního transformátoru v jeden pohyblivý celek, osově umístěný proti sekundárnímu vinutí vysokofrekvenčního transformátoru.These disadvantages are overcome by a continuously variable coupling of the high-frequency transformer and a step-by-step capacitance designed for the most appropriate adjustment of the operating parameters of the high-frequency generator, especially during longitudinal welding of tubes. The apparatus has a pedestal in which the water resistance and the cooling water distribution are located and on which there is a shielding box in which it is placed on the movable chassis of the capacitor battery. The principle of the invention is that both the neutral bus and the voltage bus of the capacitor battery are directly connected to the terminals of the primary winding of the high-frequency transformer in a single movable assembly, axially positioned opposite the secondary winding of the high-frequency transformer.

- 3 Hlavní výhod® přizpůsobovacího zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že uspořádání primárního vinutí vysokofrekvenčního transformátoru a kondenzátorové baterie v oscilační celek prakticky nemá žádné ztráty ve vedení a že tento oscilační obvod je dálkově z vysokofrekvenčního zdroje napájen jen malým činným proudem pomocí vysokofrekvenčního kabelu, který je připojen přímo na sběrnice kondenzátorové baterie. Tím se dociluje malých ztrát a zvětšuje se vysokofrekvenční účinnost. Velkou výhodou je, že oscilační proudy netečou stínící hliníkovou skříni, protože oscilační obvod je od ní izolován. Sběrnice nulového potenciálu oscilačního obvodu je spojena stínícím pláštěm vysokofrekvenčního kabelu s nulovým potenciálem vysokofrekvenčního generátoru až v prostoru vysokofrekvenčního generátoru, kdežto stínící hliníková skříň, která zobrazuje jen šíření rozptylového vysokofrekvenčního pole, se uzemňuje samostatně. Sekundární vinutí vysokofrekvenčního transformátoru, vyrobené ze širokého měděného pasu ztvarovaného do válce, kde tvoří jeden nebo více závitů, je vyústěno do vysokofrekvenčního vedení, ukončeného masivní přírubou, na kterou se připojuje induktor, kde se uskutečňuje vysokofrekvenční ohřev. Jelikož sekundárním uzavřeným obvodem, tj. sekundárním vinutím vysokofrekvenčního transformátoru, vysokofrekvenčním vedením s přírubou a induktorem tečou velké pracovní proudy, je třeba, aby vedení mezi nimi· bylo s minimálními ztrátami a proto jsou tyto umístěny do nejměnší vzdálenosti od aplikačního prostoru. Další výhodou je možnost konstrukčního individuálního uspořádání oscilačního obvodu s ohledem na použití v různých aplikacích vysokofrekvenčního ohřevu při použití typyzovaného vysokofrekvenčního zdroje beze změny, protože ten již neobsahuje oscilační kondenzátorovu baterii· Neméně důležitou výhodou jeThe main advantage of the adaptation device according to the invention is that the arrangement of the primary winding of the high-frequency transformer and the capacitor battery in the oscillating unit virtually has no line losses and that this oscillating circuit is remotely supplied from the high-frequency source by only a small active current. which is connected directly to the capacitor battery bus. This results in low losses and high frequency efficiency. The big advantage is that the oscillating currents do not flow through the shielding aluminum housing, as the oscillating circuit is insulated from it. The zero potential bus of the oscillating circuit is connected by the shielding of the high-frequency cable to the zero-potential of the high-frequency generator only in the high-frequency generator space, while the shielding aluminum box, which shows only the spreading of the high-frequency scattering field, is grounded separately. The secondary winding of the high-frequency transformer, made of a wide copper strip shaped into a cylinder where it forms one or more turns, is terminated in a high-frequency line terminated by a massive flange to which an inductor is connected for high-frequency heating. Since high current currents flow through the secondary closed circuit, ie the secondary winding of the high-frequency transformer, the high-frequency flange and inductor lines, the lines between them must be kept at a minimum loss and are therefore located at the smallest distance from the application space. Another advantage is the possibility of designing an individual arrangement of the oscillating circuit with respect to use in various applications of high frequency heating with the use of a typified high frequency source without change, since it no longer contains an oscillating capacitor battery.

- 4 použití v technologických procesech pro jeho malou náročnost na zastavěnou plochu. Dálkově a plynule měnitelná elektrické vazba mezi primářem a sekundářem vysokofrekvenčního transformátoru umožňuje za chodu aplikačního zařízení nastavit optimální elektrické parametry za účelem dosažení maximálního přeneseného vysokofrekvenčního výkonu do ohřívaného předmětu v souladu s mechanickými parametry aplikačního zařízení» Tato součinnost mechanických a elektrických parametrů celého zařízení umožňuje bezeztrátové spouštění a zastavování svařovací linky a také její elektrické řízení podle předem určeného programu.- 4 applications in technological processes due to its low demand on built-up area. Remote and infinitely variable electrical coupling between the primary and secondary transformer of the HF transformer allows the user to set optimal electrical parameters while the applicator is running to achieve maximum transferred HF power to the heated object in accordance with the applicator's mechanical parameters. and stopping the welding line as well as its electrical control according to a predetermined program.

Příklad přizpůsobovacího zařízení podle vynálezu je na připojeném výkrese, kde je schematický podélný řez zařízením.An example of the adaptation device according to the invention is in the attached drawing, where a longitudinal section of the device is schematic.

Přizpůsobovací zařízení má podstavec 1, který je úhelníkové konstrukce a je opatřený prachotěsnými kryty. Jsou v něm umístěny svorkovnice 2 pomocných a ovládacích obvodů, ve stíněné skříni umístěný vodní odpor 2» sloužící k oddělení vysokofrekvenčního napětí od nulového potenciálu vodních obvodů a rozvod £ chladicí vody, včetně hlídačů průtoku a teploty vody a vodních armatur. Na podstavci 1 je umístěna stínící skříň £ z hliníku s dokonale vysokofrekvenčně těsnými kryty. Tato stínící skříň sestává z oscilačních kondenzátorů 6, seskupených v kondenzátorovou baterii 10., jejíž jednotlivé oscilační kondenzátory 6 lze snadno odpojit a tím měnit její kapacitu v hodnotě odpojeného nebo připojeného oscilačního kondenzátoru 6 a přizpůsobovacího vysokofrekvenčního transformátoru. Tento se skládá z primárního vinutí 2» jehož vývody 8 jsou spojeny mechanicky a elektricky přímo β nulovou sběrnicí 12 a s napěťovou sběrnicí 14 kondenzátorové baterie IQ v jeden pohyblivý celek. Vývody 8 mohou mít seThe matching device has a pedestal 1 which is of angular construction and is provided with dustproof covers. It contains terminal blocks 2 of auxiliary and control circuits, a water resistor 2 located in a shielded box serving to isolate the high-frequency voltage from the zero potential of the water circuits and the cooling water distribution 6, including water flow and temperature sensors and water fittings. On the pedestal 1 an aluminum shielding box 6 with perfectly high-frequency sealing covers is placed. This shielding box consists of the oscillating capacitors 6 grouped in the capacitor battery 10, the individual oscillating capacitors 6 being easily disconnected and thus varying its capacity in the value of the disconnected or connected oscillating capacitor 6 and the matching RF transformer. This consists of a primary winding 2, the terminals 8 of which are connected mechanically and electrically directly by the β zero bus 12 and the voltage bus 14 of the capacitor battery 10 in one movable assembly. Leads 8 may have

- 5 sběrnicemi 12, 14 přímkový styk, takže je není třeba nijak upravovat. V případě většího proudového zatížení je nutno vytvořit větší stykovou plochu, např. zploštěním vývodů 8, případně použít pozvolně se rozšiřujících praporců. Na horní, napěťové sběrnici 14 kondenzátorové baterie 10 je vysokofrekvenční svorkovnice 9, na níž se připojuje vysokofrekvenční kabel 11, jehož stínící plášť je spojen s dolní, nulovou sběrnicí 12 pomocí objímky 13. Mezi nulovou sběrnicí 12 a napěťovou sběrnicí 14 jsou zapojeny oscilační kondenzátory 6. Vysokofrekvenční kabel 11 spojuje oscilační obvod se zdrojem vysokofrekvenční energie, tj. s vysokofrekvenčním generátorem a tam je také na nulovém potenciálu spojen jeho stínící plášť. Celek kondenzátorové baterie 10 s primárním vinutím 2 vysokofrekvenčního transformátoru je umístěn na pohyblivém podvozku 15 opatřeném pro posuv kolečky 16. Pohyblivý podvozek 15 je spojen izolačním táhlem 22 se servomotorem 21. umístěným v samostatném krytu mimo prostor stínící skříně- 5 buses 12, 14 are in direct contact, so there is no need to modify them. In case of higher current load it is necessary to create a larger contact surface, eg by flattening the terminals 8, or to use slowly expanding flags. On the upper voltage bus 14 of the capacitor battery 10 is a high-frequency terminal block 9 to which a high-frequency cable 11 is connected, whose shielding sheath is connected to the lower, zero bus 12 by means of a sleeve 13. Oscillating capacitors 6 are connected. The high-frequency cable 11 connects the oscillating circuit to a high-frequency power source, i.e. a high-frequency generator, and there is also a shielding sheath connected at zero potential. The assembly of the capacitor battery 10 with the primary winding 2 of the high-frequency transformer is located on a movable bogie 15 provided for the movement of the wheel 16. The movable bogie 15 is connected by an insulating rod 22 to a servomotor 21 disposed in a separate housing outside the shielding box.

3. Sekundární vinutí 17 vysokofrekvenčního transformátoru je osově umístěné proti primárnímu vinutí 2 ^a j® zhotovené ze širokého měděného pasu vytvarovaného do válce, tvoří jeden nebo více závitů a je vyústěno dó vysokofrekvenčního vedení 18, které je ukončeno masivní přírubou 12, zasahující do aplikačního prostoru 23, kde je k ní připojen pracovní induktor 20.3. The secondary winding 17 of the high-frequency transformer is axially opposed to the primary winding 2 ^and is made of a wide copper strip formed into a cylinder, forms one or more turns and terminates in a high-frequency line 18 terminated by a massive flange 12 extending into the application space. 23, where a working inductor 20 is connected thereto.

Změna vazby mezi primárním vinutím 2 * sekundárním vinutím U se provádí dálkově ovládaným servomotorem 21, který pomocí izolačního táhla 22 pohybuje pohyblivým podvozkem 15 a zasouvá primární vinutí 2 vysokofrekvenčního transformátoru do sekundárního vinutí 17 tohoto transformátoru. Tím se mění vzájemná poloha a elektrická vazba primárního vinutí 2 a sekundárního vinutí 12· Vyzařování silných elektromagnetických polí do prostoru je zamezeno důsledným elektromagnetickým stíněním celého prostoru oscilaČního obvodu stínící skříní 2·The coupling between the primary winding 2 * and the secondary winding U is changed by a remotely controlled servomotor 21 which moves the movable bogie 15 by means of an insulating rod 22 and pushes the primary winding 2 of the high-frequency transformer into the secondary winding 17 of the transformer. This alters the relative position and the electrical coupling of the primary winding 2 and the secondary winding 12 · The emission of strong electromagnetic fields into the space is prevented by consistent electromagnetic shielding of the entire space of the oscillating circuit through the shielding box 2 ·

Přizpůsobovací zařízení podle vynálezu lze využít při různých aplikacích vysokofrekvenčního ohřevu, zejména při vysokofrekvenčním indukčním podélném svařování trub, nebo při ohřevu spirálově navařovaných, žebrovaných trub, kde se uplatňuje kombinace indukčního a kondukčního vysokofrekvenčního ohřevu a při podobných aplikacích.The matching device of the invention can be used in various applications of high frequency heating, in particular high frequency inductive longitudinal tube welding, or in the heating of spirally welded, finned tubes, where a combination of induction and conduction high frequency heating and similar applications is applied.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Adapting equipment with a continuously variable coupling of a high-frequency transformer and a stepwise variable capacity, designed to best adjust the operating parameters of a high-frequency generator, in particular for longitudinal welding of pipes, consisting of a plinth with water resistance and cooling water distribution; a capacitor battery located on the movable undercarriage, in which the neutral bus (12) and the voltage bus (14) of the capacitor battery (10) are directly connected to the terminals (8) of the primary winding (7) of a high-frequency transformer in one movable assembly, axially positioned opposite the secondary winding (17) of the high-frequency transformer ·

Adjusting device according to Claim 1, characterized in that the movable bogie (15) is connected by an insulating rod (22) to the servomotor (21),