DE1540992A1 - Symmetrical generator for inductive heating - Google Patents
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Description
Belegexemplar ρ 15 40 992.4-34 ■ rtarf nicht geändert werdenSpecimen copy ρ 15 40 992.4-34 ■ may not be changed
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N.V.Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / NiederlandeN.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Netherlands
"Symmetrischer Generator zur induktiven Erhitzung""Symmetrical generator for inductive heating"
Die Erfindung betrifft die elektrische Erhitzung durch Induktion. Es ist bekannt, daß dieses Verfahren für die Erhitzung vieler elektrisch leitender Einzelteile verwendet wird, die dem magnetischen Wechselfeld eines Induktors ausgesetzt werden, der durch einen oder mehrere Leiter gebildet wird, durch den (die) ein elektrischer Strom hoher oder weniger hoher Frequenz fließt.The invention relates to electrical heating by induction. It is known that this method is used for the heating of many electrically conductive items, the exposed to the alternating magnetic field of an inductor, which is formed by one or more conductors, by the (which) an electric current of high or less high frequency flows.
Im allgemeinen hat dieser Induktor die Gestalt einer Wendel mit einem im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Magnetfeld (die G anghöhe der Wendel ist gering im Vergleich zu ihrer größten Querabmessung).In general, this inductor has the shape of a helix with a magnetic field running essentially in the axial direction (the pitch of the helix is low compared to their largest transverse dimension).
Die Erfindung betrifft insbesondere den Pail, in dem dieser elektrische Wechselstrom mittels eines Generators mit einem symmetrischen Ausgangskreis erhalten wird, wobei die Speisung an einem Mittelabgriff der Induktanz dieses Kreises erfolgt.The invention particularly relates to the Pail, in which this alternating electrical current is obtained by means of a generator with a symmetrical output circuit, the supply being takes place at a center tap of the inductance of this circuit.
Das diese Induktanz bildende Solenoid ist entweder selbst der Induktor oder die Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung mit dem Induktor verbunden ist. Die Enden dieses Solenoids sind beide mit derselben Klemme einer Speisestromquelle über je ein Stromsteuerglied verbunden. Diese zwei identischen Glieder werden in gleicher Weise abwechselnd gesteuert. Der erwähnte Ausgangskreis enthält einenThe solenoid forming this inductance is either itself the inductor or the primary winding of a transformer whose secondary winding is connected to the inductor. the Ends of this solenoid are both connected to the same terminal of a supply current source via a current control element each. These two identical members are controlled alternately in the same way. The mentioned output circle contains one
PHN- 586 - 2 -PHN- 586 - 2 -
Bu. 00 9808/009 9Bu. 00 9808/009 9
15Λ099215-0992
Kondensator, der meistens mit den erwähnten Enden verbunden ist. Die Mittelanzapfung hingegen ist mit der anderen Klemme der Speisestromquelle, gewöhnlich über eine Selbstinduktionsspule, verbunden. Das Ganze ist somit symmetrisch. Capacitor, which is mostly connected to the mentioned ends. The center tap, however, is with the other terminal the supply current source, usually via a self-induction coil. The whole is thus symmetrical.
Die Wirkungsweise eines solchen Generators ist für eine andere Anwendung in "Philips Technisch Tijdschrift ", Band 23, 1961 No. 7-8, im Artikel von J.J. Wilting "Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler mit steuerbaren Siliciumgleichrichtern für Fluoreszenzbeleuchtung" beschrieben.The mode of operation of such a generator is described in "Philips Technisch Tijdschrift", Volume 23, 1961, for another application No. 7-8, in the article by J.J. Wilting "DC-AC converter with controllable silicon rectifiers for fluorescent lighting ".
Um die Vorteile der vorerwähnten symmetrischen Bauart, nämlich gleiche Belastung zweier Steuerglieder und optimale Ausnutzung des Ganzen, auch im vorliegenden Falle bezubenalten, ist es notwendig, daß das erwähnte Solenoid selber symmetrisch belastet wird. Wenn das Solenoid den Induktor bildet, kann es unmöglich oder doch schwierig sein, das zu erhitzende Einzelteil in einer £§g§ SU hiä§nf bei d.e? $l§§e Symmetrie gesichert wird.. Waffi das Einzelteil klein ist und am Ende eines Gebildes liegt, dessen andere Elemente nicht erhitzt werden sollen oder das zur Einführung in den Induktor zu große Abmessungen hat, wird nur eine der Hälften des Induktors belastet. Dies ist auch der Pail, wenn die zu erhitzenden Einzelteile nacheinander durch den Induktor geführt werden.In order to retain the advantages of the aforementioned symmetrical design, namely equal loading of two control members and optimal utilization of the whole, in the present case, it is necessary that the aforementioned solenoid itself is loaded symmetrically. If the solenoid forms the inductor, it may be impossible or at least difficult to place the individual part to be heated in a £ §g§ SU hiä§n f bei de? $ l§§e symmetry is secured .. If the individual part is small and lies at the end of a structure whose other elements should not be heated or which is too large to be inserted into the inductor, only one of the halves of the inductor is loaded. This is also the pail when the individual parts to be heated are fed through the inductor one after the other.
Wenn das Solenoid die Primärwicklung eines Transformators bildet, soll der Induktionskoeffizient dieses Transformators einstellbar sein, um den Generator optimal auszunutzen. Die Einstellung erfolgt meistens durch axiale Verschiebung der beiden Wicklungen gegen einander, und dabei ist es unmöglich., die Symmetrie der Belastung aufrechtzuerhalten, die für die Primär- durch die Sekundärwicklung gebildet wird.When the solenoid is the primary winding of a transformer forms, the induction coefficient of this transformer should be adjustable in order to optimally utilize the generator. the Adjustment is usually done by axially shifting the two windings against each other, and it is impossible. maintain the symmetry of the load placed on the primary by the secondary winding.
Die Erfindung betrifft einen symmetrischen Generator für elektrische, induktive Heizung, wobei die Symmetrie der Wirkung unabhängig von der Lage des die Belastung bildenden Elementes ist.The invention relates to a symmetrical generator for electrical, inductive heating, the symmetry of the effect being independent of the position of the element forming the load.
009808/0099 - 3 -009808/0099 - 3 -
15403921540392
üleser Generator enthält eine Wicklung, deren beide Enden je über ein Stromsteuergliea mit der gleichen Klemme der SpeisestroitqueXle verbunden sind und deren Mittelanzapfung mit der anderen Klemme dieser Quelle verbunden ist, wobei die zwei Hälften dieser Wicklung praktisch gleich aufgebaut und bemessen sind und die durch einen die beiden Hälften in Reihe durchlaufenden Strom erzeugten Magnetfelder gleiche Richtungen haben.üleser generator contains a winding, both ends of which each have a current control element with the same terminal of the SpeisestroitqueXle are connected and their center tap is connected to the other terminal of this source, the two Halves of this winding are constructed and dimensioned practically the same and which pass through one of the two halves in series Electricity generated magnetic fields have the same directions.
Der Generator nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zwei erwähnten Halften räumlich praktisch zusammenfallen. ·The generator according to the invention is characterized in that the two halves mentioned practically coincide spatially. ·
Es sei hier bemerkt, daß ein Heizinduktor, der durch zwei in Reihe verbundene Solenoide gebildet wird, von denen eines das andere umgibt, bereits in der amerikanischen Patentschrift 1 744 983 beschrieben ist. Die Vorrichtung nach dieser.Patentschrift bezweckt, den Wert des magnetischen Streufeldes außerhalb des Induktors auf Null herabzusetzen, wobei das Feld dea. äußeren Solenoids dem des inneren Solenoids entgegengesetzt ist. Die Sichtungen der Felder der beiden Solenoide müssen somit sowohl innerhalb als auch außerhalb des Induktors einander entgegengesetzt sein; da die Durchmesser der zwei Solenoide sehr verschieden sind, tritt ein resultierendes Feld innerhalb des Induktors auf.It should be noted here that a heating inductor, which is divided by two in Series of connected solenoids is formed, one of which surrounds the other, already in the American patent 1,744,983. The device according to this patent specification aims to reduce the value of the stray magnetic field outside the inductor to zero, the field dea. outer solenoid is opposite to that of the inner solenoid. The sightings of the fields of the two solenoids must therefore be opposite to each other both inside and outside the inductor; since the diameters of the two solenoids are very large are different, a resulting field occurs within the inductor.
Die zwei in gleicher Weise aufgebauten und gelegenen Hälften der Wicklung nach der Erfindung sind stets in gleicher Weise mit der Belastung gekoppelt, unabhängig von der Art und Lage dieser Belastung, wodurch die symmetrische Wirkung des Generators gesichert wird, sofern der Generator symmetrisch konstruiert ist.The two halves constructed and located in the same way the winding according to the invention are always in the same way coupled with the load, regardless of the type and location of this load, thus creating the symmetrical effect of the generator secured, provided the generator is designed symmetrically.
Selbstverständlich können die zwei Hälften nicht genau die gleiche Lage einnehmen, aber durch verschiedene Maßnahmen kann praktisch das gleiche Resultat erzielt werden. Wenn jede Hälfte einer Wendel z.B. eine zylindrische Schicht mit nahezuOf course, the two halves cannot do exactly that take the same position, but by different measures practically the same result can be achieved. If every half a helix, for example, a cylindrical layer with almost
009808/0099 " A ~009808/0099 " A ~
aneinander liegenden Windungen runden Querschnitts bildet, kann eine Hälfte die andere in einem Abstand gleich der Dicke der Schichten umgeben, also in einem Abstand gleich der Dicke des gradlinigen Leiters zuzüglich des Isoliermaterials. In bezug auf die Kopplung ist der Unterschied zwischen den Radien dieser Schichten im allgemeinen vernachlässigbar. Unter Vernachlässigung dieses Unterschiedes können die durch die beiden Hälften gebildeten Windungen entweder eine gleiche Steigung oder eine entgegengesetzte Steigung gleicher Größe haben und im letzteren Falle ist eine Hälfte gegenüber der anderen in bezug auf eine durch die Achse gehende Ebene symmetrisch.forms adjacent turns of a round cross-section, can one half the other at a distance equal to the thickness of the layers, so at a distance equal to the thickness of the straight conductor plus the insulating material. In terms of coupling, is the difference between the radii these layers are generally negligible. Neglecting this difference, the two can Halves formed turns have either an equal pitch or an opposite pitch of the same size and in the latter case, one half is in over against the other symmetrical with respect to a plane passing through the axis.
Seien die beiden Enden des gemeinsamen Zylinders unit Kord und Süd bezeichnet; der gradlinige Leiter ist zunächst; von Nord nach Süd gewickelt. Bei entgegengesetztem Wicklungsgang verläuft der Leiter durch eine leichte Biegung an der Südstelle und kehrt nach Nord zurück mit der gleichen Wicklungsrichtung. Die Mittelanzapfung liegt somit an der Südstelle und die zwei Enden an der Nordstelle. 'Let the two ends of the common cylinder be unit cord and Denotes south; the straight ladder is first; wrapped from north to south. If the winding turns in the opposite direction the ladder through a slight bend at the south point and returns to north with the same winding direction. The center tap is thus at the south point and the two Ends at the north point. '
Der Leiter wird stets in der gleichen Richtung gewickelt, damit die in jeder der Haften von einem diese in Reihe durchlaufenden Strom erzeugten Ma^ietfelder die gleiche Richtung haben. Bei gleich großer und gleich gerichteter Steigung verläuft der in Süd angelangte Leiter wieder nach Nord, wobei ein nicht gewickelter Hilfsleiter Nord mit Süd verbindet. Die Mittelanzapfung ist mit diesem Hilfsleiter verbunden und dann liegt ein Ende in Nord und das andere Ende in Süd. Bei Wicklungshälften gleicher Steigung, die in Reihe durch den veränderlichen elektrischen Strom durchlaufen werden, ist die elektrische Spannung zwischen den angrenzenden Windungen der HäXten stets gleich der Hälfte der Gesamtspannung an den Klemmen der Wicklung, während bei entgegengesetzter Steigung die Gesamtspannung zwischen den Enden auftritt. Bei einer bestimmten elektrischen Isolierung ist es somit möglich, höhere Ströme in den zu erhitzenden Einzelteil zu induzieren, wenn die Hälften der Wicklung gleiche Steigung haben.The conductor is always wound in the same direction, so those in each of the clutches of one of them going through in series Electricity generated fields have the same direction. at the same size and directional gradient, the ladder that has arrived in the south runs north again, with a non-wound one Auxiliary leader connects north with south. The center tap is connected to this auxiliary conductor and then a End in north and the other end in south. With winding halves the same gradient, which are traversed in series by the variable electric current, is the electric voltage always the same between the adjacent turns of the hooks half of the total voltage at the terminals of the winding, while with the opposite slope the total voltage between occurs at the ends. With a certain electrical insulation it is thus possible to have higher currents in the ones to be heated Induce single part when the halves of the winding have the same pitch.
009808/0099 ' - 5 - 009808/0099 '- 5 -
Wenn'im letzteren Falle die Windungen jeder der beiden Hälften einen hinreichenden Zwischenraum aufweisen, können die Windungen einer Hälfte zwischen denen der anderen angeordnet werden. Die zwei Zylinder haben dann gleiche Radien. Eine solche Wicklung könnte "bifilar" genannt werden, und diese bevorzugte Ausführungsform ist schematisch in der Zeichnung dargestellt, an Hand deren die Erfindung näher erläutert wird.If 'in the latter case the turns of each of the two halves have a sufficient gap, the turns of one half can be placed between those of the other. The two cylinders then have the same radii. Such a winding could be called "bifilar" and this is preferred Embodiment is shown schematically in the drawing, on the basis of which the invention is explained in more detail.
Der dargestellte Generator wird durch eine Stromquelle 1 gespeist, von der eine der Klemmen über eine Drossel 2 mit einem Hilfsleiter 3 verbunden ist, der zwischen den Enden 3a und 3b die Mittelanzapfung einer Wendel 4 besitzt, die als Induktor dient. Die andere Klemme der Quelle 1 ist mit den Enden 4a und 4b des Induktors 4 über Stromsteuerglieder verbunden, die durch gesteuerte Halbleitergleichrichter 5a und 5b, auch Thyristoren genannt, gebildet werden. Diese Elemente lassen den Strom lediglich in der "direkten Richtung" und nur dann passieren, wenn sie durch einen kurzen Stromimpuls an den Steuerelektroden 6a bzw. 6b leitend gemacht worden sind. Die Leitungseigenschaft verschwindet, z.B. wenn der durchlaufende Strom den Wert Null passiert, und erscheint wieder, wenn ein neuer Steuerimpuls zugeführt wird. Die Impulse werden in dem richtigen Augenblick von einer Impulsquelle 7 bekannter Bauart geliefert. Ein Kondensator θ ist über die Enden 4a und 4b geschaltet. Das zu erhitzende Einzelteil 9 ist durch gestrichelte Linien als Teil eines größeren Ganzen 10 angedeutet.The generator shown is fed by a power source 1, of which one of the terminals is connected via a choke 2 to an auxiliary conductor 3 between the ends 3a and 3b has the center tap of a coil 4, which acts as an inductor serves. The other terminal of the source 1 is with the ends 4a and 4b of the inductor 4 connected via current control elements, which are controlled by semiconductor rectifiers 5a and 5b, also thyristors called, are formed. These elements just let the flow in the "direct direction" and only happen when triggered by a short current pulse at the control electrodes 6a or 6b have been made conductive. The leadership quality disappears, e.g. when the current passing through has the value zero happens and reappears when a new control pulse is applied. The impulses are given at the right moment supplied by a pulse source 7 of known type. A capacitor θ is connected across ends 4a and 4b. The one to be heated Individual part 9 is indicated by dashed lines as part of a larger whole 10.
Für die Wirkungsweise dieses Ganzen sei auf den eingangs erwähnten Artikel von J.J. Wilting hingewiesen. Wenn die Impulsquelle 7 einen den Gleichrichter 5a anregenden Impuls geliefert hat, fließt ein zunehmender Strom durch die Spule 2 und darauf teilweise durch die Induktorhälfte 3b, 4a und teilweise durch die andere Hälfte 3a, 4b durch den Kondensator 8, so daß der Stromkreis 3, 4,8 sich mit einem in Reihe mit der Spule 2 verbundenen Kondensator vergleichen läßt. Der Kondensator 8 ist andererseits mit der Wicklung 4 verbunden, deren.InduktanzFor the mode of action of this whole, reference is made to the article by J.J. Wilting pointed out. When the pulse source 7 a pulse which excites the rectifier 5a is supplied has an increasing current flows through the coil 2 and on it partly through the inductor half 3b, 4a and partly through the other half 3a, 4b through the capacitor 8, so that the Circuit 3, 4,8 with one in series with coil 2 can compare connected capacitor. The capacitor 8 is on the other hand connected to the winding 4, whose.Induktanz
009808/0099 - 6 -009808/0099 - 6 -
nicht ganz auf Null herabgesetzt ist infolge des Vorhanden- . seins der Belastung 9» Es sucht sich somit ein Schwingungszustand einzustellen, indem die Perioden des Leitungszustandes des Gleichrichters 5a nach Beendigung eine Periode einleiten, in der der Gleichrichter 5b leitend ist. Infolge dieser abwechselnden Leitungszustände der Gleichrichter 5 entsteht durch den Induktor ein rechteckiger oder mehr oder weniger sinusförmiger Gesamtbetriebsstrom. Die Kopplungen jeder der beiden Hälften dieses Induktors mit der Belastung 9 sind jedenfalls identisch, unabhängig von der Lage dieser Belastung. Die Betriebszustände der Gleichrichter 5 sind somit auch identisch. Eine optimale Betriebseinstellung für eine Halbperiode trifft selbsttätig auch für die andere zu.is not completely reduced to zero as a result of the presence. his load 9 »It looks for a vibrational state set by the periods of the conduction state of the rectifier 5a initiate a period after termination, in which the rectifier 5b is conductive. As a result of these alternating conduction states, the rectifier 5 is created by the Inductor a rectangular or more or less sinusoidal one Total operating current. The couplings of each of the two halves of this inductor with the load 9 are in any case identical, regardless of the location of this load. The operating states the rectifiers 5 are thus also identical. An optimal one Cessation of operation for one half period automatically applies to the other.
Für die vorliegende Verwendung ist die Wicklung 4 aus Kupferdraht hergestellt, aber sie kann auch durch ein flaches Kupferband oder durch ein von einem Kühlmittel durchflossenea Kupferrohr gebildet werden. ' For the present use, the winding 4 is made of copper wire, but it can also be formed by a flat copper tape or by a copper tube through which a coolant flows . '
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