ES2338182T3 - HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING DEVICE, AND INDUCTION OVEN EQUIPPED WITH SUCH DEVICE. - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositivo de calentamiento por inducción a alta frecuencia, y horno de inducción equipado con dicho dispositivo.Induction heating device a high frequency, and induction furnace equipped with said device.
La invención se refiere a un dispositivo de calentamiento por inducción del tipo de los que comprenden:The invention relates to a device of induction heating of the type comprising:
- --
- una alimentación eléctrica de alta frecuencia,a high frequency power supply,
- --
- un inductor adecuado para rodear, al menos parcialmente, un elemento inducido a calentar, teniendo el inductor una inductancia de valor determinado para una potencia de calentamiento deseada,a inductor suitable to surround, at least partially, an element induced to heat, the inductor having a value inductance determined for a desired heating power,
- --
- y un montaje capacitivo de unión entre la alimentación y el inductor previsto para aumentar la tensión en los bornes del inductor con relación a la tensión proporcionada por la alimentación.and a capacitive connection assembly between the supply and the inductor intended to increase the voltage at the inductor terminals with relation to the voltage provided by the power supply.
Por la expresión "alta frecuencia" utilizada para la corriente alterna se designa una frecuencia igual o superior a 10 kilohertzios (kHz).By the expression "high frequency" used for alternating current is designated an equal frequency or greater than 10 kilohertz (kHz).
Una aplicación del calentamiento por inducción se refiere a las bandas metálicas. El calentamiento por inducción de bandas metálicas es cada vez más utilizado por la industria siderúrgica para aplicaciones diversas tales como:An application of induction heating It refers to metal bands. Induction heating of metal bands is increasingly used by industry Steel for various applications such as:
- --
- mejora de la productividad de horno convencional;improvement of conventional oven productivity;
- --
- secado de productos de revestimiento diversos (pintura, galvanización, etc...);dried out of various coating products (paint, galvanization, etc...);
- --
- tratamiento térmico (recocido, sobreenvejecimiento...),heat treatment (annealing, over aging ...),
- y otros también.and others too.
La progresión de los rendimientos de los semi-conductores permite ahora fabricar convertidores de frecuencia de potencia unitaria de varios megavatios y de frecuencia de salida de varias centenas de kilohertzios.The progression of the yields of semi-conductors now allows manufacturing several unit power frequency converters megawatts and output frequency of several hundred kilohertz
El principio de una instalación clásica, según el estado de la técnica, se ilustra en las Figuras 1 a 3 de los dibujos adjuntos en el caso de un circuito oscilante paralelo y de un inductor de flujo longitudinal. Una alimentación eléctrica 1 de corriente alterna de alta frecuencia está constituida por un convertidor de frecuencia. Uno o varios condensadores de compensación 2 están conectados a los bornes del convertidor. El inductor 3 rodea una banda metálica 4 a calentar; la longitud de la banda 4 es perpendicular al plano de la Fig. 1. Corrientes inductoras de intensidad I rodean la banda 4 con el fin de crear corrientes inducidas cuya circulación está esquemáticamente representada por una curva 5 representada con líneas de trazo interrumpido. El convertidor de frecuencia 1 proporciona la potencia activa necesaria para el calentamiento de la banda metálica 4. El condensador, o la batería de condensadores, 2 proporciona la potencia reactiva necesaria para la magnetización del espacio en el cual se desarrolla el campo magnético creado por el inductor 3. Según la Fig. 3 dos condensadores de unión 2' en serie, combinados con el condensador 2, están previstos para aumentar la tensión en los bornes del inductor. El circuito formado por el inductor 3 y los condensadores 2, 2' es un circuito oscilante, y la tensión eléctrica U (expresada en voltios) que se desarrolla en los bornes del inductor 3 (prescindiendo de la resistencia óhmica) se escribe: U=L\omegaI, fórmula en la cual:The principle of a classic installation, according to The state of the art is illustrated in Figures 1 to 3 of the attached drawings in the case of a parallel oscillating circuit and of a longitudinal flow inductor. A power supply 1 of high frequency alternating current is constituted by a frequency converter. One or more capacitors of compensation 2 are connected to the terminals of the converter. He inductor 3 surrounds a metal band 4 to be heated; the length of the band 4 is perpendicular to the plane of Fig. 1. Currents intensity inductors I surround the band 4 in order to create induced currents whose circulation is schematically represented by a curve 5 represented by dashed lines disrupted. The frequency converter 1 provides the active power required for heating the band metal 4. The capacitor, or the capacitor bank, 2 provides the reactive power necessary for magnetization of the space in which the magnetic field created by the inductor 3. According to Fig. 3 two junction capacitors 2 'in series, combined with condenser 2, are intended for increase the voltage on the inductor terminals. The circuit formed by inductor 3 and capacitors 2, 2 'is a circuit oscillating, and the electrical voltage U (expressed in volts) that is develops on the terminals of inductor 3 (regardless of the ohmic resistance) is written: U = L \ omegaI, formula in the which:
L es igual a la inductancia del inductor 3 (expresada en henrios),L is equal to inductor 3 inductance (expressed in henrios),
\omega es el impulso de la corriente alterna de la corriente de alimentación (en radianes por segundo)\ omega is the impulse of alternating current of the supply current (in radians per second)
I es la intensidad de la corriente en el inductor 3 (en amperios).I is the intensity of the current in the inductor 3 (in amps).
\omega = 2\piF, siendo F igual a la frecuencia de la corriente alterna.\ omega = 2 \ piF, F being equal to the alternating current frequency.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
La potencia Pt transferida por inducción a la banda 4 es proporcional:The power Pt transferred by induction to the Band 4 is proportional:
- --
- al cuadrado del campo magnético, así mismo proporcional al número de amperios vuelta n.l, donde n es el número de espiras del inductor 3 o circuito primario,to the square of the magnetic field, also proportional to the number of amps turn n.l, where n is the number of turns of the inductor 3 or primary circuit,
- --
- a la raíz cuadrada del impulso \omega de la corriente.to square root of the pulse \ omega of the current.
Para transmitir una potencia elevada, es preciso, todo lo demás igual por otro lado, que la corriente I sea importante, del orden de algunos millares de amperios a varias decenas de millares de amperios.To transmit a high power, it is precise, everything else equal on the other hand, that the current I be important, on the order of some thousands of amps to several tens of thousands of amps.
La inductancia L debido al tamaño geométrico del inductor 3, a menudo conectada con la del inducido 4 que rodea, no puede bajar por debajo de un valor mínimo del orden de algunas décimas de microhenrios para inductores de calentamiento de banda, incluso construyendo inductores denominados "monoespiras", es decir de una sola espira.The inductance L due to the geometric size of the inductor 3, often connected with that of surrounding armature 4, not may fall below a minimum value of the order of some tenths of microheads for band heating inductors, even building inductors called "monoespiras", is say of a single turn.
Por último, \omega alcanza valores elevados para permitir calentar bandas finas 4 y evitar una caída del rendimiento del sistema.Finally, \ omega reaches high values to allow heating of fine bands 4 and prevent a fall in the system performance
La ecuación U = L\omegaI muestra directamente que la corriente I importante, necesaria para que la potencia transmitida sea elevada, solo puede ser obtenida aplicando una tensión U de varios millares de voltios. Esta tensión es lo más a menudo alcanzada por un montaje capacitivo "multiplicador de tensión o elevador capacitivo". Según la Fig. 3 este elevador capacitivo utiliza dos condensadores 2' en serie con la inductancia.The equation U = L \ omegaI shows directly that the current I important, necessary for the power transmitted is high, can only be obtained by applying a U voltage of several thousands of volts. This tension is the most often reached by a capacitive assembly "multiplier of voltage or capacitive elevator ". According to Fig. 3 this elevator capacitive uses two 2 'capacitors in series with the inductance.
Para asegurar buenas condiciones de oscilación
del circuito formado por el inductor 3 y los condensadores 2, 2'
del circuito del inductor, generalmente se esfuerza en cumplir con
la condición de resonancia entre los valores de la inductancia L y
la capacidad C_{eq} equivalente a las de los condensadores del
circuito, según la fórmula L C_{eq}
\omega^{2} =
1.To ensure good oscillation conditions of the circuit formed by the inductor 3 and the capacitors 2, 2 'of the inductor circuit, generally strives to meet the resonance condition between the values of the inductance L and the equivalent capacity C_ {eq} to those of the circuit capacitors, according to the formula L C_ {eq}
ome2 = 1.
En el ejemplo de la Figura 3, considerando el caso en que los tres condensadores 2, 2' tengan cada uno un mismo valor C de capacidad, la capacidad equivalente C_{eq} de estos tres condensadores en serie en el bucle cerrado que comprende el inductor es C_{eq} = C/3.In the example in Figure 3, considering the in case the three capacitors 2, 2 'each have the same C value of capacity, the equivalent capacity C_ {eq} of these three capacitors in series in the closed loop comprising the inductor is C_ {eq} = C / 3.
La relación: L C_{eq} \omega^{2} = 1 se vuelve, sustituyendo C_{eq}, por C/3: I C/3 \omega^{2} = 1The ratio: L C_ {eq} \ omega2 = 1 is returns, replacing C_q, with C / 3: I C / 3 \ omega2 = 1
donde: L \omega = 3/C\omega.where: L \ omega = 3 / C \ omega.
La tensión en los bornes del inductor L\omegaI es por consiguiente igual a 3 L/C\omega, mientras que la tensión en los bornes de la capacidad de compensación 2, que corresponde a la tensión de alimentación, es igual a I/C\omega. La tensión en los bornes del inductor se multiplica por consiguiente por tres.The voltage at the terminals of the inductor L \ omegaI is therefore equal to 3 L / C \ omega, while the tension at the terminals of compensation capacity 2, which corresponds to The supply voltage is equal to I / C \ omega. The tension in The inductor terminals are therefore multiplied by three.
La tensión muy elevada aplicada al inductor plantea numerosos problemas de realización de los equipos, que deben evitar una caída de tensión inoportuna entre el condensador, o la batería de condensadores, y el inductor. Las conexiones de empalme deben ser "compensadas", es decir presentar una inductancia de conexión mínima. Esta disminución de la inductancia de las conexiones solo puede ser obtenida aproximando lo mejor posible los conductores de alimentación del inductor y los conductores internos de la batería de condensadores. Como se ha ilustrado esquemáticamente en la Fig. 2, la distancia e entre las conexiones de empalme debe ser mínima para limitar la inductancia parásita de la conexión.The very high voltage applied to the inductor raises numerous problems of equipment realization, which they must avoid an untimely voltage drop between the capacitor, or the capacitor bank, and the inductor. The connections of splices must be "compensated", that is to present a minimum connection inductance. This decrease in inductance of connections can only be obtained by approaching the best possible the inductor power conductors and the internal conductors of the capacitor bank. How has it schematically illustrated in Fig. 2, the distance e between the splice connections should be minimal to limit inductance connection parasite.
Pero se tropieza con la presencia de una tensión muy elevada. La corta distancia e entre las conexiones hace particularmente difícil la realización de un aislamiento eléctrico fiable que permita evitar una descarga eléctrica (flash).But one encounters the presence of a very high tension. The short distance e between the connections makes it particularly difficult to carry out a reliable electrical insulation that avoids electric shock (flash).
La misma tensión se aplica a la batería de condensadores, a menudo constituida por condensadores elementales de soporte bajo en tensión unitaria, conectados en serie-paralelo.The same voltage is applied to the battery of capacitors, often consisting of elementary capacitors of low support in unit voltage, connected in parallel-series
La invención tiene por objeto, sobre todo, proporcionar un dispositivo de calentamiento por inducción que permita transferir una potencia elevada por el inductor reduciendo las dificultades de construcción creadas por las tensiones, en particular a nivel de las conexiones del inductor y de los condensadores.The object of the invention is, above all, provide an induction heating device that allow to transfer a high power through the inductor reducing the construction difficulties created by tensions, in particularly at the level of the inductor connections and the capacitors
Según la invención, un dispositivo de calentamiento por inducción del tipo definido anteriormente se caracteriza porque el inductor está constituido por al menos dos partes inductivas elementales distintas unidad entre sí en serie por al menos un condensador, siendo la tensión que aparece entre los puntos de conexión de las partes inductivas elementales reducida con relación a la tensión necesaria para el funcionamiento del inductor, para una potencia de calentamiento deseada.According to the invention, a device of induction heating of the type defined above is characterized in that the inductor is constituted by at least two elementary inductive parts distinct unit from each other in series by at least one capacitor, the voltage appearing between the connection points of the elementary inductive parts reduced in relation to the voltage necessary for the operation of the inductor, for a desired heating power.
El dispositivo puede comprender un condensador conectado entre los bornes de la alimentación y tres partes inductivas elementales distintas, que tienen o no la misma inductancia elemental, unidas entre sí en serie por dos condensadores de unión.The device may comprise a capacitor connected between the power terminals and three parts different elective inductants, which have the same or not elemental inductance, linked together in series by two junction capacitors
Según una variante, el dispositivo puede comprender un condensador conectado entre los bornes de la alimentación y dos partes inductivas elementales distintas, conectadas entre si en serie por un condensador de unión.According to a variant, the device can comprise a capacitor connected between the terminals of the power supply and two different elective inductive parts, connected together in series by a junction capacitor.
De una manera más general, el dispositivo comprende un condensador conectado entre los bornes de la alimentación y N partes inductivas elementales distintas, unidas entre sí en serie por N-1 condensadores de unión.In a more general way, the device comprises a capacitor connected between the terminals of the supply and N different elective inductive parts, joined each other in series by N-1 capacitors Union.
Ventajosamente, el o los condensadores de unión tienen valores de capacidad iguales entre si, e iguales a la capacidad del condensador conectado a los bornes de la alimentación.Advantageously, the bonding capacitor (s) they have capacity values equal to each other, and equal to the capacitor capacity connected to the terminals of the feeding.
No obstante es posible obtener factores de elevación de la tensión particulares y no enteros utilizando una o más baterías de condensadores de unión de valor equivalente diferente del de la batería de condensadores conectada a los bornes de la alimentación. En este caso, los condensadores, o baterías de condensadores, de unión, tienen valores de capacidad diferentes a los del condensador, o de la batería de condensadores, conectado a los bornes de la alimentación de alta frecuencia, para obtener relaciones de elevación de la tensión no enteros.However, it is possible to obtain factors of particular and non-integer elevation of tension using one or more junction capacitor batteries of equivalent value different from the capacitor bank connected to the terminals of food. In this case, the capacitors, or batteries of capacitors, junction, have different capacity values than those of the capacitor, or of the capacitor bank, connected to the high frequency power terminals, to obtain non-integer tension elevation ratios.
De preferencia, el o los condensadores de unión están situados en una zona opuesta a la alimentación con relación al inducido.Preferably, the bonding capacitor (s) they are located in an area opposite the food in relation to to the induced.
Los condensadores o baterías de condensadores pueden repartirse por el perímetro del inducido con el fin de optimizar la ocupación del espacio en la proximidad del inducido.Capacitors or capacitor banks can be divided by the perimeter of the armature in order to optimize the occupation of space in the vicinity of induced.
El o cada condensador de unión puede estar constituido por una batería de condensadores.The or each binding capacitor may be constituted by a battery of capacitors.
De preferencia, la capacidad C_{eq} equivalente a las de los condensadores del circuito en el cual se encuentran los inductores elementales está relacionada con la inductancia L equivalente a las de las partes inductivas por la relación L C_{eq} \omega^{2} = 1.Preferably, the capacity C_ {eq} equivalent to those of the circuit capacitors in which it find the elementary inductors is related to the inductance L equivalent to those of the inductive parts by the L C_ {eq} \ omega2 ratio = 1.
La invención se refiere igualmente a un horno de calentamiento por inducción.The invention also relates to an oven of induction heating.
Un horno de calentamiento para bandas metálicas, según la invención, se caracteriza porque comprende un dispositivo de calentamiento de inducción, de una o varias espiras, tal como se ha definido anteriormente. Ventajosamente, los condensadores, o baterías de condensadores, de conexión pueden estar dispuestos en el interior del blindaje del horno, dentro de la atmósfera del horno.A heating oven for metal bands, according to the invention, it is characterized in that it comprises a device induction heating, one or more turns, as You have previously defined. Advantageously, the capacitors, or capacitor banks, connection can be arranged in the inside the furnace shield, inside the atmosphere of the oven.
Otra aplicación del calentamiento por inducción según la invención es la fusión de vidrio o de óxido en espira directa.Another application of induction heating according to the invention is the melting of glass or spiral oxide direct.
La invención consiste, aparte de las disposiciones expuestas anteriormente, en un cierto número de otras disposiciones de las cuales será más explícitamente cuestión a continuación a propósito de ejemplos de realización descritos con referencia a los dibujos adjuntos, pero que no son en modo alguno limitativos.The invention consists, apart from the provisions set forth above, in a number of other provisions of which will be more explicitly matter to in the following about embodiments described with reference to the attached drawings, but which are not in any way limiting
En estos dibujos:In these drawings:
La Figura 1 es un esquema de un dispositivo de calentamiento por inducción según el estado de la técnica.Figure 1 is a schematic of a device induction heating according to the state of the art.
La Figura 2 es un esquema similar a la Figura 1, con un inductor monoespira representado en perspectiva, según el estado de la técnica.Figure 2 is a scheme similar to Figure 1, with a monospira inductor represented in perspective, according to the state of the art
La figura 3 es un esquema de un circuito con batería de condensadores multiplicadores de tensión, según el estado de la técnica.Figure 3 is a schematic of a circuit with battery voltage multiplier capacitors, according to the state of the art
La figura 4 es un esquema de un dispositivo de calentamiento según la invención.Figure 4 is a schematic of a device of heating according to the invention.
La figura 5 es un esquema equivalente del dispositivo de la figura 4.Figure 5 is an equivalent scheme of device of figure 4.
La figura 6 es una variante del esquema de la figura 5.Figure 6 is a variant of the scheme of the figure 5.
La figura 7 es un esquema en perspectiva que ilustra el desplazamiento de una banda a calentar en un inductor monoespira, equipado con un condensador de unión.Figure 7 is a perspective scheme that illustrates the displacement of a band to be heated in an inductor monospira, equipped with a union capacitor.
La figura 8 es un esquema de un horno de fusión de vidrio, de una sola espira, según el estado de la técnica, y por último.Figure 8 is a scheme of a melting furnace of glass, single-spiral, according to the state of the art, and by latest.
La figura 9 es un esquema de un horno de fusión de vidrio monoespira según la invención.Figure 9 is a scheme of a melting furnace of monospira glass according to the invention.
Haciendo referencia a la figura 4 se puede apreciar un dispositivo H de calentamiento por inducción, según la invención, que comprende un convertidor de frecuencia 1 que constituye la alimentación eléctrica de alta frecuencia, igual o superior a 10 kHz. Un condensador, o una batería de condensadores, de compensación 2 está conectado entre los bornes de la alimentación 1.Referring to figure 4 you can appreciate an induction heating device H, according to the invention, which comprises a frequency converter 1 which constitutes the high frequency power supply, equal or greater than 10 kHz A capacitor, or a capacitor bank, of compensation 2 is connected between the terminals of the feeding 1.
El inductor, conectado a los bornes del condensador 2 y de la alimentación, está constituido por al menos dos partes inductivas elementales distintas. Según le ejemplo de realización de la figura 4, el inductor está constituido por tres partes inductivas elementales 3a, 3b, 3c conectadas entre si en serie por al menos un condensador, o batería de condensadores, 2a, 2b. La inductancia equivalente a las de las partes inductivas elementales 3a, 3b, 3c, en serie es igual al valor determinado L del inductor 3 por un montaje clásico según las figuras 1 a 3.The inductor, connected to the terminals of the capacitor 2 and the power supply, is constituted by at least two different elementary inductive parts. According to the example of embodiment of figure 4, the inductor is constituted by three elective inductive parts 3a, 3b, 3c connected to each other in series by at least one capacitor, or capacitor bank, 2nd, 2b The inductance equivalent to those of the inductive parts elementary 3a, 3b, 3c, in series is equal to the determined value L of the inductor 3 by a classic assembly according to figures 1 to 3.
Según un ejemplo de la figura 4, la tensión U1 se desarrolla entre los bornes 6a y 7c de las partes inductivas elementales respectivas 3a y 3c; la tensión U2 entre los bornes 7a y 6b de las partes inductivas elementales 3a y 3b y la tensión U3 entre los bornes 7b y 6c de las partes inductivas elementales 3b, 3c. El condensador 2 está unido a los bornes 6a, 7c mientras que los condensadores 2a, 2b están unidos respectivamente a los bornes 7a, 6b y a los bornes 7b, 6c.According to an example of Figure 4, the voltage U1 it develops between terminals 6a and 7c of the inductive parts respective elementals 3a and 3c; the voltage U2 between terminals 7a and 6b of the elementary inductive parts 3a and 3b and the voltage U3 between terminals 7b and 6c of elementary inductive parts 3b, 3c. Capacitor 2 is connected to terminals 6a, 7c while the capacitors 2a, 2b are respectively connected to the terminals 7a, 6b and to terminals 7b, 6c.
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Las tensiones U1, U2 y U3 al ser reducidas con relación a la tensión de funcionamiento del inductor 3 según las figuras 1 a 3, las necesidades en aislamiento eléctrico y las precauciones a tomar para la realización del equipamiento son igualmente reducidas y los conductores pueden aproximarse el uno al otro con una disminución del riesgo de descarga eléctrica.The voltages U1, U2 and U3 when reduced with relation to the operating voltage of the inductor 3 according to the Figures 1 to 3, electrical insulation needs and precautions to take for the realization of the equipment are equally reduced and drivers can approach each other another with a decrease in the risk of electric shock.
Según el ejemplo de realización de la figura 4, el inductor formado por el conjunto de las partes inductivas elementales 3a, 3b, 3c, puede ser instalado en el interior de un blindaje 8 de un horno de calentamiento que se encuentra por ejemplo bajo atmósfera protectora, particularmente H2 + N2, a mantener separada de la presencia de aire o de oxígeno para evitar los riesgos de explosión. El blindaje 8 es estanco, y está realizado por ejemplo en chapa de acero. Los condensadores 2a, 2b pueden estar alojados en el interior del blindaje 8 pues el calentamiento por inducción no produce temperaturas demasiado importantes en el volumen interior del blindaje 8. En estas condiciones, un solo travesaño estanco 9 hay que realizar, a través de la pared del blindaje, para el paso de conexiones de extremo 10a, 10c de los inductores 3a, 3c con el fin de hacer los bornes de conexión 6a, 7c accesibles desde el exterior del blindaje 8. La realización de un travesaño estanco al ser relativamente costosa, es particularmente interesante poder evitar dicho travesaño estanco a nivel de los bornes 7a, 6b y/o 7b, 6c.According to the embodiment example of Figure 4, the inductor formed by the set of inductive parts Elementals 3a, 3b, 3c, can be installed inside a shield 8 of a heating furnace that is located by example under protective atmosphere, particularly H2 + N2, a keep separate from the presence of air or oxygen to avoid The risks of explosion. Shield 8 is waterproof, and is made for example in sheet steel. The capacitors 2a, 2b can be housed inside the shield 8 because the heating by induction does not produce temperatures that are too important in the inner volume of the shield 8. Under these conditions, only one watertight crossbar 9 must be made, through the wall of the shielding, for the passage of end connections 10a, 10c of the inductors 3a, 3c in order to make the connection terminals 6a, 7c accessible from outside the shield 8. The realization of a watertight crossbar being relatively expensive, it is particularly interesting to avoid said watertight crossbar at the level of terminals 7a, 6b and / or 7b, 6c.
La figura 5 es un esquema eléctrico equivalente a la instalación de la figura 4. Las mismas referencias numéricas han sido retomadas en el esquema de la figura 5 reflejando que el inductor, de inductancia L, está dividido en varias partes, tres en el ejemplo considerado, conectadas por condensadores 2a, 2b, 2.Figure 5 is an equivalent electrical scheme to the installation of figure 4. The same numerical references have been taken up in the scheme of figure 5 reflecting that the inductor, inductance L, is divided into several parts, three in the example considered, connected by capacitors 2a, 2b, 2.
La figura 6 es un esquema de otro ejemplo de realización para un circuito oscilante en serie en el cual el inductor está dividido en dos partes 3a, 3b conectadas por un condensador 2a. Los otros bornes de extremo de las partes inductivas elementales 3a, 3b están conectadas respectivamente a una placa de un condensador 2 o 2b, así mismo conectado por su otra placa a un borne de alimentación. Este montaje puede estar previsto con o sin transformador 11.Figure 6 is a schematic of another example of embodiment for a series oscillating circuit in which the inductor is divided into two parts 3a, 3b connected by a 2nd capacitor The other end terminals of the parts elementary inductants 3a, 3b are connected respectively to a plate of a capacitor 2 or 2b, also connected by its other board to a power terminal. This assembly can be provided with or without transformer 11.
Este concepto puede ser fácilmente generalizado con un número de puntos de conexión diferente de los ilustrados por los ejemplos de las figuras 4 a 6, y/o con inductores de dos espiras o más de dos espiras.This concept can be easily generalized. with a number of connection points different from those illustrated by the examples of figures 4 to 6, and / or with two winding inductors or more than two turns.
La figura 7 es un esquema simplificado en perspectiva que ilustra el caso de un inductor monoespira 3 para banda metálica 4 que pasa verticalmente según la representación de la figura 7.Figure 7 is a simplified scheme in perspective illustrating the case of a single coil inductor 3 for metal band 4 that passes vertically according to the representation of Figure 7
La figura 8 ilustra otro ejemplo de aplicación del calentamiento por inducción en el caso de un horno de fusión de vidrio o de óxidos, en espira directa. En un horno de fusión de vidrio por inducción se encuentra de nuevo una alimentación eléctrica de alta frecuencia constituida por un convertidor de frecuencia 21, con un condensador, o una batería de condensadores, 22 de compensación conectado entre los bornes del convertidor. Un inductor 23, por ejemplo monoespira, conectado con los bornes del condensador 22 rodea una masa de vidrio G en fusión, que es conductora de la electricidad.Figure 8 illustrates another example of application of induction heating in the case of a melting furnace of glass or of oxides, in direct turn. In a melting furnace of induction glass is a power supply again High frequency electrical constituted by a converter frequency 21, with a capacitor, or a capacitor bank, 22 compensation connected between the converter terminals. A inductor 23, for example monospira, connected to the terminals of the condenser 22 surrounds a mass of melting glass G, which is Conductor of electricity.
Es conocido que el punto débil de los hornos de inducción de fusión de vidrio o de óxidos refractarios (amianto, silicato...) se sitúa en una zona A de cierre de la espira y de conexión a la alimentación. Esta zona A está sujeta a un cebado eléctrico entre los conductores debido a la gran diferencia de potencial entre los bornes de alimentación 26a, 26b del inductor.It is known that the weak point of the furnaces of melting induction of glass or refractory oxides (asbestos, silicate ...) is located in a zone A of closing of the turn and of power connection. This zone A is subject to priming electrical between the conductors due to the great difference of potential between the power terminals 26a, 26b of the inductor.
Las corrientes inducidas en la masa G de vidrio están esquemáticamente representadas mediante un trazado con líneas de trazo interrumpido 25.Induced currents in the glass mass G are schematically represented by a path with lines broken line 25.
Según la invención, como se ha ilustrado en la Figura 9, el inductor está dividido en dos partes inductivas elementales 23a, 23b, representadas aquí de forma simétrica y la inductancia equivalente de los dos inductores 23a, 23b es igual a la del inductor 23 de la Figura 8.According to the invention, as illustrated in the Figure 9, the inductor is divided into two inductive parts elementary 23a, 23b, represented here symmetrically and the equivalent inductance of the two inductors 23a, 23b is equal to that of inductor 23 of Figure 8.
Los extremos de los inductores elementales 23a, 23b opuestos a la alimentación están unidos a un condensador 22a conectado con los bornes respectivos 27a, 27b de los inductores elementales.The ends of the elementary inductors 23a, 23b opposite the power supply are connected to a capacitor 22a connected to the respective terminals 27a, 27b of the inductors elementals
Con este montaje, las tensiones entre los puntos 26a, 26b por un lado y entre los puntos 27a, 27b por otro lado, partes inductivas elementales, son iguales a la mitad de la tensión que se aplicaba entre los puntos 26a, 26b según el montaje del estado de la técnica de la Figura 8, todo lo demás igual por otro lado.With this assembly, the tensions between the points 26a, 26b on the one hand and between points 27a, 27b on the other hand, elementary inductive parts, are equal to half the voltage which was applied between points 26a, 26b according to the assembly of the state of the art of Figure 8, everything else the same for another side.
Así, la tensión entre los puntos 26a, 26b, según la Figura 9 se divide entre dos, mientras que la potencia de calentamiento transferida se mantiene.Thus, the tension between points 26a, 26b, according to Figure 9 is divided by two, while the power of Transferred heating is maintained.
Según la Figura 8, el inductor 23 que tiene una inductancia L, y el condensador 2 que tiene una capacidad C, el impulso de la corriente al ser \omega, la relación LC\omega^{2} = 1 es satisfactoria para la resonancia. La tensión en los bornes del inductor es igual a L\omegaI o sea igual a I/C\omega, con I=intensidad de la corriente en el circuito.According to Figure 8, the inductor 23 having a inductance L, and capacitor 2 having a capacity C, the impulse of the current to be \ omega, the ratio LC? 2 = 1 is satisfactory for resonance. The voltage at the terminals of the inductor is equal to L \ omegaI or equal at I / C \ omega, with I = current intensity in the circuit.
Según la figura 9, cada parte inductiva elemental 23a, 23b tiene una inductancia L/2, mientras que cada condensador tiene una capacidad doble 2C de forma que la capacidad equivalente C_{eq} sea igual a 2C/2 = C. La condición de resonancia se expresa por: L C_{eq}\omega^{2} = 1, o sea LC \omega^{2} = 1. Para la misma intensidad I, la tensión en los bornes de cada parte inductiva elemental es L/2 \omega I (prescindiendo de la resistencia óhmica). La potencia transferida, igual a la suma de las potencias transferidas por cada parte inductiva elemental, es la misma que para la Fig 8. Por el contrario, la tensión en los bornes del condensador 22 y entre los puntos 26a, 26b es igual a 1/2C\omega, o sea la mitad de lo que es en la figura 8 para una misma potencia transferida en el inducido a calentar.According to figure 9, each inductive part elementary 23a, 23b has an inductance L / 2, while each capacitor has a double capacity 2C so that the capacity equivalent C_ {eq} is equal to 2C / 2 = C. The condition of resonance is expressed by: L C eq \ omega2 = 1, that is LC ome2 = 1. For the same intensity I, the voltage at the terminals of each elementary inductive part is L / 2 \ omega I (regardless of ohmic resistance). The transferred power, equal to the sum of the powers transferred by each part elementary inductive, is the same as for Fig 8. By the on the contrary, the voltage at the terminals of the capacitor 22 and between points 26a, 26b is equal to 1 / 2C \ omega, that is half of what it is in figure 8 for the same power transferred in the induced to heat.
Los riegos de cebado entre conductores aislados a nivel de los puntos 26a, 26b se encuentran sustancialmente reducidos.Priming risks between insulated conductors at the level of points 26a, 26b are substantially reduced
El ejemplo de la Figura 9 no es limitativo, y el inductor podría descomponerse en más de dos partes inductivas elementales.The example in Figure 9 is not limiting, and the inductor could break down into more than two inductive parts elementals
Hay que notar que la condición de resonancia L C\omega^{2} = 1 puede ser satisfactoria solo de forma aproximada.Note that the resonance condition L C \ omega2 = 1 can only be satisfactory approximate
Claims (12)
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- una alimentación eléctrica de alta frecuencia,a high frequency power supply,
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- un inductor (3, 23) adecuado para rodear, al menos parcialmente, un elemento de inducido (4, G) a calentar, teniendo este inductor una inductancia de valor determinado (L) para una potencia de calentamiento deseada,a inductor (3, 23) suitable to surround, at least partially, a armature element (4, G) to be heated, this inductor having a determined value inductance (L) for a power of desired heating,
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- y un montaje capacitivo de unión entre la alimentación y el inductor previsto para aumentar la tensión en los bornes del inductor con relación a la tensión proporcionada por la alimentación,and a capacitive connection assembly between the supply and the inductor intended to increase the voltage at the inductor terminals with relation to the voltage provided by the power supply,
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