ES2338182T5 - High frequency induction heating device and induction oven equipped with said device - Google Patents
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Abstract
Description
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Dispositivo de calentamiento por inducción a alta frecuencia y horno de inducción equipado con dicho dispositivo High frequency induction heating device and induction oven 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 an induction heating device of the type comprising:
-una sola alimentación eléctrica de alta frecuencia, -a single 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, - an inductor suitable for at least partially surrounding an induced element to be heated, the inductor having an inductance of a determined value 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 terminals of the inductor in relation to the voltage provided by the supply.
Por la expresión «alta frecuencia» utilizada para la corriente alterna se designa una frecuencia igual o superior a 10 kilohertzios (kHz). The term "high frequency" used for alternating current means a frequency equal to 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 refers to metal bands. Induction heating of metal bands is increasingly used by the steel industry 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...); -drying of various coating products (paint, galvanization, etc ...);
-tratamiento térmico (recocido, sobreenvejecimiento...), -Thermal 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 performance of the semi-conductors now allows manufacturing frequency converters of unit power of several megawatts and output frequency of several hundreds of 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. Otro ejemplo de calentamiento por inducción se conoce por el documento US 5837976. 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=LωI, fórmula en la cual: The principle of a classical installation, according to the state of the art, is illustrated in Figures 1 to 3 of the accompanying drawings in the case of a parallel oscillating circuit and a longitudinal flow inductor. Another example of induction heating is known from US 5837976. A high frequency alternating current power supply 1 is constituted by a frequency converter. One or more compensation capacitors 2 are connected to the terminals of the converter. The inductor 3 surrounds a metal band 4 to be heated; the length of the band 4 is perpendicular to the plane of Fig. 1. Current inducing currents I surround the band 4 in order to create induced currents whose circulation is schematically represented by a curve 5 represented with broken lines. The frequency converter 1 provides the active power necessary for the heating of the metal band 4. The capacitor, or the capacitor bank, 2 provides the reactive power necessary for the 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 capacitor 2, are provided to increase the voltage at the terminals of the inductor. The circuit formed by the inductor 3 and the capacitors 2, 2 'is an oscillating circuit, and the electrical voltage U (expressed in volts) that develops at the terminals of the inductor 3 (regardless of ohmic resistance) is written: U = LωI, formula in which:
L es igual a la inductancia del inductor 3 (expresada en henrios), L is equal to inductance of inductor 3 (expressed in henry),
ω es el impulso de la corriente alterna de la corriente de alimentación (en radianes por segundo) ω is the pulse of the 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 inductor 3 (in amps).
ω = 2F, siendo F igual a la frecuencia de la corriente alterna. ω = 2F, F being equal to the frequency of the alternating current.
La potencia Pt transferida por inducción a la banda 4 es proporcional: The power Pt transferred by induction to 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, -square of the magnetic field, also proportional to the number of amps turned n.l, where n is the number of turns of the inductor 3 or primary circuit,
-a la raíz cuadrada del impulso ω de la corriente. -to the square root of the pulse ω 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 necessary, everything else equal on the other hand, that the current I is important, of the order of a few 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 to that of the surrounding armature 4, cannot fall below a minimum value of the order of a few tenths of microheads for band heating inductors, even building inductors called " monoples ”, that is to say with a single turn.
Por último, ω alcanza valores elevados para permitir calentar bandas finas 4 y evitar una caída del rendimiento del sistema. Finally, ω reaches high values to allow heating of fine bands 4 and avoid a drop in system performance.
La ecuación U= LωI muestra directamente que la corriente I importante, necesaria para que la potencia transmitida 2 The equation U = LωI directly shows that the current I important, necessary for the transmitted power 2
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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. is high, it can only be obtained by applying a voltage U of several thousands of volts. This voltage is most often achieved by a capacitive assembly "voltage multiplier or capacitive elevator". According to Fig. 3 this capacitive elevator 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 Ceq equivalente a las de los condensadores del circuito, según la fórmula L Ceq ω2 = 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 Ceq capacity equivalent to those of the circuit capacitors, according to the formula L Ceq ω2 = 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 Ceq de estos tres condensadores en serie en el bucle cerrado que comprende el inductor es Ceq = C/3. In the example of Figure 3, considering the case in which the three capacitors 2, 2 'each have the same capacity value C, the equivalent capacity Ceq of these three capacitors in series in the closed loop comprising the inductor is Ceq = C / 3.
La relación: L Ceq ω2 = 1 se vuelve, sustituyendo Ceq, por C/3: I C/3 ω2 = 1 The relation: L Ceq ω2 = 1 becomes, replacing Ceq, with C / 3: I C / 3 ω2 = 1
donde: L ω = 3/ Cω. where: L ω = 3 / Cω.
La tensión en los bornes del inductor LωI es por consiguiente igual a 3 L / Cω, mientras que la tensión en los bornes de la capacidad de compensación 2, que corresponde a la tensión de alimentación, es igual a I/ Cω. La tensión en los bornes del inductor se multiplica por consiguiente por tres. The voltage at the terminals of the inductor LωI is therefore equal to 3 L / Cω, while the voltage at the terminals of the compensation capacity 2, which corresponds to the supply voltage, is equal to I / Cω. The voltage at the inductor terminals is 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 poses numerous problems of equipment realization, which should avoid an untimely voltage drop between the capacitor, or the capacitor bank, and the inductor. The splice connections must be "compensated", that is to say have a minimum connection inductance. This decrease in the inductance of the connections can only be obtained by bringing the inductor supply conductors and the internal conductors of the capacitor bank as close as possible. As schematically illustrated in Fig. 2, the distance e between the splice connections must be minimal to limit the parasitic inductance of the connection.
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 capacitor bank, often consisting of elementary support capacitors under unit voltage, connected in series-parallel.
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, to provide an induction heating device that allows high power transfer by the inductor, reducing the construction difficulties created by the voltages, in particular at the level of the inductor and capacitor connections.
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, an induction heating device of the type defined above is characterized in that the inductor is constituted by at least two elementary inductive parts distinct 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 terminals of the supply and three different elective inductive parts, which have or not the same elementary inductance, connected in series with 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 may comprise a capacitor connected between the terminals of the supply and two different elementary inductive parts, connected in series with one another 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. More generally, the device comprises a capacitor connected between the terminals of the supply and N different elective inductive parts, connected in series with N-1 junction capacitors.
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 junction capacitor (s) have equal capacity values to each other, and equal to the capacitor capacity connected to the supply terminals.
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 particular and non-integer voltage elevation factors using one or more junction capacitor batteries of equivalent value different from that of the capacitor bank connected to the supply terminals. In this case, the capacitors, or batteries of capacitors, of union, have different capacity values to those of the capacitor, or of the capacitor bank, connected to the terminals of the high frequency supply, to obtain lifting ratios of the Tension not integers.
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) are located in an area opposite the supply relative to the armature.
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 distributed along the perimeter of the armature in order to optimize the occupation of the space in the vicinity of the armature.
El o cada condensador de unión puede estar constituido por una batería de condensadores. 3 The or each junction capacitor may consist of a capacitor bank. 3
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De preferencia, la capacidad Ceq 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 Ceq ω2 = 1. Preferably, the capacity Ceq equivalent to those of the capacitors of the circuit in which the elementary inductors are located is related to the inductance L equivalent to those of the inductive parts by the ratio L Ceq ω2 = 1.
La invención se refiere igualmente a un horno de calentamiento por inducción. The invention also relates to an induction heating oven.
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 furnace for metal bands, according to the invention, is characterized in that it comprises an induction heating device, of one or more turns, as defined above. Advantageously, the capacitors, or capacitor banks, of connection may be arranged inside the furnace shield, within the oven atmosphere.
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 of direct spiral oxide.
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 which will be more explicitly discussed below with regard to embodiments described with reference to the accompanying 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 diagram of an induction heating device 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 diagram of a circuit with a battery of voltage multiplier capacitors, according to the prior art.
La figura 4 es un esquema de un dispositivo de calentamiento según la invención. Figure 4 is a diagram of a heating device according to the invention.
La figura 5 es un esquema equivalente del dispositivo de la figura 4. Figure 5 is an equivalent scheme of the 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 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 diagram illustrating the displacement of a band to be heated in a single-coil inductor, equipped with a bonding 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 schematic of a single-turn glass melting furnace, according to the state of the art, and finally
La figura 9 es un esquema de un horno de fusión de vidrio monoespira según la invención. Figure 9 is a diagram of a monospira glass melting furnace 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, an induction heating device H according to the invention can be seen, comprising a frequency converter 1 that constitutes the high frequency power supply, equal to or greater than 10 kHz. A capacitor, or a capacitor bank, of compensation 2 is connected between the terminals of the power supply 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 supply, is made up of at least two different elementary inductive parts. According to the exemplary embodiment of Figure 4, the inductor is constituted by three elementary inductive parts 3a, 3b, 3c connected in series with at least one capacitor, or capacitor bank, 2a, 2b. The inductance equivalent to those of the elementary inductive parts 3a, 3b, 3c, in series is equal to the determined value L of the inductor 3 by a classical 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 develops between terminals 6a and 7c of the respective elementary inductive parts 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 the elementary inductive parts 3b, 3c. The capacitor 2 is connected to the terminals 6a, 7c while the capacitors 2a, 2b are respectively connected to the terminals 7a, 6b and to the terminals 7b, 6c.
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 being reduced in relation to the operating voltage of the inductor 3 according to figures 1 to 3, the needs in electrical insulation and the precautions to be taken for the realization of the equipment are equally reduced and the conductors can approach to each other 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 According to the embodiment of Figure 4, the inductor formed by the set of elementary inductive parts 3a, 3b, 3c, can be installed inside a shield 8 of a heating furnace which is for example under a protective atmosphere , particularly H2 + N2, to be kept separate from the presence of air or oxygen to avoid the risks of explosion. The shield 8 is waterproof, and is made for example in sheet steel. The capacitors 2a, 2b can be housed inside the shield 8 because induction heating does not produce temperatures that are too important in the inner volume of the shield 8. Under these conditions, a single watertight crossbar 9 must be made, through the wall of the shield, for the passage of end connections 10a, 10c of the inductors 3a, 3c in order to make the connection terminals 6a, 7c
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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. accessible from the outside of the shield 8. The realization of a watertight crossbar being relatively expensive, it is particularly interesting to be able 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 electrical scheme equivalent to the installation of Figure 4. The same numerical references have been retaken in the scheme of Figure 5 reflecting that the inductor, of 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 Figure 6 is a diagram of another exemplary embodiment for a series oscillating circuit in which the inductor is divided into two parts 3a, 3b connected by a capacitor 2a. The other end terminals of the elementary inductive parts 3a, 3b are respectively connected to a plate of a capacitor 2 or 2b, likewise connected by its other plate to a supply terminal. This assembly can be provided with or without transformer
11. eleven.
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 inductors of two turns 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 perspective diagram 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 the application of induction heating in the case of a glass melting furnace or of oxides, in a direct loop. In an induction glass melting furnace there is again a high frequency power supply consisting of a frequency converter 21, with a capacitor, or a capacitor bank, 22 connected between the terminals of the converter. An inductor 23, for example monospira, connected to the terminals of the capacitor 22 surrounds a mass of melting glass G, which is conductive 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 induction furnaces for melting glass or refractory oxides (asbestos, silicate ...) is located in a zone A for closing the loop and connecting to the power supply. This zone A is subject to electric priming between the conductors due to the large potential difference between the supply 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. The currents induced in the glass mass G are schematically represented by a path with broken lines 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 Figure 9, the inductor is divided into two elementary inductive parts 23a, 23b, represented here symmetrically and the equivalent inductance of the two inductors 23a, 23b is equal to that of the 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 elementary inductors.
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 voltages between points 26a, 26b on one side and between points 27a, 27b on the other hand, elementary inductive parts, are equal to half of the voltage that was applied between points 26a, 26b according to the assembly of the state of the art of Figure 8, everything else the same on the other hand.
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 voltage between points 26a, 26b, according to Figure 9 is divided by two, while the transferred heating power 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 ω, la relación LCω2 = 1 es satisfactoria para la resonancia. La tensión en los bornes del inductor es igual a LωI o sea igual a I/Cω, con I=intensidad de la corriente en el circuito. According to Figure 8, the inductor 23 having an inductance L, and the capacitor 2 having a capacity C, the pulse of the current being ω, the ratio LCω2 = 1 is satisfactory for resonance. The voltage at the inductor terminals is equal to LωI or equal to I / Cω, 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 Ceq sea igual a 2C/2 = C. La condición de resonancia se expresa por: L Ceqω2 = 1, o sea LC ω2 = 1. Para la misma intensidad I, la tensión en los bornes de cada parte inductiva elemental es L/2 ω 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 1/2Cω, 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 elementary inductive part 23a, 23b has an inductance L / 2, while each capacitor has a double capacity 2C so that the equivalent capacity Ceq is equal to 2C / 2 = C. The resonance condition is expressed by: L Ceqω2 = 1, that is LC ω2 = 1. For the same intensity I, the voltage at the terminals of each elementary inductive part is L / 2 ω I (regardless of ohmic resistance). The transferred power, equal to the sum of the powers transferred by each elementary inductive part, is the same as for Fig 8. On the contrary, the voltage at the terminals of the capacitor 22 and between points 26a, 26b is equal to 1 / 2Cω, that is half of what it is in figure 8 for the same power transferred in the armature to be heated.
Los riegos de cebado entre conductores aislados a nivel de los puntos 26a, 26b se encuentran sustancialmente reducidos. The 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. Hay que notar que la condición de resonancia L Cω2 = 1 puede ser satisfactoria solo de forma aproximada. The example in Figure 9 is not limiting, and the inductor could decompose into more than two elementary inductive parts. It should be noted that the resonance condition L Cω2 = 1 can be satisfactory only approximately.
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