PL227081B1 - Układ zwiekszania czestotliwosci napiecia odbiornika zasilanego ze zródła pradu zmiennego, zwłaszcza odbiornika grzejnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zwiększania częstotliwości napięcia odbiornika zasilanego ze źródła prądu. Wynalazek dotyczy zwłaszcza odbiorników grzejnych rezystancyjno-indukcyjno-pojemnościowych. Znajduje zastosowanie w przemyśle hutniczym, a także w jubilerstwie i medycynie, do grzania, a zwłaszcza grzania indukcyjnego.

Znany z literatury: Hering M.: „Podstawy elektrotermii”, WNT, Warszawa 1998 oraz Rodacki T., Kandyba A.: „Urządzenia elektrotermiczne”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, układ potrajacza częstotliwości do nagrzewania indukcyjnego. Przetwarza trójfazowy prąd, częstotliwości sieciowej 50 Hz na jednofazowy prąd o częstotliwości potrójnej czyli 150 Hz. Zbudowany jest z trzech transformatorów jednofazowych, których uzwojenia pierwotne połączone są w gwiazdę, a uzwojenia wtórne szeregowo, przy czym do ich zacisków przyłączone są kondensatory oraz odbiornik.

Układ zwiększania częstotliwości napięcia odbiornika zasilanego ze źródła prądu, według wynalazku, ma na wejściu źródło prądu zmiennego a na wyjściu zasilany odbiornik. Istotą jest to, że równolegle do źródła prądu ma włączoną cewkę indukcyjną i również równolegle do źródła prądu ma włączony kondensator. Ponadto ma nieliniową cewkę indukcyjną z magnetowodem ferromagnetycznym włączoną szeregowo z odbiornikiem.

Korzystne jest jeśli cewka indukcyjna ma nastawianą indukcyjność w zakresie 0-100 mH.

Zastosowana cewka rdzeniowa o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego posiada typową nieliniową charakterystykę z histerezą. Układ pracuje w zakresie nieliniowej charakterystyki indukcyjności.

W obwodzie utworzonym przez odbiornik rezystancyjno-indukcyjno-pojemnościowych przebieg napięcia na odbiorniku przyjmuje charakter drgań oscylacyjnych tłumionych o częstotliwości zależnej od parametrów tego obwodu. Układ, według wynalazku, umożliwia zwiększenie częstotliwości drgań do około stu razy.

Zmianę wielkości elektrycznych w układzie, a szczególnie częstotliwości napięcia na odbiorniku możemy dokonywać przez zmianę wartości prądu źródła lub zmianę nastawy indukcyjności cewki indukcyjnej włączonej równolegle do źródła prądu.

Zadaniem kondensatora włączonego równolegle do źródła prądu jest podniesienie prądu w gałęzi odbiornika, nawet kilkukrotne w stosunku do prądu źródła, dzięki występowaniu rezonansu prądów o częstotliwości źródła zasilania.

Podstawową zaletą wynalazku jest brak konieczności stosowania wrażliwych łączników energoelektronicznych, które w istotny sposób zwiększają ryzyko wystąpienia przepięć, awarii i podnoszą koszt urządzeń. Mimo braku łączników uzyskuje się do około 100 krotnego zwiększenia częstotliwości napięcia odbiornika w stosunku do częstotliwości źródła prądu. Przykładowo przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej 50 Hz uzyskuje się częstotliwość roboczą do około 5 kHz znacznie rozszerzając zastosowanie układu.

Można też układ zastosować na wyjściu układu łącznikowego dla zwiększenia jego częstotliwości roboczej napięcia poprzez modernizację obwodu odbiornika.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu.

Układ zwiększania częstotliwości napięcia odbiornika grzejnego zasilanego ze źródła prądu ma na wejściu źródło prądu zmiennego. Na wyjściu ma odbiornik, którym w przykładzie jest nagrzewnica indukcyjna mająca 10-30 zwojów i posiadająca wewnątrz wsad stalowy i równolegle do niej dołączony kondensator Co o pojemności 100 uF. Równolegle do źródła prądu I włączona jest cewka indukcyjna L i również równolegle do źródła prądu włączony jest kondensator C. Natomiast szeregowo z odbiornikiem R_oL_oC_o włączona jest nieliniowa cewka indukcyjna z magnetowodem ferromagnetycznym L_Fe. Cewka indukcyjna L ma indukcyjność nastawianą w zakresie 0-100 mH.

Działanie układu, według wynalazku, jest następujące. Kondensator Co odbiornika jest ładowany ze źródła prądu zmiennego I, wynoszącego 10 A, poprzez cewkę L_Fe o indukcyjności do 100 mH. Po naładowaniu do napięcia Uo, które może wynosić 200-300 V, następuje oscylacyjne rozładowywanie się kondensatora odbiornika Co, o pojemności 100 uF, w obwodzie odbiornika RoLoCo. Częstotliwość napięcia odbiornika wynosi 1-5 kHz i jest zależna od parametrów tego obwodu.

Zastosowana cewka LFe jest cewką rdzeniową o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego o odpowiednim natężeniu pola magnetycznego. Układ pracuje przy dobranej nieliniowej charakPL 227 081 B1 terystyce indukcyjności zależnej od natężenia pola magnetycznego w rdzeniu cewki rdzeniowej o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego LFe.

Przebieg napięcia Uo na odbiorniku RoLoCo, przyjmuje charakter drgań oscylacyjnych tłumionych o częstotliwości zależnej od parametrów tego obwodu.

Kondensator C razem z indukcyjnościami tworzy układ rezonansu prądów o częstotliwości źródła zasilania co powoduje podniesienie prądu na odbiorniku nawet kilkukrotnie w stosunku do prądu źródła.

Zmianę wielkości elektrycznych w układzie, a zwłaszcza częstotliwości oraz napięcia Uo na odbiorniku możemy wykonywać przez zmianę wartości źródła prądu I lub nastawy indukcyjności cewki L od 0 do 100 mH. Przykładowy układ, umożliwia zwiększenie częstotliwości do około 100 razy.

Claims (2)

1. Układ zwiększania częstotliwości napięcia odbiornika zasilanego ze źródła prądu, zwłaszcza odbiornika grzejnego, mający na wejściu źródło prądu zmiennego a na wyjściu zasilany odbiornik, znamienny tym, że równolegle do źródła prądu (I) ma włączoną cewkę indukcyjną (L) i również równolegle do źródła prądu (I) ma włączony kondensator (C), a ponadto ma nieliniową cewkę indukcyjną z magnetowodem ferromagnetycznym (LFe) włączoną szeregowo z odbiornikiem (RoL0Co).

2. Układ zwiększania częstotliwości napięcia, według zastrz. 1, znamienny tym, że cewka indukcyjna (L) ma nastawianą indukcyjność w zakresie 0-100 mH.