PL229511B1

PL229511B1 - System for induction heating of ferromagnetic charge

Info

Publication number: PL229511B1
Application number: PL415111A
Authority: PL
Inventors: Roman Kieroński
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2018-07-31
Also published as: PL415111A1

Abstract

Układ do indukcyjnego nagrzewania wsadu ferromagnetycznego częstotliwością zwiększoną bez użycia łącznika, zawiera przyłączone do źródła napięcia przemiennego (U) szeregowo połączone cewkę indukcyjną (L), nagrzewnicę indukcyjną (ROLO) i kondensator (C). Nagrzewnica indukcyjna (ROLO) łącznie z wsadem ferromagnetycznym stanowi nieliniową cewkę rdzeniową o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego i jest zbocznikowana kondensatorem (Cr). Rdzeń cewki rdzeniowej korzystnie jest rdzeniem zamkniętym.The system for induction heating of ferromagnetic charge with increased frequency without the use of a switch, includes a series connected induction coil (L), induction heater (ROLO) and capacitor (C) connected to the source of alternating voltage (U). The induction heater (ROLO), together with the ferromagnetic charge, is a nonlinear core coil with a magnetic core made of a ferromagnetic material and is shunted by a capacitor (Cr). The core of the core coil is preferably a closed core.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ do indukcyjnego nagrzewania wsadu ferromagnetycznego, częstotliwością zwiększoną bez użycia łącznika. Układ służy do nagrzewania wsadu ferromagnetycznego będącego rdzeniem nagrzewnicy, przez który przepływa rozgrzewane medium, zazwyczaj płyn. Układ znajduje zastosowanie w gospodarstwie domowym, ale także w przemyśle hutniczym do grzania indukcyjnego.The subject of the invention is a system for the induction heating of a ferromagnetic charge with an increased frequency without the use of a connector. The system is used to heat the ferromagnetic charge, which is the core of the heater, through which the medium to be heated, usually a fluid, flows. The system is used in the household, but also in the steel industry for induction heating.

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 także nie posiada łącznika. Przetwarza trójfazowy prąd, częstotliwości sieciowej (50 Hz) na jednofazowy prąd o częstotliwości potrójnej (150 Hz). Zbudowany jest on 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.Known from literature: Hering M .: "Fundamentals of electrothermia", WNT, Warsaw 1998 and Rodacki T., Kandyba A .: "Electrothermal devices", Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, the triple frequency system for induction heating also does not have a switch. It converts three-phase mains frequency (50 Hz) current into single-phase current with triple frequency (150 Hz). It consists of three single-phase transformers, the primary windings of which are connected in a star pattern, and the secondary windings are connected in series, with capacitors and a load connected to their terminals.

Znany jest też z opisu zgłoszeniowego P 413100 A1 w Urzędzie Patentowym RP, układ zwiększania częstotliwości prądu odbiornika zasilanego ze źródła napięcia zmiennego, zwłaszcza odbiornika grzejnego. Układ ma na wejściu źródło napięcia zmiennego a na wyjściu zasilany odbiornik. Istotą jest to, że w szereg z odbiornikiem rezystancyjno-indukcyjno-pojemnościowych połączona jest cewka indukcyjna oraz kondensator. Natomiast odbiornik zbocznikowany jest nieliniową cewką indukcyjną z magnetowodem ferromagnetycznym.A system for increasing the frequency of the current of a receiver powered from an alternating voltage source, especially a heating receiver, is also known from the application description P 413100 A1 in the Patent Office of the Republic of Poland. The system has an alternating voltage source at the input and a powered receiver at the output. The essence is that an inductor and a capacitor are connected in series with the resistive-inductive-capacitive receiver. On the other hand, the receiver bypassed is a nonlinear inductor with a ferromagnetic magneto.

Układ, według wynalazku, zawiera przyłączone do źródła napięcia przemiennego, szeregowo połączoną cewkę indukcyjną, nagrzewnicę indukcyjną i kondensator, przy czym nagrzewnica indukcyjna jest zbocznikowana kondensatorem. Uzwojenie nagrzewnicy łącznie z rdzeniem ferromagnetycznym stanowi nieliniową cewką rdzeniową o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego.The circuit according to the invention comprises a series-connected induction coil, an induction heater and a capacitor connected to an AC voltage source, the induction heater being bypassed by a capacitor. The heater winding, together with the ferromagnetic core, is a nonlinear core coil with a magnetic core made of a ferromagnetic material.

Korzystnym jest to, że rdzeń cewki rdzeniowej jest rdzeniem zamkniętym.It is preferable that the core of the core coil is a closed core.

Korzystnym jest gdy cewka indukcyjna ma indukcyjność nastawianą.It is advantageous if the inductor has a settable inductance.

Układ, według wynalazku, posiada zaletę bezłącznikowego zwiększenia częstotliwości prądu nagrzewnicy indukcyjnej do około stu razy w stosunku do częstotliwości źródła napięcia. Można więc uzyskać częstotliwość roboczą do około 5 kHz przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej 50 Hz.The arrangement according to the invention has the advantage of a switchless increase of the current frequency of the induction heater to about a hundred times the frequency of the voltage source. Thus, an operating frequency of up to about 5 kHz can be achieved when powered by a 50 Hz power grid.

Układ ten można też zastosować na wyjściu układu łącznikowego dla zwiększenia jego częstotliwości roboczej prądu poprzez modernizację obwodu odbiornika, na przykład w celu uzyskania zwiększenia częstotliwości roboczej danego przemiennika częstotliwości.This circuit can also be used at the output of the switch circuit to increase its operating frequency of the current by modernizing the load circuit, for example to increase the operating frequency of a given frequency inverter.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, which shows a schematic diagram of the system.

Układ, według wynalazku, zawiera przyłączone do źródła napięcia przemiennego U, szeregowo połączone, cewkę indukcyjną L, nagrzewnicę indukcyjną R₀L₀ i kondensator C. Nagrzewnica indukcyjna RoLo jest zbocznikowana kondensatorem Cr. Nagrzewnica indukcyjna RoL_o razem z rdzeniem ferromagnetycznym jest nieliniową cewką rdzeniową o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego. Cewka indukcyjna L może być cewką o indukcyjności nastawnej.The circuit according to the invention comprises an induction coil L connected to a source of alternating voltage U, connected in series, an induction heater R ₀ L ₀ and a capacitor C. The RoLo induction heater is bypassed with a Cr capacitor. Induction heater roles _of a ferromagnetic core with a coil core for a non-linear magnetic core of ferromagnetic material. The inductor L may be a variable inductance.

Działanie układu, według wynalazku, jest następujące. Kondensator Cr jest ładowany ze źródła napięcia przemiennego U poprzez cewkę L. Po naładowaniu do odpowiedniego napięcia następuje oscylacyjne rozładowywanie się kondensatora Cr w obwodzie RoLoCr prądem l₀ o częstotliwości zależnej od parametrów tego obwodu, aż do chwili, gdy napięcie U spadnie do zera, po czym cykl pracy powtarza się. Nagrzewnica indukcyjna o magnetowodzie z materiału ferromagnetycznego ma typową nieliniową charakterystykę z histerezą, podobnie jak cewka rdzeniowa. Układ pracuje w zakresie nieliniowej charakterystyki indukcyjności nagrzewnicy. W obwodzie RoLoCr, przebieg prądu l₀ przyjmuje charakter drgań oscylacyjnych tłumionych, o częstotliwości zależnej od parametrów tego obwodu. Zadaniem kondensatora C jest podniesienie napięcia na indukcyjnościach układu, nawet kilkukrotnie w stosunku do napięcia źródła, dzięki występowaniu rezonansu napięć o częstotliwości źródła zasilania. Zmianę wielkości elektrycznych w układzie, a zwłaszcza częstotliwości oraz prądu nagrzewnicy lo, uzyskuje się przez zmianę wartości źródła napięcia U lub zmianę nastaw indukcyjności cewki L.The operation of the system according to the invention is as follows. The capacitor Cr is charged from the source of alternating voltage U through the coil L. After charging to the appropriate voltage, an oscillating discharge of the capacitor Cr in the RoLoCr circuit takes place with the current l ₀ with a frequency depending on the parameters of this circuit, until the voltage U drops to zero, after the work cycle repeats itself. The magnetic core induction heater made of ferromagnetic material has the typical non-linear characteristic with hysteresis, as does the core coil. The system works within the range of non-linear heater inductance characteristics. In the RoLoCr circuit, the course of the current I ₀ assumes the nature of damped oscillating vibrations, the frequency of which depends on the parameters of the circuit. The task of the capacitor C is to raise the voltage on the inductances of the system, even several times in relation to the source voltage, thanks to the voltage resonance at the frequency of the power source. The change of electrical quantities in the system, especially the frequency and current of the lo heater, is achieved by changing the value of the voltage source U or changing the settings of the inductance of the coil L.

W przykładowym wykonaniu nagrzewnica indukcyjna RoLo razem z rdzeniem ferromagnetycznym, będąca nieliniową cewką rdzeniową, ma około 100 zwojów i posiada wewnętrzny wsad stalowy ferromagnetyczny, który jest jednocześnie rdzeniem tej cewki. Cewka L ma indukcyjność nastawianą do 100 mH. Kondensator Cr ma pojemność 20 pF. Częstotliwość prądu odbiornika l₀ wynosi 1-5 kHz.In an exemplary embodiment, the RoLo induction heater together with the ferromagnetic core, which is a nonlinear core coil, has about 100 turns and has an internal ferromagnetic steel charge, which is also the core of the coil. The L coil has an inductance set to 100 mH. The Cr capacitor has a capacity of 20 pF. Receiver current frequency l ₀ is 1-5 kHz.

Claims

Patent claims

1. A system for inductive heating of a ferromagnetic charge with an increased frequency without the use of a switch, characterized in that it comprises a series-connected induction coil (L), an induction heater (R ₀ L ₀ ) and a capacitor (C) connected to the source of alternating voltage (U). where the induction heater (R ₀ L ₀ ) is bypassed by a capacitor (Cr), while the winding of the heater together with the ferromagnetic core is a nonlinear core coil with a magnetic core made of a ferromagnetic material.

2. The system according to claim The process of claim 1, wherein the core coil core is a closed core.

3. The system according to claim The method of claim 1, characterized in that the inductor (L) has an adjustable inductance.