RU2240659C2 - Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives) - Google Patents

Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives) Download PDF

Info

Publication number
RU2240659C2
RU2240659C2 RU2002125297/09A RU2002125297A RU2240659C2 RU 2240659 C2 RU2240659 C2 RU 2240659C2 RU 2002125297/09 A RU2002125297/09 A RU 2002125297/09A RU 2002125297 A RU2002125297 A RU 2002125297A RU 2240659 C2 RU2240659 C2 RU 2240659C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inductor
sections
transformer
series
windings
Prior art date
Application number
RU2002125297/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002125297A (en
Inventor
С.К. Земан (RU)
С.К. Земан
А.В. Осипов (RU)
А.В. Осипов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Магнит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Магнит" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Магнит"
Priority to RU2002125297/09A priority Critical patent/RU2240659C2/en
Publication of RU2002125297A publication Critical patent/RU2002125297A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2240659C2 publication Critical patent/RU2240659C2/en

Links

Images

Landscapes

  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: induction heating; inductors for heating to different temperatures and devices for methodical heating of blanks.
SUBSTANCE: proposed heating device incorporating sectionalized inductor wherein various areas of part corresponding to different sections of inductor are heated to different temperatures is characterized in that each section is supplied with power from respective matching transformer; primary windings of these transformers are interconnected in series and their secondary windings are connected in parallel with respective inductor sections. Such connection of transformer windings makes it possible to set any desired reasonable current ratio in sections and, hence, desired power distribution by varying turn ratio of matching transformers and to maintain it constant in case of load variation due to re-distribution of transformer voltages. Several alternatives are possible for connecting resonance-tuned capacitor with such connection of transformer windings. Proposed alternatives provide for designing sectionalized-inductor systems where system cost is limited and at the same time desired output power distribution among sections is required due to dispensing with intricate control circuits, switching devices, and additional variable inductive components.
EFFECT: simplified design while maintaining resonance for all sections, enhanced efficiency, reduced cost and size of device.
5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к устройствам индукционного нагрева с многосекционным индуктором, в котором нагрев разных областей нагреваемого объекта, соответствующих разным секциям индуктора производится до разных температур, а также к устройствам для методического нагрева заготовок. В частности устройства методического нагрева характеризуются тем, что импеданс каждой отдельной детали зависит от ее положения в индукторной системе, поэтому мощность, прикладываемая к разным секциям индуктора, имеет различные значения. Для устройств методического нагрева чаще всего применяется режим нагрева, при котором мощность, потребляемая каждой деталью, поддерживается постоянной, хотя существуют и другие режимы нагрева, при которых потребляемая мощность на каждом участке индукторной системы задается определенным законом. Из вышесказанного следует, что и в том, и в другом случае необходимо поле с переменной напряженностью по длине индуктора. Эта задача в известных устройствах, как правило, решается двумя способами: изменением количества витков индуктора на единицу длины, или изменением рабочего тока по длине индуктора, например путем его разбиения на несколько секций с разным током. Применение неравномерного шага витков для реализации различных режимов нагрева достаточно подробно исследовано в литературе по методическому нагреву, см., например, Яицков С.А. Ускоренный изотермический индукционный нагрев кузнечных заготовок. М.: Машгиз, 1962. Из патентных источников известна индукционная нагревательная установка, включающая внешнюю обмотку, подключенную к источнику питания, в которой перераспределение мощности нагрева по зонам достигается за счет заранее заданного неравномерного шага витков обмотки в разных ее зонах, причем все зоны обмотки соединены последовательно и подключены к одному источнику питания (SU № 1152096, Н 05 В 6/36). Наиболее серьезным недостатком этого метода является ограничение изменения шага витка индуктора, вызванное технологическими трудностями, так как минимальное его значение ограничено толщиной изоляции, максимальное - допустимой длиной индуктора. Кроме того, на участках индуктора с малой напряженностью магнитного поля используется большой шаг намотки, что приводит к искажениям магнитного поля, увеличению потока рассеяния. Вышеперечисленные недостатки устраняются использованием секционированного индуктора с раздельным питанием секций. В такой структуре к секциям прикладываются различные напряжения, кратность которых задается коэффициентами трансформации согласующих трансформаторов. При этом либо подбирают коэффициенты трансформации, при которых достигается необходимое распределение мощности, либо применяют стабилизаторы тока по секциям, в любом из этих вариантов устройство получается сложным и дорогим. Другим методом получения нужного распределения мощности может быть работа каждой секции на своей резонансной частоте, что позволяет изменять потребляемую мощность, так как активный импеданс нагреваемой детали зависит от частоты. Однако необходимость питания каждой секции своим источником требует применения своего узла управления, в результате устройство становится сложным и дорогим (см., например, международную заявку WO № 9903308, опубл. 21.01.1999). Известны устройства для индукционного нагрева с секционированным индуктором, секции которого питаются от одного высокочастотного источника питания. При этом секции соединены параллельно через соответствующие тиристорные переключатели и для управления температурой, выделяемой в зоне, с которой связана соответствующая секция, мощность, передаваемая в каждую зону, определяется комбинацией замкнутых переключателей и периодом времени, на который подключаются секции к источнику питания (патент США № 5349167). Такие устройства требуют установления датчиков температуры в каждой зоне нагрева и обратной связи с устройством управления, в результате чего устройство также получается сложным и дорогим. Кроме того, наличие переключателей в силовой цепи снижает кпд устройства и еще более повышает его стоимость.The invention relates to induction heating, in particular to devices of induction heating with a multi-section inductor, in which the heating of different areas of the heated object corresponding to different sections of the inductor is carried out to different temperatures, as well as to devices for methodical heating of workpieces. In particular, methodical heating devices are characterized in that the impedance of each individual part depends on its position in the inductor system, so the power applied to different sections of the inductor has different values. For methodical heating devices, the heating mode is most often used in which the power consumed by each part is kept constant, although there are other heating modes in which the power consumption in each section of the inductor system is specified by a certain law. From the foregoing it follows that in both cases a field with a variable intensity along the length of the inductor is necessary. This problem in known devices, as a rule, is solved in two ways: by changing the number of turns of the inductor per unit length, or by changing the operating current along the length of the inductor, for example, by dividing it into several sections with different currents. The use of an uneven pitch of turns for the implementation of various heating modes has been studied in sufficient detail in the literature on methodological heating; see, for example, S. Yaitskov Accelerated isothermal induction heating of forging blanks. M .: Mashgiz, 1962. An induction heating installation is known from patent sources, including an external winding connected to a power source, in which the redistribution of heating power over the zones is achieved due to a predetermined uneven step of the winding turns in its different zones, and all winding zones are connected in series and connected to the same power source (SU No. 1152096, H 05 V 6/36). The most serious drawback of this method is the limitation of the change in the pitch of the coil of the inductor caused by technological difficulties, since its minimum value is limited by the thickness of the insulation, the maximum by the permissible length of the inductor. In addition, in areas of the inductor with a low magnetic field strength, a large winding pitch is used, which leads to distortions of the magnetic field and an increase in the scattering flux. The above disadvantages are eliminated using a sectioned inductor with separate section power. In such a structure, various voltages are applied to the sections, the multiplicity of which is set by the transformation coefficients of the matching transformers. In this case, either the transformation coefficients are selected at which the necessary power distribution is achieved, or current stabilizers are used in sections, in any of these options the device turns out to be complicated and expensive. Another method of obtaining the desired power distribution can be the operation of each section at its own resonant frequency, which allows you to change the power consumption, since the active impedance of the heated part depends on the frequency. However, the need to power each section with its own source requires the use of its own control unit, as a result, the device becomes complex and expensive (see, for example, international application WO No. 9903308, publ. 21.01.1999). Known devices for induction heating with a sectioned inductor, sections of which are powered from one high-frequency power source. In this case, the sections are connected in parallel through the corresponding thyristor switches and to control the temperature released in the zone with which the corresponding section is connected, the power transmitted to each zone is determined by the combination of closed switches and the period of time for which the sections are connected to the power source (US patent No. 5349167). Such devices require the installation of temperature sensors in each heating zone and feedback from the control device, as a result of which the device also turns out to be complex and expensive. In addition, the presence of switches in the power circuit reduces the efficiency of the device and further increases its cost.

Наиболее близким к первому из вариантов заявляемого изобретения является устройство многозонного индукционного нагрева, описание которого приведено в патенте США № 5059762. В этом устройстве обмотка поделена на несколько секций, определенных отпайками и связанных с соответствующими зонами нагреваемого объекта. Перераспределение питания по соответствующим секциям от одного источника с сохранением резонанса в указанном устройстве производится с помощью дополнительного реактивного сопротивления, которое шунтирует нагревательные секции через отпайки. В данном устройстве реактивные сопротивления выполнены на основе насыщаемых индуктивных элементов, которые имеют управляющие обмотки, выполненные так, что подаваемый на них постоянный ток меняет их реактивное сопротивление и сопротивление секции в целом. Недостатками данного устройства являются большие габариты, обусловленные наличием дополнительных обмоток, которые, кроме того, увеличивают индуктивную энергию контура, а значит и мощность конденсаторной батареи, и сложная схема управления процессом нагрева.Closest to the first of the variants of the claimed invention is a multi-zone induction heating device, the description of which is given in US patent No. 5059762. In this device, the winding is divided into several sections defined by soldering and associated with the corresponding zones of the heated object. Redistribution of power in the appropriate sections from one source while maintaining resonance in the specified device is performed using additional reactance, which shunts the heating sections through soldering. In this device, reactances are made on the basis of saturable inductive elements that have control windings made so that the direct current supplied to them changes their reactance and the resistance of the section as a whole. The disadvantages of this device are the large dimensions due to the presence of additional windings, which, in addition, increase the inductive energy of the circuit, and hence the power of the capacitor bank, and a complex heating process control circuit.

Задачей изобретения является упрощение устройства индукционного нагрева с сохранением резонанса по всем секциям, а также увеличения кпд, снижения его стоимости и габаритов за счет исключения сложных схем управления, переключающих устройств и дополнительных реактивных элементов.The objective of the invention is to simplify the device of induction heating while maintaining resonance in all sections, as well as increasing efficiency, reducing its cost and dimensions by eliminating complex control circuits, switching devices and additional reactive elements.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве индукционного нагрева с секционированным индуктором, питающимся от одного высокочастотного источника питания, в котором секции определены отпайками, и резонансным контуром, образованным индуктором и резонансной емкостью, питание каждой секции обеспечивается соответствующим ей согласующим трансформатором, причем первичные обмотки согласующих трансформаторов соединены последовательно друг с другом, а их вторичные обмотки включены параллельно соответствующим секциям индуктора. Такое включение трансформаторных обмоток позволяет задавать любую разумную кратность токов в секциях, а значит и необходимое распределение мощности коэффициентами трансформации согласующих трансформаторов и поддерживать ее постоянной при изменении нагрузки за счет перераспределения напряжений трансформаторов.The problem is solved in that in an induction heating device with a sectioned inductor, powered by one high-frequency power source, in which the sections are determined by soldering, and a resonant circuit formed by an inductor and a resonant capacitance, the power supply of each section is provided by a matching transformer, and the primary windings of matching transformers are connected in series with each other, and their secondary windings are connected in parallel with the corresponding sections of the inductor. This inclusion of transformer windings allows you to set any reasonable multiplicity of currents in the sections, and therefore the necessary power distribution by the transformation coefficients of the matching transformers and keep it constant when the load changes due to the redistribution of transformer voltages.

При этом возможны несколько вариантов подключения резонансной емкости при таком включении обмоток трансформатора. Во-первых, возможно подключение резонансной емкости последовательно первичным обмоткам трансформатора. В этом случае система приведена к одной резонансной емкости, расположенной по первичной обмотке трансформатора. Такое расположение емкости позволяет скомпенсировать реактивную энергию всего индуктора, в результате чего, преобразователь работает на активную нагрузку, хотя трансформаторные узлы передают полную мощность индуктора. Во-вторых, возможно подключение резонансной емкости последовательно одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора. Здесь емкость компенсирует реактивную энергию одной секции за счет последовательного включения с ней, часть реактивной мощности остальных секций компенсируется емкостной секцией через электромагнитную связь. В третьем случае, резонансная емкость включена в цепь каждой секции индуктора последовательно соответствующей вторичной обмотке трансформатора. В этой схеме согласующие трансформаторы имеют только активную составляющую мощности, так как здесь индуктивность каждой секции индуктора компенсируется собственной емкостью.In this case, several options for connecting a resonant capacitance with this inclusion of transformer windings are possible. Firstly, it is possible to connect the resonant capacitance in series with the primary windings of the transformer. In this case, the system is reduced to one resonant capacitance located along the primary winding of the transformer. This arrangement of the capacitance allows you to compensate for the reactive energy of the entire inductor, as a result of which the converter operates on an active load, although the transformer units transmit the full power of the inductor. Secondly, it is possible to connect the resonant capacitance in series with one of the secondary windings of the matching transformer. Here, the capacitance compensates for the reactive energy of one section due to the series connection with it, part of the reactive power of the remaining sections is compensated by the capacitive section through electromagnetic coupling. In the third case, the resonant capacitance is included in the circuit of each section of the inductor in series with the secondary winding of the transformer. In this circuit, matching transformers have only the active component of power, since here the inductance of each section of the inductor is compensated by its own capacitance.

Наиболее близким аналогом ко второму варианту устройства по заявляемому изобретению является устройство по патенту США № 3209114, в котором обмотки многосекционного индуктора питаются от одного источника высокочастотного питания, и каждая секция индуктора включена в свой резонансный контур, в котором параллельно каждой секции индуктора включен резонансный конденсатор и линейный переменный индуктивный элемент с широким диапазоном регулирования индуктивности для перераспределения питания по секциям в процессе нагрева. Недостатком устройства также являются трудности создания и дороговизна такого линейного переменного индуктивного элемента, а также существенное увеличение габаритов и массы устройства, с одновременным усложнением схемы управления нагревом.The closest analogue to the second variant of the device according to the claimed invention is the device according to US patent No. 3209114, in which the windings of a multi-section inductor are powered from one high-frequency power supply, and each section of the inductor is included in its resonant circuit, in which a resonant capacitor is connected in parallel to each section of the inductor and linear variable inductance element with a wide range of inductance regulation for redistributing power in sections during heating. A disadvantage of the device is the difficulty in creating and the high cost of such a linear variable inductive element, as well as a significant increase in the dimensions and mass of the device, while at the same time complicating the heating control circuit.

Задачей второго варианта изобретения также является упрощение устройства индукционного нагрева с сохранением резонанса по всем секциям, снижение его стоимости, габаритов и массы.The objective of the second embodiment of the invention is also to simplify the induction heating device while maintaining resonance in all sections, reducing its cost, dimensions and weight.

Во втором варианте изобретения поставленная задача решается тем, что в устройстве индукционного нагрева с секционированным индуктором, питающимся от одного высокочастотного источника питания, и последовательным резонансным контуром, образованным индуктором и резонансной емкостью, питание секций индуктора обеспечивается соответствующими согласующими трансформаторами, при этом первичные обмотки согласующих трансформаторов соединены последовательно друг другу, их вторичные обмотки включены последовательно соответствующим секциям индуктора, а резонансная емкость подключена параллельно ветвям, образованным секциями индуктора с соответствующими вторичными обмотками трансформатора, что также позволяет получить заданную кратность токов в секциях. В данном варианте через емкость проходит суммарный ток всех секций индуктора, поэтому компенсируются реактивные энергии всех секций.In the second embodiment of the invention, the problem is solved in that in the induction heating device with a sectioned inductor powered by one high-frequency power source and a series resonant circuit formed by the inductor and the resonant capacitance, the power supply to the inductor sections is provided by corresponding matching transformers, while the primary windings of matching transformers connected in series to each other, their secondary windings are connected in series with the corresponding section an inductor, and a resonant capacitance connected in parallel branches formed by the inductor sections with respective secondary windings of a transformer that also provides a multiplicity of predetermined currents in the sections. In this embodiment, the total current of all sections of the inductor passes through the capacitance, therefore the reactive energies of all sections are compensated.

Далее сущность изобретения раскрывается с помощью рисунков, на которых изображено: фиг.1 - схема с резонансным конденсатором, включенным последовательно первичным обмоткам согласующего трансформатора; фиг.2 -диаграммы работы схемы на фиг.1; фиг.3 - схема с резонансным конденсатором, включенным последовательно одной из вторичных обмоток трансформатора; фиг.4 - диаграмма работы схемы на фиг.3; фиг.5 - схема с резонансными конденсаторами, включенными последовательно каждой из вторичных обмоток трансформатора; фиг.6 - диаграммы работы схемы на фиг.3; фиг.7 - схема с параллельным включением резонансного конденсатора; фиг.8 - диаграммы работы схемы на фиг.7.Further, the invention is disclosed using the figures in which: FIG. 1 is a diagram with a resonant capacitor connected in series to the primary windings of a matching transformer; figure 2 - diagram of the operation of the circuit in figure 1; figure 3 - circuit with a resonant capacitor connected in series with one of the secondary windings of the transformer; figure 4 - diagram of the circuit of figure 3; 5 is a diagram with resonant capacitors connected in series to each of the secondary windings of the transformer; 6 is a diagram of the operation of the circuit in figure 3; 7 is a diagram with a parallel connection of a resonant capacitor; Fig.8 is a diagram of the operation of the circuit in Fig.7.

Все диаграммы построены при условии равенства индуктивного и активного сопротивлений секций, а также при соблюдении условия равенства мощностей секций, заданная кратность токов при этом 1:1,5:2.All diagrams are constructed under the condition that the inductive and active resistances of the sections are equal, and also under the condition that the sections have the same power, the specified current multiplicity is 1: 1.5: 2.

На чертежах приняты следующие обозначения: источник высокочастотного напряжения 1, согласующие трансформаторы 2, 3, 4 с первичными обмотками 21, 22, 23, вторичными обмотками 22, 32, 42, секции индуктора 51, 52, 53, резонансная емкость 6. Индексами L1, L2, L3 обозначены индуктивности секций индуктора.The following notation is used in the drawings: high-frequency voltage source 1, matching transformers 2, 3, 4 with primary windings 2 1 , 2 2 , 2 3 , secondary windings 2 2 , 3 2 , 4 2 , inductor sections 5 1 , 5 2 , 5 3 , resonant capacitance 6. The indices L 1 , L 2 , L 3 indicate the inductance of the sections of the inductor.

Устройство по первому варианту изобретения представлено на фиг.1, 3 и 5. В этом устройстве многосекционный индуктор, питающийся от источника 1, состоит из секций 51, 52, 53. Секции индуктора питаются от одного источника посредством соответствующих согласующих трансформаторов 2, 3 и 4, первичные обмотки которых 21, 31, 41 соединены последовательно, а вторичные обмотки 22, 32 и 42 подключены параллельно соответствующим секциям индуктора 51, 52 и 53. Резонансная емкость 6 подключена последовательно первичным обмоткам трансформатора.The device according to the first embodiment of the invention is shown in FIGS. 1, 3 and 5. In this device, a multi-section inductor, powered by source 1, consists of sections 5 1 , 5 2 , 5 3 . The inductor sections are powered from a single source by means of corresponding matching transformers 2, 3 and 4, the primary windings of which 2 1 , 3 1 , 4 1 are connected in series, and the secondary windings 2 2 , 3 2 and 4 2 are connected in parallel to the corresponding sections of the inductor 5 1 , 5 2 and 5 3 . The resonant capacitance 6 is connected in series with the primary windings of the transformer.

Устройство на фиг.3 отличается только тем, что резонансная емкость 6 включена последовательно с вторичной обмоткой 42 трансформатора 4.The device in figure 3 differs only in that the resonant capacitance 6 is connected in series with the secondary winding 4 2 of the transformer 4.

В устройстве на фиг.5 резонансная емкость включена в цепь каждой секции индуктора. Здесь резонансная емкость 61 включена последовательно вторичной обмотке согласующего трансформатора 22. в цепи секции индуктора 51, резонансная емкость 62 включена последовательно вторичной обмотке 32 в цепи второй секции индуктора и так далее.In the device of FIG. 5, a resonant capacitance is included in the circuit of each section of the inductor. Here, the resonant capacitance 6 1 is connected in series with the secondary winding of the matching transformer 2 2 . in the circuit of the section of the inductor 5 1 , the resonant capacitance 6 2 is connected in series to the secondary winding 3 2 in the circuit of the second section of the inductor and so on.

Устройство по второму варианту изобретения представлено на фиг.7. В этом варианте многосекционный индуктор 5 состоит из секций 51, 52 и 53. Все секции индуктора питаются от одного высокочастотного источника питания через соответствующие согласующие трансформаторы 2, 3 и 4, первичные обмотки которых 21, 31 и 41 соединены между собой последовательно, а вторичные обмотки 22, 32 и 42 включены каждая последовательно с соответствующей ей секцией индуктора 51, 52 и 53. В этом варианте резонансная 6 емкость включена параллельно ветвям, образованным секциями индуктора с соответствующими вторичными обмотками согласующих трансформаторов, образуя последовательный резонансный контур со всеми секциями.The device according to the second embodiment of the invention is presented in Fig.7. In this embodiment, the multi-section inductor 5 consists of sections 5 1 , 5 2 and 5 3 . All sections of the inductor are powered from one high-frequency power source through the corresponding matching transformers 2, 3 and 4, the primary windings of which 2 1 , 3 1 and 4 1 are connected to each other in series, and the secondary windings 2 2 , 3 2 and 4 2 are connected each in series with the corresponding section of the inductor 5 1 , 5 2 and 5 3 . In this embodiment, the resonant 6 capacitance is connected parallel to the branches formed by the sections of the inductor with the corresponding secondary windings of the matching transformers, forming a series resonant circuit with all sections.

Работа устройства на фиг.1 иллюстрируется диаграммой работы этого варианта при методическом нагреве на фиг.2, где представлены диаграммы напряжений первичных обмоток трансформаторов U21, U31 и U41 и токов секций индуктора I51, I52 и I53. Из диаграммы видно, что при различных сопротивлениях секций система обеспечивает заданную коэффициентами трансформации кратность тока в секциях. На фиг.2 первичные напряжения трансформаторов равны, так как диаграммы построены из условия равенства мощностей секций. В данном варианте система приведена к одной резонансной емкости 6, расположенной в цепи первичных обмоток трансформаторов. Такое расположение емкости позволяет скомпенсировать реактивную нагрузку всего индуктора, в результате чего, преобразователь источника 1 работает на активную нагрузку. Но так как емкость включена по первичной обмотке, габаритная мощность согласующего трансформатора завышена за счет реактивной мощности индуктора, то есть трансформатор передает полную мощность индуктора. Это подтверждают диаграммы на фиг.2, на которой видно, что сумма напряжений трансформатора имеет реактивную составляющую. Преимуществом этой схемы является небольшая емкость конденсатора или конденсаторной батареи, так как она приводится к вторичной стороне трансформатора через квадрат коэффициента трансформации. Недостатком схемы является высокое напряжение на резонансной емкости. Таким образом, такую схему лучше использовать в устройствах индукционного нагрева с низковольтным выходом, так как оптимальное проектирование емкости на низкое напряжение затруднено.The operation of the device in figure 1 is illustrated by the diagram of the operation of this option with the methodical heating in figure 2, which shows the voltage diagrams of the primary windings of the transformers U2 1 , U3 1 and U4 1 and the current sections of the inductor I5 1 , I5 2 and I5 3 . It can be seen from the diagram that at various sections resistances the system provides the multiplicity of current specified in the transformation coefficients in the sections. In figure 2, the primary voltage of the transformers are equal, since the diagrams are constructed from the condition of equal power sections. In this embodiment, the system is reduced to one resonant capacitance 6 located in the primary winding circuit of the transformers. This arrangement of the capacitance allows you to compensate for the reactive load of the entire inductor, as a result of which, the source converter 1 operates on an active load. But since the capacitance is switched on in the primary winding, the overall power of the matching transformer is overestimated due to the reactive power of the inductor, that is, the transformer transmits the total power of the inductor. This is confirmed by the diagrams in figure 2, which shows that the sum of the voltage of the transformer has a reactive component. The advantage of this circuit is the small capacitance of the capacitor or capacitor bank, since it is brought to the secondary side of the transformer through the square of the transformation coefficient. The disadvantage of this circuit is the high voltage at the resonant capacitance. Thus, such a circuit is best used in induction heating devices with a low voltage output, since it is difficult to optimally design a capacitance for low voltage.

В структуре с расположением резонансной емкости 6 по вторичной обмотке, показанной на фиг.3, емкость компенсирует реактивную энергию одной секции 53 за счет последовательного включения с ней, реактивная мощность остальных секций 51 и 52 компенсируется емкостной секцией через электромагнитную связь. Реактивное напряжение вторичной обмотки трансформатора 42 равно сумме реактивных напряжений вторичных обмоток остальных секций, как можно видеть из диаграммы на фиг.4. Из этого можно сделать вывод, что чем больше используется секций, (то есть, чем меньшая результирующая индуктивность соединена с емкостью), тем выше реактивная составляющая напряжения на трансформаторе в секции, где включена емкость, в данном случае на трансформаторе 4. Таким образом, структура применима при минимальном количестве секций индуктора.In the structure with the arrangement of the resonant capacitance 6 along the secondary winding shown in FIG. 3, the capacitance compensates for the reactive energy of one section 5 3 due to the series connection with it, the reactive power of the remaining sections 5 1 and 5 2 is compensated by the capacitive section via electromagnetic coupling. The reactive voltage of the secondary winding of the transformer 4 2 is equal to the sum of the reactive voltages of the secondary windings of the remaining sections, as can be seen from the diagram in figure 4. From this we can conclude that the more sections are used (that is, the smaller the resulting inductance is connected to the capacitance), the higher the reactive component of the voltage on the transformer in the section where the capacitance is turned on, in this case, on the transformer 4. Thus, the structure applicable with a minimum number of sections of the inductor.

Работа варианта устройства, представленного на фиг.5 характеризуется тем, что согласующие трансформаторы 2, 3, 4 имеют только активную составляющую мощности, так как здесь индуктивность каждой секции индуктора 51, 52, 53 фактически полностью компенсируется собственной емкостью, соответственно, 61, 62, 63, включенной последовательно с вторичной обмоткой соответствующего трансформатора. Диаграммы напряжений и токов для работы этой схемы приведены на фиг.6. В данной схеме необходимо выполнить условие совпадения резонансных частот в секциях, то есть:The operation of the variant of the device shown in FIG. 5 is characterized in that the matching transformers 2, 3, 4 have only the active power component, since here the inductance of each section of the inductor 5 1 , 5 2 , 5 3 is actually completely compensated by its own capacitance, respectively, 6 1 , 6 2 , 6 3 , connected in series with the secondary winding of the corresponding transformer. Diagrams of voltages and currents for the operation of this circuit are shown in Fig.6. In this scheme, it is necessary to fulfill the condition for the resonance frequencies to coincide in the sections, that is:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где С61, С62, С63 - емкости конденсаторов в соответствующих секциях, a L1, L2 и L3 - индуктивности соответствующих секций индуктора 51, 52 и 53.where C 61 , C 62 , C 63 are the capacitors of the capacitors in the respective sections, and L 1 , L 2 and L 3 are the inductances of the corresponding sections of the inductor 5 1 , 5 2 and 5 3 .

На диаграмме фиг.6 представлены напряжения и токи в режиме стабилизации мощности в секциях при соблюдении указанного условия. Из диаграммы видно, что напряжения на первичных обмотках трансформаторов не имеют реактивных составляющих и совпадают друг с другом, что является свидетельством постоянства потребляемой мощности по секциям. Изменения индуктивностей L1, L2, L3 в процессе нагрева, причем непропорционально друг другу из-за наличия индуктивности рассеяния, могут приводить к появлению реактивных напряжений трансформаторов в результате нарушения условия (1). Однако этот эффект будет существенно меньше при увеличении числа секций, поскольку диапазон изменения индуктивности загрузки в пределах каждой секции будет снижаться с ростом их числа. То есть с помощью этой схемы можно получить стабильный режим нагрева, притом, что она существенно дешевле и проще по сравнению с известными аналогами.The diagram of Fig.6 shows the voltage and currents in the mode of stabilization of power in sections, subject to the specified conditions. The diagram shows that the voltages on the primary windings of the transformers do not have reactive components and coincide with each other, which is evidence of the constancy of power consumption in sections. Changes in inductances L 1 , L 2 , L 3 during heating, disproportionately to each other due to the presence of leakage inductance, can lead to the appearance of transformer reactive voltages as a result of violation of condition (1). However, this effect will be significantly less with an increase in the number of sections, since the range of variation of the load inductance within each section will decrease with an increase in their number. That is, using this scheme, you can get a stable heating mode, despite the fact that it is significantly cheaper and simpler in comparison with the known analogues.

Работа второго варианта устройства объясняется с помощью примера, приведенного на фиг.7 с соответствующими диаграммами, представленными на фиг.8. В этой структуре через емкость 6 проходит суммарный ток всех секций индуктора, поэтому компенсируются реактивные энергии всех секций, хотя все секции индуктора будут передавать реактивную мощность, так как имеют разные реактивные составляющие. Однако суммарная мощность всей трансформаторной системы будет иметь только активную составляющую, за счет того, что индуктивный характер одной секции компенсируется емкостным характером другой, что подтверждается диаграммами фиг.8. Таким образом, эту структуру можно эффективно использовать при большом количестве секций индуктора. Преимуществом этой системы является достижение сравнительно небольших реактивных мощностей трансформаторов при использовании только одной резонансной емкости.The operation of the second embodiment of the device is explained using the example shown in Fig. 7 with the corresponding diagrams presented in Fig. 8. In this structure, the total current of all sections of the inductor passes through capacity 6, therefore the reactive energies of all sections are compensated, although all sections of the inductor will transmit reactive power, since they have different reactive components. However, the total power of the entire transformer system will have only the active component, due to the fact that the inductive nature of one section is compensated by the capacitive nature of the other, which is confirmed by the diagrams of Fig. 8. Thus, this structure can be effectively used with a large number of sections of the inductor. The advantage of this system is the achievement of relatively small reactive powers of transformers when using only one resonant capacitance.

Предлагаемые варианты изобретения позволяют проектировать системы с секционированным индуктором для применений, где ограничена стоимость системы, но требуется заданное распределение выделяемой мощности по секциям, за счет исключения сложных схем управления, коммутирующих устройств и дополнительных переменных индуктивных элементов.The proposed variants of the invention make it possible to design systems with a partitioned inductor for applications where the cost of the system is limited, but a given distribution of allocated power is required in sections, due to the elimination of complex control circuits, switching devices and additional variable inductive elements.

Claims (5)

1. Устройство высокочастотного индукционного нагрева с секционированным индуктором, с питанием секций от одного источника высокочастотного питания и резонансным контуром, образованным индуктором и резонансной емкостью, отличающееся тем, что питание каждой секции обеспечивается соответствующим ей согласующим трансформатором, соединенным с источником питания, при этом первичные обмотки согласующих трансформаторов соединены последовательно, а их вторичные обмотки включены параллельно соответствующим секциям индуктора.1. A high-frequency induction heating device with a sectioned inductor, powered by sections from a single high-frequency power source and a resonant circuit formed by an inductor and a resonant capacitance, characterized in that the power of each section is provided by a matching matching transformer connected to the power source, while the primary windings matching transformers are connected in series, and their secondary windings are connected in parallel with the corresponding sections of the inductor. 2. Устройство высокочастотного индукционного нагрева по п.1, отличающееся тем, что резонансная емкость включена в цепи первичных обмоток согласующего трансформатора последовательно им.2. The high-frequency induction heating device according to claim 1, characterized in that the resonant capacitance is included in the primary winding circuit of the matching transformer in series with them. 3. Устройство высокочастотного индукционного нагрева по п.1, отличающееся тем, что резонансная емкость включена последовательно одной из вторичных обмоток трансформатора.3. The high-frequency induction heating device according to claim 1, characterized in that the resonant capacitance is connected in series with one of the secondary windings of the transformer. 4. Устройство высокочастотного индукционного нагрева по п.1, отличающееся тем, что последовательно каждой вторичной обмотке трансформатора включена резонансная емкость.4. The high-frequency induction heating device according to claim 1, characterized in that a resonant capacitance is connected in series with each secondary winding of the transformer. 5. Устройство высокочастотного индукционного нагрева с секционированным индуктором, с питанием секций от одного источника высокочастотного питания и резонансным контуром, образованным индуктором и резонансной емкостью, отличающееся тем, что питание каждой из секций индуктора обеспечивается соответствующим ей согласующим трансформатором, секции индуктора соединены последовательно с питающими их вторичными обмотками трансформатора, образуя параллельные ветви, а резонансная емкость включена параллельно указанным ветвям с образованием резонансного контура с каждой секцией индуктора, при этом первичные обмотки согласующих трансформаторов соединены последовательно.5. A high-frequency induction heating device with a sectioned inductor, with sections powered by a single high-frequency power source and a resonant circuit formed by an inductor and a resonant capacitance, characterized in that the power of each of the sections of the inductor is provided by a matching matching transformer, sections of the inductor are connected in series with their supply the secondary windings of the transformer, forming parallel branches, and the resonant capacitance is connected in parallel with these branches with it resonance circuit with each section of the inductor, the primary windings of the matching transformers are connected in series.
RU2002125297/09A 2002-09-23 2002-09-23 Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives) RU2240659C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125297/09A RU2240659C2 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125297/09A RU2240659C2 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002125297A RU2002125297A (en) 2004-03-27
RU2240659C2 true RU2240659C2 (en) 2004-11-20

Family

ID=34309982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002125297/09A RU2240659C2 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2240659C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449510C1 (en) * 2008-04-09 2012-04-27 Ниппон Стил Корпорейшн Device and method for inductive heating
RU2455796C2 (en) * 2008-03-06 2012-07-10 Сименс Акциенгезелльшафт System for inductive heating oil sands and heavy oil deposits using current conductors
RU2525851C2 (en) * 2009-10-19 2014-08-20 Электрисите Де Франс Method of induction heating used in device comprising magnetically connected inductors
RU2622114C1 (en) * 2016-06-22 2017-06-13 Дмитрий Иванович Панфилов Reactor group, switched by thyristors
RU2736334C2 (en) * 2018-10-15 2020-11-16 Эдвид Иванович Линевич Method of converting electrical energy into heat energy and an electric heater device using method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114848477A (en) * 2022-05-13 2022-08-05 江苏宁禾药业有限公司 Grading heating and drying method for traditional Chinese medicinal material production

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455796C2 (en) * 2008-03-06 2012-07-10 Сименс Акциенгезелльшафт System for inductive heating oil sands and heavy oil deposits using current conductors
US8766146B2 (en) 2008-03-06 2014-07-01 Siemens Aktiengesellscaft Apparatus for the inductive heating of oil sand and heavy oil deposits by way of current-carrying conductors
US10000999B2 (en) 2008-03-06 2018-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for the inductive heating of oil sand and heavy oil deposits by way of current-carrying conductors
RU2449510C1 (en) * 2008-04-09 2012-04-27 Ниппон Стил Корпорейшн Device and method for inductive heating
RU2525851C2 (en) * 2009-10-19 2014-08-20 Электрисите Де Франс Method of induction heating used in device comprising magnetically connected inductors
RU2622114C1 (en) * 2016-06-22 2017-06-13 Дмитрий Иванович Панфилов Reactor group, switched by thyristors
RU2736334C2 (en) * 2018-10-15 2020-11-16 Эдвид Иванович Линевич Method of converting electrical energy into heat energy and an electric heater device using method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002125297A (en) 2004-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Perreault et al. Opportunities and challenges in very high frequency power conversion
KR101645736B1 (en) Circuitry for inductive power transfer
Aldhaher et al. Tuning class E inverters applied in inductive links using saturable reactors
US7457344B2 (en) Electric induction control system
DE19702042A1 (en) Voltage supply for high power load from mains of arbitrary voltage
EP1374640B1 (en) Simultaneous induction heating and stirring of a molten metal
JP4700416B2 (en) Induction heating apparatus, method thereof, and heating apparatus
RU2240659C2 (en) Sectionalized-inductor inductive heating device (alternatives)
US20040028111A1 (en) Simultaneous induction heating and stirring of a molten metal
US20030169027A1 (en) Switched- mode power supply
WO1997001211A1 (en) Load resonant converters
US5586017A (en) Power generator comprising a transformer
RU2375722C1 (en) Device for creation of high-power high-frequency alternating magnetic field
Baguley et al. Theory and control of wireless power transfer systems
RU2256303C2 (en) Induction heating apparatus with sectional inductor
Sinha et al. Optimized design of high-efficiency immittance matching networks for capacitive wireless power transfer systems
Wang et al. Performance evaluation of a two-terminal active Inductor in the DC-link filter of a three-phase diode bridge rectifier
Gautam et al. Design Considerations for Medium Frequency High Power Transformer
WO2018029114A1 (en) System and method for inductive energy transmission
RU45220U1 (en) THROUGH HEAT INDUCTION INSTALLATION
KR102175583B1 (en) Resonant converter including power network with passive devices
EP3600951B1 (en) A voltage-controllable capacitive device, a method for manufacturing such a device and a method for operating such a device and a device of a system for inductive power transfer
RU14334U1 (en) DEVICE FOR INDUCTION HIGH FREQUENCY HEATING OF PARTS
RU2214072C2 (en) Induction heating device affording desired temperature profile
RU45219U1 (en) THROUGH HEAT INDUCTION INSTALLATION

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070924

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20090127

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090924