RU2433365C1 - Induction crucible furnace - Google Patents

Induction crucible furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2433365C1
RU2433365C1 RU2010108862/02A RU2010108862A RU2433365C1 RU 2433365 C1 RU2433365 C1 RU 2433365C1 RU 2010108862/02 A RU2010108862/02 A RU 2010108862/02A RU 2010108862 A RU2010108862 A RU 2010108862A RU 2433365 C1 RU2433365 C1 RU 2433365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
main
additional coils
capacitors
series
short
Prior art date
Application number
RU2010108862/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010108862A (en
Inventor
Виктор Николаевич Тимофеев (RU)
Виктор Николаевич Тимофеев
Николай Викторович Тимофеев (RU)
Николай Викторович Тимофеев
Роман Мирославович Христинич (RU)
Роман Мирославович Христинич
Александр Алексеевич Темеров (RU)
Александр Алексеевич Темеров
Михаил Викторович Первухин (RU)
Михаил Викторович Первухин
Николай Вячеславович Сергеев (RU)
Николай Вячеславович Сергеев
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
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 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority to RU2010108862/02A priority Critical patent/RU2433365C1/en
Publication of RU2010108862A publication Critical patent/RU2010108862A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2433365C1 publication Critical patent/RU2433365C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: furnace includes crucible, inductor with the main and additional coils, power supply, two capacitors one of which is in-series connected to the main coil and power supply, thus forming the main circuit, and the other one is connected to additional coils which are arranged around the main coil and are connected in series and opposite, thus forming short-circuited loop; at that, the number of turns of additional coils and capacity of capacitors are chosen so that the resonance condition can be met between inductively connected main and short-circuited loops.
EFFECT: invention allows effective mixing of molten metal and increases power factor of the plant.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к индукционным тигельным печам.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to induction crucible furnaces.

Известна индукционная тигельная печь (А.С. №437900, МПК F27B 14/00, опубликовано 02.01.75), содержащая тигель и секционный индуктор с возрастанием ампер-витков к верхнему торцу, расположенному выше зоны расплава.Known induction crucible furnace (AS No. 437900, IPC F27B 14/00, published 02.01.75), containing a crucible and a sectional inductor with increasing ampere turns to the upper end located above the melt zone.

Известна индукционная тигельная печь (А.С.№954768, МПК F27D 11/06, опубликовано 30.08.82), содержащая тигель, индуктор, рабочая часть которого состоит из основной однофазной катушки и дополнительных катушек, питаемых током, фаза которого отстает на 15-90 электрических градусов от фазы тока в основной катушке.Known induction crucible furnace (A.S. No. 954768, IPC F27D 11/06, published 08/30/82), containing a crucible, an inductor, the working part of which consists of a main single-phase coil and additional coils, powered by a current whose phase lags by 15- 90 electrical degrees from the phase of the current in the main coil.

К недостаткам известной печи можно отнести то, что при ее использовании предъявляются высокие требования к источнику питания, она имеет низкий коэффициент мощности Cosφ, и в целом установка имеет низкую интенсивность перемешивания.The disadvantages of the known furnace include the fact that when it is used, high demands are placed on the power source, it has a low power factor Cosφ, and in general the installation has a low mixing intensity.

В основу изобретения положена задача повышения интенсивности перемешивания металла в печи и коэффициента мощности.The basis of the invention is to increase the intensity of mixing of the metal in the furnace and power factor.

Поставленная задача решается тем, что индукционная тигельная печь, содержащая тигель, индуктор с основной и дополнительными катушками и источник питания, согласно изобретению дополнительно содержит два конденсатора, один из которых последовательно соединен с основной катушкой и источником питания, образуя основной контур, а другой - подключен к дополнительным катушкам, которые размещены вокруг основной катушки и соединены последовательно и встречно, образуя короткозамкнутый контур, при этом число витков дополнительных катушек и емкости конденсаторов выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие резонанса между индуктивно связанными основным и короткозамкнутым контурами.The problem is solved in that the induction crucible furnace containing the crucible, the inductor with the main and additional coils and a power source, according to the invention additionally contains two capacitors, one of which is connected in series with the main coil and the power source, forming the main circuit, and the other is connected to additional coils, which are placed around the main coil and connected in series and counterclockwise, forming a short-circuited circuit, while the number of turns of the additional coils and capacitively five capacitors are selected so as to satisfy the resonance condition is inductively coupled between ground and short-circuit path.

На фиг.1 изображен эскиз индукционной тигельной печи; на фиг.2 представлена электрическая схема замещения индукционной тигельной печи; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений.Figure 1 shows a sketch of an induction crucible furnace; figure 2 presents the electrical equivalent circuit of the induction crucible furnace; figure 3 is a vector diagram of currents and voltages.

Индукционная тигельная печь содержит тигель 1, основную катушку 2, вокруг которой расположены две дополнительные катушки 31, 32, соединенные последовательно и встречно. Количество витков дополнительных катушек неодинаково. Индукционная тигельная печь содержит два конденсатора 4 и 5. Один из конденсаторов 4 соединен с дополнительными катушками 31, 32 так, что образует короткозамкнутый контур. Основная катушка 2 с последовательно соединенным с ней конденсатором 5 подключена к источнику однофазного переменного напряжения

Figure 00000001
(здесь и далее точкой обозначены комплексные величины), образуя основной контур.The induction crucible furnace contains a crucible 1, a main coil 2, around which there are two additional coils 3 1 , 3 2 connected in series and counterclockwise. The number of turns of the additional coils is not the same. The induction crucible furnace contains two capacitors 4 and 5. One of the capacitors 4 is connected to additional coils 3 1 , 3 2 so that it forms a short-circuited circuit. The main coil 2 with a capacitor 5 connected in series with it is connected to a single-phase AC voltage source
Figure 00000001
(hereinafter, the dot denotes complex quantities), forming the main contour.

Индукционная тигельная печь работает следующим образом.Induction crucible furnace operates as follows.

При подключении основного контура с основной катушкой 2 и конденсатором 5 к источнику напряжения

Figure 00000002
в основной катушке возникает переменный электрический ток
Figure 00000003
который создает переменный магнитный поток
Figure 00000004
пронизывающий витки дополнительных катушек 3. Так как количество витков дополнительных катушек неодинаково, в последней возникает электрический ток
Figure 00000005
, создающий переменный магнитный поток
Figure 00000006
.When connecting the main circuit with the main coil 2 and capacitor 5 to a voltage source
Figure 00000002
an alternating electric current occurs in the main coil
Figure 00000003
which creates a variable magnetic flux
Figure 00000004
piercing turns of additional coils 3. Since the number of turns of additional coils is not the same, an electric current arises in the latter
Figure 00000005
creating a variable magnetic flux
Figure 00000006
.

Переменные магнитные потоки

Figure 00000007
и
Figure 00000008
имеют пространственный сдвиг, а в точках плоскости сечения между двумя дополнительными катушками l-l' (фиг.1) они перпендикулярны.Variable magnetic flux
Figure 00000007
and
Figure 00000008
have a spatial shift, and at the points of the plane of the section between the two additional coils ll '(Fig. 1) they are perpendicular.

Сдвинутые в пространстве и во времени магнитные потоки

Figure 00000007
и
Figure 00000008
образуют вращающееся магнитное поле, которое приводит расплавленный металл во вращательное движение по всей окружности тигля 1, причем вращающий момент имеет максимальное значение при условии, что величина фазового сдвига между переменными магнитными потоками
Figure 00000007
и
Figure 00000008
составляет 90°.Space-shifted magnetic fluxes
Figure 00000007
and
Figure 00000008
form a rotating magnetic field that causes the molten metal to rotate around the entire circumference of the crucible 1, and the torque has a maximum value provided that the magnitude of the phase shift between alternating magnetic fluxes
Figure 00000007
and
Figure 00000008
is 90 °.

Для определения соотношений между параметрами элементов электрической цепи заявляемой печи, позволяющих получить фазовый сдвиг 90°, запишем уравнения для двух индуктивно связанных основного и короткозамкнутого контуров по закону Кирхгофа в комплексной форме (фиг.2)To determine the relationship between the parameters of the elements of the electric circuit of the inventive furnace, allowing to obtain a phase shift of 90 °, we write the equations for two inductively coupled main and short-circuited circuits according to the law of Kirchhoff in a complex form (figure 2)

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

R1, L1, C1 - активное сопротивление, индуктивность и емкость основного контура;R 1 , L 1 , C 1 - active resistance, inductance and capacitance of the main circuit;

R2, L2, С2 - активное сопротивление, индуктивность и емкость короткозамкнутого контура;R 2 , L 2 , C 2 - active resistance, inductance and capacitance of the short-circuited circuit;

М1221 - взаимная индуктивность между основным и короткозамкнутым контурами;M 12 = M 21 - mutual inductance between the main and short-circuited circuits;

ω - угловая частота питающего напряжения.ω is the angular frequency of the supply voltage.

Зная величину индуктивностей L1 основной катушки 2 и L2 дополнительных катушек 3, емкости конденсаторов 4 и 5 выбираем таким образом, чтобы выполнялось условиеKnowing the magnitude of the inductances L 1 of the main coil 2 and L 2 of the additional coils 3, the capacitance of the capacitors 4 and 5 is chosen so that the condition

Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000011
Figure 00000012

В этом случае из уравнений (1) и (2) имеемIn this case, from equations (1) and (2) we have

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

При выполнении условия ωМ12=R2, выражения (4) и (5) преобразуются к видуWhen the condition ωМ 12 = R 2 is fulfilled, expressions (4) and (5) are transformed to

Figure 00000015
Figure 00000016
.
Figure 00000015
Figure 00000016
.

Уравнениям (1) и (2), при соблюдении описанных выше условий, соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, представленная на фиг.3.Equations (1) and (2), subject to the above conditions, corresponds to the vector diagram of currents and voltages, presented in figure 3.

Ток

Figure 00000017
совпадает по фазе с напряжением сети
Figure 00000018
т.к. нагрузка (установка с индукционной тигельной печью) работает в режиме резонанса, т.е. потребляется из сети только активная мощность, и коэффициент мощности индукционной тигельной печи Cosφ=1.Current
Figure 00000017
coincides in phase with the mains voltage
Figure 00000018
because the load (installation with an induction crucible furnace) operates in resonance mode, i.e. only active power is consumed from the network, and the power factor of the induction crucible furnace is Cosφ = 1.

Как следует из векторной диаграммы (фиг.3), ток

Figure 00000019
отстает по фазе от тока
Figure 00000020
на 90°, следовательно, такой же фазовый сдвиг относительно друг друга имеют переменные магнитные потоки
Figure 00000021
и
Figure 00000022
, что обеспечивает максимальный вращающий момент, а следовательно, и интенсивное перемешивание расплава металла.As follows from the vector diagram (figure 3), the current
Figure 00000019
lags in phase from current
Figure 00000020
90 °, therefore, the same phase shift relative to each other have variable magnetic fluxes
Figure 00000021
and
Figure 00000022
that provides maximum torque, and consequently, intensive mixing of the molten metal.

Claims (1)

Индукционная тигельная печь, содержащая тигель, индуктор с основной и дополнительными катушками и источник питания, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит два конденсатора, один из которых последовательно соединен с основной катушкой и источником питания, образуя основной контур, а другой подключен к дополнительным катушкам, которые размещены вокруг основной катушки и соединены последовательно и встречно, образуя короткозамкнутый контур, при этом число витков дополнительных катушек и емкости конденсаторов выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие резонанса между индуктивно связанными основным и короткозамкнутым контурами. An induction crucible furnace comprising a crucible, an inductor with a main and additional coils and a power source, characterized in that it further comprises two capacitors, one of which is connected in series with the main coil and the power source, forming a main circuit, and the other is connected to additional coils, which are placed around the main coil and connected in series and counterclockwise, forming a short-circuited circuit, while the number of turns of the additional coils and capacitance of the capacitors is chosen in such a way in order to satisfy the resonance condition between the inductively coupled main and squirrel-cage loops.
RU2010108862/02A 2010-03-09 2010-03-09 Induction crucible furnace RU2433365C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010108862/02A RU2433365C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Induction crucible furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010108862/02A RU2433365C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Induction crucible furnace

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010108862A RU2010108862A (en) 2011-09-20
RU2433365C1 true RU2433365C1 (en) 2011-11-10

Family

ID=44758346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010108862/02A RU2433365C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Induction crucible furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2433365C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2822212C1 (en) * 2019-08-30 2024-07-03 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Induction furnace containing additional resonant circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФОМИН Н.И. и др. Электрические печи и установки индукционного нагрева. - М.: Металлургия, 1979, с.130. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2822212C1 (en) * 2019-08-30 2024-07-03 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Induction furnace containing additional resonant circuit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010108862A (en) 2011-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2375849C2 (en) Electric induction control method
JP5066604B2 (en) Current source inverter with pulse regulator for electric induction heating, melting and stirring
TWI508408B (en) Circuitry for inductive power transfer and method of the same
RU2538762C1 (en) Device of non-contact power supply
ES2622446T3 (en) Induction furnace with improved efficiency coil system
JP4084195B2 (en) Simultaneous induction heating and stirring of molten metal
AU2002237760A1 (en) Induction furnace with improved efficiency coil system
JP2002538752A (en) Inverter that does not output harmonics
RU2433365C1 (en) Induction crucible furnace
KR20200073114A (en) Induction Heating Device
CN102185399B (en) Multipolar electric excitation frequency-conversion power generator
JP2014176122A (en) Magnetic resonance-type wireless power-feeding system
KR100990329B1 (en) Regulation apparatus of three phase distribution line for removing the harmonics
CN110832608A (en) Harmonic filter using semi-non-magnetic bobbin
CN101658066A (en) The current fed inverter that is used for electrical induction, fusing and stirring with impulse regulator
RU2375722C1 (en) Device for creation of high-power high-frequency alternating magnetic field
US8437150B1 (en) Dual frequency heating, melting and stirring with electric induction power
JP5499246B1 (en) Control device and control method for permanent magnet type synchronous generator
JP2020187854A (en) Electromagnetic induction heating device
RU157187U1 (en) FREQUENCY CONVERTER FOR INDUCTION HEATING WITH VARIABLE CHANGE OF LOAD
Ahmed et al. Design of a coreless induction furnace for melting iron
RU2315420C1 (en) Method for stabilization of welding current at hand electric-arc welding and welding generator for its realization
CN202142921U (en) Multipolar electrical excitation frequency conversion generator
JPH0898437A (en) Noncontact power supply
SU1686710A1 (en) Single-phase induction melting unit

Legal Events

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

Effective date: 20150310

PD4A Correction of name of patent owner
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170412

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

Effective date: 20180310