SU1119192A1 - Установка дл высокочастотного нагрева деталей - Google Patents

Abstract

УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ, содержаща  заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным индуктором, и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гран х элемента в форме многогранника, отличающа с  тем, что, с целью повышени  КПД установки дл  индукторов в вакуумной камере, вторичный виток выполнен из сплошной трубы и двух колец, присоединенных по внешнему диаметру к ее противоположным концам, а по внутреннему к внешней и внутренней трубам выполненного коаксиальным токоподвода, внутренн   труба которого охвачена первичной обмоткой а внешн   заземлена и служит элементом дл  установки конденсаторов батареи , электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем присоединени  одного полюса к гран м элемента, а другого - к одно (Л му из вьгоодов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод которой соединен с одним из колец .

Description

Изобретение относитс  к электротермин , в частности к индукционному нагреву электропроводных материалов и плазмы, и Предназначаетс  дл  тер-, мообработки, сварки, пайки деталей, а также дл  получени  различных композиционных и сверхчистых материалов.

Установка дл  высокочастотного индукционного нагрева обычно содерг жит понижающий трансформатор и конденсаторную батарею, подключенную параллельно его первичной обмотке. Вторична  обмотка трансформатора нагружена на индутстор с нагреваемым объектом.

Известна установка дл  высокочасjTOTHoro нагрева деталей из провод щих материалов, содержаща  заключенный в корпус из высокоэлектропроводного материала трансформатор, выполненньй в виде многовитковой первичной обмотки и охватьтающего ее вторичного витка, соединенного токопроводами с нагревательным индуктором, а .также конденсаторную батарею, электрически соединенн5гю с трансформатором 0 J .

Недостатком такой установки  вл етс  то, что трансформатор и блок конденсаторов выполнены в виде отдельных узлов и соединены между собой шинами (плоскими или коаксиальньми). Это приводит к увеличению габаритов уСтановки и значительным электрическим .потер м в ней.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой  вл етс  установка дл  высокочастотного нагрева деталей, содержаща  заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токо проводами с нагревательным индуктором , и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформаторо и размещенную в указанном корпусе, на гран х элемента в форме многогранника j .

Однако КПД такого устройства недостаточно высок, а его габариты слишком велики, особенно при мощност х установки свьпие 10 кВт. Это объ сн етс  следующими причинами. Конденсаторна  батаре  размещена непосредственно на вторичной обмотке понижающего трансформатора, наружной поверхности которой придана специальна  конфигураци  в виде многогранника дл  креплени  конденсаторов к гран м. Поскольку вторична  обмотка выполнена в виде витка с прорезью, расположенного коаксиально по отношению к первичной многовитко1зой обмотке , потенциал вдоль окружности витка распредел етс  равномерно и на кра х прорези в нем разность потенциалов равна вторичному напр жению холостого хода. Значит, дл  того

-чтобы выводы конденсаторов, подключенные к гран м, были эквипотенциаль Н№4И, их нужно расположить на одной (средней) Линии витка или на узкой поверхности вокруг этой линии. Чтобы расположить их на небольшом участке вокруг средней по отношению к прорези линии, требуетс  сложна  система пр мых и обратных ветвей, наход щихс  под разными потенциалами и удаленных друг от друга на рассто ние, обусловленное электрической прочностью промежутков между конденсато рами и их габаритами. Такое расположение ветвей  вл етс  причиной повышенного электромагнитного излучени  и дополнительных потерь как в них самих, так и в каркасе, кожухе, элементах дл  перемещени  и креплени  установки. Паразитный нагрев указанных элементов приводит к снижению КПД установки и, следовательно, ее производительности.

Другим недостатком конструкции данного устройства  вл етс  трудность его применени  дл  питани  индуктора, расположенного в вакуумной камере, т.е. удаленного от вывод вторичного витка на значительное рассто ние. В этом случае вакуумный ввод предпочтительнее выполн ть коаксиальным , что кроме упрощени  конструкции ввода ч повышени  его на- дежности обеспечивает минимум потерь в сильноточном токоподводе и в элементах вакуумной камеры. Но конструкци  выводов вторичного витка и расположение конденсаторов непосредственно на нем затрудн ют выполнение коаксиального токоподвода к индуктору , так как это потребовало бы переходных водоохлаадаемых соединительных элементов между плоскими вывода .ми вторичного витка и коаксиалом.

Из сказанного следует, что повысить КЩ и одновременно уменьшить габариты установки можно благодар  3 измeнeнию конструкции вторичного витка дл  удобства его соединений с коаксиальным токопроводом, более удачному расположению конденсаторной батареи и уменьшению рассто ний между , соедин ющими конденсаторы между собой и с первичной обмоткой трансформатора. Целью изобретени   вл етс  повышение КПД установки дл  индукторов в вакуумной камере. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в установке дл  высокочастотного нагрева деталей, содержащей заключенные в металлический корпус трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным , индуктором, и конденсатор ную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гран х элемента в многогранника, вторич ный виток-выполнен из сплошной труб и двух колец, присоединенных по вне нему диаметру к ее противоположным концам, а по внутреннему соответственно к внешней и внутренней трубам вьшолненного коаксиальным токоподвода ,: внутренн   труба которого .охвачена первичной обмоткой, а внешн   заземлена и спуткит элементо |Дл  установки конденсаторов батареи электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем присоединени  одного полюса к гран  элемента, а другого - к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод ко торсмй соединен с одним из колец. На фиг.1 представлена установка, общий вид в разрезе; на фиг.2 - раз рез Л -Д на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1. Установка состоит из металлического корпуса 1, каркас которого выполнен , например, из уголков, а обшивка - из листов. Как обшивка, так и каркас должны иметь разр ды с целью уменьшени  потерь в корпусе н вихревые токи. Внутри корпуса 1 рас положен трансформатор, который состоит из первичной обмотки 2, вторич ного витка 3 и двух колец 4 и 5. Первична  обмотка 2 может быть вьшо нена либо из ленты (как на фиг.1), так и из медной трубки. Штуцера 6 и 2 7 служат одновременно дл  водоохлаждени  и электрического подключени  первичной обмотки. С этой целью штуцера могут быть выполнены, например, резьбовыми. Вторичный виток 3 представл ет собой цельную трубу. При мощност х установки свьш1е 5 кВт вторичный виток должен быть водоохлаждаемым. Система водоохлаждени  вторичного витка не показана. Она может быть вьшолнена, например, в вид медного змеевика, напа нного на трубу. К верхнему и нижнему концам трубы креп тс  заподлицо своими наружными торцовыми поверхност ми кольца 4 и 5 соответственно. Одно из колец 5 должно крепитьс  разъемно. При достаточно хорошем контакте между трубой и кольцами последние можно не охлаждать . К наружным плоскост м колец 4 креп тс  внутренн   8 и наружн   9 трубы токоподвода. Дл  соединени  с кольцами трубы 8 и 9 имеют отбортовки . Системы охлаждени  обеих труб токоподводов не показаны. Наружна  труба 9 по требовани м техники безопасности должна быть заземлена. В большинстве случаев один полюс колебательного контура также заземлен ( исключением  вл етс  автотрйнсфор- маторное включение контура, которое здесь не рассматриваетс ). Поэтому один (нижний) конец первичной обмотки выведен наружу через изол тор 10, закрепленный в кольце 5, а другой (верхний) ее конец электрически соединен сКОЛЬЦОМ 5 с помощью резьбовой втулки 11, котора  установлена как можно ближе к краю этого кольца. Витки первичной обмотки 2 фиксируютс  Относительно вторичного витка 3 и один относительно другого с помощью изол ционных (фторопластовых) планок 12, равномерно расположенных по окружности , и штьфей 13. Концы планок 12 закреплены в кольцах 4 и З.Диаметр штырей 13 и их расположение на план ках 12 определ ютс  заданным шагом обмотки 2. На поверхности наружной трубы 9 токоподвода имеетс  участок 14, выполненньй в форме многогранника . К гран м присоединены конденсаторы 15, из которых составлена емкостна  часть колебательного контура. Вторые обкладки конденсаторов 15 соединены между собой медным кольцом 16. Установка дл  индукционного нагрева соедин етс  с высокочастотным гег 5. 1 нератором при помощи кабел . На приведенных фигурах показан коаксиальный кабель. С помощью гайки 17 центральна  жила кабел  18, котора  окан чиваетс  медной втулкой, соедин етс  с высокоэлектропроводной скобой 19, присоединенной к медному.кольцу 16; В качестве внешнего проводника кабел  18 используетс  медна  оплетка. Поверх оплетки надеваетс  медный комут 20, которьй крепитс  к одной из граней многогранника 14. Скоба 19 соедин етс  с кольцом 16 при помощи гайки 21. Кабель 18 пропущен через отверстие 22 в корпусе 1. Внутренний 8 и внешний 9 проводники токоподвода с помощью вакуумных уплотнений 23 проход т через вакзгумную камеру, в которой находитс  индуктор 24. На представлен дл  примера коаксиальный индуктор дл  взвешивани  расплавленного металла. Он имеет цилиндрическую наружную и коническую внутреннюю части. капли расплавленного металла, вис щей благодар  сште электромагнитного пол  индук тора 24, изображена стабилизирзпоща  надставка. Пр мой (наружный) и обрат ный (внутренний) токоподводы индуктора 24 соедин ютс  с соответствующими трубами токоподвода с помощью креплений 25 и 26. Благодар  перечисленным соединени м образуетс  монолитньй блок, коTopbtfi состоит из трансформатора, конденсаторной батареи, токоподвода, индуктора и кабел . Этот, блок крепитс  к корпусу с помощью трех изол торов 27. Электрическое соединение первично обмотки 2 трансформатора, конденсаторов 15 и кабел  18 осуществл етс  следуюищм образом. Верхний (потен- циальньш) вывод первичной обмотки 2, пропущенный через отверстие в кольце 5 и изолированный от него с помощью изол торов 10, оканчиваетс  резьбовым штуцером 6, на котором крепитс  к изол тору 10 соединительна  шина 28, подключенна  к кольцу 16. Нижний вывод обмотки с помощью резьбового штуцера 7 соединен электрически с кольцом 5, к которому под2 ключены наружна  труба 9 и многогранник 14. Наружна  поверхность кабел  18 (оплетка) об зательно заземл етс . Поскольку она с помощью хомута 20 подключена к многограннику, нижний вывод трансформатора оказываетс  заземленным . Заземленными  вл ютс  и полюса конденсаторов 15, подключенные к многограннику 14, и наружна  труба токоподвода 9. Таким образом первична  обмотка 2 трансформатора и конденсаторна  батаре  15 образуют заземленный параллельный колебательный контур, потенциальный полюс которого подключаетс  к высокочастотному генератору с помощью кабел  18. Установка работает следующем образом. Высокочастотна  энерги  от генератора передаетс  через кабель к нагревательному колебательному контуру, который состоит из включенных параллельно первичной обмотки 2 и конденсаторной батареи 15. Токи в параллельных ветв х значительно превышают ток в кабеле 18 и определ ютс  эквивалентной добротностью контура. При слабой св зи индуктора с нагреваемым изделием (нагрев немагнитных металлов и плазмы) величина эквивалентной добротности обычно составл ет 10-40. Электромагнитное поле, пронизывающее первичнзпо обмотку 2, наводит ток во вторичной обмотке трансформатора. Повтор   направление тока в первичной обмотке и отстава  от него по фазе на 180 , этот ток протекает по внутренним поверхност м вторичного витка 3, кольца 5, наружной трубы 9, индуктора 24 и переходит на наружную поверхность внутренней трубы 8, замыка сь через кольцо 4 по наружной поверхности, вторичного витка 3. Металлическое изделие или плазма, расположенные внутри индуктора 24, разогреваютс  токами, наведенными в них полем индуктора. Изобретение за счет исключени  протекани  уравнительных токов, вызывающих дополнительные потери в конденсаторах -и вторичной обмотке, позвол ет повысить КПД устройства.

Claims (1)

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ, содержащая заключенные в металлический корпус трансформатор,' выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным индуктором, и конденсаторную батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД установки для индукторов в вакуумной камере, вторичный виток выполнен из сплошной трубы и двух колец, присоединенных по внешнему диаметру к ее противоположным концам, а по внутреннему к внешней и внутренней трубам выполненного коаксиальным токоподвода, внутренняя труба которого охвачена первичной обмоткой а внешняя заземлена и служит элементом для установки конденсаторов батареи, электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем присоединения одного полюса к § граням элемента, а другого - к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод которой соединен с одним из колец .

   SU _m, Ш 9192

   1 1119192