SU63262A1 - Высокочастотный нагреватель - Google Patents

Description

В насто щее врем  индукциюнный нагрев металлов в быстроперемемпых электромагнитных нол х получил широкое промышленное применение .

Однако имеетс  р д объектов , которые до сих пор не удавалось нагреть электроматнитным полем. К таким объектам относ тс , например , тонкж проволоки.

Если поместить круглую проволоку в индуктор, ось которого параллельна оси провюлоки, то отношение мошности Ра. выдел ющейс  -в проволоке, к мощности Pi, тер емой в индукторе. В саамом лучшем случае (при высокой частоте) будет равно:

V Pi

fi к pi

где Га и ri -радиусы проволоки, и индуктора, а ,0а и р; - удельные сопротивлени  матернааов проволоки и иидуктора. Радиус индукт10ра практически не может быть сделан меньше нескольких миллиметров:, отсюда следует, что дл  проволок о диаметром меньше одного миллиметр , получаетс  савершенно ничтожный к. п- д. нагрева.

Увеличить к.п.д. нагрева можно, направив иагревающий ток вдоль

проводника вместо того, чтобы огг циркулировал в виде замкнутых KOHTypoBi вокруг проводника..

До сих пор удавалось направить ток 1вдоль проводника- только пр-и помощи контактов-, приложенных к дву.м его точкам. тем в р де случаев конта.ктны11 метод наIpeBai соверщенно неприменим, например , дл  изолированной проволоки (эмалиро&анноГг, оксидированной ).

Известны нопытки осуществить бесконтактный нродольный нагрев. На: фиг. 1 прилагаемого чертежа ноказана схема нйгрева проволоки А, перематывающейс  с катушки Bi на катушку Во; Di и Dj - (Ветви дипол , возбуждаемого генератором G.

Однако, нрн такой схеме «агрева значительна  часть энергии будет излучатьс  в окружающее пространство и к. п. д. нагрева будет невысок.

Радикально рещает задачу нагрева предлагаемый высокочастотный нагреватель.

В предлагаемом нагревателе тонких проволок или лент подвод тока к проволоке осуществл етс  через ёмкость между электродами и нагревле .мым изделием, причём, согласно нзобретеиию, электроды и соедин ющие их проводники образуют контур с распределённым посто нными , возбуждаемый на оснозной частоте «ли на га рмо«ике.

Сущность изобретени  по сн етс  прилагаемым чертежом, на котором фиг. 1 изображает схему одноIo из известных иагревателей, фиг. 2-схему предлагаемого нагрев-ател , фиг. 3 и 4 - два-, В-арианта конструктивного оформлени  нагревател , выполненного согласно изобретению, фиг. 5 и 6 - по снительные диаграммы, фиг. 7 - схему распределени  тока, нанр жени  и энергии В нагревателе и нагрев е .мом изделии, фиг. 8 и 9 - дBfa ва-риа«та схемы питани  нагревател .

Принцип предлагаемого нагревател  заключаетс  в том, что вдоль подлежащей нагреву проволоки располагаютс  дв-а отрезка системы Лехера, подвод ндие к проволоке .сто чую волну (фиг. 2)..

Внешнее поле такоГ си1стемы значительно слабее, чем у дипол , и поэтому потери «а излучение электромагнитной энергии будут ничтожны.

На фиг. 3 показано выполнение конденсаторвого нагревател , дающее максимальный к. п. д. нагрева. В этой конструкции лехеро:вские системы выполнены в виде двух концентрических труб. В такой системе внешнее поле очень мало.

На фиг. 4 показана друга  ко нструкци , так называемого, коробчатого тина. Эта конструкци  очень проста в выполнении, таагревйемые объекты легко достугшы наблюдению; кром-е того Б: Нагревателе коробчатого типа легко одновременно нагревать несколько проволок.

Вполне очевидно, что дл  увеличени  тока, текущего через нагреваемую проволоку, частота тока должна быть как можно большей. Дл  этого необходимо, чтобы нагреватель сам  вл лс  и колеба тельным контуром, так как включение .вс ких дополнительных « .дуктивностей или ёмкостей вызовет неизбежно понил ение частоты.

На фиг. 5 показано распределение тока И напр жени  в конденсаторном нагревателе, работающем на .основной волне. Нагреватель показгн развёрнутым & линию. На концах нагревател  будут пучности сто щей Волны напр жени  и узлы тока. В середине нагревател  будет пучность тока и узел напр жени . В развёрнутом виде длина кон/ . денсаторного нагревател  равна ,

а в сложенном виде .и/.. В дальнейшем изложении д.шна нагревател  обозначаетс  через 1.

Можно также возбудить конденсаторный нагреватель на более высокой частоте. Нрийципиально мож21

но ПОЛУЧИТЬ волны/. -. Не (пЧ-0,5)

обходимо только, чтобы рассто ние между электрода.ми конденсаторного нагревател  и обратным проводником было значительно меньше длины волны.

Бели нагреву подвергаетс  изолированный отрезок проводника, длина которого равна длине нагревател , то на этом проводнике будет существовать сто ча  волна-. По концам будут узлы тока и пучности напр жени , в средней части провОлТ ,ника - узел напр жени  и пучность тока.

При нагреве длинного проводника , выход щего за пределы нагревательного устройства, электромагнитна  волна будет распростран тьс  в обе стороны по проводнику, как ЭТО показано на фиг. 7. При этом помимо сто чей волны будет существовать также бегуща  волна . Однако, ввиду больших потерь в проводнике, бегуща  волна быстро затухает. Поэтому излучение BI окружающее пространство- будет незначительно и на небольших рассто ни х от нагревател  проволока может быть заземлена.

PaccMOiTpHM некоторые числовые ссотношени  в предлагаемом нагревателе , работающем на основной волне.

Предположим, что нагреву; подвер-гаетс  круглый проводник диаметром Обозначим через ДС емкость между проводником и электродами нагревател , приход щуюс  на единицу длины.

Длина каждого активного уча стка каждого электрода нагревател , работающего на ocHOBHoff волне, не может быть больше /8 А. Практически длина обкладки рав:н« 0,1 /Действующее напр жение между внутренним краем пагревательного электрода и проводником обозначим через Е . Тогда напр жение между проводником и внешним краем

электрода будет Ei ,7Ei .

Омическое сопротивление проводника столь мало но сравнению с ёмкостным сопротивлением между проводником и электродом нагревател , что не оказывает никакого вли ни  на силу тока. Последний поэтому можно вычислить по формуле :

Л„ Е1 АС 0,1 Aw 19 - lO-sEi )

Здесь ЛС выражено в сантиметрах . Характерно, что сила тока не зависит от частоты.

Величина АС может быть вычислена но формуле

АС :4 ,6 Ig А

таким ооразом Ло-4. 10-3 .- . IK При вычислении мощности, выдел ющейс  в проводнике, «адо рассмотреть два случа : 1.Глубина проникновени  тока в материале проводника меньше его диаметра и ток течёт в: тонко.м поверхностном слое. 2.Глубина проникновени  тока- в материале проводника больше его ди аметра « ток равномерно распределён по всему сечению нровоДНИка. В первом случае омическое сопротивление одного погонного сантиметра проводника будет равно 10- Q

Мощность. выдел юща с  на единицу длины, будет

-9 Ef Y г. . f

5,7 - 10

l4)

i.-l

cm

Удельна  мощность, приход ща с  на единицу поверхности проводника , будет

АР, 1,8 10-S LL Jj/.r Vatri .

;,, U,.J«

у7 .лI

Подставим в эти формулы значени  дл  .еди (о 1,7- Ю -C1U) и дл  железа при TeNniepaTypax выше точки Кюри (р 100 11) С1л тогда дл  меди

,9- 10-- IIL (6)

( ,5-10-2/ ;/.fдл  железа.

Vatt| PF,,,..5J 10

(8

П f

Valt

АРк,... 1,8- 10-- т Если вз ть, например, частоту тока Hz Г/. - 3 111), (i; 1 см. .1 мм и 7i; 5000 Т , то дл  медной проволоки Vatt PC. 50 - и АРо, 1,б,, Дл  железно проволоки AValt АР,., 12 ., Рк..- 360 Во втором случае, когда ток равномерно распределён по проводника, мы получим следующие зависнМО-сти: Сопротивление одного погонногссантиметра AT -- . -г/Мощность , выдел юща -с  на ч диницу Д.1ИНЫ проводника, будет равна Р„ 2 -10Мощность , приход ща с  на единиЦу поверхности нроводника, i | WattA P,. 6,5- 10-6 d,., I-...:, (11) ig Л (I, Предмет п з о б р е т е н и   Высокочастотныйнагреватель тонких проволок HJH- лепт с подводом тока через ёмкость между электродами и нагреваемы.м иредметом, о т ,:i и ч а К) щ и и с   тем, что электроды и соедин ющие их проводники образуют контур с распределёнными носто пными, возбуждаемый основъой частоте или на гармонике .

Приведённые расчёты ноказывают , что нредлагаемый нагреватель спОсо бен выдел ть на нроволоке довольно большие мощности. При этом важно отметить, что чем меньше днамет-р проволоки, тембольшую мощность на ней можно выделить. При диаметрах же проволокн , большнх 1 ММ, даже при весьма высоких напр жешг х на электродах (до 10 kV), выдел ема  мощность будет весьма мала. Поэтш у предлагаемый нагревате.1ь выгоднее всего использовать дл  нагрева проволок днаметрО:М, меньше 0,5 М;м.

Когда требуетс  нагревать одновременно несколько проволок (фи1-. 4) необходимо, чтобы рассто ние С между «имн было не меньше рассто ни  между проволокой н электродом нагревател . ECJHI расположить проволочки более тес .но, та ёмкостный ток, текущий па каждую проволочку, будет мал, и к. п. д. нагрева у-падёт.

На фиг. 8 и 9 показаны два ва )ианта схем включени  . предлагаемого нагревател .

В показанной па фиг. 8 однотактHoii (трёхточечной) схеме применено носледовательное питание; па нагревателе при этом -имеетс  напр жение от источника анодного ннтанй .

Из соображений техшки безопасности целесообразиее пр-етмеп ть схему последовательпого питани . П1Ж ЭТОМ на нагревателе будет толБко напр жение высокой частоты .

Фиг. 1

ж.

- -27г V

к авторскому свидетельству № 63262

Фиг, 2

Фиг. 3

ч)

L| Г-гУ

Фиг. 4

. 5

Фиг. 7

LЯ

л J f