Установка для высокочастотного нагрева деталей

(19) (И эд) Н 05 В 6/3 ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ Н00 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИ ИТЕТ СССР И ОТКРЫТИЙ ЕТЕНИЙВУ ТЕЛЬСТ ВТОРСКОМУ С(54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ, содержащаязаключенные в металлический корпустрансформатор, выполненный в видемноговитковой первичной обмотки иохватывающего ее вторичного витка,соединенного токоподводами с нагревательным иидуктором, и конденсаторнуюбатарею, электрически соединенную странсформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, о т л и ч а ющ а я с я 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 путещ присоединения одного полюса кграням элемента, а другого - к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вы- Сев вод которой соединен с одним из ко1119Изобретение относится к электро- .термии, в частности к индукционномунагреву электропроводных материалови плазмы, и предназначается для тер-,мообработки, сварки, пайки деталей,а также для получения различных композиционных и сверхчистых материалов.Установка для высокочастотногоиндукционного нагрева. обычно содер-.жит понижающий трансформатор и кон Оденсаторную батарею, подключеннуюпараллельно его первичной обмотке.Вторичная обмотка трансформатора нагружена на иидуктор с нагреваемымобъектом. 15Известна установка для высокочастотного нагрева деталей иэ проводящих материалов, содержащая заключенный в корпус из высокоэлектропроводного материала трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токопроводами с нагревательным индуктором,а .также конденсаторную батарею,электрически соединенную с трансформатором Я .Недостатком такой установки является то, что трансформатор и блок конденсаторов выполнены в виде отдельных "Зрузлов и соединены между собой шинами(плоскими или коаксиальными). Этоприводит к увеличению габаритов уйтановки и значительным электрическим.потерям в ней.35Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для высокочастотного нагрева деталей, содержащая 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 трансформатором и размещенную в указанном корпусе, на гранях элемента в форме многогранника 2 Д .Однако КПД такого устройства недостаточно высок, а его габариты слишком велики, особенно при мощностях установки свыше 10 кВт, Это объясняется следующими причинами, Конденсаторная батарея размещена не посредственно на вторичной обмотке понижающего трансформатора, наружной поверхности которой придана специаль 192ная конфигурация в виде многогранни ка для крепления конденсаторов кграням. Поскольку вторичная обмоткавыполнена в виде витка с прорезью,расположенного коаксиально по отношению к первичной многовитковой обмотке, потенциал вдоль окружностивитка распределяется равномерно и накраях прорезив нем разность потенциалов равна вторичному напряжениюхолостого хода. Значит, для того-чтобы выводы конденсаторов, подключенные к граням, были эквипотенциальными, их нужно расположить на одной(средней) линии витка или на узкойповерхности вокруг этой линии. Чтобырасположить их на небольшом участкевокруг средней по отношению к прорези линии, требуется сложная системапрямых и обратных ветвей, находящихся под разными потенциалами и уда"ленных друг от друга на расстояние,обусловленное электрической прочностью промежутков между конденсаторами и их габаритами. Такое расположение ветвей является причиной повы 1шенного электромагнитного излученияи дополнительных потерь как в нихсамих, так и в каркасе, кожухе,элементах для перемещения и крепления установки. Паразитный нагрев указанных элементов приводит к снижениюКПД установки и, следовательно, еепроизводительности,Другим недостатком конструкцииданного устройства является трудность его применения для питанияиндуктора, расположенного в вакуумной камере, т,е. удаленного от выводавторичного витка на значительноерасстояние. В этом случае вакуумныйввод предпочтительнее выполнять коаксиальным, что кроме упрощения конструкции ввода ч повышения его надежности обеспечивает минимум потерьв сильноточном токоподводе и в элементах вакуумной камеры. Но конструкция выводов вторичного витка и расположение конденсаторов непосредственно на нем затрудняют выполнениекоаксиального токоподвода к индуктору, так как это потребовало бы переходных водоохлажцаемых соединительных элементов между плоскими выводами вторичного витка и коаксиалом. Из сказанного следует, что повысить К 1 П и одновременнЬ уменьшить габариты установки можно благодаря1119 192 47 служат одновременно для водоохлаждения и электрического подключенияпервичной обмотки, С этой целью штуцера могут быть выполнены, например,резьбовыми. Вторичный виток 3 представляет собой цельную трубу. При мощностях установки свыше 5 кВт вторичный виток должен быть водоохлаждаемым.Система водоохпаждения вторичноговитка не показана. Она может бытьвыполнена, например, в виде медногозмеевика, напаянного на трубу. К верхнему и нижнему концам трубы крепятся эаподлицо своими наружными тор.цовыми поверхностями кольца 4 и 5соответственно. Одно из колец 5 должно крепиться разъемно. При достаточно хорошем контакте между трубой и кольцами последние можно не охлаждать. К наружным плоскостям колец 4 крепятся внутренняя 8 и наружняя 9трубы токоподвода. Для соединения с кольцами трубы 8 и 9 имеют отбортовки. Системы охлаждения обеих труб токоподводов не показаны. Наружная труба 9 по требованиям техники безопасности должна быть заземлена. В большинстве случаев один полюс колебательного контура также заземпен(исключением является автотрансформаторное включение контура, которое здесь не рассматривается). Поэтому один (нижний) конец первичной обмотки выведен наружу через изолятор 10, закрепленный в кольце 5, а другой(верхний) ее конец. электрически соединен скольцом 5 с помощью реэьбовой втулки 11, которая установлена как можно ближе к краю этого кольца, Витки первичной обмотки 2 фиксируются относительно вторичного витка 3 иодин относительно другого с помощью изоляционных (фторопластовых) планок 12, равномерно расположенных по окружности, и штырей 13. Концы планок12 закреплены в кольцах 4 и 5.Диаметр штырей 13 и их расположение на планках 12 определяются заданным шагом обмотки 2. На поверхности наружной трубы 9 токоподвода имеется участок 14, выполненный в форме многогранни- . ка. К граням присоединены конденсаторы 15, из которых составлена емкостная часть колебательного контура. Вторые обкладки конденсаторов 15 соединены между собой медным кольцом 16ф45Установка состоит из металлического корпуса 1, каркас которого выполнен, например, из уголков, а обшивка - из листов, Как обшивка, так и каркас должны иметь разряды с50 целью уменьшения потерь в корпусе на вихревые токи, Внутри корпуса 1 расположен трансформатор, который сос тоит из первичной обмотки 2, вторичного витка 3 и двух колец 4 и 555 Первичная обмотка 2 может быть выполнена либо из ленты как на фиг. 1),1так и из медной трубки. Штуцера 6 и,изменению конструкции вторичного витка для удобства его соединений с коаксиальным токопроводом, более удачному расположению конденсаторной батареи и уменьшению расстояний между ветвями, соединяющими конденсаторы между собой и с первичной .обмоткой трансформатора.Целью изобретения является повышение КПД установки для индукторов 1 О в вакуумной камере.Поставленная цель достигается тем, что в установке для высокочастотного нагрева деталей, содержащей заключенные в металлический корпус 15 трансформатор, выполненный в виде многовитковой первичной обмотки и охватывающего ее вторичного витка, соединенного токоподводами с нагревательным.индуктором, и конденсатор иую батарею, электрически соединенную с трансформатором и размещенную в указанном корпусе на гранях элемента в форме многогранника, вторичный виток выполнен из сплошной трубы 25 и двух колец, присоединенных по внешнему диаметру к ее противоположным концам, а о внутреннему соответственно к внешней и внутренней трубам выполненного коаксиальным токо- подвода внутренняя труба которого .охвачена первичной обмоткой, а внешняя заземлвна и служит элементом ,для установки конденсаторов батареи, электрическое соединение которой с трансформатором осуществлено путем35 присоединения одного полюса к граням элемента, а другого - к одному из выводов первичной обмотки, изолированному от колец, второй вывод ко 40 торой соединен с одним из колец.На фиг. представлена установка, общий вид в разрезе; на фиг.2 - разрез Я-Я на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на иг.1. Установка для индукционного нагре-. 1 ва соединяется с высокочастотным ге-.нератором при помощи кабеля, На приведенных фигурах показан коаксиальный кабель. С помощью гайки. 17 центральная жила кабеля 18, которая оканчивается медной втулкой, соединяется 5с.высокоэлектропроводной скобой 19,присоединенной к медному. кольцу 16.В качестве внешнего проводника кабеля 18 используется медная оплетка.Поверх оплетки надевается медныйхомут 20, который крепится к одной изграней многогранника 14. Скоба 19соединяется с.кольцом 16 при помощигайки 21. Кабель 18 пропущен черезотверстие 22 в корпусе 1. Внутренний 158 и внешний 9 проводники токоподвода с помощью вакуумных уплотнений23 проходят через вакуумную камеру,в которой находится индуктор 24.На фиг 1 представлен для примера 2 Окоаксиальный индуктор для взвешивания расплавленного металла. Он имеетцилиндрическую наружную и коническуювнутреннюю части. Выше капли расплавленного металла, висящей благодаря силе электромагнитного поля индуктора 24, изображена стабилизирующаянадставка. Прямой (наружный) и обратный (внутренний) токоподводы индуктора 24 соединяются с соответствую- ЗОщими трубами токоподвода с помощьюкреплений 25 и 26.Благодаря перечисленным соединениям образуется монолитный блок, который состоит из трансформатора,35конденсаторной батареи, токоподвода,индуктора и кабеля. Этот блок крепится к корпусу с помощью трех изо- .ляторов 27.Электрическое соединение первичной 4 Ообмотки 2 трансформатора, конденсаторов 15 и кабеля 18 осуществляется следующим образом. Верхний (потенциальный) вывод первичной обмотки 2, пропущенный через отверстие в коль це 5 и изолированный от него с по- . 3мощью изоляторов 10, оканчивается резьбовым штуцером 6, на которомкрепится к изолятору 10 соединительная шина 28, подключенная к кольцу16. Нижний вывод обмотки с помощьюреэьбового штуцера 7 соединен электрически с кольцом 5, к которому подключены наружная труба 9 и многогранник 14. Наружная поверхность кабеля 18 (оплетка) обязательно заземляется. Поскольку она с помощью хомута 20 подключена к многограннику, нижний вывод трансформатора оказывается заземленным. Заземленными являются и полюса конденсаторов 15, подключенные.к многограннику 14, и наружная труба токоподвода 9. Таким образом первичная обмотка 2 трансформатора иконденсаторная батарея 15 образуют заземленный параллельный колебательный контур, потенциальный полюс ко" торого подключается к высокочастотному генератору с помощью кабеля 18. Установка работает следующимобразом.Высокочастотная энергия от генератора передается через кабель к нагревательному колебательному контуру,который состоит из включенных параллельно первичной обмотки 2 и конденсаторной батареи 15. Токи в параллельных ветвях значительно превышают токв кабеле 18 и определяются эквивалентной добротностью контура, Прислабой связи индуктора с нагреваемымизделием (нагрев немагнитных металлови плазмы) величина эквивалентнойдобротности обычно составляет 10-40.Электромагнитное поле, пронизывающеепервичную обмотку 2, наводит ток вовторичной обмотке трансформатора.Повторяя направление тока в первичной обмотке и отставая от него поОфазе на 180 , этот ток протекает повнутренним поверхностям вторичноговитка 3, кольца 5, наружной трубы 9,индуктора 24 и переходит на наружнуюповерхность внутренней трубы 8, замыкаясь через кольцо 4 по наружнойповерхности вторичного витка 3. Металлическое изделие или плазма,расположенные внутри индуктора 24,разогреваются токами, наведеннымив них полем индуктора,Изобретение за счет исключенияпротекания уравнительных токов, вызывающих дополнительные потери вконденсаторах и вторичной обмотке,позволяет повысить КПД устройства,Составитель О. Щедркина Техред А.Кикемеэей ректор А,. Тяско Редактор Тираж 782 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений 13035, Иосква, Ж, Ракаэ 7474 е ета Вбеу да 4 а рое Филиал ППП ффПатент", г. Ужгород,