Высокочастотный нагреватель

3262. л ССР Класс 2111, 18 а,ВИДЕТЕЛЬСТВУ Зарегиширир но в Бю И абат Высокочастотнь греват 8741САНИЕ И К АВТОРСКОМУ Заявлено 19 декабря 1940 года в На Опубликовано 29В настоящее время индукцисеный нагрев металлов в быстроперемен- иых электромагнитных полях получил широкое промышленное применение.Однако имеется ряд объектов, которые до сих пор не удавалось нагреть электромагнитным полем. К таким объектам относятся, например, тонкие проволоки.Бели поместить круглую проволоку в индуктор, ось которого параллельна оси проволоки, то отношение мощности Р. выделяющейся в проволоке, к мощности Р 1,теряемой в индукторе, в самом лучшем случае (при весьма высокой частоте) будет равно:Ра Га /Р, г; /где га и г - радиусы проволоки, и Ит 1 ДУКтОРЯ, а Р, И о; - УДЕЛЬНЫЕ СО- протявления материалов. проволоки и индуктора. Радиус индуктора практически не может быть сделаны меньше нескольких миллиметров, отсюда следует, что для проволок с диаметром меньше одного миллиметра, получается совершенно ничтожный к. п. д, нагрева.Увеличить к,п.д. нагрева можно, направив нагревающий ток вдоль БРЕТЕН аобретений Гоешгани лри СЯЛ СССР. мэлекгропрон М Ж 390 б 9враля 1944 года проводника вместо того, чтобы огг циркулировал в виде замкнутых контуров,вокруг оси проводникаДо сих пор удавалось направить ток вдоль проводника только при помощи контактов, приложенных к двум его точкам. Между тем в ряде случаев контактный метод нагрева совершенно неприменим, например, для изолированной проволоки (эмалированной, оксидированной).Известны попытки осуществить бесконтактный продольныи нагрев. Нв фиг. 1 прилагаемого чертежа показана схема нагрева проволоки А, перематывяюшейся с катушки В 1 на катушку В Р 1 и Р. - ветви диполя, возбуждаемого генераторомм 6,Однако, при такой схеме нагрева значительная часть энергии будет излучаться в окружающее пространство и к, п. д, нагрева будет невысок,Радикально решает задачу нагрева предлзГяемый высокочастотный нагреватель.В предлагаемом нагревателе тонких проволок или пенат подвод тока к проволоке осуществляется через емкость между электродами и ня Ло 63262греваемым изделием, причем, согласно изобретению, электроды и соединяющие их прсводники образуот контур с распреде ениными постоянными, возбуждаемый на основной частоте или на гармонике,Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором фнг. 1 изображает схему одного из известных нагревателей, фиг. 2 - схему предлагаемого наГревателя, фиг. 3 и 4 - два, Вариа- та конструктивного оформления на,- , ревателя, выполненного согласно изобретению, фиг, 5 и 6 - поясните;ьные диаграммы, фиг. 7 - схему ра пределения тока, напряжения и энергин в нагревателе и нагревасмом изделии, фиг. 8 и 9 - два варианта схемы питания нагревателя.Принцип предлагаемого нагрева" теля заключается в том, что вдоль подлежащей нагреву проволоки располагаются двьа отрезка си:темы Лсхераь подводящие к проволоке .стоячуо Волеу (фиг. 2).Вчешнее поле такой системы значтесьно слабее, чем у диполя, и поэтому потери на излучение электромагнитной энергии будут ничтожны.На фиг. 3 показано выполнение конденсаторного нагревателя, дао:цее максимальный к. п, д, нагрева, В этой конструкции лехеровские системы выпо;шепы в виде двух концентрических труб. В такой системе внешнее поле очень мало.На фиг. 4 показана другая конструкция, так называемого, коробчатого типа. Эта конструкция очень проста в выполнении, цагреваемые объекты легко доступны наблюденио; кроме того в, нагревателе коробчатого типа легко одновременно нагревать несколько проволок.Вполне очевидно, что для увеличения тока, текущего через нагреваемуо проволоку, частота тока должна быть как можно большей. Для этого необходимо, чтобы нагреватель сам являлся и колеба- тельным контуром, так как включение всяких дополнительных индуктивностей или емкостей вызовет неизбежно понижение частоты. На фиг. 5 показано распределение тока и напряжения в конденсаторном нагревателе, работающемна основной волне. Нагреватель показан развернутым в линию. Наконцах нагревателя будут пучностистоящей волны напряжения и узлытока. В середине нагревателя будет пучность тока и узел напряжения, В развернутом виде длина конденсаторного нагревателя равна2а в сложенном виде /),. В дальнейшем из;южени и длина нагревателя обозначается через 1.Можно также возбудить конденсаторный нагреватель на более высокой частоте. Принципиально мож 21но получить волны ). = = - . Нерп+ 0,5)обходимо только, чтобы расстояниемежду электродами конденсаторного нагревателя и обратным проводником было значительно меньшедлины волны,Если нагреву подвергается изолированный отрезок проводника, длина которого равна длине нагревателя, то на этом проводнике будетсуществовать стоячая волна. Поконцам будут узлы тока и пучностинапряжения, в средней части проводника - узел напряжения и пуччость токаПри нагреве длинного проводника, выходящего за пределы нагревате ьпого устройства, электромагнитная воли будет распространяться в обе стороны по проводнику,как это показано на фиг, 7. Приэтом помимо стоячей волны будетсуществовать также бегущая волна, Однако, ввиду больших потерьв проводнике, бегущая волна быстро затухает. Поэтому излучение вокружающее простравство будетнезначительно и на небольших расстояниях от нагревателя проволокаможет быть заземлена,Рассмотрим некоторые числовыессотношения в предлагаемом нагревателе, работающем на основноволне.Предположим, что нагреву подвергается круглып проводник диаметром с 1 Обозначим через ЬС ем кость между проводником и электродаци нагревателя, прикодящуюся на единицу длины.Длина каждого активного участка какдого электрода нагревателя, работающего на основной волне, не может быть богьше / " Практически длина обкладки равна 0,1).Действующее напряжение между внутренним краем нагревательного электрода и проводником обозначим через Е . Тогда напряжение между проводником и внешним краем электрода будет Е, соз -- 0,7 Е,; .4Омическое сопротивление проводника столь мало по сравнению с емкостныя сопротивлением между проводником и электродом нагревателя, что пе оказывает никакого влияния на стлу тока, Последний поэтому мокпо вычислить по формуле:1 = - Е ЛС 0,1).) == - 19 10-Е, ЬС ГЛ 1 Г 1)Здесь 1 С вы 1 ажено в сантиметрах. Характерно, что сила тока не зависит от частоты.Ве;,ичина ЛС может быть вычислена по формулеЬС:-.4,6 о Мощность, выделяющаяся наединицу длины, будет,7 гРа =5,7 10 9 " 1 " "1 ап-4)с( стУдегь ая мощность, прикодящаяя на единицу поверяюсти проводника, будетр(1,Подставим в этп формулы значения для меди (. =- ,7 10 - -сш) и для железа при температурк выше точки Кюри 1 = - 00 10 12 сш тогда для медиРс =-7,9 10 - -) га;,и- -ц- -с и1итйдля железа,Р =18 10иг: 1,ц 1 таким образомй,.1= 4 10 - " --- (Ао)г 7,При вычислении мощности, выделяощейся в проводнике, надо расюотреть два случая:1. Глубина проникновения тока вматериале проводника меньше егодиаметра и ток течет в тонком поверкностном слое.2, Глубина проникновения тока вматериале проводника больше егодиаметра и ток равномерно распределен по всему сечению проводника.В первом случае омическое сопротивление одного погонного сантиметра проводника будет равноЬЛ = 6 10 - "1 (3)гl,Если взять, например, частоту тока = 10 Нк3 ш), с 7, = 1 см. с 7 =0,1 мм и .Е,.=5000 Г, то;ля медной проволоки а ЛРс=50 и Ь Рс==1,6сш сп 1 Для железной проволоки Ма ЛРв,.; =.360 и ЬР:,; = -- 12 Во втором сл.чае, когда ток равномерно распределен по сечешно проводника, мы получим следующие зависимости:Сопротпвленпе одного погонного1,.35сантиметра ЬВ =- - - .тгР.л 1 ошиость, Выде;151)щс 1 яся иа сд 11 ииц д,Ины проводник 1, Оъдет Рс ВН 11г-,;.с(, -ос/2 паа1Мощность, приходящаяся на единицу поверхности проводника,;(Приведенные расчеты показывают, что предлагаемый нагреватель способен выделять па проволоке довольно большие мощности. При этом важно отметить, что чем меньше диаметр проволоки, тех большую мощность на пей можно Выделть. При диаметрах же проВо;юки, больших 1 мм, даже ири Весьма высоких напряжен иях иа электродах (до 10 1 Ч), выделяемая мощность будет весьма мала, Поэтому иредлагаесмый нагреватель выгоднее всего использовать дгя нагрева проволок диаметром, меньше О,5 мм.Когда требуется нагревать одновременно несколько проволок (фиг. 4) необходимо, чтобы расстояние С между ними было ие меньше расстояния между проволокой и электродом нагревателя. Если распо;ожить проволочки более тес,но, то еькостЫй ток, текущий га кандуо проволочку, будет мал, и к, и, д. нагрева упадет.На фнг. 8 и 9 показаны два варианта схем вклочения предлагае;ного нагревателя.В показанной на фиг. 8 одиотактиой (трехточечной) схеме применено последовательное питание; иа нагревателе при этом имеется напряжение от источника анодиого питаНИя.Из соображений техники безопасности целесообразнее пргменять схему последавателы 1 ого питания. При этом на нагревателе будет только на)пряженне высокои частоты. Предмет изобретенияВысокочастотный нагреватель тонких проволок или лент с подводом тока через емкость между электродами и иагреваемым предметом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что электроды и соединяющие их проводники образуют контур с распределеннь) и постоянными, возбуждаемый и 1 ос 1 овной частоте или на гармонике.Фиг. 1Фиг. 8 редактор Д. А. Лихайл 384. Т, 500 экз. 3,спланиздат Тпп. Госпланпадата, пм. Воровского, Калу аК авторскому свидетельству63262