Трехсекционный индуктор

Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к электротермическим устройствам с индуктивной нагрузкой и схемам их подключения к источнику питания, в частности может быть использована в индукционных печах с близко расположенными секциями проходного типа для косвенного высокотемпературного нагрева различных материалов (металлических, композитных, углеволокна).
Известно устройство шинопровода для питания индукционных нагревателей, включающее две параллельно расположенные шины в виде сварных закрытых охлаждаемых камер для подвода мощностей к потребителю, в результате у шинопровода практически отсутствует внешнее поле, а так же конструкция шинопровода хорошо подходит для токов высокой частоты, активное сопротивление шинопровода минимально. (SU 1651726 A1, опубликовано 15.04.93).
Недостатками известного устройства, описанного выше, является невозможность его использования для установок, в которых используется трехсекционный индуктор, например, для установок графитизации углеродного волокна.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является индукционная установка сквозного нагрева мерных заготовок, включающая трехсекционный индуктор, который содержит три расположенные встык и соединенные в треугольник катушки со сдвинутой на фазу 180° средней катушкой, футеровку и по батарее конденсаторов на каждую катушку. В данной установке обеспечивается более равномерное выделение удельной мощности по длине нагреваемых мерных заготовок за счет снижения провала мощности на стыке соседних катушек; уменьшается взаимная индуктивность катушек и влияние эффекта переноса мощности из одной фазы в другую, что приводит к более равномерной загрузке фаз питающей сети. Указанные преимущества данной индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок достигаются за счет уменьшения сдвига фазы токов в соседних катушках, что достигается настройкой соседних катушек установки (RU 177463 U1, опубликовано 06.07.2017).
Недостатком прототипа является наличие четырех конденсаторных батареи, подключенных к катушкам индуктора, которые увеличивают массогабаритные показатели, а так же наличие сложной схемы подключения к источнику питания и необходимость использования трехфазной питающей сети для реализации описанных в прототипе преимуществ.
Задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель - оптимизация схемы подключения индуктора к источнику питания, оптимизация шинопровода, входящего в состав индуктора.
Технический результат, получаемый при решении указанной задачи, заключается в увеличение энергоэффективности и уменьшение массогабаритных показателей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в трехсекционном индукторе, содержащем три расположенные встык катушки, внутри которых расположена футеровка, и батарею конденсаторов, три катушки индуктора подключены параллельно к конденсаторной батареи и к источнику питания при помощи двух шинопроводов, при этом средняя катушка с противоположной намоткой имеет общие точки подключения к шинопроводам совместно с двумя другими катушками.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что две катушки, расположенные по бокам индуктора имеют одинаковую намотку, а средняя катушка намотана в противоположную сторону по отношению к двум другим. Такой способ намотки средней катушки дает возможность упростить схему подключения индуктора к источнику питания, за счет того, что возможно объединить в одной точке на шинопроводе выводы двух разнонаправленных катушек, за счет того, что напряжение на соседних витках разнонамотанных катушек одинаковое. Использование двух параллельных, коротких шинопроводов с минимальным количеством точек подключения позволяет существенно сократить потери в шинопроводе и индукторе, и тем самым увеличить энергоэффективность.
На фигуре представлен общий вид трехсекционного индуктора.
Трехсекционный индуктор (см. фиг.) состоит из трех катушек (секций): 1, 2 и 3, соединенных параллельно к источнику питания 12. Катушка 2 имеет противоположную намотку по отношению к катушкам 1 и 3. Индуктор подключен к однофазовому источнику питанию 12. Параллельное подключение трех катушек индуктора 1, 2, 3 к источнику питания 12 позволяет в ряде случаев согласовать загрузку 13 с источником питания без использования трансформатора. Первый шинопровод 4имеет две точки подключения 5 и 6 для всех трех катушек 1, 2, 3. Второй шинопровод 7 также имеет две точки подключения 8 и 9 для трех катушек 1, 2, 3. Каждый из шинопроводов 4, 7 выполнен в виде водоохлаждаемых медных шин (или трубок) с двумя отпайками для подключения катушек индуктора. Шинопроводы 4, 7 располагаются параллельно друг другу, при таком расположении практически отсутствует внешнее поле. В состав индуктора входит футеровка 10. Параллельно к источнику питания 12 подключается конденсаторная батарея 11. Загрузка 13 вставляется внутрь индуктора и футеровки 10.
Индуктор работает следующим образом. В индуктор помещается загрузка 13, после чего источник питания 12 включается и подает мощность на конденсаторную батарею 11 и на сам индуктор. Частота и мощность источника питания может быть различной, в зависимости от технологического процесса, где будет использован устройство (частота источника питания может быть в диапазоне 50 Гц…500 кГц, мощность может быть от 5 Вт до 100 МВт). После того как источник питания 12 включился, начинает протекать ток (I) по шинопроводам 4, 7 и катушкам индуктора 1, 2, 3, причем в средней катушке 2 (которая имеет противоположную намотку) изменяется лишь направление тока (I), в то время как направление магнитного потока (Ф) секций идентично направлению потока (Ф) двух других катушек (1 и 3). За счет оптимизированной схемы подключения индуктора - длина шинопровода сокращается, и потери также уменьшаются за счет сокращения длины и мест подключения катушек индуктора, а в зоне стыка секций они находятся под одним потенциалом. В загрузке 13 индуцируется ток, и она начинает нагреваться до требуемой температуры.
Предлагаемое конструктивное решение трехсекционного индуктора обеспечивает достижение поставленного технического результата - шинопровод и параллельная схема подключения индуктора к источнику питания и конденсаторной батареи позволяют увеличить энергоэффективность и уменьшить массогабаритные показателей за счет использования всего одной конденсаторной батареи.