УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ

Устройство индукционного высокочастотного нагрева деталей.
Полезная модель относится к устройствам для индукционного нагрева, имеющим секционированный индуктор, состоящий из нескольких секций индукторов, обеспечивающих возможность получения разъемного индуктора без разрыва электрической цепи, а также для получения равномерного распределения тепла для нагрева определенных частей детали.
Процесс индукционного нагрева требует выделения на индукторе относительно большой мощности, и, поэтому, чтобы снизить требования к источнику питания, используются резонансные схемы. Путем добавления специального конденсатора к схеме загрузки, образуют параллельный или последовательный колебательный контур, резонансная частота которого определяется величинами емкости конденсатора и индуктивности индуктора.
Известны устройства индукционного нагрева с параллельными и последовательными колебательными контурами, работающими на резонансной частоте для выделения на индукторе максимальной полезной мощности (см., например, книгу «Induction Heat Treatment , B.Rudnev, R.Cook, D.Loveless, N.Black, 1997, Marcel Dekker, p.893-898.)
Существующие схемы нагревательных индукционных устройств в основном используют схемы параллельного резонанса, обуславливающие возможность поддерживать условие резонанса изменением реактивного параметра контура путем изменения количества подключенных компенсирующих конденсаторов (см. Гитгарц Д.А. и др. «Автоматическое регулирование индукционных плавильных установок, «Энергия, 1965, стр.20 - 30; 34 - 47. Недостатки таких схем обусловлены тем, что регулирование происходит ступенчато и снижается производительность установки и ее надежность. Для устранения этих недостатков используют различные схемы, например подключение контура образованного индуктором и конденсатором к источнику питания через первичную обмотку трансформатора тока ( А.С.№680204), либо используют регулируемые конденсаторы с блоком управления (А.С.№ 329685). Известны устройства, в которых параллельно индуктору подключена конденсаторная батарея, состоящая
МПК Н05В6/08, H05B6/42
H05B6/44 из нерегулируемой части, выводы которой соединены с выводами индуктора непосредственно, и
регулируемой части, выводы которой соединены с выводами индуктора через ключевые элементы, соединенные с блоком переключения конденсаторной батареи (См. А.С.№1501308), а также устройства с обратной связью, которая обеспечивает изменение частоты питающего напряжения, поддерживая резонанс токов в цепи индуктора при изменении индуктивности индуктора в процессе работы(А.С.№ 661854, А.С.№ 1777252). Известна также многозонная индукционная нагревательная установка, содержащая N резонансных контуров, образованных индукторами зон и компенсирующими конденсаторами (А.С.№ 1769385). Недостатком устройств с использованием секционированного параллельного резонанса является возможное перераспределение токов в ветвях в процессе нагрева за счет изменения комплексного (общего) сопротивления, и соответственно тока в каждой параллельной ветви индуктора. В результате создается возможность возникновения на зажимах индуктора напряжений в 2,5 - 4 раза превышающих номинальное напряжение питания, что может привести как к перегреву детали или выходу из строя индуктора, так и к ситуациям, когда токи в ветвях индуктора различны и нафев заготовки может быть неравномерным. Использование сложных схем регулирования не устраняет полностью этот недостаток, а, кроме того, приводит к существенному удорожанию устройств.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, использующее схему последовательного резонанса (см. книгу «Induction Heat Treatment стр. 894). Основным недостатком схемы, использующей последовательный резонанс с одним колебательным контуром является возможность возникновения на потенциальных точках напряжений, превышающих номинальное напряжение питания в 2 - 4 раза. Это может привести, во-первых к нарушению безопасности, во-вторых вызывает необходимость использовать конденсаторы с экстремально большой емкостью, что не всегда возможно из практических соображений и из-за габаритов устройства.
Задачей полезной модели является построение простого и дешевого секционированного разъемного индуктора (без разрыва электрической цепи) с напряжением на потенциальных точках, равном или меньшим напряжения питания, набором секций которого возможно составлять индуктор для нагрева деталей различной конфигурации либо размеров.
2 Поставленная задача решается тем, что в установке для нагрева деталей,
используется схема последовательного колебательного контура, образованного индуктором и конденсатором, причем устройство состоит из нескольких совершенно идентичных колебательных контуров, соединенных последовательно, каждый из которых выполнен в виде отдельного модуля. При таком построении индуктора, использующего последовательный резонанс, напряжение на зажимах каждой секции индуктора теоретически будет равным U/n, где U- напряжение питания, an- число секций индуктора и, на практике, зависит от коэффициента добротности секции. Количество секций для каждой конкретной установки определяется конструктивными соображениями, которые основываются на балансе равномерного нагрева и обеспечения максимального потенциала.
Такое построение устройства обеспечивает равномерное распределение мощности по секциям индуктора и не допускает условий возникновения экстремальных напряжений, обеспечивая условия безопасности и обеспечивает равномерный нагрев детали по области действия индуктора, кроме того, позволяет выполнять индукторы для различных применений соединением нескольких одинаковых функциональных унифицированных узлов.
Далее работа устройства поясняется рисунками. На фиг.1 схематически представлено устройство для нафева деталей, индуктор которого состоит из секций, выполненных в виде последовательно соединяемых модулей, на фиг.2 представлена схема электрических соединений модулей. На рисунках схематически представлена нагреваемая деталь 1, к поверхности которой прилегает индуктор 2, образованный из нескольких идентичных секций 3, соединяемых последовательно. Каждая секция выполнена в виде обмотки 4, последовательно с которой соединен компенсирующий конденсатор 5. Реактивные сопротивления секций индуктора и соответствующих конденсаторов должны быть равными. Частота напряжения питания должна быть равна резонансной частоте контуров.
Устройство работает следующим образом: при подаче питающего напряжения Y и создании условий резонанса напряжение на каждом индукторе не превышает U( теоретически оно равно U/n) и будет одинаковым на зажимах каждой секции индуктора, обеспечивая равномерность нафева по поверхности детали. Условие резонанса во время нагрева обрабатываемой детали 1 поддерживают с помощью устройства обратной связи параметра контура, путем регулирования
3 частоты питающего напряжения (не показано). Набором различного числа секций можно
получать индукторы для различных размеров детали, а также и для разных условий нагрева, исходя из коэффициента добротности контуров и необходимой мощности индуктора
4