индукционная плавильная установка

Формула изобретения

Индукционная плавильная установка, содержащая плавильную печь с установленным внутри каркаса индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, преобразователь частоты, конденсаторную батарею, два шинопровода, соединяющих выводы преобразователя частоты с выводами конденсаторной батареи, отличающаяся тем, что конденсаторная батарея установлена на каркасе в непосредственной близости от индуктора, выводы конденсаторной батареи соединены с выводами индуктора, индуктор разделен на две равные части, которые включены параллельно так, что конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, начало второй части индуктора соединено с началом первой части индуктора, на каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели с закрепленными ферритовыми стержнями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнологических комплексах для индукционной плавки черных и цветных металлов.

Известна индукционная плавильная установка, содержащая плавильную печь с установленным внутри каркаса индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, преобразователь частоты, конденсаторную батарею, две пары шинопроводов, два водоохлаждаемых кабеля, одна пара шинопроводов соединяет выводы преобразователя частоты с выводами конденсаторной батареи, вторая пара шинопроводов соединяет выводы конденсаторной батареи с первыми выводами водоохлаждаемых кабелей, вторые выводы которых подключены к выводам плавильной печи (Электропечь ИСТ-0,16. Эксплуатационная документация. ЗНИ. 260.002. - Избербаш: Издательство ЭЗ. - 1996).

Недостатком индукционной плавильной установки является низкий коэффициент полезного действия из-за высоких электрических потерь во второй паре шинопроводов, водоохлаждаемых кабелях и магнитных потоках рассеяния индуктора.

Известна индукционная плавильная установка, содержащая плавильную печь с установленным внутри каркаса индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, преобразователь частоты, трансформатор, конденсаторную батарею, автотрансформатор, три пары шинопроводов, два водоохлаждаемых кабеля, одна пара шинопроводов соединяет выводы преобразователя частоты с первыми выводами трансформатора, вторая пара шинопроводов соединяет вторые выводы трансформатора с выводами конденсаторной батареи, третья пара шинопроводов соединяет выводы конденсаторной батареи с первыми выводами автотрансформатора, вторые выводы которого соединены с первыми выводами водоохлаждаемых кабелей, вторые выводы которых подключены к выводам плавильной печи (Production and concentration of magnetic flux for more efficient induction heating applications / Ruff in i R. S., Madeira R. J. // Ind. Heat. - 1989. - 56, N2. - P.14-16).

Недостатком индукционной плавильной установки является низкий коэффициент полезного действия из-за высоких электрических потерь в третьей паре шинопроводов, автотрансформаторе и водоохлаждаемых кабелях.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является индукционная плавильная установка (Установки индукционные плавильные серии УИП. Электротехника. Отраслевой каталог 12.51.06-97. - М.: Информэлектро. - 1997), которая и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит плавильную печь с установленным внутри каркаса индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, преобразователь частоты, конденсаторную батарею, две пары шинопроводов, два водоохлаждаемых кабеля, одна пара шинопроводов соединяет выводы преобразователя частоты с выводами конденсаторной батареи, вторая пара шинопроводов соединяет выводы конденсаторной батареи с первыми выводами водоохлаждаемых кабелей, вторые выводы которых подключены к выводам плавильной печи.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент полезного действия из-за высоких электрических потерь во второй паре шинопроводов, водоохлаждаемых кабелях и магнитных потоков рассеяния индуктора.

Изобретение направлено на решение задачи повышения коэффициента полезного действия индукционной плавильной установки, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в индукционной плавильной установке, содержащей плавильную печь с установленным внутри каркаса индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, преобразователь частоты, конденсаторную батарею, два шинопровода, соединяющих выводы преобразователя частоты с выводами конденсаторной батареи, конденсаторная батарея установлена на каркасе в непосредственной близости от индуктора, выводы конденсаторной батареи соединены с выводами индуктора, индуктор разделен на две равные части, которые включены параллельно так, что конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, начало второй части индуктора соединено с началом первой части индуктора, на каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели с закрепленными ферритовыми стержнями.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение коэффициента полезного действия индукционной плавильной установки за счет снижения потерь в шинопроводах, отсутствия потерь в водоохлаждаемых кабелях за счет их исключения из конструкции плавильной установки, уменьшения потерь за счет снижения магнитных потоков рассеяния путем локализации и концентрации магнитного поля в ферритовых стержнях панелей, уменьшения магнитного сопротивления основному магнитному потоку индуктора.

Повышение коэффициента полезного действия индукционной плавильной установки является полученным техническим результатом, обусловленным технической реализацией (выполнением) элементов, введением новых элементов и мест их установки, связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемой индукционной плавильной установки являются существенными.

На чертеже приведена схема индукционной плавильной установки.

Индукционная плавильная установка содержит плавильную печь с установленным внутри каркаса 1 индуктором из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи, разделенным на две равные части 2, 3, которые включены параллельно так, что конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, начало второй части индуктора соединено с началом первой части индуктора, преобразователь частоты 4, конденсаторную батарею 5, два шинопровода 6, 7, соединяющие выводы преобразователя частоты с выводами конденсаторной батареи, конденсаторная батарея установлена на каркасе в непосредственной близости от индуктора, на каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели 8 с закрепленными ферритовыми стержнями.

Индукционная плавильная установка работает следующим образом. Преобразователь частоты 4 вырабатывает переменное напряжение повышенной частоты. Переменное напряжение повышенной частоты подается через шинопроводы 6, 7 на части индуктора 2, 3 плавильной печи. Плавильная печь работает по принципу короткозамкнутого трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор, а вторичной (короткозамкнутой) обмоткой и, одновременно, нагрузкой - находящийся в плавильной печи металл. Нагрев и расплавление металла в плавильной печи происходит за счет протекающих в нем токов, которые возникают в результате действия электромагнитного поля, создаваемого индуктором. Индуктор с металлом для преобразователя частоты 4 представляет собой индуктивную нагрузку с низким коэффициентом мощности (0,4-0,05). Для компенсации коэффициента мощности устанавливается конденсаторная батарея 5. Из-за низкого коэффициента мощности ток, протекающий между элементами колебательного контура параллельного типа, образованного частями 2, 3 индуктора и конденсаторной батареей 5, значительно превышает ток (в 5-20 раз), протекающий по шинопроводам 6, 7 от преобразователя 4 к плавильной печи. Для уменьшения поля рассеяния частей 2, 3 индуктора, магнитного сопротивления, локализации и концентрации магнитного поля служат панели 8 с закрепленными ферритовыми стержнями.

В конденсаторной батарее 5 могут быть использованы водоохлаждаемые конденсаторы типов ЭСВК, ЭСВ, ЭСВП. На панелях 8 могут быть установлены шихтованные стержни из кремнистой электротехнической (трансформаторной) или аморфной стали, пермаллоя и других ферромагнитных материалов.

По сравнению с прототипом существенно повышается коэффициент полезного действия индукционной плавильной установки (на 30-50%). Разделение индуктора плавильной печи на две равные части и соединение указанных частей параллельно позволяет, не изменяя конструктивных размеров, уменьшить его индуктивность и волновое сопротивление контура, образованного частями индуктора и конденсаторной батареей. При заданной мощности плавильной печи разделение индуктора на части и уменьшение волнового сопротивления контура обеспечивает возможность уменьшения емкости конденсаторной батареи. В результате конструктивно становится возможным разместить конденсаторную батарею на каркасе в непосредственной близости от индуктора. При этом разработанные преобразователи частоты на основе инверторов тока с квазирезонансной коммутацией позволяют обеспечить работу индукционных плавильных печей в широком диапазоне выходных частот с сохранением разрешенных рядов мощностей и емкостей плавильных печей. При установке конденсаторной батареи на каркасе плавильной печи за счет уменьшения длины шинопроводов, соединяющих конденсаторную батарею с индуктором, и исключения из конструкции индукционной плавильной установки водоохлаждаемых кабелей электрические потери уменьшаются. Водоохлаждаемые кабели имеют большое активное сопротивление, так как сечение кабеля не может быть выбрано достаточным, а длина - минимальной с точки зрения электрических потерь из-за наложения эксплуатационных и конструктивных ограничений. Установленные на каркасе плавильной печи панели с закрепленными ферритовыми стержнями уменьшают поле рассеяния индуктора и магнитное сопротивление основному магнитному потоку за счет локализации и концентрации магнитного поля в структуре ферритовых стержней. В результате также снижаются потери и повышается коэффициент полезного действия индукционной плавильной установки.

По сравнению с прототипом повышается надежность работы индукционной плавильной печи. В прототипе проводники водоохлаждаемых кабелей подвергаются (в производственных условиях) быстрой коррозии и разрушению. Резиновая изоляция кабелей при попадании капель расплавленного металла часто нарушается. Выход из строя водоохлаждаемых кабелей приводит к аварии всей установки. Для прототипа из-за повышенной загрузки преобразователя частоты по мощности при необходимости компенсации электрических потерь снижается срок его службы.

По сравнению с прототипом уменьшается цена индукционной плавильной установки, так как при фактическом уменьшении цены плавильной печи за счет снижения материалоемкости индуктора существенно снижается стоимость конденсаторной батареи и соединительных линий. Кроме того, конденсаторная батарея становится встраиваемым в плавильную печь элементом.

По сравнению с прототипом снижаются эксплуатационные расходы за счет уменьшения сроков ввода в эксплуатацию и стоимости строительных (отсутствие приямков для водоохлаждаемых кабелей), монтажных и пусконаладочных работ, повышения производительности индукционной плавильной установки, стоимости технического обслуживания, ремонтопригодности.