PL203210B1

PL203210B1 - Induction heating system

Info

Publication number: PL203210B1
Application number: PL366325A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Pasternak; Roman Kieroński; Zbigniew Waradzyn; Marian Szymczakiewicz; Aleksander Skała
Original assignee: Akad Gorniczo Hutnicza
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-09-30
Also published as: PL366325A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ do nagrzewania indukcyjnego, znajdujący zastosowanie w przemyś le hutniczym, a takż e w jubilerstwie.The subject of the invention is an induction heating system applicable in the metallurgical industry as well as in jewelery.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 113 198 układ do nagrzewania indukcyjnego zawiera na wejściu prostownik, połączony z filtrem elektrycznym. Wyjście filtra jest zbocznikowane gałęzią utworzoną z szeregowo połączonych: pierwszego tyrystora, nagrzewnicy i kondensatora, zaś do punktu wspólnego katody tyrystora i nagrzewnicy podłączony jest drugi tyrystor zbocznikowany, włączoną przeciwsobnie diodą. Katoda drugiego tyrystora jest połączona z ujemnym biegunem filtra elektrycznego.The induction heating system known from the Polish patent specification No. 113 198 includes a rectifier at the input, connected to an electric filter. The filter output is bypassed with a branch made of series connected: the first thyristor, heater and capacitor, while the second thyristor bypassed in push-pull diode is connected to the common point of the thyristor and heater cathode. The cathode of the second thyristor is connected to the negative pole of the electric filter.

Znany jest także inny układ, który zawiera filtr dolnoprzepustowy, przyłączony równolegle do źródła napięcia stałego oraz podłączoną do filtra gałąź, zawierającą szeregowo połączone: dławik, pierwszy tyrystor, kondensator i nagrzewnicę, przy czym pierwszy tyrystor jest zbocznikowany włączoną przeciwsobnie dodatkową diodą a kondensator i nagrzewnica zbocznikowane są drugim tyrystorem i diodą połączonymi ze sobą równolegle i przeciwsobnie.Another system is also known, which includes a low-pass filter, connected in parallel to the DC voltage source, and a branch connected to the filter, containing in series: a choke, a first thyristor, a capacitor and a heater, the first thyristor being bypassed with an anti-parallel diode, and the capacitor and the heater They are bypassed with a second thyristor and a diode connected in parallel and push-pull.

Układ, według wynalazku, zawierający filtr dolnoprzepustowy, przyłączony równolegle do źródła napięcia stałego oraz podłączoną do filtra gałąź, zawierającą szeregowo połączone pierwszy łącznik elektroniczny, nagrzewnicę i kondensator, a także zawierający drugi łącznik elektroniczny zbocznikowany włączoną przeciwsobnie diodą której anoda jest połączona z ujemnym biegunem filtra dolnoprzepustowego charakteryzuje się tym, że katoda diody bocznikującej drugi łącznik elektroniczny jest połączona poprzez układ przełączający z odczepami, w które wyposażona jest nagrzewnica, a pierwszy tyrystor jest zbocznikowany włączoną przeciwsobnie drugą diodą.The system according to the invention, comprising a low-pass filter, connected in parallel to the DC voltage source, and a branch connected to the filter, containing a series connected first electronic switch, a heater and a capacitor, and comprising a second electronic switch shunted by a push-pull diode whose anode is connected to the negative pole of the filter the low-pass diode is characterized in that the cathode of the bypass diode, the second electronic switch is connected via a switching circuit with taps, which the heater is equipped with, and the first thyristor is bypassed by a second diode switched in push-pull.

Układ, według wynalazku, dzięki zastosowaniu podziału uzwojenia nagrzewnicy na sekcje przy pomocy odczepów umożliwia regulację indukcyjności, a więc i częstotliwości obwodu drgań tłumionych, co w konsekwencji powoduje zwiększenie możliwości jego wykorzystania do nagrzewania indukcyjnego zwłaszcza wsadów walcowych o zróżnicowanych średnicach. Ponadto, dzięki wykorzystaniu części uzwojeń nagrzewnicy w funkcji odrębnego dławika w obwodzie zasilania nagrzewnicy, umożliwia zmniejszenie gabarytów układu, z równoczesnym zapewnieniem odporności układu na zwarcia oraz ograniczeniem nadmiernych stromości narastania prądu łączników w czasie komutacji, a także zmniejszeniem wartości i częstotliwości skokowych wzrostów napięcia występujących na zastosowanych łącznikach elektronicznych.The system according to the invention, thanks to the division of the heater winding into sections by means of taps, enables the adjustment of the inductance, and thus the frequency of the damped vibration circuit, which in turn increases the possibility of its use for induction heating, especially cylindrical charges with different diameters. Moreover, thanks to the use of a part of the heater windings as a separate choke in the heater supply circuit, it allows to reduce the overall dimensions of the system, while ensuring the system's resistance to short-circuits and limiting the excessive steepness of the current rise of switches during commutation, as well as reducing the value and frequency of step voltage increases occurring on of the electronic switches used.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat układu.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, which shows a diagram of the system.

Układ, według wynalazku, zawiera filtr dolnoprzepustowy F, przyłączony równolegle do źródła napięcia stałego U. Biegun dodatni filtra F połączony jest z gałęzią zawierającą połączone szeregoworównolegle: pierwszy łącznik elektroniczny Ł1, diodę D1, nagrzewnicę N i kondensator Cs, przy czym dioda D1 bocznikująca łącznik elektroniczny Ł1 jest spolaryzowana przeciwnie w stosunku do niego.The circuit according to the invention comprises a low-pass filter F connected in parallel to the DC voltage source U. The positive pole of the filter F is connected to a branch containing the first electronic switch L1, diode D1, heater N and a capacitor Cs, with diode D1 shunting the switch in parallel. electronic L1 is oppositely polarized with respect to it.

Nagrzewnica N jest wyposażona w odczepy 1, 2,.....n, gdzie n jest liczbą naturalną które połączone są z punktem wspólnym ujemnego bieguna filtra F i kondensatora Cs poprzez układ przełączający UP i drugi łącznik elektroniczny Ł2, połączony równolegle i przeciwsobnie z diodą D2.The heater N is equipped with taps 1, 2, ..... n, where n is a natural number, which are connected to the common point of the negative pole of the F filter and the capacitor Cs through the UP switching system and the second electronic switch L2, connected in parallel and push-pull with with the D2 diode.

Działanie układu, według wynalazku, jest następujące. Po załączeniu pierwszego łącznika elektronicznego Ł1, przy zablokowanym drugim łączniku Ł2, następuje ładowanie kondensatora Cs i przepływ prądu przez nagrzewnice N, przy czym przebieg prądu ma kształt pulsu, którego wymagany czas trwania i amplituda uzależnione są od doboru indukcyjności nagrzewnicy N i podziału jej uzwojenia na sekcje za pomocą odczepów 1, 2, 3,...., n. W momencie, gdy prąd łącznika Ł1 zmaleje do zera, następuje jego wyłączenie i w czasie, w którym odzyskuje on właściwości zaworowe, w obwodzie Cs, D1, U, N, Cs rozpoczyna płynąć prąd rozładowania kondensatora Cs. Po odzyskaniu przez łącznik Ł1 zdolności zaworowych, zostaje załączony łącznik Ł2, który wraz z diodą D2 przejmuje dalsze przewodzenie prądu rozładowywania kondensatora Cs w obwodzie drgań tłumionych utworzonym przez: Cs, N, UP, Ł2, D2, Cs, przy czym prąd rozładowania kondensatora Cs popłynie teraz tylko przez tę część uzwojeń nagrzewnicy N, która jest włączana do obwodu przez układ przełączający UP poprzez wybór odpowiedniego odczepu n. Następnie, gdy prąd w obwodzie drgań tłumionych osiągnie odpowiednio małą wartość, następuje zablokowanie łącznika Ł2, odblokowanie łącznika Ł1 i doładowanie kondensatora Cs, po czym cykl pracy powtarza się. W obwodzie, utworzonym za pomocą łącznika Ł2 i układu przełączającego UP, przebieg prądu przyjmuje charakter drgań oscylacyjnych tłumionych o częstotliwości zależnej od parametrów tego obwodu. Układ, według wynalazku, umożliwia osiągnąć częstotliwość drgań o wartości od kilkuset Hz do kilkunastu MHz i nagrzewanie objętościowe wsadów o dużej rozpiętości gabarytów.The operation of the system according to the invention is as follows. After the first electronic switch Ł1 is turned on, with the second switch Ł2 blocked, the capacitor Cs is charged and the current flows through the heaters N, while the current waveform has the shape of a pulse, the required duration and amplitude of which depend on the selection of the heater inductance N and the division of its winding into sections with taps 1, 2, 3, ...., n. When the current of the switch L1 decreases to zero, it is switched off and in the time when it regains its valve properties, in the circuit Cs, D1, U, N , Cs, the discharge current of the capacitor Cs begins to flow. After the switch Ł1 regains its valve capacity, the switch Ł2 is switched on, which, together with the diode D2, takes over further conduction of the capacitor discharge current Cs in the damped vibration circuit formed by: Cs, N, UP, Ł2, D2, Cs, while the capacitor discharge current Cs now it will flow only through that part of the heater N windings, which is connected to the circuit by the UP switching system by selecting the appropriate tap n. Then, when the current in the damped vibration circuit reaches an appropriately low value, the L2 switch is blocked, the L1 switch is unblocked and the Cs capacitor is recharged after which the work cycle is repeated. In the circuit created by the switch L2 and the UP switching system, the current waveform takes the nature of damped oscillating vibrations with a frequency depending on the parameters of this circuit. The system, according to the invention, enables to achieve a vibration frequency of several hundred Hz to several MHz and volumetric heating of charges with a large span of dimensions.

Claims

Patent claim

Induction heating system including a low-pass filter, connected in parallel to the DC voltage source and a branch connected to the filter, including a series connected first electronic switch, heater and capacitor, and containing a second electronic switch bypassed by an anti-parallel diode whose anode is connected to the negative pole of the low-pass filter , characterized in that the cathode of the diode (D2) shunting the second electronic switch (L2) is connected via a switching circuit (UP) with taps (1, 2, 3, ..., n) with which the heater (N) is equipped and the first electronic switch (L1) is bypassed by a push-pull second diode (D1).