Схема подключения индукционной тигельной печи к источнику однофазного напряжения

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным тигельным печам-миксерам.

Известна одночастотная индукционная тигельная печь, содержащая тигель, индуктор, рабочая часть которого состоит из основной однофазной катушки и дополнительных катушек питаемых током, фаза которого отстает на 15-90 электрических градусов от фазы тока в основной катушке. [ * ]

Однако известная печь предъявляет высокие требования к источнику питания и имеет низкий коэффициент мощности , что удорожает стоимость установки в целом.

Цель изобретения – повышение коэффициента мощности при эффективной циркуляции металла в печи – миксера от однофазного источника питания.

На фиг.1 изображен эскиз одночастотной индукционной тигельной печи; на фиг.2 представлена электрическая схема замещения печи; на фиг.3 – векторная диаграмма токов и напряжений.

Фиг.1 Эскиз одночастотной индукционной тигельной печи

Фиг.2 Электрическая схема замещения тигельной печи-миксера.

Фиг.3 Векторная диаграмма токов и напряжений.

Индукционная тигельная печь – миксер состоит из тигля 1, основной катушки 2 и дополнительной катушки 3, выполненной в виде двух секций соединенных последовательно и встречно. Количество витков в секциях дополнительной катушки 3 неодинаково, поэтому между основной и дополнительной катушками существует индуктивная связь. Дополнительная катушка 3 соединенная с конденсатором 4 образуют короткозамкнутый контур, а основная катушка 2 с последовательно подключенным конденсатором 5 подключены к зажимам однофазного переменного напряжения (здесь и далее точкой обозначены комплексные величины).

Индукционная тигельная печь – миксер работает следующим образом.

При подключении последовательного контура с основной обмоткой 2 и конденсатором 5 к источнику напряжения , в основной катушке возникает переменный электрический ток , который создает переменный магнитный поток , пронизывающий витки дополнительной катушки 3. Так как числа витков встречно включенных секций дополнительной катушки неодинаково, в последней возникает электрический ток , создающий переменный поток .

В точках плоскости (на фиг.1) направления магнитных потоков и перпендикулярны.

Сдвинутые в пространстве и во времени магнитные потоки и образуют вращающееся магнитное поле, которое приводит расплавленный металл во вращательное движение по всей окружности тигля в плоскости . Вращающий момент имеет максимальное значение при условии, что величина фазовый сдвиг между магнитными потоками и составляет величину .

Для определения соотношений между параметрами элементов электрической цепи, позволяющих получить фазовый сдвиг , запишем уравнения для двух индуктивно связанных контуров по закону Кирхгофа в комплексной форме (фиг.2)

; (1)

. (2)

Здесь ; ; - активные сопротивления, индуктивности и емкости контуров; -взаимная индуктивность между основной и дополнительной катушками; - угловая частота питающего напряжения.

Зная индуктивности основной и дополнительной катушек, емкости конденсаторов 4 и 5 должны удовлетворять условиям

; . (3)

В этом случае из уравнений (1) и (2) имеем

; (4)

. (5)

При выполнении условия , выражения (4) и (5) преобразуются к виду

; .

Уравнениям (1) и (2), при соблюдении описанных выше условий соответствует векторная диаграмма токов и напряжении представленная на фиг.3.

Как следует из векторной диаграммы ток отстает по фазе от тока на , следовательно такой же фазовый сдвиг имеют магнитные потоки и , что обеспечивает максимальный вращающий момент расплава.

Ток совпадает по фазе с напряжением сети , следовательно электрическая цепь работает в режиме резонанса, потребляет из сети только активную мощность и коэффициент мощности установки .