DISPOSITIVO DE CALENTAMIENTO POR INDUCCION A ALTA FRECUENCIA, Y HORNO DE INDUCCION EQUIPADO CON DICHO DISPOSITIVO.

Dispositivo de calentamiento por inducción que comprende:

- una alimentación eléctrica de alta frecuencia,

- un inductor

(3, 23) adecuado para rodear, al menos parcialmente, un elemento de inducido (4, G) a calentar, teniendo este inductor una inductancia de valor determinado (L) para una potencia de calentamiento deseada,

- y un montaje capacitivo de unión entre la alimentación y el inductor previsto para aumentar la tensión en los bornes del inductor con relación a la tensión proporcionada por la alimentación,

caracterizado porque el inductor está constituido por al menos dos partes inductivas elementales distintas (3a, 3b, 3c; 23a, 23b) unidas entre sí en serie por al menos un condensador, o una batería de condensadores, (2, 2a, 2b; 22, 22a), siendo la tensión que aparece entre los puntos de conexión de las partes inductivas elementales

reducida con relación a la tensión necesaria para el funcionamiento del inductor para una potencia de calentamiento deseada

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2007/000932.

Solicitante: FIVES CELES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 89 BIS, RUE PRINCIPALE BP 5,68610 LAUTENBACH.

Inventor/es: ROEHR, PHILIPPE, NOVIKOFF,IVAN.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 9 de Diciembre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/04 (Fuentes de corriente)
  • H05B6/02B

Clasificación PCT:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/04 (Fuentes de corriente)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/02 (Calefacción por inducción)
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DISPOSITIVO DE CALENTAMIENTO POR INDUCCION A ALTA FRECUENCIA, Y HORNO DE INDUCCION EQUIPADO CON DICHO DISPOSITIVO.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de calentamiento por inducción a alta frecuencia, y horno de inducción equipado con dicho dispositivo.

La invención se refiere a un dispositivo de calentamiento por inducción del tipo de los que comprenden:

- una alimentación eléctrica de alta frecuencia,
- un inductor adecuado para rodear, al menos parcialmente, un elemento inducido a calentar, teniendo el inductor una inductancia de valor determinado para una potencia de calentamiento deseada,
- y un montaje capacitivo de unión entre la alimentación y el inductor previsto para aumentar la tensión en los bornes del inductor con relación a la tensión proporcionada por la alimentación.

Por la expresión "alta frecuencia" utilizada para la corriente alterna se designa una frecuencia igual o superior a 10 kilohertzios (kHz).

Una aplicación del calentamiento por inducción se refiere a las bandas metálicas. El calentamiento por inducción de bandas metálicas es cada vez más utilizado por la industria siderúrgica para aplicaciones diversas tales como:

- mejora de la productividad de horno convencional;
- secado de productos de revestimiento diversos (pintura, galvanización, etc...);
- tratamiento térmico (recocido, sobreenvejecimiento...),
y otros también.

La progresión de los rendimientos de los semi-conductores permite ahora fabricar convertidores de frecuencia de potencia unitaria de varios megavatios y de frecuencia de salida de varias centenas de kilohertzios.

El principio de una instalación clásica, según el estado de la técnica, se ilustra en las Figuras 1 a 3 de los dibujos adjuntos en el caso de un circuito oscilante paralelo y de un inductor de flujo longitudinal. Una alimentación eléctrica 1 de corriente alterna de alta frecuencia está constituida por un convertidor de frecuencia. Uno o varios condensadores de compensación 2 están conectados a los bornes del convertidor. El inductor 3 rodea una banda metálica 4 a calentar; la longitud de la banda 4 es perpendicular al plano de la Fig. 1. Corrientes inductoras de intensidad I rodean la banda 4 con el fin de crear corrientes inducidas cuya circulación está esquemáticamente representada por una curva 5 representada con líneas de trazo interrumpido. El convertidor de frecuencia 1 proporciona la potencia activa necesaria para el calentamiento de la banda metálica 4. El condensador, o la batería de condensadores, 2 proporciona la potencia reactiva necesaria para la magnetización del espacio en el cual se desarrolla el campo magnético creado por el inductor 3. Según la Fig. 3 dos condensadores de unión 2' en serie, combinados con el condensador 2, están previstos para aumentar la tensión en los bornes del inductor. El circuito formado por el inductor 3 y los condensadores 2, 2' es un circuito oscilante, y la tensión eléctrica U (expresada en voltios) que se desarrolla en los bornes del inductor 3 (prescindiendo de la resistencia óhmica) se escribe: U=L?I, fórmula en la cual:

L es igual a la inductancia del inductor 3 (expresada en henrios),

? es el impulso de la corriente alterna de la corriente de alimentación (en radianes por segundo)

I es la intensidad de la corriente en el inductor 3 (en amperios).

? = 2pF, siendo F igual a la frecuencia de la corriente alterna.

La potencia Pt transferida por inducción a la banda 4 es proporcional:

- al cuadrado del campo magnético, así mismo proporcional al número de amperios vuelta n.l, donde n es el número de espiras del inductor 3 o circuito primario,
- a la raíz cuadrada del impulso ? de la corriente.

Para transmitir una potencia elevada, es preciso, todo lo demás igual por otro lado, que la corriente I sea importante, del orden de algunos millares de amperios a varias decenas de millares de amperios.

La inductancia L debido al tamaño geométrico del inductor 3, a menudo conectada con la del inducido 4 que rodea, no puede bajar por debajo de un valor mínimo del orden de algunas décimas de microhenrios para inductores de calentamiento de banda, incluso construyendo inductores denominados "monoespiras", es decir de una sola espira.

Por último, ? alcanza valores elevados para permitir calentar bandas finas 4 y evitar una caída del rendimiento del sistema.

La ecuación U = L?I muestra directamente que la corriente I importante, necesaria para que la potencia transmitida sea elevada, solo puede ser obtenida aplicando una tensión U de varios millares de voltios. Esta tensión es lo más a menudo alcanzada por un montaje capacitivo "multiplicador de tensión o elevador capacitivo". Según la Fig. 3 este elevador capacitivo utiliza dos condensadores 2' en serie con la inductancia.

Para asegurar buenas condiciones de oscilación del circuito formado por el inductor 3 y los condensadores 2, 2' del circuito del inductor, generalmente se esfuerza en cumplir con la condición de resonancia entre los valores de la inductancia L y la capacidad Ceq equivalente a las de los condensadores del circuito, según la fórmula L Ceq ?2 = 1.

En el ejemplo de la Figura 3, considerando el caso en que los tres condensadores 2, 2' tengan cada uno un mismo valor C de capacidad, la capacidad equivalente Ceq de estos tres condensadores en serie en el bucle cerrado que comprende el inductor es Ceq = C/3.

La relación: L Ceq ?2 = 1 se vuelve, sustituyendo Ceq, por C/3: I C/3 ?2 = 1

donde: L ? = 3/C?.

La tensión en los bornes del inductor L?I es por consiguiente igual a 3 L/C?, mientras que la tensión en los bornes de la capacidad de compensación 2, que corresponde a la tensión de alimentación, es igual a I/C?. La tensión en los bornes del inductor se multiplica por consiguiente por tres.

La tensión muy elevada aplicada al inductor plantea numerosos problemas de realización de los equipos, que deben evitar una caída de tensión inoportuna entre el condensador, o la batería de condensadores, y el inductor. Las conexiones de empalme deben ser "compensadas", es decir presentar una inductancia de conexión mínima. Esta disminución de la inductancia de las conexiones solo puede ser obtenida aproximando lo mejor posible los conductores de alimentación del inductor y los conductores internos de la batería de condensadores. Como se ha ilustrado esquemáticamente en la Fig. 2, la distancia e entre las conexiones de empalme debe ser mínima para limitar la inductancia parásita de la conexión.

Pero se tropieza con la presencia de una tensión muy elevada. La corta distancia e entre las conexiones hace particularmente difícil la realización de un aislamiento eléctrico fiable que permita evitar una descarga eléctrica (flash).

La misma tensión se aplica a la batería de condensadores, a menudo constituida por condensadores elementales de soporte bajo en tensión unitaria, conectados en serie-paralelo.

La invención tiene por objeto, sobre todo, proporcionar un dispositivo de calentamiento por inducción que permita transferir una potencia elevada por el inductor reduciendo las dificultades de construcción creadas por las tensiones, en particular a nivel de las conexiones del inductor y de los condensadores.

Según...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de calentamiento por inducción que comprende:

- una alimentación eléctrica de alta frecuencia,
- un inductor (3, 23) adecuado para rodear, al menos parcialmente, un elemento de inducido (4, G) a calentar, teniendo este inductor una inductancia de valor determinado (L) para una potencia de calentamiento deseada,
- y un montaje capacitivo de unión entre la alimentación y el inductor previsto para aumentar la tensión en los bornes del inductor con relación a la tensión proporcionada por la alimentación,

caracterizado porque el inductor está constituido por al menos dos partes inductivas elementales distintas (3a, 3b, 3c; 23a, 23b) unidas entre sí en serie por al menos un condensador, o una batería de condensadores, (2, 2a, 2b; 22, 22a), siendo la tensión que aparece entre los puntos de conexión de las partes inductivas elementales

reducida con relación a la tensión necesaria para el funcionamiento del inductor para una potencia de calentamiento deseada.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un condensador o batería de condensadores (2) conectado entre los bornes de la alimentación y tres partes inductivas elementales distintas (3a, 3b, 3c), unidas entre sí en serie por dos condensadores de unión o batería de condensadores (2a, 2b).

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un condensador o batería de condensadores (22a) conectado entre los bornes de la alimentación y dos partes inductivas elementales distintas (23a, 23b), conectadas entre si en serie por un condensador o batería de condensadores de unión (22b).

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un condensador o batería de condensadores conectado entre los bornes de la alimentación y N partes inductivas elementales distintas, conectadas entre si en serie por N-1 condensadores o batería de condensadores de unión.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el o los condensadores de unión (2a, 2b; 22a) tienen valores de capacidad iguales entre si, e iguales a la capacidad de un condensador (2, 22) conectado a los bornes de la alimentación.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque los condensadores, o baterías de condensadores, de unión tienen valores de capacidad diferentes a los del condensador, o de la batería de condensadores, conectado a los bornes de la alimentación de alta frecuencia, para obtener relaciones de elevación de la tensión no enteros.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o los condensadores de unión (2a, 2b; 22) están situados en una zona opuesta a la alimentación con relación al inducido (4, G).

8. Dispositivo de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los condensadores o baterías de condensadores están repartidos por el perímetro del inducido (4, G) con el fin de optimizar la ocupación del espacio en la proximidad del inducido y limitando así las inductancias parásitas.

9. Dispositivo de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o cada condensador de unión está constituido por una batería de condensadores.

10. Horno de calentamiento para bandas metálicas (4), caracterizado porque comprende un dispositivo de calentamiento por inducción, de una o varias espiras, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

11. Horno de calentamiento según la reivindicación 10, caracterizado porque los condensadores, o baterías de condensadores, de unión (2a, 2b) están dispuestos en el interior del blindaje (8) del horno, dentro de la atmósfera del horno.

12. Horno de fusión de vidrio (G) o de óxido en espira directa, caracterizado porque comprende un dispositivo de calentamiento de inducción según una de las reivindicaciones 1 a 9.