PROCEDIMIENTO DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN.

Procedimiento para calentar por inducción una barra (10) de un material conductor eléctrico girando la barra

(10) con respecto a un campo magnético generado mediante al menos un devanado superconductor (60) alimentado con corriente continua sobre un núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4), caracterizado porque el devanado (60) se alimenta con una corriente continua que tiene un valor que genera en el núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4), al menos en el área del devanado (60), una densidad de flujo magnético con la que la permeabilidad relativa del material del núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4) es menor que cuando el devanado (60) está sin corriente

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/005647.

Solicitante: ZENERGY POWER GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HEISENBERGSTRASSE 16 53359 RHEINBACH ALEMANIA.

Inventor/es: HAHN,INGOLF, BUHRER,CARSTEN, FULBIER,CHRISTOPH.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 10 de Julio de 2008.

Fecha Concesión Europea: 25 de Agosto de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H05B6/02B1

Clasificación PCT:

  • 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)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/14 (Utillaje, p. ej. toberas, rodillos, calandrias)

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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PROCEDIMIENTO DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN.

Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a un procedimiento para calentar por inducción una barra de un material conductor eléctrico por medio de un movimiento relativo, en particular produciendo un giro entre la barra y un campo magnético generado mediante al menos un devanado superconductor alimentado con corriente continua sobre un núcleo de hierro.

El documento DE 10 2005 061 670.4, muestra un procedimiento de este tipo. Para la realización del procedimiento por ejemplo se puede hacer que una barra cilíndrica sujeta en un dispositivo de sujeción con accionamiento giratorio gire a velocidad constante alrededor de su eje en un campo magnético generado mediante una corriente constante a través del devanado superconductor. De este modo se induce en la barra una corriente en gran medida constante. Sin embargo, en la realidad la barra generalmente no es óptimamente cilíndrica y/o no está sujeta con exactitud, de modo que no gira alrededor de su eje. Por consiguiente, el flujo magnético a través de la barra también varía en la misma magnitud, con lo que en la barra se induce correspondientemente una corriente de inducción de magnitud no constante. La corriente es de inducción Iind(t) alterna con la frecuencia de giro f, es decir, Iind(t)=Iind(t+f-1). Con la corriente de inducción en la barra no constante en el tiempo se genera un campo magnético que varía correspondientemente en el tiempo y que atraviesa el devanado superconductor induciendo una tensión en el mismo. Este efecto se denomina reinducción y la tensión correspondiente se denomina tensión de reinducción. A causa de esta tensión de reinducción variable en el tiempo, a través del devanado superconductor no fluye ninguna corriente constante en el tiempo, sino una corriente variable en el tiempo que conduce a unas pérdidas no deseadas, denominadas pérdidas por reinducción en el devanado superconductor.

Del mismo modo, en el caso del calentamiento de barras en forma de varilla no cilíndricas, por ejemplo con sección transversal rectangular u ovalada, mediante el giro de la barra se genera una corriente de inducción de alternación constante que provoca una tensión de reinducción correspondientemente alternante y, por consiguiente, unas pérdidas por reinducción correspondientes.

Las tensiones de reinducción variables en el tiempo, y con ello las pérdidas por reinducción, se producen independientemente de la forma de la barra, sobre todo al comienzo y al final del calentamiento por inducción, cuando la barra se pone en rotación o se detiene. En principio, las pérdidas por reinducción se producen con cada cambio de la velocidad de rotación.

Estas pérdidas por reinducción han de ser compensadas mediante una fuente de corriente correspondientemente potente y aumentan la potencia de refrigeración necesaria para el devanado superconductor.

El documento US 3 842 243, propone calentar una barra conductora eléctrica en un campo magnético alternante. Un conductor alimentado con corriente alterna está dispuesto en un yugo en forma de U para conducir el flujo magnético a través de la barra. Una bobina adicional alimentada con corriente continua que está dispuesta sobre una sección del yugo puede llevar dicha sección a la saturación magnética. Por ello, el flujo magnético del campo alternante ya no es conducido por completo a la barra, y ésta se calienta localmente menos en la zona correspondiente.

La invención tiene por objetivo reducir las pérdidas por reinducción en el devanado superconductor durante la realización del procedimiento mencionado en la introducción.

En lo que respecta al procedimiento, este objetivo se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas 2 a 7 se indican configuraciones ventajosas del procedimiento. La reivindicación 8 tiene por objeto dispositivos, en particular para la realización del procedimiento. En las reivindicaciones 9 a 15 se indican perfeccionamientos de los dispositivos.

En todos los procedimientos, al menos una barra se mueve con respecto a un campo magnético. En este contexto no tiene ninguna importancia que el campo magnético gire alrededor de la barra o la inversa. De acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 1, en el devanado superconductor se produce y mantiene una corriente continua con un valor que genera en el núcleo de hierro, al menos en el área del devanado, una densidad de flujo magnético con la que la permeabilidad relativa del material del núcleo de hierro es menor que cuando el devanado está sin corriente. Dado que se reduce la permeabilidad relativa, también disminuye la reinducción y con ello las pérdidas en el devanado superconductor. Al mismo tiempo se conserva el efecto del núcleo de hierro que guía el campo magnético del devanado. En consecuencia, se reduce la reinducción.

Si se giran dos o más barras simultáneamente en un campo magnético generado por el devanado superconductor, la posición de las barras entre sí se puede regular de tal modo que las tensiones de reinducción generadas por las corrientes de inducción alternantes de la barra se superpongan de forma sustractiva, de acuerdo con una solución alternativa u opcional del problema. Expresado de forma simplificada, en el supuesto de un campo magnético homogéneo en el área de una barra, el flujo magnético a través de la barra es aproximadamente proporcional a la superficie de proyección de la barra sobre un plano perpendicular a las líneas de flujo. Si se calienta una barra no cilíndrica en el campo magnético, la superficie de proyección varía con cada cambio de ángulo. La esencia de esta solución consiste en regular la posición de dos o más barras entre sí de tal modo que la suma de las superficies de proyección de todas las barras durante el movimiento de éstas en el campo magnético no varíe

o varíe en la menor medida posible. Correspondientemente, la suma de los flujos magnéticos a través de las barras tampoco varía o también varía sólo mínimamente, lo que conduce a una disminución al mínimo de la tensión de reinducción en el devanado. También se puede decir que las tensiones de reinducción asociadas a las barras individuales, es decir provocadas por los cambios que éstas provocan en cada caso en el flujo magnético, se superponen de forma sustractiva.

Para ello, por ejemplo dos barras idénticas con forma de paralelepípedo con sección transversal cuadrada se pueden girar a la misma velocidad angular en cada caso alrededor de sus ejes longitudinales y orientar con estos ejes longitudinales en dirección al menos aproximadamente ortogonal con respecto a las líneas de flujo del campo magnético generado por el devanado atravesado por la corriente, regulándose la posición de las barras entre sí de tal modo que las dos barras están giradas entre sí 45º alrededor de sus ejes longitudinales paralelos, ya que en este caso el flujo magnético que atraviesa una de las dos barras aumenta en la misma medida en que disminuye en la otra barra. Una vez que el flujo través de la primera barra alcanza su valor máximo, comienza a disminuir de nuevo, aumentando en la misma medida el flujo a través de la otra barra. En un caso ideal, la suma de los flujos magnéticos a través de las barras es constante. En este caso, las tensiones de reinducción asociadas a las barras individuales se eliminan, al menos parcialmente, por superposición sustractiva. El mismo efecto, aunque no tan marcado, se logra por ejemplo cuando se calientan simultáneamente dos barras con forma de paralelepípedo con superficies de sección transversal no congruentes. Esto es particularmente aplicable en caso de barras en...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para calentar por inducción una barra (10) de un material conductor eléctrico girando la barra (10) con respecto a un campo magnético generado mediante al menos un devanado superconductor

(60) alimentado con corriente continua sobre un núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4), caracterizado porque el devanado (60) se alimenta con una corriente continua que tiene un valor que genera en el núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4), al menos en el área del devanado (60), una densidad de flujo magnético con la que la permeabilidad relativa del material del núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4) es menor que cuando el devanado (60) está sin corriente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que al menos dos barras conductoras eléctricas (10) se calientan haciéndolas girar con respecto al campo magnético generado por al menos un devanado superconductor

(60) alimentado con corriente continua sobre un núcleo de hierro (55.4), generándose en cada barra (10) una corriente de inducción variable en el tiempo que provoca en cada caso una tensión de reinducción en el devanado (60), caracterizado porque el movimiento de las barras (10) entre sí se regula de tal modo que las tensiones de reinducción se superponen de forma sustractiva.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque las barras (10) giran en sentidos contrarios entre sí.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la posición de las barras (10) entre sí se regula de tal modo que las tensiones de reinducción se superponen de forma sustractiva.

5. Procedimiento según la reivindicación 2, la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque las barras (10) giran a velocidades angulares con valores al menos aproximadamente iguales.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la corriente continua a través del devanado (60) se regula a un valor esencialmente constante.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la sección transversal del núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4) es más pequeña en el área del devanado (60) que fuera de éste.

8. Dispositivo para calentar por inducción al menos una barra (10) de un material conductor eléctrico, con al menos un devanado superconductor

(60) sobre un núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4), una fuente de corriente continua (80) para generar una corriente continua en el devanado (60) y al menos un dispositivo de sujeción para la barra (10) accionado de forma giratoria con respecto al devanado (60), caracterizado porque el valor de la corriente continua generada en el devanado (60) por la fuente de corriente continua (80) está ajustado de tal modo que la permeabilidad relativa del núcleo de hierro (55.2, 55.3, 55.4) se reduce, al menos en el área del devanado (60), en comparación con la permeabilidad relativa cuando el devanado (60) está sin corriente.

9. Dispositivo según la reivindicación 8 para calentar por inducción al menos dos barras (10) de un material conductor eléctrico, con al menos dos dispositivos de sujeción accionados de forma giratoria con respecto al devanado (60) en los que se puede sujetar en cada caso una de las barras (10), caracterizado porque los dispositivos de sujeción se accionan en sentidos opuestos.

10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9 para calentar por inducción al menos dos barras (10) de un material conductor eléctrico, con al menos dos dispositivos de sujeción accionados de forma giratoria con respecto al devanado (60) en los que se puede sujetar en cada caso una de las barras (10), caracterizado porque el dispositivo tiene medios para determinar las tensiones de reinducción generadas en cada caso en las

barras (10) por las tensiones de inducción variables en el tiempo, y porque el dispositivo tiene un control que controla los accionamientos de giro de los dispositivos de sujeción de tal modo que las tensiones de reinducción generadas en cada caso se superponen de forma sustractiva.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque los dispositivos de sujeción se accionan a velocidades angulares con valores al menos aproximadamente iguales.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el núcleo de hierro (55.3) consiste en un yugo aproximadamente en forma de C.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el núcleo de hierro (55.4) consiste en un yugo aproximadamente en forma de E con un entrehierro entre el brazo central y cada uno de los brazos de los extremos para alojar en cada caso una barra.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el núcleo de hierro (55.4) consiste al menos en parte en chapas apiladas (58).

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque el núcleo de hierro (55.3) tiene una sección transversal más pequeña en el área del devanado (60) que fuera de éste.