正3n(n≥1)邊形截面立體卷鐵芯液用三相電磁感應(yīng)加熱方法
【專利說明】正3n(n>I)邊形截面立體卷鐵芯液用H相電磁感應(yīng)加熱 方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種H相電磁感應(yīng)加熱方法，就是正化(n> 1)邊形截面立 體卷鐵芯液用H相電磁感應(yīng)加熱方法
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前用于液體加熱的電磁感應(yīng)加熱方法，主要有高頻和工斌兩種。中國專利 21200810022997.5和化201010113132.7是高頻電磁感應(yīng)加熱法；歐洲專利6?0383272八2 和中國專利化97106984. 4都是工頻加熱法；中國專利化Ol11341874和中國專利 ZL201110340219. 2是H相工頻電磁感應(yīng)加熱法；送兩項專利及其開發(fā)的產(chǎn)品，在高效、壽 命、環(huán)保和安全性能等方面優(yōu)于現(xiàn)有的同類產(chǎn)品。但是送兩項專利及其產(chǎn)品也存在W下兩 個嚴(yán)重缺陷；（1)加熱裝置的鐵芯為EI結(jié)構(gòu)，各相磁路的長度不同，無論如何設(shè)置一、二繞 組和各個附件，都無法保證結(jié)構(gòu)上的H相對稱，都無法得到H相對稱的電磁場分布，因而不 能在節(jié)能、高效、壽命、安全性能等方面達到最優(yōu)。（2)加熱裝置包圍鐵芯和各相一次繞組的 二次繞組，既是加熱裝置的主發(fā)熱體，又是鐵芯和各相一次繞組的保護外殼及散熱體。送種 結(jié)構(gòu)，使鐵芯、一次繞組與主發(fā)熱體W及被加熱液體之間，存在直接的熱交換，輸出熱液的 溫度就會直接影響鐵芯和一次繞組的溫升，甚至造成鐵芯和一次繞組的加速老化。當(dāng)配電 網(wǎng)出現(xiàn)非全相運行或出口短路等不良工況時，送種結(jié)構(gòu)可能造成某相鐵芯或繞組的過熱。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明公開了一種正化邊形截面立體卷鐵芯液用H相電磁感應(yīng)加熱方法。該方 法的正化(n> 1)邊形截面的立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)，與化0111341874和化201110340219. 2和 其它電磁感應(yīng)加熱裝置的鐵芯結(jié)構(gòu)構(gòu)完全不同，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。送 種立體卷鐵芯可采用常用的冷社娃鋼片也可W采用非晶合金，甚至可W采用磁特性更優(yōu)異 的非晶納米晶軟磁合金材料。
[0004] 送種化邊形截面的立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)保證了加熱裝置H相磁路完全對稱，在此基 礎(chǔ)上，一次繞組的安裝，鐵芯和一次繞組的液內(nèi)冷管線的安裝和引出，全封閉二次繞組（一 面）的安裝固定，圓柱筒狀外壁的安裝固定，甚至一次繞組電源線的引出等，都可W保證H 相完全對稱。因而保證了送種加熱方法和裝置總體電磁場的H相完全對稱。送種H相完全 對稱的立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)，在低損耗，低噪音，體積小，強過載能力等方面，與EI和其它結(jié)構(gòu) 的鐵芯相比具有顯著的優(yōu)勢，勵磁電流甚至可降低92%，降損可達25-35% (冷社娃鋼）。
[0005] 本發(fā)明的加熱裝置；在化邊形截面的立體卷鐵芯上裝配一次繞組，由包圍鐵芯和 一次繞組的封閉不鎊鋼殼為加熱容器的內(nèi)壁，也是面數(shù)為1的二次繞組，如圖7、圖8所示； 雙層圓柱筒狀不鎊鋼殼為加熱容器的外壁，如圖1、圖2、圖4、圖5所示。本發(fā)明的加熱原 理；加熱容器的內(nèi)壁和外壁的內(nèi)層集中加熱，加熱容器內(nèi)部的液體自身分布加熱。送種加熱 方式與現(xiàn)有的高頻和工頻感應(yīng)加熱法基本相同。本發(fā)明的最大特色和技術(shù)優(yōu)勢，是采用了 正化邊形截面立體卷鐵芯，并H相對稱地設(shè)置各個附件（包括各固定安裝點），保證了加熱 裝置整體結(jié)構(gòu)上的H相對稱性，從而保證了整個加熱裝置H相電磁場完全對稱分布。送也 是本發(fā)明與現(xiàn)有的同類發(fā)明專利和產(chǎn)品的本質(zhì)區(qū)別。送是本發(fā)明高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、占 地少等一系列優(yōu)點的基石。
[0006] 本發(fā)明的鐵芯和一次繞組采用液體內(nèi)冷的冷卻方式。本發(fā)明的鐵芯和一次繞組， 被不鎊鋼材料組成的筒狀結(jié)構(gòu)全封閉包起來，送個筒狀全封閉的閉曲面殼，是等效面數(shù)為 1的化個二次繞組，既是加熱容器的內(nèi)壁，也是一個加熱液體的集中發(fā)熱體，如圖7、圖8 所示；加熱裝置的另一個集中加熱體是雙層圓柱筒狀全封閉外殼的內(nèi)壁如圖1、圖2、圖4、 圖5所示。在正化(n> 1)邊形的各棱處和（或）每邊中線處設(shè)置鉛直方向的液內(nèi)冷管 線，鐵芯和一次繞組及其冷卻系統(tǒng)用隔熱材料與二次繞組隔離。鐵芯和一次繞組的冷卻管 線帶走的熱量仍加熱低溫保溫容器中的液體。鐵芯和一次繞組與二次繞組隔離的結(jié)構(gòu)，是 本發(fā)明與專利化0111341874和化201110340219. 2的另一個根本性的區(qū)別。本發(fā)明的送 種結(jié)構(gòu)，大大提高了加熱裝置輸出熱液體的溫度范圍。送正是制約專利化0111341874和 ZL201110340219. 2輸出熱液體的溫度的決定性因素。因為兩部分存在直接的熱交換，輸出 熱液的溫度直接影響鐵芯和一次繞組的溫升，甚至造成鐵芯和一次繞組的加速老化，減少 使用壽命。加熱裝置接在配電網(wǎng)的二次側(cè)，當(dāng)配網(wǎng)二次出現(xiàn)電壓或電流波動時，由于現(xiàn)有的 H相工頻感應(yīng)加熱裝置無法保證H相磁路的完全對稱，會造成某相或多相磁路的飽和，部 分鐵芯和一次繞組的損耗會急劇增加，而此時高溫液體容器中的溫度已經(jīng)處于額定溫度， 無法通過高溫液體容器快熟散熱，因而會造成部分鐵芯和一次繞組溫度快速上升，造成絕 緣熱擊穿危害整個加熱裝置，甚至?xí)T發(fā)惡性安全事故。送正是本發(fā)明把二者分開的根本 原因。為了充分利用所有熱能，本發(fā)明需要設(shè)置至少低、高溫兩個液題保溫容器，其中低溫 保溫容器與鐵芯和一次繞組的冷卻系統(tǒng)熱交換，可為高溫加熱液保溫容器提供有一定溫度 的入口液體。本發(fā)明的送種鐵芯、一次繞組與二次繞組的熱隔離，是本發(fā)明的重要特色。送 種鐵芯、一次繞組與發(fā)熱體、加熱容器的隔離技術(shù)，有兩個重要作用；（1)使得加熱裝置的 輸出溫度可W在一定的圍內(nèi)調(diào)節(jié)；（2)解決了鐵芯和一次繞組系統(tǒng)的散熱問題，從根本上 保證了鐵芯和一次繞組的安全和壽命。當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)電壓和電流波動時，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)還 可W調(diào)節(jié)鐵芯和一次繞組冷卻液體的溫度，在安全與節(jié)能之間，本發(fā)明從加熱裝置的工作 原理上保證了安全第一。
[0007] 本發(fā)明可W根據(jù)一次繞組不同的抽頭實現(xiàn)輸出液體溫度的調(diào)節(jié)。設(shè)置一次繞組的 對應(yīng)不同面數(shù)的抽頭并且引出端子。由于一次繞組的面數(shù)越少，輸出功率越大，若一次最高 電壓按400V(有效值）設(shè)計，一次繞組全面數(shù)對應(yīng)最低輸出功率。把一次繞組分成幾部分， W抽頭的形式引出，每一組抽頭對應(yīng)一個需要輸出的熱液溫度。采用一個簡單的智能控制 器，就可W實現(xiàn)輸出液體溫度、安全和節(jié)能的自動調(diào)節(jié)。
[0008] 本發(fā)明具有一定的消化配電網(wǎng)諧波的功能。與現(xiàn)有的各類工頻和高頻電磁感應(yīng)液 體加熱裝置的電源不同，本發(fā)明允許H相電源中含有一系列的高次諧波，而且當(dāng)電源中含 有高次諧時，加熱效率更高。送是因為現(xiàn)有高頻加熱裝置的高頻電源是二次變換的，必有 損耗，而本發(fā)明的電源直接取自配電網(wǎng)；高頻的電磁感應(yīng)加熱效率更高，但鐵損和銅損也更 高，直接影響鐵芯和一次繞組的安全和壽命，本發(fā)明的鐵芯和一次繞組有獨立的冷卻系統(tǒng) 與發(fā)熱體和高溫液體容器是隔離的，因而可W充分利用配電網(wǎng)的高次諧波，既高效又安全。 送是化200810022997. 5、ZL201010113132. 7、化0111341874、ZL201110340219. 2 等等，都無 法利用的。隨著諧波負(fù)荷的增加和各種清潔能源的入網(wǎng)，配電網(wǎng)的諧波含量大增且低壓側(cè) 有源，而消化配電網(wǎng)的諧波甚至?xí)玫焦╇姴靠诘莫剟睢?br>[0009] 本發(fā)明可W高效利用各種清潔能源（W太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為例）。本發(fā)明的一 次繞組電源端有一套并聯(lián)電源切換裝置，可W直擊切換到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)直接供電。 現(xiàn)有的幾乎所有的液體電磁感應(yīng)加熱裝置，均需要逆變成（H相）工頻電源或調(diào)制成高頻 電源，送個中間過程必然會有一定的能量損失（逆變器的效率約為80%、高頻變換器的效 率更低）。本發(fā)明的太陽能光伏供電系統(tǒng)只需要6個晶間管和簡單的延遲控制電路，如圖9 所示，輸出電壓波形如圖10所示，其中E為太陽能光伏供電系統(tǒng)的直流電壓，T為人為選定 的基波周期，例如可W選T= 0. 02砂，通常根據(jù)光伏供電系統(tǒng)的直流電壓E和輸出液體的 溫度綜合選定。圖10的化urier級數(shù)為
(1) (2) (3)
[0013] 送是一組對稱的H相非正弦電壓，沒有直流分量。送種H相電壓對本發(fā)明的加熱 效果比只有基波時更好。當(dāng)清潔能源的直流中含有較大的紋波時，本發(fā)明的發(fā)熱效率更高。 可見本發(fā)明的供電系統(tǒng)十分靈活便捷，與其它需工頻或高頻電源供電的電磁感應(yīng)式加熱裝 置相比，大大減小了供電系統(tǒng)的附加損耗，提高了清潔能源系統(tǒng)的供電效率。
[0014] 本發(fā)明可實現(xiàn)液體自身的分布式加熱。本發(fā)明在加熱容器內(nèi)部產(chǎn)生了空間對稱和 H相完全對稱的時變電磁場分布。送種H相完全對稱的時變電磁場，可W通過液體的反復(fù) 磁化損耗和極化損耗，實現(xiàn)液體自身的分布式加熱，提高了加熱裝置的加熱效率。
[0015] 本發(fā)明能有效地抑制水垢或其它積炭、污垢的形成。本發(fā)明在加熱容器內(nèi)部產(chǎn)生 了空間對稱和H相完全對稱的時變電磁場分布，使液體分子和雜質(zhì)的分子（原子）在多個 方向上快速反復(fù)磁化和極化，有效地防止了水垢、積炭和污垢的形成。
[0016] 本發(fā)明的加熱裝置的鐵芯和一次繞組，被加熱容器的內(nèi)壁完全密封，形成了H相 完全對稱的二次繞組（一面）如圖7、圖8所示。二次繞組的電流有兩個，一個是環(huán)繞各柱 (包括鉛直和水平的所有柱面）軸線的環(huán)流；一個是在垂直于底面的各個閉合回路中的環(huán) 流，在平行于底面的上下兩個回路中各邊電流的代數(shù)和恒等于零?？臻g上H相對稱的二次