正3n(n≥1)边形截面立体卷铁芯液用三相电磁感应加热方法
【专利说明】正3n(n>I)边形截面立体卷铁芯液用H相电磁感应加热 方法
[0001]
技术领域：本发明涉及一种H相电磁感应加热方法，就是正化(n> 1)边形截面立 体卷铁芯液用H相电磁感应加热方法
【背景技术】：
[0002] 目前用于液体加热的电磁感应加热方法，主要有高频和工斌两种。中国专利 21200810022997.5和化201010113132.7是高频电磁感应加热法；欧洲专利6?0383272八2 和中国专利化97106984. 4都是工频加热法；中国专利化Ol11341874和中国专利 ZL201110340219. 2是H相工频电磁感应加热法；送两项专利及其开发的产品，在高效、寿 命、环保和安全性能等方面优于现有的同类产品。但是送两项专利及其产品也存在W下两 个严重缺陷；（1)加热装置的铁芯为EI结构，各相磁路的长度不同，无论如何设置一、二绕 组和各个附件，都无法保证结构上的H相对称，都无法得到H相对称的电磁场分布，因而不 能在节能、高效、寿命、安全性能等方面达到最优。（2)加热装置包围铁芯和各相一次绕组的 二次绕组，既是加热装置的主发热体，又是铁芯和各相一次绕组的保护外壳及散热体。送种 结构，使铁芯、一次绕组与主发热体W及被加热液体之间，存在直接的热交换，输出热液的 温度就会直接影响铁芯和一次绕组的温升，甚至造成铁芯和一次绕组的加速老化。当配电 网出现非全相运行或出口短路等不良工况时，送种结构可能造成某相铁芯或绕组的过热。
【发明内容】
：
[0003] 本发明公开了一种正化边形截面立体卷铁芯液用H相电磁感应加热方法。该方 法的正化(n> 1)边形截面的立体卷铁芯结构，与化0111341874和化201110340219. 2和 其它电磁感应加热装置的铁芯结构构完全不同，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。送 种立体卷铁芯可采用常用的冷社娃钢片也可W采用非晶合金，甚至可W采用磁特性更优异 的非晶纳米晶软磁合金材料。
[0004] 送种化边形截面的立体卷铁芯结构保证了加热装置H相磁路完全对称，在此基 础上，一次绕组的安装，铁芯和一次绕组的液内冷管线的安装和引出，全封闭二次绕组（一 面）的安装固定，圆柱筒状外壁的安装固定，甚至一次绕组电源线的引出等，都可W保证H 相完全对称。因而保证了送种加热方法和装置总体电磁场的H相完全对称。送种H相完全 对称的立体卷铁芯结构，在低损耗，低噪音，体积小，强过载能力等方面，与EI和其它结构 的铁芯相比具有显著的优势，励磁电流甚至可降低92%，降损可达25-35% (冷社娃钢）。
[0005] 本发明的加热装置；在化边形截面的立体卷铁芯上装配一次绕组，由包围铁芯和 一次绕组的封闭不镑钢壳为加热容器的内壁，也是面数为1的二次绕组，如图7、图8所示； 双层圆柱筒状不镑钢壳为加热容器的外壁，如图1、图2、图4、图5所示。本发明的加热原 理；加热容器的内壁和外壁的内层集中加热，加热容器内部的液体自身分布加热。送种加热 方式与现有的高频和工频感应加热法基本相同。本发明的最大特色和技术优势，是采用了 正化边形截面立体卷铁芯，并H相对称地设置各个附件（包括各固定安装点），保证了加热 装置整体结构上的H相对称性，从而保证了整个加热装置H相电磁场完全对称分布。送也 是本发明与现有的同类发明专利和产品的本质区别。送是本发明高效、节能、安全、环保、占 地少等一系列优点的基石。
[0006] 本发明的铁芯和一次绕组采用液体内冷的冷却方式。本发明的铁芯和一次绕组， 被不镑钢材料组成的筒状结构全封闭包起来，送个筒状全封闭的闭曲面壳，是等效面数为 1的化个二次绕组，既是加热容器的内壁，也是一个加热液体的集中发热体，如图7、图8 所示；加热装置的另一个集中加热体是双层圆柱筒状全封闭外壳的内壁如图1、图2、图4、 图5所示。在正化(n> 1)边形的各棱处和（或）每边中线处设置铅直方向的液内冷管 线，铁芯和一次绕组及其冷却系统用隔热材料与二次绕组隔离。铁芯和一次绕组的冷却管 线带走的热量仍加热低温保温容器中的液体。铁芯和一次绕组与二次绕组隔离的结构，是 本发明与专利化0111341874和化201110340219. 2的另一个根本性的区别。本发明的送 种结构，大大提高了加热装置输出热液体的温度范围。送正是制约专利化0111341874和 ZL201110340219. 2输出热液体的温度的决定性因素。因为两部分存在直接的热交换，输出 热液的温度直接影响铁芯和一次绕组的温升，甚至造成铁芯和一次绕组的加速老化，减少 使用寿命。加热装置接在配电网的二次侧，当配网二次出现电压或电流波动时，由于现有的 H相工频感应加热装置无法保证H相磁路的完全对称，会造成某相或多相磁路的饱和，部 分铁芯和一次绕组的损耗会急剧增加，而此时高温液体容器中的温度已经处于额定温度， 无法通过高温液体容器快熟散热，因而会造成部分铁芯和一次绕组温度快速上升，造成绝 缘热击穿危害整个加热装置，甚至会诱发恶性安全事故。送正是本发明把二者分开的根本 原因。为了充分利用所有热能，本发明需要设置至少低、高温两个液题保温容器，其中低温 保温容器与铁芯和一次绕组的冷却系统热交换，可为高温加热液保温容器提供有一定温度 的入口液体。本发明的送种铁芯、一次绕组与二次绕组的热隔离，是本发明的重要特色。送 种铁芯、一次绕组与发热体、加热容器的隔离技术，有两个重要作用；（1)使得加热装置的 输出温度可W在一定的围内调节；（2)解决了铁芯和一次绕组系统的散热问题，从根本上 保证了铁芯和一次绕组的安全和寿命。当配电网出现电压和电流波动时，自动调节系统还 可W调节铁芯和一次绕组冷却液体的温度，在安全与节能之间，本发明从加热装置的工作 原理上保证了安全第一。
[0007] 本发明可W根据一次绕组不同的抽头实现输出液体温度的调节。设置一次绕组的 对应不同面数的抽头并且引出端子。由于一次绕组的面数越少，输出功率越大，若一次最高 电压按400V(有效值）设计，一次绕组全面数对应最低输出功率。把一次绕组分成几部分， W抽头的形式引出，每一组抽头对应一个需要输出的热液温度。采用一个简单的智能控制 器，就可W实现输出液体温度、安全和节能的自动调节。
[0008] 本发明具有一定的消化配电网谐波的功能。与现有的各类工频和高频电磁感应液 体加热装置的电源不同，本发明允许H相电源中含有一系列的高次谐波，而且当电源中含 有高次谐时，加热效率更高。送是因为现有高频加热装置的高频电源是二次变换的，必有 损耗，而本发明的电源直接取自配电网；高频的电磁感应加热效率更高，但铁损和铜损也更 高，直接影响铁芯和一次绕组的安全和寿命，本发明的铁芯和一次绕组有独立的冷却系统 与发热体和高温液体容器是隔离的，因而可W充分利用配电网的高次谐波，既高效又安全。 送是化200810022997. 5、ZL201010113132. 7、化0111341874、ZL201110340219. 2 等等，都无 法利用的。随着谐波负荷的增加和各种清洁能源的入网，配电网的谐波含量大增且低压侧 有源，而消化配电网的谐波甚至会得到供电部口的奖励。
[0009] 本发明可W高效利用各种清洁能源（W太阳能光伏发电系统为例）。本发明的一 次绕组电源端有一套并联电源切换装置，可W直击切换到太阳能光伏发电系统直接供电。 现有的几乎所有的液体电磁感应加热装置，均需要逆变成（H相）工频电源或调制成高频 电源，送个中间过程必然会有一定的能量损失（逆变器的效率约为80%、高频变换器的效 率更低）。本发明的太阳能光伏供电系统只需要6个晶间管和简单的延迟控制电路，如图9 所示，输出电压波形如图10所示，其中E为太阳能光伏供电系统的直流电压，T为人为选定 的基波周期，例如可W选T= 0. 02砂，通常根据光伏供电系统的直流电压E和输出液体的 温度综合选定。图10的化urier级数为
(1) (2) (3)
[0013] 送是一组对称的H相非正弦电压，没有直流分量。送种H相电压对本发明的加热 效果比只有基波时更好。当清洁能源的直流中含有较大的纹波时，本发明的发热效率更高。 可见本发明的供电系统十分灵活便捷，与其它需工频或高频电源供电的电磁感应式加热装 置相比，大大减小了供电系统的附加损耗，提高了清洁能源系统的供电效率。
[0014] 本发明可实现液体自身的分布式加热。本发明在加热容器内部产生了空间对称和 H相完全对称的时变电磁场分布。送种H相完全对称的时变电磁场，可W通过液体的反复 磁化损耗和极化损耗，实现液体自身的分布式加热，提高了加热装置的加热效率。
[0015] 本发明能有效地抑制水垢或其它积炭、污垢的形成。本发明在加热容器内部产生 了空间对称和H相完全对称的时变电磁场分布，使液体分子和杂质的分子（原子）在多个 方向上快速反复磁化和极化，有效地防止了水垢、积炭和污垢的形成。
[0016] 本发明的加热装置的铁芯和一次绕组，被加热容器的内壁完全密封，形成了H相 完全对称的二次绕组（一面）如图7、图8所示。二次绕组的电流有两个，一个是环绕各柱 (包括铅直和水平的所有柱面）轴线的环流；一个是在垂直于底面的各个闭合回路中的环 流，在平行于底面的上下两个回路中各边电流的代数和恒等于零。空间上H相对称的二次