Элементы установок индукционного нагрева. Расчеты частоты нагревательной индукционной установки. Определение мощности и размеров индуктора, его электрический расчет. Применение низкочастотного индукционного нагрева в электрических водонагревателях.
Аннотация к работе
Индукционный нагрев основан на поглощении электромагнитной энергии металлическими телами, помещенными в быстроперемеиное магнитное поле. По закону электромагнитной индукции в теле (заготовке, изделии) наводится ЭДС под действием которой в теле протекают так называемые вихревые токи, нагревающие тело. В ремонтном производстве токи средней и высокой частоты применяются для сквозного и поверхностного нагрева деталей из чугуна и стали под закалку, перед горячей деформацией (ковкой, штамповкой), при восстановлении деталей методами наплавки и высокочастотной металлизации, при пайке твердыми припоями и др.По расчетной величине выбираем ближайшую большую, на которую выпускают высокочастотные преобразователи (табл.12.3,12.9, 12.10 [1]). Принимаем частоту 8000Гц. Условием правильного выбора частоты при нагреве различных материалов является: (1.2) где - диаметр заготовки, м;Средняя полезная мощность (Вт) за время нагрева заготовки определяется по формуле: , (2.1) где - масса заготовки, кг; С=668 Дж/ (кг°С) - средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей; - начальная и конечная температура нагрева, °С; - время нагрева до конечной температуры при нормируемом теплоперепаде, с; = 7860 кг/ - средняя (за время нагрева) плотность стали;-объем заготовки, кг. Время нагрева при теплоперепаде t между поверхностью и центром заготовки: t = 100°С, , (2.2) где расчетный диаметр заготовки, м. Воздушный зазор между индуктором и нагреваемой заготовкой h принимаем в пределах 2-5 мм при меньше 50мм.Задача расчета - определить напряжение на индукторе , ток индуктора , число витков индуктора W, коэффициент мощности , коэффициент полезного действия , мощность, подводимую к индуктору . В конце расчета определяют количество витков W и пересчитывают параметры индуктора на это количество витков. Глубина проникновения тока: в медь индуктора, м: , (3.1) м. в заготовку в горячем режиме: (3.2) где ?2 - удельное сопротивление заготовки в горячем режиме (табл.2.3), ?2=1,22 10-6 Ом м, при относительной магнитной проницаемости равной относительной магнитной проницаемости на поверхности заготовки . Коэффициент приведения параметров, характеризующий соотношение размеров индуктора и заготовки: Активное сопротивление пустого индуктора, Ом: цилиндрического Напряжение на индуктирующем проводе одновиткового индуктора: Число витков индуктора: где Uи =30 - принято минимальное вторичное напряжение для понижающих трансформаторов индукционных установок. витков;Можно выделить следующие типы индукторов: для внешних цилиндрических поверхностей, для плоских поверхностей, для внутренних цилиндрических поверхностей, индукторы для тел сложной формы. Любой индуктор содержит индуктирующий провод, создающий магнитное поле, токопроводящие шины, контактные колодки для присоединения к закалочному трансформатору, устройство для подачи воды, охлаждающий индуктор и нагретую поверхность. При непрерывно-последовательном способе нагреваемая деталь перемещается относительно индуктора, нагреваясь за время нахождения в его магнитном поле до температуры закалки, после чего охлаждается в спрейерном устройстве. Ширина индуктирующего провода при нагреве всей детали или отдельного ее элемента берется примерно равной ширине нагреваемой зоны. Поэтому при разработке конструкции индуктора необходимо анализировать также возможные схемы автоматизации установки детали в индуктор и передачи ее на следующие операции.Индукционные установки выбирают по технологическому назначению (нагревательные, закалочные, плавильные и др.), частоте и мощности генератора. Применительно к разовому и небольшому серийному производству ремонтных предприятий наибольший интерес представляют универсальные индукционные заколоченные установки типа ИЗ с машинными преобразователями и ламповые высокочастотные генераторы типа ВЧИ, которые можно использовать для сквозного нагрева и закалки, заменяя лишь индукторы. Рисунок 1 - Блок-схема индукционной закалочной установки типа ИЗ (а) и высокочастотного лампового генератора типа ВЧИ (б): 1 - шкаф управления электродвигателем генератора частоты; 2, 3 - шкаф контакторный; 4 - нагревательный блок с индуктором; 5 - шкаф управления нагревательным блоком; 6 - шкаф регулирования напряжения на выходе генератора; 7 - ламповый преобразователь частоты; 8 - индуктор. 0,95 КПД линии соединяющей генератор с индуктором, о. е. На листе 2 графической части приведена принципиальная электрическая схема индукционной закалочной установки, включающая электромашинный преобразователь М - G, понижающий закалочный трансформатор TV2, на выход которого подключают индуктор ЕК, силовой контактор КМ, трансформаторы напряжения и тока TV и ТА, амперметр РА 1 для измерения тока в обмотке возбуждения, компенсирующую конденсаторную батарею Ск, разрядник RK (защищающий от аварийных перенапряжений при обрыве цепи индуктора), реле KV (для защиты от перенапряжений по другим причинам), реле КА1, КА2, КАЗ максимального тока (для защиты от коротких замыканий и перегрузок).
План
Содержание
Введение
1. Выбор частоты
2. Определение мощности и размеров индуктора
3. Электрический расчет индуктора
4. Проектирование индукционной установки
5. Выбор индукционной установки
Литература
Введение
Индукционный нагрев основан на поглощении электромагнитной энергии металлическими телами, помещенными в быстроперемеиное магнитное поле. По закону электромагнитной индукции в теле (заготовке, изделии) наводится ЭДС под действием которой в теле протекают так называемые вихревые токи, нагревающие тело.
Основные элементы установок индукционного нагрева - это источник питания и рабочий орган (индуктор). В установках средней частоты в качестве источников питания используют машинные и статические (тиристорные) преобразователи.
Установки индукционного нагрева распространены на ремонтных предприятиях Белагропрома. В ремонтном производстве токи средней и высокой частоты применяются для сквозного и поверхностного нагрева деталей из чугуна и стали под закалку, перед горячей деформацией (ковкой, штамповкой), при восстановлении деталей методами наплавки и высокочастотной металлизации, при пайке твердыми припоями и др. Особое место занимает поверхностная закалка деталей. Возможность концентрации мощности в заданном месте детали позволяет получать сочетание наружного закаленного слоя с пластичностью глубинных слоев, что значительно повышает износостойкость и устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам. Низкочастотный (50 Гц) индукционный нагрев находит применение в электрических водонагревателях.
Список литературы
1. Расчет и выбор электротехнологического оборудования: методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 1-74 06 05 "Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства" / БГАТУ кафедра электротехнологии; сост.: Е.М. Заяц, И.Б. Дубодел. - Минск, 2007 -51с.
2. Электротермическое оборудование сельскохозяйственнго производства: учеб. пособие для вузов / Л.С. Герасимович [и др.] ; под общ. ред.Л. С Герасимовича - Минск: Ураджай, 1995. - 416 с.
3. Установки индукционного нагрева: учебник / под ред.А.Е. Слухоцкого - Ленинград: Энергоиздат, 1981. - 328 с.