Материал: Нагрев и нагревательные устройства. курс лекций. Гольцев А.М., Бойко А.Ю

1. Время нагрева одной заготовки .

2. Производительность по нагреву .

Так как заданная производительность 90 шт/час, то необходимо 2 установки.

Характеристики тока.

, (138)

приняв , определив .

.

.

Мощность нагрева:

.

Потребляемая мощность трансформатора:

.

Расчетная мощность с учетом ПВ

.

Лекция №12 Индукционные нагревательные устройства

Сущность индукционного нагрева заключается в том, что металлическая заготовка, помещенная в переменное магнитное поле, нагревается за счет тепла, возникающего в ней вследствие действия переменных вихревых токов.

В качестве источника переменного магнитного поля при индукционном нагреве применяется индуктор, являющийся по существу соленоидом, по которому пропускается переменный ток.

Размещенная внутри индуктора заготовка является сердечником. Переменное электромагнитное поле поля индуцирует в заготовке, вихревые токи, которые, замыкаясь, вызывают нагрев заготовки.

Таким образом, необходимое для нагрева тепло возникает в самой заготовке, а это увеличивает скорость нагрева, уменьшает потери от теплового излучения.

Кроме того, высокая скорость нагрева обеспечивает весьма малый отход металла в окалину и отсутствие обезуглероженного слоя на поверхности нагреваемой заготовки. Установки индукционного нагрева весьма компактны и легко встраиваются в поточные линии штамповочных агрегатов.

12.1. Электрические схемы индукционных установок

По электрическим схемам индукционные нагревательные установки бывают 3-х видов: с понижающим трансформатором, с автотрансформатором и с индуктором, имеющим отпайки.

Электросхема с понижающим трансформатором включает генератор тока, индукторы, батарею конденсаторов, контакторы, комплект измерительных приборов (вольтметр, ваттметр, фазометр высокочастотный, амперметр), понижающий трансформатор. Таким образом, схема индукционного нагревателя представляет собой колебательный контур с индуктивным, емкостным и активным сопротивлением.

Индуктивное сопротивление – это индуктор, емкостно-конденсаторная батарея, активное – система индуктор-заготовка и соединительные провода.

Схема с понижающим высокочастотным трансформатором применяется в тех случаях, когда невозможно конструктивно выполнить индуктор на номинальное напряжение генератора, то есть число витков, рассчитанное по номинальному напряжению генератора, не может быть уложено на заданной длине индуктора.

Схема с автотрансформатором применяется при централизованном питании индукционных нагревателях устройств, когда необходимо изменять темп работы. Автотрансформаторы включаются перед колебательным контуром. Он изменяет напряжение на индукторе в соответствии с темпом работы.

Схема с индуктором, имеющим отпайки, также применяются при централизованном питании. В этом случае меняется число витков индуктора, включаемых под напряжение, и тем самым изменяется время нагрева (темп работы).

Конструктивное исполнение индукционных нагревательных установок.

Индукционная нагревательная установка состоит из источника питания и индукционного нагревателя. Источники питания током повышенной частоты могут быть электромагнитные преобразователи частоты и тиристорные преобразователи.

Электромагнитные преобразователи состоят из трехфазного двигателя, работающего на токе промышленной частоты и индукторного генератора тока повышенной частоты, ротор которого приводится во вращение трехфазным двигателем. Электромагнитные преобразователи выпускают на частоту 100, 2500, 4000, 10000 Гц мощностью до 2500 кВт.

Тиристорные преобразователи относятся к статическим преобразователи частоты, основанным на применении монокристаллов кремния. В теристорных преобразователях совмещаются два процесса: выпрямление тока (превращение переменного тока в постоянный) и преобразование постоянного тока в ток повышенной частоты.

Рис. 26.

Тиристорные преобразователи изготавливаются на частоту от 0.5 до 8 кГц, мощностью от 250 до 800 кВт.

12.2. Индукционный нагреватель.

Состоит из средства нагрева – индуктора механизма загрузки холодных, перемещения и выгрузки нагретых заготовок. Применяются индукционные нагреватели периодического и методического принципа действия.

В нагревателе периодического действия толкателем загружается одна заготовка, которая при достижении заданной температуры выталкивается следующей нагреваемой заготовкой.

Рис. 27.

В индукторе методического типа мерные заготовки с постоянной скоростью или через интервалы времени перемещаются с помощью пневматического толкателя. В индукторе находятся сразу несколько заготовок. Длина индуктора и скорость перемещения заготовок выбираются такими, чтобы заготовки на выходе из индуктора имели ковочную температуру.

Индуктор – основной элемент индукционной установки. Применяются индукторы различной формы, определяемой видом и размерами нагреваемых заготовок.

Для нагрева цилиндрических заготовок применяется цилиндрический индуктор, при нагреве пластин или концов ряда мерных заготовок применяются овальные или целевые индукторы, для нагрева заготовок квадратного поперечного сечения применяются квадратные индукторы.

Индуктор состоит из следующих основных элементов: индуктирующего привода, электрической и тепловой изоляции направляющих полос кожуха, фасадных плит, выводов и системы охлаждения. Индукционный провод изготавливается из медной трубки прямоугольного сечения. Внутри трубки при работе индукционной установки циркулирует охлажденная вода.

Батарея конденсаторов. Индукторы для сквозного нагрева обладают низким коэффициентом мощности ( ).

Для повышения его служит конденсаторная батарея, являющаяся наполнителем электростатической энергии.

Применение ее повышает активную мощность генератора. Применяются бумажно-масляные конденсаторы с водяным охлаждением, рассчитанные на определенную частоту тока.

Реактивная мощность конденсатора в 10-15 раз больше активной мощности индуктора.

12.3. Методика расчета индукционной нагревательной установки.

В содержание расчета входит определение основных параметров установки:

- частоты тока;

- времени нагрева;

- размеров и числа витков спирали индуктора;

- размер и сечение медной трубки для изготовления спирали индуктора;

- мощности, необходимой для обеспечения заданной производительности нагревательного устройства;

- мощности и числа банок конденсаторной батареи.

Ток генератора

(139)

Реактивная мощность конденсаторной батареи

(140)

Пример 16. Расчет индукционной нагревательной установки.

Материал заготовки сталь 45.

Размеры заготовки , .

Масса заготовки 3 кг.

Удельная теплоемкость

Производительность штамповочного агрегата

Температура нагрева , .

Допустимый перепад температур по сечению .

1. Выбор частоты тока по таблице : .

2. Глубина проникновения тока в медь индуктора и в заготовку

; .

3. Время нагрева заготовки при перепаде температур в нагреваемой заготовке .

.

4. Определение основных размеров индуктора

а) число одновременно нагреваемых заготовок

.

б) внутренний диаметр индуктора

.

в) длина индуктора

.

5. Средняя мощность, необходимая для нагрева заготовки

.

6. Определение электрических параметров индуктора и заготовки.

а) активное сопротивление индуктора

.

б) активное сопротивление заготовки

;

тогда А=0.31 из таблицы

в) реактивное сопротивление индуктора

, из таблицы

.

г) реактивное сопротивление индуктора

.

д) эквивалентные составляющие полного сопротивления индуктора и заготовки

.

.

е) полное сопротивление индуктора

.