 |
Электроустановки индукционного нагрева.
|
|
|
|
Задание 3.
В конспекте ответить на следующие вопросы:
1. Классификация индукционных электротехнологических установках?
2 Принцип работы индукционный канальный печи (ИКП), достоинства и недостатки?
3. Принцип работы индукционные тигельные печи (ИТП), достоинства и недостатки.?
4. Классификация печей сопротивления.
5. Электрооборудование электрических печей сопротивления
Электроустановки индукционного нагрева.
Основы индукционного нагрева
Индукционный нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца.
Принципиальная схема индукционного нагрева включает: индуктор, зазор и нагреваемое тело.
Индуктор создает переменный во времени магнитный поток, действующий на нагреваемое тело.
В нагреваемом теле возникает ЭДС (Е), которая обеспечивает возникновение вихревых токов (I)и выделение мощности (Р).
(11. 1)
где Е - ЭДС, возникающая в нагреваемом теле, В;
Ф - магнитный поток, создаваемый индуктором, Вб;
w - число витков индуктора, шт.;
f – частота питающей сети, Гц.
(11. 2)
где Р - мощность, выделяемая в нагреваемом теле, Вт;
R - сопротивление нагреваемогo тела, Ом;
Z - полное сопротивление цепи, Ом.
Формы индукторов различны - цилиндрическая, плоская и др.
Индукторы изготавливают обычно из меди - немагнитного материала, охлаждаемого водой.
Он имеет много витвок и может быть снаружи и внутри нагреваемого тела.
Максимальное значение КПД индуктора η = 0, 70 - 0, 88.
Коэффициент мощности зависит от зазора - чем больше зазор между индуктором и нагреваемым телом, тем ниже cosφ.
|
|
|
Глубина нагрева тела увеличивается с ростом его удельного сопротивления и снижается с увеличением частоты тока.
Достоинствами электроустановок индукционного нагрева являются:
Ø высокая скорость нагрева и неограниченный уровень температур,
Ø простота автоматизации технологического процесса,
Ø возможность регулирования зоны действия вихревых токов в пространстве (ширина и глубина прогрева),
Ø хорошие санитарно-гигиенические условия труда.
Но, вместе с этим, требуются более сложные источники питания и повышенный удельный расход ЭЭ на технологические операции.
Ток индукторов составляет от сотен до нескольких тысяч ампер при cpeдней плотности тока 20 А/мм2.
Индукционный способ нагрева применяется для:
Ø плавки металлов и неметаллов,
Ø поверхностной закалки,
Ø нагрева изделий для пластической деформации и т. п.
Общие сведения об индукционных электротехнологических установках
разделяются на плавильные, нагревательные и закалочные.
Они могут работать от источников на частотах:
Ø 50 Гц - промышленная;
Ø 0, 5-10 кГц - средняя;
Ø стони - тысячи кГц - высокая.
Плавильные установки (печи) разделяются по конструкции на индукционные канальные печи (ИКП) и индукционные тигельные печи (ИТП).
Для рабочего процесса печей характерно:
Ø электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, что способствует получению однородного по составу металла и равномерному прогреву по всему объему;
Ø малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах).
Применяются для производства фасонного литья из черных и цветных металлов.
Рабочие температуры печей:
Ø 750 0С - для выплавки алюминия,
Ø 1200 0С - для выплавки меди,
|
|
|
Ø 1200 - 1400 0С - для выплавки чугуна,
Ø 1600 0С - для выплавки стали.
Индукционные канальные печи (ИКП)
ИПК работают только на промышленной частоте.
Схема и конструкция однофазной ИКП представлена на рис. 11. 1.
Рисунок 11. 1 – Схема и конструкция ИКП
Канал с расплавленным металлом (1) является короткозамкнутым витком вторичной обмотки трансформатора.
В канале расходуется 90-95 % подведенной к печи электрической энергии.
С целью уменьшения потока рассеяния (Фs) первичную (w1) и вторичную (w2) обмотки располагают на одном стержне магнитопровода, по которому проходит основной магнитный поток (Ф1).
Магнитный поток первичной обмотки Ф1, пересекая канал с металлом, наводит в нем ЭДС.
Возникающий в короткозамкнyтoм витке (канал с металлом) ток, проходя по металлу, выделяет теплоту согласно закону Джоуля-Ленца.
По конструкции ИКП представляет собой футерованную ванну (7), заключенную в металлический корпус (6).
Индукционная единица cocтoит из индуктора (3), шихтованного магнитопровода (2) из трансформаторной стали и подового камня (10) с охватывающими индуктор плавильными каналами (1).
Для слива металла (8) через сливной носок (4) печь наклоняется при помощи rидpo- или элекrpoпривода.
Загрузку печи ведут сверху через проем, закрытый во время плавки футерованной крышкой (5).
Подъем крышки производится гидро- или электроприводом. Подовый камень (10) охлаждается воздухом при помощи вентилятора (9) через зазор между индуктором и подовым камнем.
Электроснабжение (ЭНС) к индуктору подается по гибким кабелям.
Достоинством ИКП является их высокий энергетический КПД, достигающий 60-95 %.
Вследствие большого зазора между индуктором и каналом печи, что вызвано необходимостью футеровки, реактивная мощность печи в несколько раз больше ее активной мощности, поэтому естественный cosφ п= 0, 3 - 0, 7.
Меньшие значения коэффициента мощности соответствуют ИКП для плавки металлов с низким удельным сопротивлением (медь, алюминий), а большие значения- с высоким (сталь, чyryн).
Особенностями ИКП являются:
Ø необходимость непрерывного режима работы,
Ø необходнмость оставления части металла при сливе (20-30 % от полной емкости печи),
Ø сложность перехода к плавке других металлов.
|
|
|
|
|
|
