ООО ЭЛИСИТ
Лидер России 2015 - Продукция отмечена золотой медалью конкурса качества - Установки индукционного нагрева "TESLINE"

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи


Определение параметров индукционных установок

Дата публикации: 25.06.2014

Для быстрой навигации по статье нажмите ссылку:


Под основными параметрами индукционных нагрева­тельных установок принято понимать геометрические размеры индуктора, его мощность, частоту питающего тока, к. п. д. и коэффициент мощности.

Эти параметры должны удовлетворять заданным ре­жимам нагрева по производительности, температуре и равномерности нагрева заготовок определенной длины и конфигурации. 

1. Основные геометрические соотношения

Эскиз индукционного нагревателя

Рис. 2. Эскиз индукционного нагревателя.
d2 - диаметр детали; d1 - внутренний диаметр индук­тора; l2 - общая длина садки; l1 - длина индуктора; d3 - внутренний диаметр огнеупорного цилиндра; d4 - внутренний диаметр теплоизолирующего ци­линдра.

На рис. 2 представлен эскиз одного из наиболее рас­пространенных индукторов, предназначенных для мето­дического сквозного нагрева заготовок.

Выбор основных геометрических соотношений, т. е. внутреннего диаметра и длины индуктора , его тепло­изоляции производится исходя из следующих сообра­жений.

Для того чтобы обеспечить равномерный нагрев за­готовок в индукторе как садочного, так и методическо­го действия, необходимо длину индуктора l1 выбирать несколько больше длины садки l2.

Если это условие не выполнить, то концы заготовок оказываются недогретыми из-за того, что на торцах ин­дуктора магнитное поле сильно искажено, а также из-за наличия тепловых потерь в концевых зонах нагреваемых заготовок, где экранирующее действие футеровки ста­новится меньше.

На практике обычно пользуются следующими соот­ношениями:

при d1/d2< 2   l1 = l2 + (0,85 - 1,5) d1;

при d1/d2> 2   l1 = l2 + (1,5 - 3) d1 .

Кроме того, следует учитывать, что величина заглуб­ления зависит также от температуры нагрева, так как при нагреве до более высоких температур конец слитка интенсивно охлаждается за счет увеличенных тепловых потерь. Поэтому величина заглубления при нагреве ста­ли до температуры 1250° С при прочих равных условиях должна быть больше, чем при нагреве цветных сплавов.

Так, например, для достижения равномерного на­грева заготовок из цветных металлов на промышлен­ной частоте длина индуктора выбирается на 40-80 мм больше длины нагреваемой медной заготовки (темпера­тура нагрева 700-800° С), а для алюминиевой - на 20- 50 мм (температура нагрева 450-500° С).

Оптимальный диаметр индуктора (d1) определяется из условия получения максимального коэффициента полезного действия и из чисто конструктивных соображе­ний, так как внутри индуктора должны быть располо­жены тепловая и электрическая изоляции, а также в большинстве случаев специальные направляющие. Чем меньше зазор между индуктором и заготовкой, тем вы­ше электрический к. п. д. индуктора, но одновременно тем больше будут его тепловые потери.

При температурах, не превышающих 700-800° С, тепловые потери оказываются настолько малы, что обычно их в расчет не принимают, а зазор между индук­тором и заготовкой принимают минимальным, руковод­ствуясь чисто конструктивными соображениями.

При нагреве до температур пластической деформа­ции стали (1100-1250° С) обычно принимают следую­щие соотношения:

d1/ d2=1,4÷1,8 либо d1=d2 + (25÷50), мм.

Внутренний диаметр огнеупорного цилиндра выби­рается следующим образом: d3=(1,1-1,2)d2; d3-d2>0,5 см.

Между индуктором и огнеупорным цилиндром обыч­но прокладывается слой асбестового картона или полот­на толщиной 2-5 мм, что снижает тепловые потери и защищает электрическую изоляцию индуктора.

В ряде случаев этого не делают, особенно когда температура нагрева невысока, а также в тех случаях, когда производят армирование индуктора жаростойкими бетонами.

Ниже при рассмотрении характеристик индукцион­ных установок в зависимости от величины d2 и частоты предполагается, что геометрические размеры выбраны в соответствии с изложенными выше соображениями.

2.  Мощность индукционной  установки и потери энергии
Электрическая схема индукционной установки

Рис. 3. Электрическая схема индукционного нагревательного устройства (а) и диаграм­ма потребления энергии (б).
И - индуктор; КБ - конденсаторная батарея; К - колебательный контур; Л - линия передачи энер­гии; ПУ - питающее устройство; Рпол, Ри ,Рк, Pп.у, Рс - соответственно полезная мощность, мощность индуктора, контура,
питающего устрой­ства и мощность, потребляемая из сети; ∆Рт, ∆Ра ,∆Рк.б , ∆Pл , ∆Рп.у - соответственно тепло­вые и электрические потери в индукторе, потери в конденсаторах, линии и питающем устройстве.

 

На рис. 3 показаны принципиальная электрическая схема индукционного нагревательного устройства и диа­грамма потерь энергии.

Активную мощность, потребляемую индукционной установкой из сети Рс, можно выразить через полезную мощность (Рпол) и общий к. п. д. системы (ŋ0):

Мощность индукционной установки              (5)

где ŋи, ŋк.б, ŋл, ŋп.у - соответственно к. п. д. индуктора, конденсаторной батареи, линии и питающего устройства;

Рпол - полезная мощность, которую тре­буется передать в изделие для на­грева его до заданной темпера­туры,

Полезная мощность индуктора                (6)

где tк и t0 - конечная и начальная температура нагре­ва, °С;

g - вес одной заготовки, кг;

сср - средняя интегральная удельная теплоем­кость в интервале температур от t0 до tK;

n - число заготовок, одновременно нагревае­мых в индукторе;

τн - время нагрева, сек.

Произведение сср(tк-t0) называется теплосодержа­нием металла и его можно определить, пользуясь рис. 4.

Теплосодержание металлов

Рис. 4. Теплосодержа­ние некоторых металлов при различной темпера­туре. 

3.  Коэффициент полезного действия индуктора

Потери энергии в электромагнитной системе индук­тор - садка разделяются на электрические и тепловые:

ŋиэŋт               (7)

где ŋи-полный к. п. д. индуктора;

ŋэ - электрический к. п. д. индуктора;

ŋт - тепловой или термический к. п. д. индуктора.

В соответствии с диаграммой на рис. 3

К.п.д. индуктора               (8)

и

К.п.д. индуктора               (9)

Электрический к. п. д. индуктора может быть также выражен через основные параметры индуктора и садки:

К.п.д. индуктора               (10)

где d'1 = d1 + ∆1,

1- глубина проникновения тока в медь индуктора;

g1 - коэффициент заполнения индукто­ра, равный отношению осевой ши­рины трубки индуктора к шагу на­вивки (обычно находится в преде­лах 0,85-0,9);

 

Kr1 - коэффициент, зависящий от отно­шения толщины стенки трубки ин­дуктора к глубине проникновения (достигает минимального значения, близкого к единице, при толщине стенки трубки индуктора, большей 1,57∆1);

Кr2 - коэффициент, зависящий от отно­шения l2/d2 и слабо от d1/d2;

Ф - функция, зависящая от отношения d2/∆2.

В выражение (10) косвенно входят ∆1 и ∆2 - глуби­ны проникновения тока в медь индуктора и в нагревае­мый металл.

Подставив в выражение для глубины проникновения тока ∆ значение

 Расчет индукционной установки, получим:

Расчет индукционной установки               (11)

где ρ - удельное сопротивление, ом ∙ см;

μr - относительная магнитная проницаемость;

f-частота тока, гц.

Для ферромагнитных материалов, имеющих темпера­туру ниже точки Кюри, магнитная проницаемость почти не зависит от температуры, но сильно зависит от вели­чины напряженности электрического поля.

Расчетная зависимость относительной магнитной про­ницаемости ферромагнитных материалов в однородных магнитных полях от удельной поверхностной мощности, передаваемой в заготовку, при нагреве на частотах от 50 до 108 гц, представлена на рис. 5.

Магнитная проницаемость для разных частот

Рис. 5. Зависимость магнитной проницаемости от поверхност­ной удельной мощности для разных частот тока при значениях ρ=2∙10-5 ом∙см (сплошные линии), ρ=8∙10-5 ом∙см (пунктирные линии).

Для стали, нагретой выше точки Кюри, и для цвет­ных металлов относительная магнитная проницаемость μr равна единице. Удельное сопротивление ρ с повыше­нием температуры растет.

Следовательно, при нагреве глубина проникновения увеличивается.

Для определения глубины проникновения при μr= 1 удобно пользоваться номограммой на рис. 6.

Глубина проникновения тока от частоты
 
Рис. 6. Номограмма для определения глубины про­никновения тока в зависимости от частоты и удель­ного сопротивления при μr=1.

Результаты расчета ŋэ по формуле (10) для нагрева стальных заготовок от 2 до 24 см выше точки Кюри представлены на рис. 7 в зависимости от частоты пи­тающего тока.

Электрический к.п.д. системы индуктор-садка

Рис. 7. Зависимости электрического к. п. д. систе­мы индуктор-садка от частоты для стальных за­готовок различного диаметра.

Из рассмотрения полученных зависимостей видно, что для каждого диаметра заготовок существует диа­пазон критических частот, при которых ŋэ быстро растет, а при последующем повышении частоты этот рост уже незначителен, так как ŋэ начинает асимптотически при­ближаться к своему предельному значению, равному

Расчет индукционной установки               (12)

Практически предельное значение электрического к. п. д. достигается при значениях d1/∆2>10.

Из (12) следует, что чем больше удельное электри­ческое сопротивление нагреваемого изделия, тем выше электрический к. п. д. Так, при нагреве стали предель­ный электрический к. п. д. равен 0,7-0,8, а при нагреве цветных металлов могут быть случаи, когда он только несколько выше 0,5.

 

При нагреве пластин толщиной b2 предельный элек­трический к. п. д. выражается по аналогии с цилиндри­ческими заготовками следующей зависимостью:

Расчет индукционной установки               (13)

где b1 - ширина окна индуктора.

Рассмотрим, от чего зависят тепловые потери через боковые стенки в индукционном нагревателе периодиче­ского действия, в котором производят нагрев заготовок до конечной температуры tк с темпом выдачи τн, причем темп выдачи равен времени нагрева, так как очередная холодная заготовка, поступая в индуктор, выталкивает из него нагретую заготовку.

Изменение температуры изделияи футеровки индуктора

Рис. 8. Характер изменения температуры изделия и футеровки индуктора при садочном нагреве.
1', 1'', 1''' - кривые температуры поверхности нагревае­мого изделия; 2', 2'', 2''' - кривые температуры внутрен­ней поверхности футеровки индуктора.

При пуске установки температура внешней поверх­ности заготовки растет в соответствии с кривой 1' (рис. 8), холодная футеровка начинает разогреваться и температура ее внутренней поверхности за счет тепло­передачи от изделия увеличивается в соответствии с кри­вой 2', достигая в конце первого цикла значения t'ф. При нагреве следующей заготовки (II цикл) темпера­тура на внутренней поверхности футеровки (кривая 2"  ) в начале нагрева будет снижаться за счет водоохлаждения индуктора и отсутствия теплового подпора со стороны еще недостаточно нагретого изделия до тех пор, пока температура изделия не превзойдет температуру на внутренней поверхности футеровки индуктора, а за­тем будет повышаться до значения t''ф. Аналогично будут проходить последующие циклы, причем очевидно, что практически через конечное число циклов характер изме­нения температуры внутренней поверхности футеровки начнет повторяться, что будет соответствовать устано­вившемуся режиму. Температура внутренней поверх­ности футеровки определяет тепловые потери через стен­ки индуктора, а характер ее изменения зависит от мно­гих факторов, таких как конечная температура нагрева изделия, время нагрева и тепловое сопротивление футе­ровки. Для индукционных установок, обычно используе­мых в промышленности для нагрева черных и цветных металлов, tф при нагреве изменяется незначительно.

При увеличении температуры и времени нагрева, а также при высокой теплопроводности материала фу­теровки изменение tф в процессе нагрева следует учиты­вать при теплотехнических расчетах.

В нагревателе методического действия с поочеред­ным проталкиванием заготовок в индукторе с темпом выдачи τн температура каждой точки поверхности заго­товок будет расти плавно от входа к выходу, достигая конечной температуры нагрева. В процессе нагрева каж­дая заготовка проходит ряд тепловых зон (по числу заготовок), а время нагрева в каждой зоне равно темпу выдачи.

В установившемся режиме характер изменения тем­пературы внутренней поверхности футеровки в каждой зоне будет аналогичен садочному нагреву, однако чем больше заготовок в индукторе, тем меньше изменение температуры внутренней поверхности футеровки в каж­дой зоне.

Практически можно производить расчет потерь в ме­тодических индукторах, считая, что теплопередача про­исходит при постоянном для данной точки индуктора тепловом потоке, так как температура внутренней по­верхности футеровки установилась на определенном уровне и с течением времени не меняется.

Если известен температурный режим нагрева заго­товок, тепловые потери можно определить, разбивая кривую t = f (τ) на участки и усредняя на каждом из участков значения температуры поверхности заготовок.

Элемент индуктора и нагреваемое изделие

Рис. 9. Элемент индуктора и нагре­ваемое изделие.
Q-тепловой поток от нагреваемого изде­лия к охлаждающей воде катушки индук­тора.

На рис. 9 изображен элемент индуктора и нагревае­мое изделие. Считая температуру участка изделия неиз­менной, можно утверждать, что поток тепла Q от нагре­того изделия к охлаждающей воде индуктора остается постоянным. Тогда

Расчет индукционной установки               (14)
 
Расчет индукционной установки               (15)

где 

Расчет индукционной установки .

Здесь ε3 - коэффициент лучеиспускания керамики, ко­торый можно принять равным 0,8;

ε2 - коэффициент лучеиспускания нагреваемого изделия;

F2 - площадь поверхности изделия, см2;

F3 - площадь внутренней поверхности футеровки, см2.

Тепловое сопротивление керамики и электрической изоляции равно сумме тепловых сопротивлений каждого слоя:

Тепловое сопротивление,              

где bi, i+1 - толщина слоя, см;

λi, i+1 -удельная теплопроводность слоя, вт/см∙град;

Fi, i+1 - среднегеометрическая поверхность слоя, см, равная

Тепловое сопротивление .

В выражениях (14) и (15) t1, t2 и t3 - температуры соответствующих поверхностей, а

Расчет индукционной установки

и

Расчет индукционной установки .

 

Запишем уравнения (14) и (15) для теплового потока, приходящегося на единицу поверхности изделия:

Расчет индукционной установки              (16)
 
Расчет индукционной установки              (17)

где r13 = F2R13, q = Q/F2.

Приравнивая правые части, получаем:

Расчет индукционной установки .
Обозначим 1/ с23 r13=Б, тогда
Расчет индукционной установки

или

Расчет индукционной установки .             (18)

В уравнении (18) температуру t1 можно считать из­вестной, так как она примерно равна температуре охлаждающей воды. В практических расчетах ее мож­но принять равной 50°С. Кроме величины Б, которая характеризует теплотехнические свойства нагреваемого изделия и футеровки, в уравнение входят также неиз­вестные t2 и t3 либо соответствующие им ϴ2 и ϴ3. При определенном значении Б, задаваясь температурой на поверхности изделия t2, можно получить из выражения (18) значения температур на внутренней поверхности футеровки t3. Полученные таким образом зависимости приведены на правой части графика на рис. 10. Для того чтобы найти тепловой поток q, отнесенный к еди­нице поверхности изделия, необходимо найденное зна­чение t3 подставить в (17) либо воспользоваться левой частью графика на рис. 10, где приведены зависимости q от t3 при различных значениях r13.

Удельные тепловые потери на единицу поверхности

Рис. 10. Номограмма для определения удельных тепловых потерь на единицу поверхности нагреваемого изделия.
t2 - температура поверхности изделия; t3 - температура внутренней поверхности футеровки; q - удельные тепловые потери; 5 - параметр, определяемый теплотехническими свойствами системы; r13 - удельное тепловое сопротивление изоляции.

Рассмотрим пример расчета тепловых потерь. В ин­дукторе находится цилиндрическая стальная заготовка диаметром d2= 10 см, нагретая до 1250° С. Внутренний диаметр индуктора d1 = 16,4 см, диаметр керамики d3= 11,4 см и асбестового цилиндра d4=15,4 см. Удельная теплопроводность керамики и асбеста составляет:

λк = 1,36∙10-2 вт/см∙град;

λa = 0,215∙10-2 вт/см∙град.

Рассчитаем тепловые потери в секции длиной l:

Расчет индукционной установки ;
 
Расчет индукционной установки ;
 
Расчет индукционной установки
 
Расчет индукционной установки .

Принимаем ε2=0,95 и ε2=0,8, тогда

Расчет индукционной установки ;
 
Расчет индукционной установки .

По графику на рис. 10 для температуры t2=1 250° С и значению параметра Б=10,5 находим t3=1150°С, а затем в левой части графика для r13 = 207,8 находим q = 5,4 вт/см2.

Тепловой к. п. д. индуктора при неизменной удельной мощности падает с повышением частоты и с увеличе­нием диаметра нагреваемой заготовки, так как относи­тельная глубина проникновения тока в металл умень­шается и для нагрева изделия требуется большее время, что приводит к увеличению тепловых потерь.

Однако падение теплового к. п. д. с ростом частоты обычно незначительно.

Тепловой к.п.д. индуктора

Рис. 11. Зависимости теплового к. п. д. индуктора от диаметра заготовки и частоты при нагреве стальных заготовок с постоянной удельной мощ­ностью.

Из рис. 11 видно, что даже при больших диаметрах заготовок при изменении частоты от 50 до 10 000 гц теп­ловой к. п. д. уменьшается всего на 3%.

При нагреве металлов, имеющих плохую теплопро­водность (например, титана и его сплава), длительность нагрева увеличивается, а, следовательно, доля тепловых потерь становится больше и тепловой к. п. д. снижается.

При высокотемпературном нагреве тугоплавких ме­таллов (вольфрама, молибдена, ниобия и др.) до 1800- 2 000° С тепловые потери увеличиваются в десятки раз, а тепловой к. п. д. может снизиться до 0,5-0,3.

4.  Минимальное время нагрева

При сквозном нагреве металлов перед пластической деформацией необходимо добиться получения заданного температурного перепада между поверхностью и цен­тром заготовки, так как от равномерности нагрева за­висит качество изделий, получаемых в процессе прокат­ки, ковки, штамповки или прессования, а также стой­кость инструмента.

При обработке заготовок из низколегированных и среднелегированных сталей на прокатных станах и на ковочных агрегатах допустимый конечный перепад по температуре между поверхностью и центром равен 100-150°С, что составляет 8-10% конечной температу­ры при нагреве до 1200-1250° С.

При процессах прессования требования к равномер­ности нагрева значительно более высокие, и конечный перепад, как правило, не должен превышать 20-30° С для цветных металлов и сплавов и 40-60° С для высо­колегированных сталей и жаропрочных сплавов.

В связи с тем, что нагрев при индукционном методе носит ярко выраженный поверхностный характер, ско­рость выравнивания температуры по сечению зависит от физических свойств металлов, определяемых коэффи­циентом температуропроводности, а также от применяе­мых режимов нагрева.

Чем жестче требования по равномерности нагрева, тем больше потребуется времени на проведение процес­са, что часто ведет к ухудшению параметров индукци­онных установок, увеличению удельного расхода элек­троэнергии, увеличению длины нагревательных устройств и повышенному окалинообразованию.

Поэтому правильный, технологически обоснованный подбор температурного перепада является одним их наи­более важных факторов при проектировании индукцион­ных нагревательных установок .

Различают два основных режима. В индукторах с равномерно распределенной удельной мощностью про­исходит постепенный нагрев заготовок с непрерывным ростом температуры поверхностных и внутренних слоев до получения заданного температурного перепада. Та­кой режим нагрева получил название обычного, так как он чаще всего используется на практике.

 

В последнее время получил распространение режим изотермического, или ускоренного, нагрева, который проводится с постоянной максимальной температурой на поверхности нагреваемой заготовки.

В этом случае в первый период нагрева благодаря большой удельной мощности поверхностные слои заго­товки нагреваются за короткое время до максимальных температур. В последующий период удельную мощность подбирают такой, чтобы она обеспечила поддержание достигнутой температуры на поверхности, что соответст­вует режиму термостатирования.

Вследствие большого температурного перепада про­исходит быстрое выравнивание температур и общее вре­мя процесса значительно уменьшается.

При правильно выбранной частоте тока нагрев сталь­ных деталей до температуры пластической деформации обеспечивается за время, приведенное на рис. 12.

Время нагрева стальных заготовок от частоты
Рис. 12. Минимальное время нагрева стальных заготовок диамет­ром d2 на различных частотах в режимах обычного и ускоренного нагрева.
а - для диаметров до 10 см; б-для диаметров от 10 до 24 см.

Время нагрева немагнитного сплава 1Х18Н9Т приве­дено в табл. 1.

Таблица 1.
Минимальное время нагрева заготовок из сплава 1Х18Н9Т до температуры 1000° С с перепадом температур между поверхностью и центром в 100° С

 

Частота, гц

Режим нагрева

Диаметр заготовки, мм

Минимальное время, сек

8 000

Ускоренный

60

70

 

 

80

122

 

 

100

185

 

Обычный

80

230

 

 

100

420

2 500

Ускоренный

100

170

 

Обычный

100

400


При нагреве цветных металлов и сплавов на про­мышленной частоте время нагрева можно с достаточной точностью вычислить по следующей формуле:

Расчет индукционной установки               (19)

где r2 - радиус детали, см;

2 - глубина проникновения, см;

а - средний удельный коэффициент температуро­проводности, см2/сек;

tп - конечная температура на поверхности заготов­ки, °С;

tц - конечная температура центра заготовки, °С.

Для нагрева цветных металлов на промышленной частоте и при общем к. п. д. ŋи системы индуктор - металл, равном 0,5, зависимости длительности нагрева и средней удельной мощности от диаметра заготовки при­ведены на рис. 13.

Зависимость времени нагрева и удельной мощности от диаметра заготовок
 
Рис. 13. Зависимость времени нагрева и удельной мощ­ности для цветных металлов при разном перепаде тем­ператур между поверхностью (tп) и центром (tц) от диаметра заготовок.
1 - для латуни, tп/tц= 1,03; 2 - для латуни, tп/tц=1,05; 3 - для алюминия,tп/tц = 1,03; 4 - для алюминия, tп/tц=1,05; 5 - для меди, tп/tц=1,03; 6 - для меди, tп/tц=1,05.
5.  Коэффициент мощности системы индуктор-садка и реактивная мощность конденсаторной батареи

Индукторы индукционных установок имеют, как пра­вило, низкий естественный коэффициент мощности, при­чем значения его изменяются в довольно широких пре­делах в зависимости от частоты тока, зазоров между ин­дуктором и изделием, магнитной проницаемости, удель­ного сопротивления и размеров нагреваемых изделий.

Зависимости коэффициента мощности от частоты то­ка и диаметра нагреваемых изделий позволяют произво­дить правильный выбор реактивной мощности компен­сирующей конденсаторной батареи, руководствуясь не только минимальным расходом электроэнергии, но и снижением стоимости установки и необходимых произ­водственных площадей.

Значение коэффициента мощности системы индук­тор-садка может быть определено из выражения:

Мощность системы индуктор-садка               (20)

где Рс и Qc - соответственно активная и реактивные мощности, потребляемые цилиндрической садкой;

Ри и Qи - соответственно активная и реактивная мощность индуктора;

 

Q3 - реактивная мощность, рассеиваемая в за­зоре между индуктором и садкой.

Система индуктор-садка индукционных заготовок

Рис. 14. Зависимость cos φи системы индуктор-садка индукцион­ных установок для нагрева стали от частоты при μr2=1 и различ­ных диаметрах d2.
а - для диаметров d2 от 2 до 12 см; б - для диаметров d2 от 14 до 24 см.

На рис. 14, а и б представлены зависимости cos φи си­стемы индуктор-садка индукционных установок для на­грева стали от частоты при μr2=1 и различных диамет­рах d2.

При нагреве стальных заготовок ниже точки Кюри (μr2>1) cos φи системы увеличивается с увеличением μr2, а максимум кривых сдвигается в сторону более низ­ких частот.
 
Система индуктор-садка индукционных установок

Рис 15. Зависимость cos φи системы индуктор-садка индукционных установок для нагрева стали от частоты при разных значениях μr (d2=6 см).

На рис. 15 представлены зависимости cos φи от час­тоты для заготовок диаметром 6 см при различных зна­чениях магнитной проницаемости.

При нагреве металлов с малым удельным сопротив­лением (например, алюминия, меди, бронзы и т. д.) cos φи значительно ниже, чем при нагреве черных метал­лов.

При μr2= 1 и относительно высокой частоте, т. е. при ярко выраженном поверхностном эффекте, для пример­ного определения коэффициента мощности можно поль­зоваться следующим выражением:

Расчет индукционной установки               (21)

где Расчет индукционной установки - величина зазора между индуктором и сад­кой.

Теоретически предельная величина cos φи при отсут­ствии зазора между индуктором и садкой равна 0,707.

Требуемая величина реактивной мощности Qк.б кон­денсаторной батареи для компенсации естественного cos φи индукционного устройства рассчитывается по фор­муле

Расчет индукционной установки               (22)

гдe tg φи соответствует естественному cos φи; tg φк- ве­личине cos φк скомпенсированного контура.

При cos φи<0,3 с достаточной точностью в расчетах можно принять tg φи≈ 1 /cos φи.

Активные потери в конденсаторах равны:

Расчет индукционной установки                           (23)

где tg δ- тангенс угла ди­электрических потерь, кото­рый обычно выражается в процентах.

Диэлектрические потери от частоты

Рис. 16. Зависимость от часто­ты тангенса угла диэлектриче­ских потерь бумажно-масля­ных (кривая 1) и бумажно-соволовых (кривая 2) конденса­торов.

На рис. 16 представлена зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты для конденсаторов с масляным (кривая 1) и саволовым (кривая 2) на­полнением.

Коэффициент полезного действия конденсаторной батареи при компенсации реактивной мощности ин­дукционного устройства до cos φк= 1 будет равен:

Расчет индукционной установки               (24)

Обычно к. п. д. конденсаторной батареи достаточно высок, однако в отдельных случаях при высоких часто­тах и низком cos φк потери в конденсаторах могут до­стигать 10-12% мощности индуктора.

6. Оптимальная частота тока

Выбор оптимального значения частоты тока должен производиться с учетом ряда факторов, таких как рас­ход электроэнергии, стоимость оборудования, расход охлаждающей воды, занимаемые производственные пло­щади и т. д., для получения в конечном счете минималь­ных затрат на нагрев единицы продукции.

Затраты при индукционном нагреве стальных заготовок

Рис. 17. Сопоставимые удельные приведенные затраты при нагреве стальных заготовок различного диаметра.

В ряде случаев, когда подсчет общих приведенных затрат затруднен, выбор оптимальной частоты осущест­вляется по максимуму общего к. п. д., соответст­вующему минимальному удельному расходу электро­энергии.

При нагреве стальных круглых заготовок до темпе­ратур пластической деформации полоса оптимальных частот выбирается исходя из условия

Расчет индукционной установки               (25)

На рис. 17 представлены сопоставимые удельные приведенные затраты при нагреве заготовок различного диаметра из аустенитной стали на частотах от 50 до 10 000 гц. С учетом минимальных затрат приме­нение промышленной частоты становится выгодным при диаметре заготовок вы­ше 23 см, а при отсутст­вии преобразователей на частоту 150 гц - уже с 17 см. Частота 150 гц для нагрева стали долж­на применяться при диа­метрах выше 11 см, ча­стота 1000 гц - при диа­метрах от 7 до 11 см, а частота 2500 гц - при диаметрах от 4 до 7 см и т. д.

Примерно такие же соотношения имеют место и при нагреве ферритных сталей до температур пластической деформации.

При нагреве ферритных сталей до температур ниже точки Кюри глубина проникновения становится значи­тельно меньше и электрический к. п. д. индуктора до­стигает высоких значений при более низких частотах. В этом случае применение промышленной частоты мо­жет оказаться более выгодным уже начиная с диамет­ров в 5-7 см.

Нижний предел применения промышленной частоты для цветных металлов может быть определен из следую­щего соотношения:

Расчет индукционной установки               (26)

В соответствии с (26) применение промышленной частоты рекомендуется для заготовок минимальных диа­метров, приведенных в табл. 2.

Удельный расход электроэнергии при нагреве заго­товок из цветных металлов на промышленной частоте составляет:

для алюминия (500° С) .................. 280-320 квт∙ч/т

для меди (850° С).............................190-230 квт∙ч/т

для латуни (780° С)...........................170-215 квт∙ч/т


Источник: "Индукционные нагревательные установки" Простяков А. А.

Назад

Поиск

RSS ЭЛИСИТ 

Последние новости

23.05.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Лучшая компания России
Компания "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ" награждена почетной медалью «Национальный знак качества. Выбор России» в рейтинге "ЛУЧШАЯ КОМПАНИЯ РОССИИ — 2016" ...
Подробнее...

09.01.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Модернизированная китайская установка
Инженерами ТЕСЛАЙН выполнен ремонт и модернизация установки индукционного нагрева мощностью 60кВт в двухблочном исполнении производства КНР (Китай)
Подробнее...

20.07.2016
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Услуга закалки ТВЧ
Услуги закалки ТВЧ деталей в новом цехе на производственной площадке ООО "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ", г.Томск. Выполнение срочных заказов.
Подробнее...

Фотостена

Индукционный нагрев, установки ТВЧ индукционного нагрева, печи ТВЧ, индукционный нагреватель

Индукционная пайка ТВЧ установка

ТВЧ закалка трубы индуктор