Расчет индуктора для сквозного нагрева цилиндрических заготовок

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский Государственный Технический Университет

Кафедра: «ЭсПП»

Дисциплина: «Электротехнологические установки»

Расчётно – графическая работа № 2

Расчёт индуктора для сквозного нагрева цилиндрических заготовок

Шифр: 65

                                                                           Выполнил: студент группы Э-434

Григорьев А Н.

        Проверил:   доцент

                                                                                                    Коврижин Б.Н.

Омск 2007

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

Основные размеры: ,.

Материал загрузки: никель.

Напряжение на индукторе: .

Конечная температура нагрева t₀=1350 °С.

2. КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКТОРА ДЛЯ СКВОЗНОГО НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК.

Рис. 1. Конструкция индуктора для сквозного нагрева:

1 - обмотка индуктора; 2 - шамотная изоляция; 3 - направляющие;

4 - фасадные асбестовые плиты; 5 - деревянные стягивающие брусья;

6 - нагреваемая заготовка.

3. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ИНДУКТОРА.

,

.

Мощность тепловых потерь для цилиндрических индукторов с шамотной изоляцией определим по формуле

кВт, где  - внутренний диаметр тепловой изоляции .

4. ВЫБОР ЧАСТОТЫ ПИТАЮЩЕГО ТОКА.

В зависимости от размеров, конечной температуры нагрева и физических свойств нагреваемых деталей выбираем оптимальную частоту питающего тока:    (согласно табл. №3,[1]).

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА И УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОЩНОСТИ.

Обычно при нагреве детали изменение мощности во времени не превышает 30 % от ее максимального значения, что дает основание при расчетах принимать удельную поверхностную мощность постоянной, равной среднему значению.  С учетом этого время нагрева детали

                                 ,

где - температуропроводность, м²/с;  - вспомогательная функция; , причем  - соответственно температуры на поверхности и на оси детали, °С.

Параметры вспомогательной функции  определяются следующим образом:

 - относительная глубина активного слоя;

                                ,

где  - радиус цилиндрической детали, м;  - глубина активного слоя, м, причем

                                   м, т.к. ;                                       

 при , где;

 - относительная координата;

                                                ,

где  - радиальная координата (на оси детали  = 0;  = 1; на поверхности детали ; ).

 - критерий Фурье;

                      .

Для никеля м/с;  °С;  °С;  °С; ;

с,

где , а (по табл.№5,[1]). 

Удельная поверхностная мощность

,

где  F₀=0,125 , - теплопроводность (по табл.№6,[1]). 

6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ИНДУКТОРА.

Для электрического расчета используют схему замещения по полному потоку (рис. 2). Электрические схемы замещения приведены к первичной цепи системы «индуктор-загрузка».

Для упрощения принято допущение, что все витки индуктора охватываются одним и тем же магнитным потоком , причем внутри индуктора все магнитные линии параллельны оси, а внешнее поле такое же, как у пустого индуктора.

На длине  магнитный поток проходит по загрузке и по зазору между индуктором и загрузкой в виде двух составляющих:  - поток в загрузке и  - поток рассеяния, а на остальном пути - общим потоком . МДС индуктора  обеспечивает проведение магнитного потока  внутри индуктора и на всем пути его обратного замыкания.

                                                                            Рис.2

На рис.2: а) магнитная схема замещения, б) электрическая схема замещения по полному току, в) упрощенная электрическая схема замещения.

Расчет проведём в следующем порядке:

1. Глубина проникновения тока в материал индуктора

м,

где Ом×м - удельное сопротивление меди при расчетной температуре нагрева индуктора (60 °С).

2. Глубина проникновения тока в материал загрузки

.

3. Активное сопротивление индуктора при условии, что толщина внутренней стенки трубки индуктора ,

,

r₁₌

где  - коэффициент заполнения индуктора, равный отношению высоты витка без изоляции к шагу навивки;  м- диаметр центрального слоя глубины проникновения тока в металл индуктора.

Здесь и далее до п. 16 расчёт проводят для одновиткового приведённого индуктора, поэтому единица измерения сопротивления принята

4. Относительная координата глубины проникновения тока в металл заготовки

.

5. Активное сопротивление загрузки

 ,

где  - вспомогательная функция(по табл.№7,[1]).

6. Внутреннее реактивное сопротивление индуктора

,

где  - сдвиг фаз между напряжённостями электрического и магнитного полей в металле индуктора. Если выполнено условие , откуда .

7. Внутреннее реактивное сопротивление загрузки

,                           

где  - вспомогательная функция  (по табл.№7,[1]).

8. Реактивное сопротивление рассеяния

.

9. Реактивное сопротивление пустого индуктора

,

где  - поправочный коэффициент, учитывающий концевые эффекты короткого индуктора: k = 0,8(по табл.№ 8,[1]. =0,27).

10. Реактивное сопротивление обратного замыкания

.

11. Коэффициент приведения параметров, позволяющий перейти от схемы замещения по полному потоку к упрощенной схеме замещения

                                        

12. Приведенное активное сопротивление загрузки

.

13. Приведенное реактивное сопротивление индуктора

.

.

14. Эквивалентное активное сопротивление индуктора с загрузкой

15. Эквивалентное реактивное сопротивление

.

16. Эквивалентное полное сопротивление системы «индуктор-загрузка»

17. Электрический КПД индуктора

18. Коэффициент мощности индуктора

.

19. Мощность, передаваемая в загрузку

.

20. Мощность, подводимая к индуктору

.

21. Число витков индуктора при заданном напряжении на индукторе (В)

22. Активное, реактивное и полное сопротивление системы «индуктор-загрузка»

 ,

 ,

 .

23. Ток индуктора

.

24. Электрические потери в индукторе

.

25. Мощность конденсаторной батареи, необходимая для компенсации реактивной мощности печи до

26. Мощность электрических потерь в конденсаторной батарее

где  - тангенс угла потерь в конденсаторах.

27. Мощность электрических потерь в токоподводах

где - активное сопротивление гибких кабелей, соединяющих индуктор и конденсаторную батарею, Ом. Приближённо можно принять  = .

28. Активная мощность, потребляемая от источника питания (сети, согласующего трансформатора или преобразователя частоты)

кВт.

В соответствии с  выбираем ближайший по мощности выпускаемый промышленностью источник питания (согласующий трансформатор или преобразователь частоты).

Выбираем преобразователь частоты: ТПЧП-1200-1,0 УХЛ4.

Данный преобразователь оснащён системами:

внутренней самодиагностики и защиты;

многоконтурного автоматического регулирования;

дистанционного управления и регулирования;

отображения параметров преобразователя и состояния основных элементов.

Охлаждение водяное двухконтурное.