Изучение принципа действия и свойств низкотемпературного нагревателя промышленной частоты, страница 2

Методика работы

Ознакомиться с экспериментальной установкой и лабораторным стендом.

Лабораторная установка состоит из индукционного нагревателя промышленной частоты, выполненного на базе статора асинхронного электродвигателя с характеристиками: Р = 3 кВт; U = 380/220 В; I = 6,5 А; h = 0,83; соs j  = 0,85; U_кз = 0,5 U_.

Тело нагрева – неподвижный цилиндрический стакан, установленный вместо ротора. Основные размеры стакана следующие:

-  внутренний диаметр d_вн = 99 мм;

-  наружный диаметр d_н = 105 мм;

-  толщина стенки цилиндра d = 3мм;

-  удельное сопротивление стали  r = (0,11...0,15) · 10^-6 Ом·м;

-  магнитная проницаемость (относительная) m = 400;

-  высота цилиндрического стакана в магнитном поле h = 150мм;

-  поправочный коэффициент К_м = 0,7.

Для питания индукционного нагревателя используется источник переменного тока промышленной частоты. Для измерения тока, напряжения и мощности используется комплект измерительных приборов.

Схема лабораторной установки приведена на рис 5.1.

Для анализа работы индукционного нагревателя промышленной частоты и его расчета используют схему замещения (рис. 5.2), которая составляется, исходяиз рассмотрения индуктора и нагреваемого тела как трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания.

Параметры схемы замещения приведены на рис. 5.3.

Рис. 5.1 Принципиальная электрическая схема управления индукционным водонагревателем промышленной частоты

Рис. 5.2 Схема замещения             Рис. 5.3 Параметры схемы замещения

Заполнить водой нагревательную камеру индукционной нагревательной установки (цилиндрический стакан) до уровня 0,005 м (5 мм) от верхнего края.

Исследовать работу индукционной нагревательной установки. Включить индуктор. От этого момента ведется отсчёт времени нагрева. Исследования необходимо провести для напряжения 220 В. Результаты опыта свести в табл. 5.1 и построить рабочие характеристики индукционного водонагревателя.

Под рабочими характеристиками индукционного нагревателя понимают зависимости потребляемой из сети мощности Р₁, полезной мощности, выделяющейся в нагреваемом теле Р₂, коэффициента полезного действия h и коэффициента мощности cosj  от тока индуктора I. Изменение этих величин объясняется нелинейностью кривой намагничивания стали и зависимостью магнитной проницаемости m от тока намагничивания (напряженности магнитного поля). На рис. 5.4, а приведены кривые магнитной проницаемости  m = f(I) и кривая намагничивания стали U = f(I).

Рис.  5.4. а) зависимости магнитной проницаемости и намагничивания стали от силы тока;

б) рабочие характеристики индукционного нагревателя

На рис. 5.4, б приведены рабочие характеристики индукционного нагревателя. Для всех характеристик можно отчётливо выделить две зоны.

Зона 1 – материал не насыщен. Напряжение U прямо пропорционально току и мощности. Р₁ и Р₂ пропорциональны квадрату тока.

Зона 2 – материал насыщен. Напряжение практически не возрастает с ростом намагничивающего тока. Потребляемая мощность Р₁ возрастает прямопропорционально току. Полезная мощность Р₂ прекращает возрастать в связи с прекращением роста магнитного потока в материале.

Таблица 5.1

Рабочие характеристики индукционного водонагревателя

Напряжение на индукторе U, В

Начальная температура, Tнач, 0С

Конечная температура, Ткон, 0С

Время нагрева τ, с

Ток

Мощно-сть

Полная мощность S, B·A

Теплота, полученная водой Qпол, Дж

Полезная мощность, P2, Вт

Расход энергии W, Вт·с

КПД h ,%

Коэф. мощности cos j

Расчетный ток камеры нагрева I, А

Начальный, А

Конечный, А

Начальная, Вт

Конечная,Вт

220

В зоне 1 КПД h и коэффициент мощности cosj имеют максимумы, соответствующие значению тока, при котором магнитная проницаемость m достигает максимального значения. Далее они снижаются и в зоне 2 стремятcя при токе I ® ¥; h ®0: cos j ® cos j₀, соответствующего m = 1.