4. Характеристика индукционного нагрева.
Индукционный нагрев обладает существенными преимуществами перед другими способами нагрева.
При использовании индукционной печи как плавильного устройства создаются более благоприятные условия для получения чистого металла, так как отсутствуют такие источники загрязнения, как газы в пламенной печи и электроды в дуговой. В индукционной печи металл перемешивается за счет электродинамических усилий и во всей массе поддерживается высокая температура. Индукционная печь обеспечивает наименьший угар металла по сравнению со всеми другими типами печей и позволяет вести плавку в вакууме или в специальной атмосфере.
Индукционные нагревательные печи имеют также высокую первоначальную стоимость, обусловленную сложностью электрооборудования; их применение целесообразно в основном в условиях массового производства.
5. Принцип работы индукционных печей.
Любую индукционную печь можно рассматривать как трансформатор (либо воздушный, либо с железным сердечником), его первичной обмоткой является индуктор, внутри которого помещен нагреваемый или расплавляемый металл, играющий роль вторичной обмотки и одновременно нагрузки. Через индуктор пропускается переменный ток, создающий переменное магнитное поле. Это поле наводит (индуктирует) в нагреваемом металле вихревые токи, вследствие чего в нем выделяется тепло. Индукционные печи можно рассматривать как своеобразные печи сопротивления, так как нагрев тела происходит вследствие сопротивления которое встречает индуктированный в теле ток.
Однако если в печах сопротивления подведенная к телу электрическая энергия превращается в тепловую, то в индукционных печах электрическая энергия преобразуется сначала в электромагнитную, затем снова в электрическую и, наконец, в тепловую. При этом часть электромагнитной энергии непосредственно превращается в тепловую за счет явления перемагничивания тела (в случае нагрева ферримагнитного материала).
Эти особенности индукционного нагрева придают ему известную специфичность.
Поэтому индукционные печи будут рассмотрены самостоятельно. В процессе нагрева вихревые токи под действием магнитного поля оттесняются к поверхности детали и плотность тока на поверхности оказывается выше, чем в середине. Это явление называется поверхностным эффектом.
Глубина проникновения δ магнитного потока в металл, а следовательно, и толщина нагретого слоя приближенно определяются формулой Штейнметца(203)
где k — коэффициент пропорциональности.
Из этого выражения следует, что глубина проникновения возрастает с увеличением удельного электрического сопротивления ρ в ом•м, уменьшается с увеличением частоты f в гц и магнитной проницаемости материала μ в гн/м. Следовательно, при повышении частоты можно получить тонкий нагретый слой для поверхностной термической обработки, широко применяющейся в промышленности; используя ток промышленной частоты (50 гц), можно обеспечить сквозной прогрев изделий. Электродвижущая сила, индуктируемая в металле (вторичной обмотке), зависит в основном от величины полезного магнитного потока (т. е. потока, участвующего в передаче энергий во вторичную обмотку) и от частоты тока, подведенного к первичной обмотке. Поскольку в печах без железного сердечника магнитное рассеивание велико, а полезный магнитный поток мал, то для увеличения индуктируемой э. д. с. и, следовательно, количества тепла, выделяющегося в нагреваемом металле, прибегают к повышению частоты тока.
Практически для индукционного нагрева используются следующие интервалы частот. При термической обработке стальных деталей диаметром: меньше 0,03 м частота колебаний составляет 200 000 гц и выше.
При термической обработке стальных деталей диаметром 0,03—0,15 м и при толщине закаливаемого слоя свыше 2 мм частота колебаний составляет 1000—10 000 гц
Для питания плавильных бессердечниковых печей используется ток с частотой колебаний 500—10 000 гц. При термической обработке деталей диаметром свыше 0,15 м при нагреве на большую глубину и для питания плавильных печей со стальным сердечником используется ток с частотой колебаний 50 гц (питание от промышленной сети).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.