Расчет и проектирование индукционной нагревательной установки

Размещено на http://www.allbest.ru

Техническое задание

Выполнить электрический расчет индуктора для сквозного нагрева цилиндрической заготовки, разработать конструкцию и рассчитать основные геометрические параметры индуктора. Рассчитать и выбрать компенсирующее устройство.

Разработать принципиальную электрическую схему электрооборудования.

Выбрать силовое электрооборудование, аппаратуру управления, контроля и защиты. Составить спецификацию. Дать описание принципиальной схемы.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал Сталь

Размеры нагреваемого изделия, м Диаметр, D2=0.04

Температура нагрева, Ткон, град. 1200

Способ нагрева непрерывный

Производительность, т/час 0,6

Перепад температур, ?Т град. 150

Физические характеристики металлов:

Сталь

Удельная теплоемкость С, Дж/кг*К 6*102

Удельное сопротивление с0, Ом*м 4,5*10-7

Удельная плотность г, кг/м3 7,83*103

Температурный коэффициент сопротивления б 6,2*10-3

Электрический расчет индуктора для нагрева цилиндрических заготовок

Оптимальная частота для сквозного нагрева немагнитных цилиндрических заготовок:

Выбираем из стандартного ряда 2400 Гц.

Глубина ?2 проникновения тока в изделие для выбранной частоты f :

Время tk нагрева рассчитывается в зависимости от заданного перепада температур по сечению изделия:

При ?Т=150оС,

Tk=3,7*104(D2')2, C

D2'=D2-?, ?- глубина проникновения тока в деталь.

D2'=0.04-0.009=0.031

При ?T=150oC

Размеры индуктора.

Диаметр индуктора, м: D1=1.3*D2=0.052

Период to выдачи изделий при заданной производительности П, кг/час:

Где G2=гV=грR22L2- масса одной заготовки, г- удельная плотность металла заготовки.

Для нагревателя непрерывного действия нужно по заданной производительности определить скорость перемещения металла через индуктор по формуле:

Где г- удельная плотность металла заготовки, П- производительность нагревателя, кг/час, S=рR22- площадь сечения заготовки, R2- радиус заготовки.

Полезная мощность, идущая на нагрев изделия.

Для нагревателей непрерывного действия полезная мощность определяется по формуле:

А длина индуктора

Тепловые потери с поверхности изделия, ввиду сложности , ввиду сложности их определения, принимаем равными (0,05ч0,15)Р1=5,9ч17,7кВт

Тепловая мощность, передаваемая в изделие, с учетом тепловых потерь с поверхности.

Р2=(1,05ч1,15)Р1=123,9ч135,7 кВт

Для расчетов электрических параметров индуктора определяем вспомогательный параметр m2:

m2= 3.5A=0.33B=0.41

Активное r2 и внутренне реактивное х2м, Ом, сопротивления цилиндрической заготовки:

Примечание: для расчета сопротивления заготовки необходимо учесть температурный коэффициент сопротивления материала заготовки, то есть удельное сопротивление нужно определить с учетом нагрева до средней температуры Тср=600оС

Где с0- удельное сопротивление материала заготовки при нулевой температуре, б- температурный коэффициент.

Реактивность рассеяния индуктора.

Индуктивное сопротивление пустого индуктора.

Где ;x10=0.67*10-4

Коэффициент приведения активного сопротивления изделия.

Приведенное активное сопротивление изделия.

Приведенное реактивное сопротивление системы «индуктор-изделие».

Активное r1 и внутреннее реактивное x1 сопротивления индуктирующего провода.

Принимаем с1=смеди, а Д1=Д2.

Эквивалентные сопротивления.

Электрический КПД индуктора.

Мощность Ринд, подводимая к индуктору, кВт:

Коэффициент мощности индуктора в конце нагрева:

Ток в одновитковом индукторе:

Напряжение на одновитковом индукторе:

Плотность тока в индукторе:

Выбираем размеры трубки для индуктора. Предварительно необходимо выполнить следующее:

Для выбранной стандартной частоты определяем действительную глубину проникновения тока в медь трубки индуктора, м:

Для того, чтобы обеспечить минимальные потери энергии в индуктирующем проводе, необходимо выбрать трубку с толщиной стенки m не менее, чем 1,2Д1.

Выбираем трубку индуктора с толщиной стенки m=1,2Д1=1,6мм, а=15мм, b=12мм.

По данному в задании напряжению источника питания и по найденному напряжению на одновитковом индукторе определяем число витков индуктора:

Проверяем возможность размещения витков катушки индуктора с размерами трубки, выбранной предварительно, по условию:

По найденному числу витков определяем напряжение на многовитковом индукторе:

Реактивная мощность индуктора:

Ток в многовитковом индукторе:

Сопротивления в многовитковом индукторе:

Расчет компенсирующей емкости

Требуемый по условиям эксплуатации коэффициент мощности установки должен составлять 0,96--0,98. Чтобы обеспечить это условие, необходимо подключить параллельно индуктору конденсаторную батарею. Конденсаторы выбираются по справочнику по частоте и напряжению источника питания. Принимаются ближайшие большие значения.

Естественный коэффициент мощности:

Требуемый коэффициент мощности:

Мощность конденсаторной батареи:

вар,

где UКБном.=800В, kзап=1,2

Емкость конденсаторной батареи:

Расчет охлаждения индуктора

Полное количество тепла, нагревающего индуктор:

Где - полный КПД индуктора.

Количество охлаждающей воды:

Скорость воды:

Площадь отверстия трубки:

Кинематическая вязкость:

Гидравлический эквивалент диаметра:

Проверка на турбулентность:

Перепад давления по длине трубки:

Коэффициент сопротивления при шероховатости первого рода:

3

Длина трубки индуктора:

Средний диаметр трубки индуктора:

Перепад давления не превышает 2*106 Н/м2, следовательно, принимаем одну ветвь охлаждения.

Выбор силового оборудования, аппаратуры управления, контроля и зашиты

На силовой схеме: ВA1, ВA2 - автоматические выключатели серии ВА-45/2000 и Э40 2500А с электромагнитной и тепловой защитой, соответственно; ТПЧ - тиристорный преобразователь серии ТПЧР - 250/320 - 8/2,4; С1 - С25 - конденсаторные батареи серии ЭСВ - 0,8 - 1 - 2У3 с водяным охлаждением 25 штук; КЛ - высокочастотный контактор серии К1000 - 2400А ; для контроля величины тока используются реле тока РТ - 81/1 Х4; для контроля температуры охлаждающей жидкости в индукторе и конденсаторных батареях используются прибор ОВЕН УКТ38 - Щ4 (на схеме - ДТ), в качестве датчиков температуры используются термопары типа ТХК. индуктор электрооборудование нагрев

В цепи управления: ВА3 - вводной автомат; для контроля воды используется реле протока РД1, контакты которых замкнуты при наличии давления воды (протока воды), реле тока, контакты которого размыкаются при превышении током отсечки; ЭКТ1 - электроконтактные термометры, контролирующие температуру жидкости, охлаждающей ТПЧ; ЭКТ2 -электроконтактные термометры, контролирующие температуру воды в обмотке индуктора; ЭКТ3 - электроконтактный термометр, контролирующий температуру воды, охлаждающей конденсаторные батареи;

Принцип действия: для начала работы необходимо включить охлаждение индуктора, и конденсаторных батарей для этого нажимается кнопка SB4 при этом замыкается контакты контактора КМ и заслонка открывается, загорается лампочка, свидетельствующая о подаче воды,замыкаются контакты реле протока РД1, при этом контакты реле тока и электроконтактного реле замкнуты. После этого нажимается кнопка SB2 при этом по катушке реле контактора КЛ потечет ток и контактор включится. При превышении значения тока в обмотке индуктора (реле РМТ),температуры охлаждающей жидкости (реле ЭКТ3 или ЭКТ4) цепь с катушкой контактора КЛ размыкается и работа индуктора приостанавливается.

Размещено на Allbest.ru