Расчет индуктора для сквозного нагрева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство по науке и образованию Российской Федерации

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Нефтеюганский филиал

Курсовая работа

по дисциплине «Электрооборудование промышленных предприятий и установок »

Тема: Расчет индуктора для сквозного нагрева

Вариант 31

Выполнил: студент группы ЗЭЭ 410 НЮ

Клоков М.А.

Целью расчётно-графической работы является ознакомление с основами индукционного нагрева и выполнение расчёта индуктора для сквозного нагрева цилиндрических заготовок.

Расчет индуктора включает в себя разделы:

-выбор основных размеров индуктора;

-выбор частоты питающего тока;

-определение времени нагрева и удельной поверхностной мощности;

-электрический расчет индуктора.

Конструкция индуктора для сквозного нагрева мерных заготовок приведена пояснительном рисунке. Индуктирующий провод выполнен в виде водоохлаждаемой профилированной медной трубки, толщина которой должна быть не менее глубины проникновения тока в медь. Витковую изоляцию выполняют из лакоткани, киперной ленты или стеклоленты, пропитывают бакелитовым лаком и запекают. Толщина изоляции составляет 1,5...2 мм. Катушка из индуктирующего провода для придания жесткости зажимается между двумя продольными деревянными брусками с притянутыми по торцам асбоцементными плитами. Внутри витков помещены миканитовая гильза толщиной 1,5...2 мм для электрической изоляции, в которую устанавливается асбестовая гильза толщиной 2,5...3 мм. В асбестовой гильзе уложена основная тепловая изоляция в виде шамотных полуколец шириной 100... 150 мм.

Внутри индуктора продольно устанавливаются от одной до пяти трубчатых водоохлаждаемых направляющих, по которым перемещается нагреваемое изделие.

Пояснительный рисунок. Конструкция индуктора для сквозного нагрева: 1 - обмотка индуктора; 2 - шамотная изоляция; 3 - направляющие; 4 - фасадные асбестовые плиты; 5 - деревянные стягивающие брусья; 6 - нагреваемая заготовка

Дано:

= 60мм =250

U=375В t=1300

Выберем размеры индуктора. Максимальное значение полного КПД достигается при соотношении

в нашем случае:

Длину индуктора определяют из условия необходимости равномерного нагрева по всей длине заготовки, поскольку магнитное поле на торцах индуктора искажается, что вызывает подстуживание заготовки.

в нашем случае:

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

в нашем случае:

где d₃ - внутренний диаметр тепловой изоляции, причем

в нашем случае:

Выберем частоту питающего тока.

нижний и верхний пределы частоты питающего тока:

в нашем случае:

Таким образом, при температуре нагрева выше точки кюри

Так как в моём случае сталь не магнитная, то будем рассматривать, поведение материала при температуре выше точки кюри, на протяжении всего нагрева. Возьмем частоту питающего тока 150 Гц, что пределах .

При нагреве магнитных материалов выше точки Кюри принимают м_2r=1. При конечной температуре нагрева ниже точки Кюри учесть величину м_2r можно лишь приблизительно на основе практического опыта.

Оптимальная частота тока для сквозного нагрева стальных изделий

Произведём расчёт времени. Для стали немагнитной (нагрев выше точки Кюри) a= 62,5 ·10^-7 м²/с; t₀ = 1300 °С; t_Ц = 1200 °С; Дt = 100 °С; принимаем для расчёта

Дt'= t₀- t_Ц=200°С, а =1,18;

В первом приближении для расчета сквозного нагрева можно задать значения F₀ =0,2; о/R₂ =0,2, следовательно, б = 0,8.

В нашем случае: =173,91448с

При определении ф_к по формулам (6.5) - (6.10) значение функции S(б,в) подставляют из табл.5, приближенно принимая для сквозного нагрева F₀ = 0,2 .

Значения вспомогательной функции S (б, в, F₀) при F₀=0 для нагрева цилиндрических тел

Удельная поверхностная мощность

в нашем случае

где F₀ =0,2 ; л - теплопроводность приведена в табл. 3.

Электрическая часть

Идеализированная картина магнитного поля индуктора: а - магнитная схема замещения; б - электрическая схема замещения по полному току; в - упрощенная электрическая схема замещения

Расчет проводят в следующем порядке:

Глубина проникновения тока в материал индуктора

где с₁=2·10^-8 Ом·м - удельное сопротивление меди при расчетной температуре нагрева индуктора (60 °С). индуктор сквозной нагрев цилиндр

в нашем случае

Глубина проникновения тока в материал загрузки

в нашем случае:

Значения с₂ и м_2r определяют по данным, приведенным в параграфе 2 для расчетного режима при конечной температуре нагрева.

Активное сопротивление индуктора при условии, что толщина внутренней стенки трубки индуктора b₁ ?1,5 * Д₁,

в нашем случае:

где k_з - коэффициент заполнения индуктора, равный отношению высоты витка без изоляции к шагу навивки (зависит от конструкции индуктора и вида изоляции, принимается обычно равным от 0,75 до 0,9); d_1p =d₁+ Д₁-диаметр центрального слоя глубины проникновения тока в металл индуктора, м.

Относительная координата глубины проникновения тока в металл заготовки

в нашем случае:

Активное сопротивление загрузки

где А = f(m₂) - вспомогательная функция (см. табл. 7), причем при значениях

т₂ > 16 можно принять А = /т₂.

в нашем случае

Внутреннее реактивное сопротивление индуктора

где ш - сдвиг фаз между напряжённостями электрического и магнитного полей в металле индуктора. Если выполнено условие b₁ ?1,5 * Д₁, tgш ? 1, откуда х_1в ?r₁.

в нашем случае:

Внутреннее реактивное сопротивление загрузки

где В = f(m₂) - вспомогательная функция (табл. 4). Если т₂ > 16, то можно принять В=А =/т₂.

в нашем случае

Таблица 4. Значения вспомогательных функций A = f(m₂) и В = f(m₂)

Реактивное сопротивление рассеяния

в нашем случае:

Реактивное сопротивление пустого индуктора

в нашем случае:

где - поправочный коэффициент, учитывающий концевые эффекты короткого индуктора (табл. 5).

Таблица 5. Значение поправочного коэффициента, учитывающего концевые эффекты короткого индуктора k = F(d₁/R₁)

Реактивное сопротивление обратного замыкания

в нашем случае:

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

в нашем случае:

Приведенное активное сопротивление загрузки

в нашем случае:

Приведенное реактивное сопротивление индуктора

в нашем случае Эквивалентное активное сопротивление индуктора с загрузкой

в нашем случае:

Эквивалентное реактивное сопротивление

в нашем случае:

Эквивалентное полное сопротивление системы «индуктор-загрузка»

в нашем случае:

Электрический КПД индуктора

в нашем случае:

Коэффициент мощности индуктора

в нашем случае:

Мощность, передаваемая в загрузку

Мощность, подводимая к индуктору

в нашем случае:

Число витков индуктора при заданном напряжении на индукторе (U = 375,750,1500 В)

в нашем случае:

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

Ток индуктора

в нашем случае:

Электрические потери в индукторе

в нашем случае:

Мощность конденсаторной батареи, необходимая для компенсации реактивной мощности печи до cosц = 1

в нашем случае:

Мощность электрических потерь в конденсаторной батарее

в нашем случае:

где tgд = 0,0025...0,0045 - тангенс угла потерь в конденсаторах.

Мощность электрических потерь в токоподводах

в нашем случае:

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

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

в нашем случае:

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

Размещено на Allbest.ru