WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 12 |

Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных материалов по достижении точки магнитных превращений падает до единицы. Вследствие этого изменяются электрические параметры заготовки и эквивалентные параметры индуктора. Потребление энергии заготовкой оказывается не постоянным, также как и нагрузка источника питания. Обычно напряжение источника питания стабилизировано, и напряжение на индукторе можно считать приблизительно постоянным. Характерные зависимости потребляемой стальной заготовкой мощности от времени Р2 = f(t) при UИ = const приведены на рис.3.1[3].

РРР2СР Р2Г t 0 t1 t2 tРис.3.1. Зависимость передаваемой в стальную заготовку мощности от времени при сквозном нагреве.

Вид кривой зависит от соотношения размеров индуктора и заготовки, от относительной длины системы, а также от степени проявления поверхностного эффекта. При больших зазорах, применяемых при сквозном нагреве, мощность, потребляемая в начальной стадии нагрева стальных заготовок, всегда больше, чем в конце. Расчет и опыт показывают, что при относительном разнообразии зависимостей Р2 =f(t), отношение мощности в горячем режиме Р2Г к средней мощности за цикл нагрева Р2СР колеблется в узких пределах. Для ориентировочных расчетов можно принять:

Р2Г 0,72·Р2СР (3.1) Тогда, рассчитав индуктор на эту мощность только в горячем режиме, мы обеспечиваем весь нормальный цикл нагрева и требуемую среднюю мощность Р2СР.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com В примере раздела 2 необходимо при вычислении тока I1 вместо РИ подставить Р2Г 0,72·Р2СР. В результате снизится напряжением U1 на И условном одновитковом индукторе, и увеличится число витков W. Расчет охлаждения индуктора остается без изменения, так как средние тепловые потери определяются средней потребляемой мощностью.

При нагреве заготовок из немагнитных материалов мощность Рмонотонно возрастает или падает в процессе нагрева в соответствии с характером изменения удельного сопротивления, приблизительно пропорционального 2. При нагреве немагнитных металлов и сплавов электрический расчет индуктора обычно целесообразно производить по среднему значению удельного сопротивления, как было указано в разделе 2.

В тех случаях, когда необходимо знать предельные значения активной и реактивной мощности, подводимой к индуктору, что важно, например, при разработке системы для поддержания постоянным коэффициента мощности питающей линии, следует расчет индуктора производить по этапам нагрева.

Разобьем цикл нагрева на 4 этапа:

1. Холодный режим – начало нагрева. Заготовка полностью ферромагнитна. Удельное сопротивление равно исходному:

2 = 2 10-7Ом м.

2. Первый промежуточный режим. Температура поверхности заготовки Т0=650…7000С. Заготовка ферромагнитна, удельное сопротивление 2 = 6 10-7Ом м. Этот режим соответствует в среднем моменту времени t10,12·tК, где tК – полное время нагрева.

3. Второй промежуточный режим. Соответствует прогреву заготовки на глубину хК = 0,5·К, который достигается в момент времени t20,22·tК.

Удельное сопротивление 2 = 10 10-7Ом м.

4. Горячий режим, при котором хК>К. Достигается в момент времени t30,3·tК и продолжается до окончания нагрева. 2 = 12,4 10-7Ом м.

В соответствии с этими четырьмя режимами построен расчет индуктора.

3.2. Расчет индуктора на постоянное напряжение по этапам нагрева.

К началу электрического расчета известны размеры заготовки D2 и адля цилиндра, средняя потребляемая мощность Р2СР и полное время нагрева tК. Необходимо определить размеры индуктора. Электрический расчет индуктора начинают с четвертого этапа – горячего режима[3].

Горячий режим Для удельного сопротивления на этом этапе рекомендуется принять его среднее значение в интервале температур 800…13000С, 2 = 12,4 10-7Ом м.

По формуле (3.1) определяется ориентировочное значение мощности, PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com передаваемой в заготовку в горячем режиме, Р2Г и удельной мощности Р04, которая для цилиндрической заготовки равна:

Р2Г Р04 =, Вт/м2 (3.2) D2 a Далее рассчитывается условный одновитковый индуктор также как в разделе 2, но на мощность Р2Г. В результате расчета находится напряжение на индукторе U1, которое является базовым и остается неизменным во всех И остальных режимах. Реактивное сопротивление х0, реактивное сопротивление рассеяния хS, активное сопротивление r1 и внутреннее реактивное сопротивление х1П от режима не зависят, и используются при расчете индуктора для всех этапов нагрева.

Холодный режим.

Для всех сталей принимают удельное сопротивление 2 = 2 10-7Ом м.

Так как полная и удельная мощности в холодном режиме неизвестны, их находят методом последовательного приближения. Задают удельную мощность Р01 = 2·Р04 и, следовательно, Р2 = 2·Р2Г. По формуле (3.3) и по таблице 3.1 находят е:

РHe µe = 3,67 102 ; (3.3) f где Р0 – удельная мощность;

– удельное сопротивление;

f – частота;

B µe = - относительная магнитная проницаемость на µ0 He поверхности, определяемая по первым гармоникам В и Н;

Не – действующее значение первой гармоники напряженности магнитного поля на поверхности;

В – индукция, найденная по кривой намагничивания Таблица 3.Средние магнитные свойства конструкционной стали при различной напряженности магнитного поля Н·10-2, А/м В, Тл Н µ 1 2 3 40 1,496 299 2,75·80 1,635 164 7,9·159 1,785 89,2 2,4·239 1,873 62,3 4,51·399 1,985 39,7 1·797 2,099 21,0 2,91·1594 2,228 11,1 8,48·2391 2,338 7,8 1,6·PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 3188 2,441 6,1 2,51·3587 2,491 5,5 3,02·PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Продолжение таблицы 3.1 2 3 3985 2,540 5,1 3,59·4770 2,640 4,4 4,77·5570 2,740 3,9 6,23·Находят глубину проникновения тока и сопротивления заготовки, которые при ярко выраженном поверхностном эффекте для цилиндра равны:



2 = 503, (3.4) µ0 f 1,37 D2 r2 =, (3.5) а rх2М =. (3.6) 1,Далее находят по известным формулам коэффициент приведения активного сопротивления с, приведенные сопротивления r2’ и х2’, эквивалентные сопротивления индуктора rЭ, хЭ и zЭ, ток условного одновиткового индуктора и напряжение на индукторе РI1 = ;

И rU1 = IИ’·zЭ.

И Полученное U1 обычно не совпадает с базовым, тогда следует И задаться двумя другими значениями Р01 так, чтобы в одном случае напряжение получилось больше, а в другом меньше базового, и повторить расчет для этих значений Р01. Построив зависимость U1 = f(Р01), получают И требуемое значение Р01, опустив перпендикуляр на ось абсцисс из точки пересечения этой кривой с линией базового напряжения (рис.3.2). После этого производят окончательный расчет индуктора в холодном режиме.

U`И 1 U`И.БАЗ Р01 Р02 РРис.3.2. Зависимость напряжения на индукторе от удельной мощности 1 - холодный режим;

2 - первый промежуточный режим.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Первый промежуточный режим.

Принимают удельное сопротивление 2 = 6 10-7Ом м. Расчет проводят также как и для холодного режима.

Второй промежуточный режим.

Глубина прогрева хК = 0,5·К. Принимают 2 = 10 10-7Ом м.

Активное и внутреннее реактивное сопротивление заготовки:

Dr2 = 3,5910-6 f ; (3.7) а х = r2 tg = 0,298 r2 ; (3.8) 2М где D`2 = D2 – - расчетный диаметр;

– глубина активного слоя.

В рассматриваемом случае = 0,55·К. При этом необходимо, чтобы < 0,2·D2. Далее определяют величины с, r`2, x`2, rЭ, хЭ, zЭ.

Ток уловного одновиткового индуктора находят по базовому напряжению.

U`И I`И =, (3.9) zЭ Находят мощность, передаваемую в заготовку:

Р2 = I`И2r2. (3.10) Строят зависимость Р2 = f(t) по моментам времени, указанным в подразделе 3.1:

t1 0,12·tК;

t2 0,22·tК;

t3 0,3·tК.

Площадь, ограниченная кривой Р2 = f(t), должна быть равна Р2СР tК :

tК Р dt = Р2СР t (3.11) 2 К При расхождении, обычно не превышающем 5-10%, соответственно на 2,5-5% изменяют напряжение U`И, не пересчитывая параметры индуктора в холодном и первом промежуточном режимах, которые в этих пределах мало зависят от мощности.

В заключение находят число витков и проводят расчет охлаждения индуктора. Для создания запаса по охлаждению расчет проводят по наибольшим полным потерям, которые обычно соответствуют горячему режиму.

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 1. При нагреве немагнитных металлов и сплавов электрический расчет индуктора целесообразно производить по среднему значению удельного сопротивления. В тех случаях, при нагреве ферромагнитных заготовок, когда необходимо знать пределы активной и реактивной мощности, подводимой к индуктору, следует расчет индуктора проводить по этапам нагрева.

2. В индукторе нагревателя периодического действия по мере повышения температуры заготовки изменяются эквивалентные параметры индуктора и мощность, передаваемая в стальную заготовку.

3. Расчет индуктора на постоянное напряжение по этапам нагрева начинают с «горячего» режима, так как этот режим позволяет определить среднее значение мощности за цикл нагрева и среднее значение мощности за время его длительности. Мощность, передаваемая в стальную заготовку в течение горячего режима, остается практически постоянной и составляет примерно 72% от средней мощности за цикл нагрева.

4. При расчете тока одновиткового индуктора целесообразно использовать значение мощности, передаваемой в заготовку в горячем режиме. Рассчитав индуктор на эту мощность, обеспечивают весь нормальный цикл нагрева и требуемую среднюю мощность за весь цикл нагрева.

5. Расчеты холодного и первого промежуточного режимов осуществляются методом последовательных приближений, так как к началу расчета неизвестна мощность, передаваемая в стальную заготовку.

6. При расчете второго промежуточного режима напряжение на одновитковом индукторе принимают равным базовому значению (определенному при расчете горячего режима).

7. В качестве исходного среднего значения мощности принимают мощность, найденную при расчете горячего режима, без учета изменения средней мощности в процессе нагрева. Рассчитав мощность для каждого этапа нагрева, строят зависимость средней мощности от времени. Путем графического интегрирования находят среднее значение мощности за весь цикл нагрева. Это значение сравнивают с исходным значением и вносят коррективы в результаты расчета индуктора.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ УСТАНОВОК ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ Преобразователь повышенной частоты для электротехнологических установок состоит из двух основных узлов: выпрямителя и однофазного автономного инвертора. Промежуточное звено постоянного тока включает сглаживающий фильтр, который часто является элементом схемы инвертора[6].





Различают преобразователи с явно выраженным и скрытым звеном постоянного тока. В первых, получивших преобладающее применение, одна группа вентилей используется только для выпрямления тока, а другая - только для инвертирования. При скрытом звене постоянного тока одни и те же вентили служат одновременно как для выпрямления, так и для инвертирования. Тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ) со скрытым звеном постоянного тока применяются значительно реже.

Будем рассматривать только инверторы тока и резонансные инверторы, поскольку инверторы напряжения в электротехнологических установках повышенной частоты практически не применяются. Процессы в выпрямителе и инверторе тиристорного преобразователя частоты взаимосвязаны, однако при рассмотрении принципа действия и основных характеристик автономных инверторов считают источники их питания идеальными.

Инверторы тока Отличительной особенностью инверторов тока является большая индуктивность реактора на входе вентильной ячейки, вследствие чего ток вентилей в межкоммутационных интервалах оказывается практически полностью сглаженным при любых параметрах нагрузки и любых емкостях коммутирующих конденсаторов.

Схемы инверторов тока не отличаются многообразием. Это так называемые «классические» схемы, по некоторым из которых еще в 30-е годы XX века собирались на ртутных вентилях установки индукционного нагрева. По способу подключения нагрузки к коммутирующим конденсаторам инверторы тока подразделяются на параллельные, последовательные и на инверторы с усложненной выходной цепью (последовательно-параллельные, параллельно-последовательные и т. д.). По способу соединения вентилей схемы инверторов тока подразделяются на мостовую, нулевую и полумостовую индуктивного типа, которая отличается от мостовой схемы тем, что вентили анодной (или катодной) группы в ней заменены реакторами. Для повышения предельной частоты или увеличения мощности инверторы тока могут собираться из нескольких идентичных ячеек, каждая из которых представляет собой последовательный инвертор.

По сравнению с резонансными инверторами инверторы тока требуют наименьшей установленной мощности оборудования, в них наилучшим образом используются тиристоры. Благодаря большой индуктивности PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com входного реактора в них облегчается построение токовой защиты. К их недостаткам следует отнести необходимость принятия мер по ограничению скорости нарастания тока в контуре коммутации, а также сравнительно низкую предельную частоту, которая для одноячейковых схем при существующих типах тиристоров практически не превышает 4 кГц.

Из инверторов наибольшее распространение получил параллельный(рис.4.1).

Yэ= Рис.4.1. Мостовая схема однофазного параллельного инвертора В этой схеме активная и реактивная проводимости:

rЭ gэ = ;

rэ2 + хэ (4.1) хЭ bэ =, rэ2 + хэ где rЭ, хЭ см. схему замещения раздела 2 (рис.2.1).

Действующее значение инвертированного напряжения U равно:

Ud U =, (4.2) 0,9 cos (1) где (1) – угол сдвига фаз между инвертированным напряжением U и основной гармоникой инвертированного тока i(1).

(1) =, где – угол запирания вентилей.

Резонансные инверторы Отличительной особенностью резонансных инверторов является наличие последовательного LC-контура с параметрами, подобранными таким образом, чтобы ток управляемых вентилей изменялся по колебательному закону в течение всего интервала проводимости (рис.4.1).

Обычно стремятся к тому, чтобы собственная частота последовательного контура превышала частоту управления. В данных условиях выключение проводящего вентиля предшествует моменту отпирания очередного (так называемый режим естественного выключения). При этом скорость нарастания тока отпираемых вентилей получается относительно небольшой, что благоприятно сказывается на режиме их работы, особенно на повышенных частотах. Важным достоинством резонансных инверторов, делающим PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com перспективным их применение на повышенных частотах, является возможность получения большого времени запирания за счет удлинения пауз между импульсами тока управляемых вентилей. Резонансные инверторы обычно применяются при рабочих частотах более 1 - 2 кГц. При рассмотрении характеристик резонансных инверторов их схемы разделяют на три больших класса:

1. Симметричные - кривые токов нагрузки и конденсаторов симметричны относительно оси времени, т. е. удовлетворяют условию (t) = -(t + ) ;

2. Несимметричные - кривая тока нагрузки не симметрична относительно оси времени (при этом кривые токов конденсаторов могут быть симметричными и несимметричными);

3. Полусимметричные - кривая тока нагрузки симметрична, а кривые токов конденсаторов несимметричны относительно оси времени.

4.2. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ТИПА ТПЧ-8001/0,5 (800 В, 1кГц, 0,5 кВт.) Для питания индукционных установок для термобработки дёталей часто используют электромашинные преобразователи частоты - приводной двигатель синхронного или асинхронного типа и генератор средней частоты индукторного типа. Двигатели питаются от трехфазной сети с частотой Гц, напряжением 380, 660, 3000, 6000 и 10000 В. Машинные преобразователи мощностью 12-500 кВт типов ВПЧ и ОПЧ выпускаются однокорпусными вертикального исполнения, а типов ОПЧ мощностью 1500 и 2500 кВт - двухкорпусными горизонтального исполнения[6].

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.