РАСЧЕТ  ИНДУКТОРА  ДЛЯ  СКВОЗНОГО  НАГРЕВА  ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ  ЗАГОТОВОК

Калимуллин  Алик  Талгатович

ассистент,  каф.  ЭсПП, 
Омский  государственный  технический  университет, 
РФ,  г.  Омск

Темников  Евгений  Александрович

студент  4  курса,  энергетического  факультета, 
Омского  государственного  технического  университета, 
РФ,  г.  Омск

E-mail:  EvgenTemnikov@mail.ru

Лесков  Иван  Алексеевич

студент  4  курса,  энергетического  факультета, 
Омского  государственного  технического  университета, 
РФ,  г.  Омск

Троценко  Владислав  Михайлович

студент  4  курса,  энергетического  факультета, 
Омского  государственного  технического  университета, 
РФ,  г.  Омск

Агафонов  Никита  Константинович

студент  4  курса,  энергетического  факультета, 
Омского  государственного  технического  университета, 
РФ,  г.  Омск

CALCULATION  OF  INDUCTOR  FOR  THROUGH  HEATING  OF  CYLINDRICAL  WORK

Alik  Kalimullin

assistant  of  Industrial  Power  Supply  Chair, 
Omsk  State  Technical  University, 
Russia,  Omsk

Evgeniy  Temnikov

4-year  student  of  Energetic  Department, 
Omsk  State  Technical  University, 
Russia,  Omsk

Ivan  Leskov

4-year  student  of  Energetic  Department, 
Omsk  State  Technical  University, 
Russia,  Omsk

Vladislav  Trotchenko

4-year  student  of  Energetic  Department, 
Omsk  State  Technical  University, 
Russia,  Omsk

Nikita  Agafonov

4-year  student  of  Energetic  Department, 
Omsk  State  Technical  University, 
Russia,  Omsk

АННОТАЦИЯ

Статья  посвящена  расчету  индуктора  для  сквозного  нагрева  цилиндрических  заготовок.

ABSTRACT

The  article  is  devoted  to  calculation  of  inductor  for  through  heating  of  cylindrical  work. 

Ключевые  слова:  индуктор;  нагрев.

Keywords:  inductor;  heating. 

Индукционный  нагрев  основан  на  поглощении  электромагнитной  энергии  металлическими  телами,  помещенными  в  быстропеременное  магнитное  поле.  По  закону  электромагнитной  индукции  в  теле  (заготовке,  изделии)  наводится  ЭДС  под  действием  которой  в  теле  протекают  так  называемые  вихревые  токи,  нагревающие  тело.  Проведем  расчет  индуктора  для  сквозного  нагрева  цилиндрических  заготовок.

1.  Исходные  данные.

Диаметр  загрузки  :  50  мм;

Высота  загрузки  :  200  мм;

Материал  загрузки:  Немагнитная  сталь;

Напряжение  на  индукторе:  1500  В;

Конечная  температура  нагрева  :  1300  ºC.

2.  Выбор  основных  размеров  индуктора.

Максимальное  значение  полного  КПД  индуктора  достигается  при  соотношении  диаметров:

  м;

Длину  индуктора  определяют  из  условия  необходимости  равномерного  нагревания  заготовки  по  всей  длине  заготовки,  что  соответствует  соотношению:

  м;

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

,  где    —  внутренний  диаметр  тепловой  изоляции,  причем:    м;

Тогда:

  кВт;

Рисунок  1.  Конструкция  индуктора  для  сквозного  нагрева:  1  —  Обмотка  индуктора;  2  —  Шамотная  изоляция;  3  —  Направляющие;  4  —  Фасадные  асбестовые  плиты;  5  —  Деревянные  стягивающие  брусья;  6  —  Нагреваемая  заготовка

3.  Выбор  частоты  питающего  тока.

,  где  ρ₂  —  Удельное  сопротивление  стали,  равное    Ом  м;    —  Магнитная  проницаемость  нагреваемого  материала,  .  Тогда:

;  ;

По  таблице  4  [1]  принимаем  оптимальную  частоту  тока  для  сквозного  нагрева  изделия  из  стали    Гц.

4.  Определение  времени  нагрева  и  удельной  поверхности  мощности.

,  с,  где    при  ,  это  вспомогательные  функции,  определяемые  по  таблице  5  [1].  Тогда:

  с

Удельная  поверхностная  мощность:

,  Вт  /  м²,  где  λ  —  Теплопроводность  по  таблице  6  [1],    –  Критерий  Фурье,  равный:    ;  Тогда:

  Вт  /  м²;

5.  Электрический  расчет  индуктора.

Электрическая  схема  замещения  по  полному  току  представлена  на  рисунке  2.

Рисунок  2.  Электрическая  схема  замещения  по  полному  току

Упрощенная  электрическая  схема  замещения  представлена  на  рисунке  3.

Рисунок  3.  Упрощенная  электрическая  схема  замещения

5.1.  Глубина  проникновения  тока  в  материал  индуктора:

,  м,  где    —  Удельное  сопротивление  меди  при  расчетной  температуре  нагрева  индуктора.  Тогда:

  м;

5.2.  Глубина  проникновения  тока  в  материал  загрузки:

  м;

5.3.  Активное  сопротивление  индуктора  при  условии,  что  толщина  внутренней  стенки  трубки  индуктора  :

,  где    —  Коэффициент  заполнения  индуктора,  равный  отношению  высоты  витка  без  изоляции  к  шагу  навивки  (принимают  от  0,75  до  0,9);    —  диаметр  центрального  слоя  глубины  проникновения  тока  в  металл  индуктора.  Тогда:

;

  Ом  /  виток²;

5.4.  Относительная  координата  глубины  проникновения  тока  в  металл  заготовки:

;

5.5.  Активное  сопротивление  загрузки:

,  Ом  /  виток²,  где    —  Вспомогательная  функция,  определяемая  по  таблице  7  [1].  Тогда:

  Ом  /  виток²;

5.6.  Внутреннее  реактивное  сопротивление  индуктора:

  Ом  /  виток²,  где    —  Сдвиг  фаз  между  напряженностями  электрического  и  магнитного  полей  в  металле  индуктора. 

Если  выполнено  условие    (,  то  ,  тогда  .

5.7.  Внутреннее  реактивное  сопротивление  загрузки:

,  Ом  /  виток²,  где    —  Вспомогательная  функция,  определяемая  по  таблице  7  [1].  Тогда:

  Ом  /  виток²;

5.8.  Реактивное  сопротивление  рассеивания:

  Ом  /  виток²;

5.9.  Реактивное  сопротивление  пустого  индуктора:

,  Ом  /  виток²,  где    —  Поправочный  коэффициент,  учитывающий  концевые  эффекты  короткого  индуктора,  который  определяется  по  таблице  8  [1].  Тогда:

;

Отсюда:

  Ом  /  виток²;

5.10.  Реактивное  сопротивление  обратного  замыкания:

  Ом  /  виток²;

5.11.  Коэффициент  приведения  параметров,  позволяющих  перейти  от  схемы  замещения  по  полному  потоку  к  упрощенной  схеме  замещения:

;

5.12.  Приведенное  активное  сопротивление  загрузки:

  Ом  /  виток²;

5.13.  Приведенное  реактивное  сопротивление  индуктора:

  Ом  /  виток²;

5.14.  Эквивалентное  активное  сопротивление  индуктора  с  загрузкой:

  Ом  /  виток²;

5.15.  Эквивалентное  активное  сопротивление  индуктора  с  загрузкой:

  Ом  /  виток²;

5.16.Эквивалентное  полное  сопротивление  индуктора  с  загрузкой:

  Ом  /  виток²;

5.17.Электрический  КПД  индуктора:

;

5.18.  Коэффициент  мощности  индуктора:

;

5.19.  Мощность,  передаваемая  в  загрузку:

  кВт;

5.20.  Мощность,  подводимая  к  индуктору:

  кВт;

5.21.  Число  витков  индуктора  при  заданном  напряжении  на  индукторе:

;

5.22.  Активное,  реактивное  и  полное  сопротивления  индуктора  с  загрузкой:

  Ом;

  Ом;

  Ом;

5.23.  Ток  индуктора:

  А;

5.24.  Электрические  потери  в  индукторе:

  кВт;

5.25.  Мощность  конденсаторной  батареи,  необходимой  для  компенсации  реактивной  мощности:

  кВар;

5.26.  Мощность  электрических  потерь  в  конденсаторной  батареи:

,  Вт,  где    —  Тангенс  угла  потерь  в  конденсаторах,  который  можно  принять  в  интервале  .  Тогда:

  кВт;

5.27.  Мощность  электрических  потерь  в  токоподводах:

,  Вт,  где    —  Активное  сопротивление  гибких  кабелей,  которое  можно  приближённо  можно  принять  равным  .  Тогда:

  кВт;

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

  кВт;

В  соответствии  с  последним  выражением  выбираем  ближайший  по  мощности  выпускаемый  промышленностью  источник  питания  (согласующийся  трансформатор  или  преобразователь  частоты).

Выбираем  преобразователь  частоты  ТПЧП-320-0,5

Данный  преобразователь  оснащён  системами:

внутренней  самодиагностики  и  защиты;  многоконтурного  автоматического  регулирования;  дистанционного  управления  и  регулирования;  отображения  параметров  преобразователя  и  состояния  основных  элементов.

Охлаждение  водяное  двухконтурное

Список  литературы:

1. Коврижин  Б.Н.,  Харченко  М.С./  «Расчет  индуктора  для  сквозного  нагрева  цилиндрических  заготовок»:  Методические  указания  к  расчетно-графической  работе  по  специальностям  100400  и  650900  для  студентов  очной,  очно-заочной  и  заочной  форм  обучения,  ОмГТУ,  2002  г.  —  20  стр.