Студопедия — Индукционных нагревателей промышленной частоты
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Индукционных нагревателей промышленной частоты






Известные конструкции индукционных промышленных установок большой мощности, как правило, выполняют трехфазными и многосекционными [45, 29, 46, 21]. Все они, как было отмечено выше, обладают одним существенным недостатком – неравномерным распределение мощности по фазам нагревателя.

При проектировании мощных индукционных нагревателей промышленной частоты их целесообразно выполнять трехфазными для разнесения потребляемой мощности по фазам. В нагревателях периодического действия необходимо решать две задачи: задачу равномерного по длине загрузки распределения мощности и равномерного её распределения по фазам.

Неравномерность распределения мощности, потребляемой от сети секциями индуктора, подключенными к различным фазам, связана не только с различием их сопротивлений из-за разных температур и свойств соответствующих частей загрузки, но и главным образом из-за взаимного влияния секций [46].

Если фазы токов в двух соседних секциях различны, то наблюдается их специфическое взаимное влияние, называемое переносом мощности. При этом активная и реактивная мощности секций различны даже при одинаковых их собственных сопротивлениях, причем в секции с отстающим по фазе током потребляемая от сети активная мощность меньше, а реактивная – больше, чем в соседней. Различие в реактивной мощности может быть скомпенсировано конденсаторами. Различие же в активной мощности приводит к неравномерности загрузки фаз сети, перекосу напряжений и дополнительным потерям в питающем трансформаторе.

В то же время мощности в участках загрузки в каждой из секций при изменении фазового сдвига токов практически не меняются, так как зависят от модуля токов соответствующих секций. С ростом осевого зазора между секциями перенос мощности уменьшается, однако неравномерность распределения ее по длине загрузки увеличивается из-за провалов мощности в зонах зазоров. Основной задачей является обычно обеспечение качества нагрева, что заставляет располагать секции с минимальным осевым зазором.

Если получаемое в результате нагрева распределение мощности не обеспечивает требуемого качества, то используется два способа. При первом вводятся средства пространственного управления нагревом (например, путем сгущения витков или введения второго слоя в зону стыка). Способ обеспечивает равномерность нагрева в большом, но при этом увеличивается сопротивление связи между секциями. Второй способ заключается в установке магнитопроводов с возможно более узкими полюсами между секциями. Мощность под полюсами уменьшается ещё сильнее, однако провал очень узок и недогретая зона прогревается за счет теплопроводности. При этом связь между секциями мала.

На рисунке 1.1 приведено распределение мощности по длине ферромагнитного цилиндра, помещенного в трехфазный индуктор, а – параллельное подключение секций индуктора к одной фазе (КПД и коэффициент мощности максимальны; мощность распределена почти без провалов; ток средней секции минимален, что приводит к некоторому снижению удельной мощности в загрузке этой секции), б – прямое следование фаз со сдвигом 120º (наблюдается резкое снижение мощности в зоне стыка секций; мощность, потребляемая от сети, максимальна у секции 1, является опережающей и значительно отличается от мощности секции 3, но удельные мощности, передаваемые в загрузку под секциями 1 и 3 почти одинаковы; максимальная удельная мощность будет под секцией 2; снижается КПД и особенно коэффициент мощности), в – подключение секций с переворотом напряжения секции 2 (результаты повторяют синфазное включение, однако неравномерность загрузки фаз сохраняется значительной) [46].

В современном развитии технологий индукционного нагрева металла под горячую обработку на деформирующем оборудовании можно выделить разработки, ориентированные на совершенствование существующих конструкций индукционных нагревателей для сквозного нагрева ферромагнитных заготовок.

 

Рисунок 1.1 - Распределение мощности по длине

ферромагнитного цилиндра, помещенного в трехфазный индуктор

 

Так, например, коллективом Красноярского государственного технического университета запатентована индукционная установка сквозного нагрева мерных заготовок (патент РФ №2256304), представляющая собой два или более расположенных встык и соединенных параллельно секции обмотки (рис. 1.2), линейная токовая нагрузка в которых регулируется изменением условий смешанного резонанса для каждой секции обмотки по отдельности путем подбора сопротивлений батарей конденсаторов [97]. Каждая батарея конденсаторов состоит из трех частей, первая из которых включена последовательно с секцией обмотки, вторая часть батареи конденсаторов соединена параллельно с включенными последовательно первой частью батареи конденсаторов и секцией обмотки, третья часть батареи конденсаторов подключена последовательно к последовательно-параллельному контуру из первых двух частей батареи конденсаторов и секции обмотки, при этом все секции обмотки с соответствующими им батареями конденсаторов включены параллельно к источнику переменного напряжения, а сопротивление частей батарей конденсаторов подобраны так, чтобы фазы токов в секциях обмотки совпадали.

 

Рисунок 1.2- Индукционная установка

сквозного нагрева мерных заготовок

 

Предлагаемая индукционная установка сквозного нагрева мерных заготовок имеет следующие преимущества перед известными: она позволяет осуществлять более гибкое управление режимом нагрева; уменьшается взаимная индуктивность секций обмотки и влияние эффекта переноса мощности между ними. Одновременно с этим, недостатками такого устройства являются неравномерная загрузка фаз источника питания вследствие взаимной индуктивности соседних секций, приводящее к перераспределению мощности между секциями, и, как следствие, увеличение неравномерности температурного распределения по длине заготовки (эффект переноса мощности), а также несимметрия напряжений.

Известна также трехфазная индукционная нагревательная установка (авторское свидетельство №1266013), содержащая индуктор, соединенные в звезды батарею компенсирующих конденсаторов и три нелинейных индуктивных элемента, фазные выводы которых через фазные дроссели подключены к сети промышленной частоты, а нулевые точки объединены, отличающаяся тем, что, с целью упрощения установки при нагреве ферромагнитных тел, нелинейные элементы выполнены в виде трех проводников, свитых в жгут, служащий индуктором, а указанное соединение в звезду выполнено на одном конце жгута [98]. Нагрев осуществляется токами третьей гармоники с утроенной частотой по сравнению с частотой питающей сети. Такая индукционная установка предназначена для нагрева ферромагнитных изделий малой толщины.

 

Рисунок 1.3 - Схема намотки индуктора

1 – индуктор; 2 – фазные выводы; 3 – нулевая точка

 

Предлагаемая в данной работе установка представляет собой трехфазный индуктор, предназначенный для сквозного нагрева массивных цилиндрических заготовок в поперечном поле, принципиально отличающийся от известных наличием замкнутого цилиндрического магнитопровода, в продольных пазах которого размещены катушки индуктора. Проводники катушек индуктора ориентированы вдоль образующей внутренней цилиндрической поверхности магнитпровода, каждая катушка трехфазного индуктора занимает сектор магнитопровода, равный 120 градусам.

На рисунке 1.4 представлен эскиз предлагаемой конструкции индуктора. В пазах магнитопровода 1 расположены проводники катушек 2, 3, 4, трехфазного индуктора. В открытой части паза предусмотрена тонкостенная трубка 5 водяного охлаждения, выполненная из металла с высоким удельным сопротивлением, катушки индуктора, магнитопровод и трубка разделены электрической изоляцией. Индуктор и нагреваемый цилиндр 6 разделены футеровкой 7.

 

Рисунок 1.4 - Конструкция предлагаемой установки

индукционного нагрева

 

В предлагаемой новой конструкции индуктора сопротивления всех трех катушек одинаковы, и при любой схеме их соединения – в звезду или треугольник – сопротивления носят симметричный характер, так как все катушки имеют одинаковое число витков, общий магнитопровод и общую одинаковую для всех фаз нагрузку. источник питания, в качестве которого может быть использована, например, система электроснабжения промышленной частоты или трехфазный преобразователь частоты, предполагается симметричным, с соответствующим сдвигом по фазам. [66] Изменение параметров загрузки в процессе нагрева не приводит к появлению несимметрии, так как указанные изменения в одинаковой степени влияют на сопротивление каждой фазы. Поэтому можно утверждать, что в нормальном режиме несимметрия отсутствует полностью и установка равномерно загружает трехфазные сети. Применение принудительного водяного охлаждения в виде тонкостенной трубки из титана или другого немагнитного металла с высоким удельным сопротивлением позволяет поддерживать температурный режим изоляции катушек индуктора и магнитопровода на допустимом уровне.

Для представляемой в работе установки индукционного нагрева ферромагнитных цилиндрических заготовок получение математической модели аналитическим методом затруднительно ввиду сложной составной геометрии системы, нелинейных зависимостей параметров процесса от температуры в процессе нагрева.

Основными причинами нелинейностей электромагнитной и тепловой задач, решаемых в комплексе, являются: нелинейная зависимость функции распределения внутренних источников тепла от температуры при высокотемпературном нагреве ферромагнитных заготовок (изменение магнитных свойств металла при переходе через точку Кюри) и зависимость теплофизических характеристик материала заготовки от температуры. Кроме того, необходимо учитывать различные условия теплообмена – радиационного, конвективного и кондуктивного – между сопряженными телами с разными теплофизическими свойствами и существенно отличающимся уровнем температур на границах отдельных элементов системы.

Разработка новой конкурентоспособной конструкции индукционной установки для нагрева массивных заготовок подразумевает под собой решение ряда научных задач, который включает:

– Разработку математических моделей процессов индукционного нагрева, учитывающих сложную конфигурацию элементов индуктора и нелинейную зависимость параметров системы «индуктор – металл» от температуры.

– Проектирование конструкции индукционной нагревательной системы, обеспечивающей в совокупности минимум капитальных и эксплуатационных затрат при работе комплекса “нагреватель – технологическая установка”.

– Разработку алгоритмов оптимального управления режимами работы технологического комплекса и синтез замкнутых систем управления.

Первоочередной, безусловно, является задача разработки конструкции индукционной системы и только после выбора наилучшей в определенном смысле конструкции, на втором этапе, решается задача синтеза алгоритмов автоматического управления температурным режимом установки технологического нагрева. Как правило, в процессе поиска наилучшего конструктивного решения требуется проводить выбор из большого количества возможных вариантов. При этом выбор диктуется стремлением получить наивысшие технико-экономические показатели проектируемой системы при выполнении предъявляемых к проектируемой установке требований. Современные средства вычислительной техники позволяют при проектировании анализировать широкий спектр варьируемых параметров и разработать оптимальную конструкцию индукционной системы, удовлетворяющую технологическим требованиям. Решение этих задач будет способствовать повышению эффективности, конкурентоспособности и более широкому внедрению индукционных нагревательных установок в различных сферах производственной деятельности.

Разработка алгоритмов и методики проектирования новой энергоэффективной конструкции индукционного нагревателя на основе выявленных закономерностей поведения электромагнитных и тепловых полей при нагреве ферромагнитной цилиндрической заготовки в поперечном поле трехфазного индуктора и является центральным предметом исследования в диссертации.

Выводы

1. Проведённый анализ существующих технологий и устройств сквозного индукционного нагрева показал, что используемые в настоящее время конструкции установок для нагрева на промышленной частоте не всегда удовлетворяют возросшим требованиям к технико-экономическим показателям нагревательного комплекса, экологии, электромагнитной совместимости.

2. Предложена конструкция энергоэффективного трехфазного индукционного нагревателя, позволяющего обеспечить полную электромагнитную совместимость с питающей сетью и обеспечить равномерный нагрев ферромагнитной заготовки.

3. Сложность процессов различной природы, протекающих при индукционном нагреве, обусловливает необходимость применения численных методов математического моделирования, особенно при рассмотрении процессов нагрева ферромагнитных заготовок.

 

 







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 2490. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Понятие массовых мероприятий, их виды Под массовыми мероприятиями следует понимать совокупность действий или явлений социальной жизни с участием большого количества граждан...

Тактика действий нарядов полиции по предупреждению и пресечению правонарушений при проведении массовых мероприятий К особенностям проведения массовых мероприятий и факторам, влияющим на охрану общественного порядка и обеспечение общественной безопасности, можно отнести значительное количество субъектов, принимающих участие в их подготовке и проведении...

Тактические действия нарядов полиции по предупреждению и пресечению групповых нарушений общественного порядка и массовых беспорядков В целях предупреждения разрастания групповых нарушений общественного порядка (далееГНОП) в массовые беспорядки подразделения (наряды) полиции осуществляют следующие мероприятия...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия