Краткая теория.

Описание

Индуктором называют катушку индуктивности, в которой производят нагрев вихревыми токами электропроводящих тел. При пропускании переменного тока через индуктор, подключенный к выходу индукционной установки, вокруг его провода наводится магнитное поле. Напряжённость этого поля периодически изменяется во времени по величине и направлению. Под воздействием переменно магнитного поля в теле наводятся вихревые токи, которые и обуславливают нагрев.

Конструкция

Поскольку величины токов проходящих через индуктор составляют единицы и даже десятки килоАмпер, то, во избежание расплавления, индукторы изготавливаются из медных, водоохлаждаемых трубок. Конструкция зависит от требований нагрева. Например, для поверхностной закалки непрерывно-последовательным способом наиболее часто применяются одновитковые индукторы, совмещённые с охлаждающим душем. Для закалки поверхностей сложной формы или для закалки плоских поверхностей применяются примыкающие индукторы с магнитопроводом. Внешняя поверхность таких индукторов повторяет обрабатываемую поверхность. Для сквозного нагрева мерных заготовок применяются многовитковые индукторы, имеющие внутреннюю теплоизоляцию и водоохлаждаемые направляющие, по которым скользят нагреваемые заготовки. Индукторы для плавильных печей характеризуются большими размерами и специальной конструкцией, обеспечивающей фиксацию витков друг относительно друга и крепление индуктора в корпусе печи.

Цель работы – Изучение индукционных нагревателей, определение основных характеристику индукторов: КПД.

Выполнение работы.

Соберем в программе Elcut систему которая состоит из индуктора, воздуха и металлическая пластина. Зададим начальные характеристики.

Решим задачу и запишем необходимые параметры, по полученным данным рассчитаем основные характеристики индуктора.

При токе 4070 А.

Повторим эксперимент при токе 8000 А.

Посчитав КПД при разных токах мы видим что КПД индукторов очень высокий при любых токах.

Ответы на вопросы.

1. Почему метал, расположенный рядом с током несущим проводником греться.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

То есть внутренние слои заготовки нагреваются за счет теплопроводности, и следовательно чем дальше слой от внешнего слоя тем медленней он нагревается.

2. Сравните КПД и косинус трансформатора и индуктора.

Сравнивать их нельзя, потому что их переназначения разные. Если для индуктора главное нагреть заготовку, то для трансформаторе преобразовать электрический ток.

3. Для чего железо трансформатора делают шихтованным.

Железо трансформатора делают шихтованным делают для того чтобы уменьшить блуждающие токи Фуко, которые приводят к нагреву железа трансформатора.

Вывод. Индуктивные печи удобны для применения и обладают хорошими характеристиками.