Общие сведения об индукционных электротехнологических установках

Лекция 11.

Электроустановки индукционного нагрева.

Основы индукционного нагрева

Индукционный нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца.

Принципиальная схема индукционного нагрева включает: индуктор, зазор и нагреваемое тело.

Индуктор создает переменный во времени магнитный поток, действующий на нагреваемое тело.

В нагреваемом теле возникает ЭДС (Е), которая обеспечивает возникновение вихревых токов (I)и выделение мощности (Р).

                                              (11.1)

где Е - ЭДС, возникающая в нагреваемом теле, В;

Ф - магнитный поток, создаваемый индуктором, Вб;

w - число витков индуктора, шт.;

f – частота питающей сети, Гц.

                                                         (11.2)

где Р - мощность, выделяемая в нагреваемом теле, Вт;

R - сопротивление нагреваемогo тела, Ом;

Z - полное сопротивление цепи, Ом.

Формы индукторов различны - цилиндрическая, плоская и др.

Индукторы изготавливают обычно из меди - немагнитного материала, охлаждаемого водой.

Он имеет много витвок и может быть снаружи и внутри нагреваемого тела.

Максимальное значение КПД индуктора η = 0,70 - 0,88.

Коэффициент мощности зависит от зазора - чем больше зазор между индуктором и нагреваемым телом, тем ниже cosφ.

Глубина нагрева тела увеличивается с ростом его удельного сопротивления и снижается с увеличением частоты тока.

Достоинствами электроустановок индукционного нагрева являются:

Ø высокая скорость нагрева и неограниченный уровень температур,

Ø простота автоматизации технологического процесса,

Ø возможность регулирования зоны действия вихревых токов в пространстве (ширина и глубина прогрева),

Ø хорошие санитарно-гигиенические условия труда.

Но, вместе с этим, требуются более сложные источники питания и повышенный удельный расход ЭЭ на технологические операции.

Ток индукторов составляет от сотен до нескольких тысяч ампер при cpeдней плотности тока 20 А/мм².

Индукционный способ нагрева применяется для:

Ø плавки металлов и неметаллов,

Ø поверхностной закалки,

Ø нагрева изделий для пластической деформации и т.п.

Общие сведения об индукционных электротехнологических установках

Индукционные ЭТУ разделяются на плавильные, нагревательные и закалочные.

Они могут работать от источников на частотах:

Ø 50 Гц - промышленная;

Ø 0,5-10 кГц - средняя;

Ø стони - тысячи кГц - высокая.

Плавильные установки (печи) разделяются по конструкции на индукционные канальные печи (ИКП) и индукционные тигельные печи (ИТП).

Для рабочего процесса печей характерно:

Ø электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, что способствует получению однородного по составу металла и равномерному прогреву по всему объему;

Ø малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах).

Применяются для производства фасонного литья из черных и цветных металлов.

Рабочие температуры печей:

Ø 750 ⁰С - для выплавки алюминия,

Ø 1200 ⁰С - для выплавки меди,

Ø 1200 - 1400 ⁰С - для выплавки чугуна,

Ø 1600 ⁰С - для выплавки стали.