19

Лекция 4 (1 и 2 части)

НАГРЕВ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ

1. Прямой контактный нагрев и его особенности

1.1. Схема прямого нагрева сопротивлением (проводимость первого рода)

показана на рис. 1, в ней изделие 2 нагревается протекающим по нему током.

Рис.1а. Схема прямого нагрева периодического действия:

1. Водоохлаждаемые зажимы; 2 - нагреваемое изделие; 3 - печной трансформатор; f – усилие прижатия зажимов.

Рис. 1б. Схема прямого нагрева непрерывного действия:

Токоподвод к изделию осуществляется с помощью раздвижных контактных головок (зажимов). Зажатие изделия для получения хорошего контакта производится с помощью пневмоцилиндров, управляемых посредством спец. системы управления пневмоцилиндрами.

Для питания установки используют трансформаторы повышенной частоты со вторичным напряжением 1 В. Вторичная обмотка трансформатора имеет один виток, выполненный из толстой медной шины. Регулирование тока, а следовательно, скорости и конечной температуры нагрева производится переключением отводов первичной обмотки трансформатора. В установках непрерывного нагрева устанавливают сухие, скользящие или роликовые контакты, либо жидкостные или полужидкостные (контакты с поливом токопроводящей жидкостью).

1.2. Области применения:

- прямой нагрев металлических деталей (валов, осей, труб, лент) для термической или механической обработки;

- наплавка или переплавка;

- контактная сварка

- нагрев воды, жидкостей и суспензий.

1.3. Количества теплоты (мощности), выделяемой в единицу времени

Р = I²  R = U² / R

I – величина тока, проходящего через проводник, А

R – сопротивление детали переменному току, Ом

U – напряжение, приложенное к проводнику, В

R =   l / S

 - удельное электрическое сопротивление проводника, Омм

l - длина, м

S – площадь поперечного сечения, м²

С увеличение температуры проводника возрастает его сопротивление

 = ₂₀ (1 + )

₂₀ - удельное электрическое сопротивление при 20С, Омм (от меди до стали 1,710^-8…1,4 10^-6)

 = t – 20 (тета) – превышение температуры над 20С, С

 - температурный коэффициент сопротивления, С^-1

При нагреве стальных заготовок мощность к концу нагрева возрастает в 1,3…1,4 раза.

2. Выбор мощности нагревательного трансформатора

Для выбора трансформатора необходимо знать его расчетную мощность и вторичное напряжение

2.1. Полная расчетная мощность трансформатора

S_РАСЧ = S_ТР  ( )= (Р_УСТ / _ТР cos ) 

S_ТР - полная мощность трансформатора

ПВ - относительная продолжительность включения

ПВ = _Р / _Ц = _Р / _Р + _П

_Р, _П, _Ц – время нагрева (работы), паузы (между включениями), общего цикла повторно-кратковременного режима работы

_ТР= 0,90…0,95 – КПД трансформатора;

cos  = 0,6…0,85 - средний коэффициент мощности

Р_УСТ – общая установленная мощность

Р_УСТ = К_З  Р_ПОЛ / 

К_З – коэффициент запаса

 = _Т _Э = 0,55…0,82 – КПД устройств электроконтактного нагрева

Р_ПОЛ – полезная мощность, Вт

Р_ПОЛ = m  c  ( t₂ – t₁) / 

м – масса детали, кг

c – удельная теплоемкость металла, Дж / кг С (Дж = Вт с)

t₁ – начальная температура нагрева, С

t₂ - конечная температура нагрева, С

 - продолжительность, с

2.2. Вторичное напряжение

U₂ =  R P _УСТ = (  l / S) Р_УСТ

Коэффициент полезного действия установки электроконтактного нагрева

_К = Р_ПОЛ / Р_УСТ

_К = (Р_ПОЛ   l / S) / U₂²

Чем больше отношение длины детали к поперечному сечению, тем выше КПД.