2. Индукционные плавильные печи

Подразделяют на тигельные и канальные. На рис. 2,а показана индукционная тигельная печь. Магнитный поток, созданный катушкой индуктора 1, замыкается через металлическую загрузку (шихту) 2 и индуцирует в ней ток, который расплавляет металл. Токи в металле взаимодействуют с током в индукторе, создавая электродинамические силы, которые перемешивают расплав. На рис. 2,б приведены схема питания и элементы оборудования печи.

Рис. 2. Индукционная тигельная печь без сердечника:

а - устройство индукционной тигельной печи без сердечника;

б - принципиальная электрическая схема включения индукционной печи;

1 - индуктор: 2 - расплавленный металл; 3 - тигель; 4 - трансформатор; 5 - контактор; 6 - дроссель; 7 - конденсаторная батарея; 7а - конденсаторная батарея; 8 – однофазная печь; 9 - электропривод механизма наклона печи; 10 - шкаф управления; 11 - охладительная установка

Схема индукционной канальной печи приведена на рис. 3. Катушка индуктора с числом витков W₁ является первичной обмоткой трансформатора, а канал с расплавленным металлом - коротко замкнутым витком его вторичной обмотки W₂= 1. Основной поток Ф₁ проходит по магнитопроводу М , охватывая канал с металлом. При его изменении в короткозамкнутом витке-канале наводится ток и выделяется тепло. Особенностью такого трансформатора является повышенный поток рассеяния Фs, лишь частично охватывающий канал. В ряде случаев он может быть полезно использован для перемешивания или вращения металла в канале, что предотвращает "зарастание" канала.

Рис. 2. Схема индукционной канальной печи с сердечником

Находят применение также электромиксеры и копильники жидкого металла - устройства для подогрева и выравнивания его температуры перед разливкой, когда объем отливаемой детали больше емкости плавильной печи. В них также перемешиваются добавки и примеси. Работают они всегда в комплексе с плавильными печами.

3. Коэффициент полезного действия при индукционном нагреве

Электромагнитная энергия, подводимая к индуктору расходуется на полезный нагрев детали, компенсацию теп­ловых потерь с ее поверхности, а также на нагрев провода индуктора током. Отношение энергии Q₁ затраченной на нагрев детали, ко всей энергии, подведенной к индуктору, называется его полным КПД:

_И, _Т, _Э - полный, термический и электрический КПД индуктора;

Q₁ - полезно расходуемая на нагрев детали теплота, Дж;

Q₂ - тепловые потери, Дж;

Q₃ - теплота, выделяющаяся в проводе индуктора, Дж.

Термический КПД, характеризующий тепловые потери с по­верхности детали,

_T = Q₁/(Q₁+Q₂).

Термический КПД растет с увеличением толщины тепловой изоляции нагреваемой детали. Тепловые потери возрастают с увеличением температуры поверхности детали и времени на­грева.

Электрический КПД, характеризующий совершенство пере­дачи энергии из индуктора в деталь, представляет собой отно­шение электромагнитной энергии, поступающей в деталь, ко всей энергии, подводимой к индуктору:

_Э = (Q₁+Q₂) / (Q₁+Q₂+Q₃).

Если энергию Q₁, Q₂, Q₃отнести к единице времени, то мож­но записать

_Э = Р₂ / Р

Р₂ — мощность, передаваемая в деталь, Вт;

Р — мощность, подведенная к индуктору, Вт.