3. Индукционный и диэлектрический нагрев задачи

37. Определить горячую глубину проникновения тока частотой 10000 Гц в сталь СТ 45.

38. При какой частоте выгоднее нагревать деталь под закалку, если:

а) диаметр детали 50мм, глубина закалки 2мм;

б) диаметр детали 80мм, глубина закалки 3,5мм;

в) диаметр детали 90мм, глубина закалки 1мм.

Выбрать генератор стандартной частоты, если мощность, идущая на нагрев, Р = 50кВт.

39. Семена с относительной диэлектрической проницаемостью ε=5 сушатся между пластинами конденсатора при напряжении U = 10кВ, расстояние между пластинами h = 100мм. Воздушный зазор - 15мм. Возможна ли работа установки без пробоев, если при наличии водяных паров допустимая напряженность поля в зазоре не превышает 0,5кВ/см?

40. Высокочастотный трансформатор с первичной обмоткой из 12 витков и магнитной цепью, сечение сердечника которой 80см², работает при частоте f = 2500Гц. Напряжение на генераторе 375В. Можно ли переключать трансформатор на 750В с точки зрения нагрева железа, если допустимая индукция в железе при указанной частоте В_доп = 0,8 Т?

41. Ламповый генератор работает на лампе ГУ10А. Ее анодный ток, замеренный прибором электростатической системы, равен 3А. Лампа работает при отдаче в нагрузку номинальной мощности. Опасен ли такой режим для лампы?

42. Каков приблизительно К.П.Д. лампы ГУ12А, если анодный ток 5А, угол отсечки 65°? Генератор работает при анодном напряжении, близком к номиналу лампы.

43. Для сушки семян в поле высокой частоты можно применить две установки. Частота первой f₁=25МГц, второй f₂=40МГц. Напряженность поля, которую можно получить в первой установке, 500В/см, во второй 280В/см. Какая установка обеспечит более быстрый нагрев?

Примеры расчетов Расчет индукционного водонагревателя на промышленной частоте.

Задание:

Рассчитать водонагреватель, если его полезная мощность Р=12кВт, а объем бака V_б = 100л.

Решение:

1 Диаметр бака:

2. Высота бака:

Принимаем H = 70см.

3. Боковая поверхность бака:

4.Удельная мощность:

5. По кривой, изображенной на рисунке 8, определяем удельные ампер-витки, необходимые для создания удельной мощности р₀=1,21Вт/см²; Iω = 120А×в/см.

6. Полные ампер-витки:

7. Ток индуктора:

8. Необходимое число витков:

Рис. 8. Зависимость удельной мощности, индуктируемой на поверхности стального бака, от ампер-витков индуктора

9. Выбираем сечение провода по допустимому току [2 - 1] - 25мм² для провода с медными жилами или 35мм² - с алюминиевыми.

Расчет индуктора для нагрева кузнечных заготовок.

Задание:

Рассчитать индуктор для нагрева заготовок диаметром D₂ = 5см. Длина заготовки а₂ = 20см; частота тока f = 8000 Гц; продолжительность нагрева 75с; удельная мощность р₀=0,1кВт/см²; напряжение на индукторе U = 750В.

Решение:

1. Горячая глубина проникновения:

2. Показатель формы слоя:

3. Диаметр индуктора:

4. Длина индуктора:

5. Коэффициент приведения параметров:

где: k² и k_с берут из приложений 7 и 8;

A=f(Z₂) по рисунку 9.

;

;

; ;

6. Приведенное активное сопротивление заготовки:

где: ρ₂ - удельное сопротивление в нагретом состоянии.

7. Приведенное реактивное сопротивление заготовки:

Рис. 9. Графики функций А₂ = f (Z₂) и В₂ = f (Z₂).

8. Глубина проникновения тока в медь:

9. Активное сопротивление индуктора:

где: r_1п - сопротивление индуктора постоянному току;

где: ρ₁ - удельное сопротивление меди, 2×10^-6Ом×см;

τ₁ - толщина стенки, принимаем τ₁=0,1см;

g₃ - коэффициент заполнения, равный 0,85.

;

Рис. 10. Зависимость поправочных коэффициентов для вычисления активного k_r (1) и реактивного k_x(2) сопротивлений при переменном токе от относительной толщины проводника.

- коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления под действием поверхностного эффекта; k_r=1,28 (рис.10);

10. Реактивное сопротивление индуктора:

; (приложение 4)

11. Эквивалентное реактивное сопротивление индуктора (приведенное):

12. Эквивалентное активное сопротивление индуктора (приведенное):

13. Полное эквивалентное электрическое сопротивление индуктора (приведенное):

14. К.П.Д. индуктора (электрический):

15. Коэффициент мощности индуктора:

16. Полезная мощность:

17. Тепловые потери через изолирующий цилиндр:

18. Полная мощность в заготовке:

19. Ток в индукторе (приведенный):

20. Напряжение на индукторе (приведенное):

21. Полная мощность, подведенная к индуктору:

22. Число витков индуктора:

23. Ток индуктора:

24. Активное сопротивление индуктора:

25. Реактивное сопротивление индуктора:

26. Полное сопротивление индуктора

27. Количество охлаждающей воды:

где: Т₂ - температура воды на выходе, Т₂ = 50°С;

T₁ - температура воды на входе, T₁ = 20°С;

ΔР - мощность, идущая на нагрев воды: