Sb98328

1.6.Обработка результатов измерений

1.Произвести тепловой расчет электропечи по пп. 1, 2 в 1.5.

2.По данным экспериментов построить графики потребляемой мощности и мощности тепловых потерь с кожуха печи в зависимости от вре-

мени (пп. 3, 4 в 1.5).

3.Сравнить результаты теплового расчета и данных эксперимента.

4.Вычислить мощность, потребленную печью от сети и переданную в деталь. Вычислить КПД печи в установившемся режиме (п. 5 в 1.5).

5.Производить расчеты, заполняя табл. 1.5. Пересчет показаний термо-

ЭДС термопар ТП1 и ТП2 в температуры производить по формуле: t = − 0.0885V 4 + 2.1253V 3 − 18.987V 2 + 161.92V ,

где V – показания милливольтметра, мВ.

1.7. Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Эскиз футеровки печи.

3.Расчеты по пп. 1…5 в 1.5 УМП.

4.Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

5.Графики.

6.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Какие параметры электропечи определяются в результате пусковых испытаний?

2.Как влияют свойства материала футеровки и температура наружной среды на величину тепловых потерь?

3.Какими способами можно уменьшить количество тепла, аккумулируемое кладкой при разогреве печи?

4.Как изменится ход зависимости Рп = f(τ), если в печь поместить

загрузку в момент τi?

Список рекомендуемой литературы

Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи ч. 1. М.: Энер-

гия, 1975. С. 14–31, 195–200.

11

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ

Цели работы: изучить конструкцию индукционной печи с холодным тиглем; исследовать электрические потери в элементах индукционной печи; рассчитать коэффициент мощности индуктора и емкость компенсирующей конденсаторной батареи.

2.1. Общие сведения

Индукционная плавка в холодном тигле (ИПХТ) обеспечивает бесконтактный ввод энергии в расплав, чистоту расплава на уровне чистоты исходных компонентов, отсутствие взаимодействия расплава с материалом тигля, возможность работы на воздухе, в защитной или инертной среде со значительным перегревом расплава над температурой ликвидус.

Несмотря на то, что при проектировании и управлении установками ИПХТ уже много лет успешно используются теоретическая база и накопленный опыт, для улучшения точности технологического процесса и качества продукции необходимо изучать электромагнитные явления, происходящие в элементах индукционной системы.

2.2. Описание установки

Лабораторная работа выполняется на установке, предназначенной для ИПХТ оксидов. Блок-схема установки представлена на рис. 2.1. Установка состоит из лампового генератора ВЧИ-11-60/1.76 с колебательной мощностью 60 кВт и частотой тока 1.76 МГц; индукционной печи с холодным тиглем и системы сбора экспериментальных данных.

Генератор включает в себя: контактор, повышающий анодный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высокочастотные цепи. Высокочастотные цепи генератора размещены в отдельном алюминиевом шкафу: генераторная лампа, регулятор мощности, регулятор обратной связи, батарея конденсаторов анодного контура, анодный и сеточный дроссели. Генераторный блок и блок нагрузочного контура соединены двумя радиочастотными кабелями ВК50. В блоке нагрузочного контура генератора расположена конденсаторная батарея и индукционная печь с холодным тиглем.

12

Электрическая схем а источника питания состоит из с ледующих функциональных частей: повышающего трансформатора, высоковольтного выпрямителя, устройства управления и стабилизации, высокочастотного генератора.

Высоковольтный выпрямитель собран на кремниевых вентилях по трехфазной двухполупериодн ой схеме Ларионова. Он управляе м и стабилизирован, что обеспечивается силовыми тиристорами, включенными на первичной стороне повышающего т рансформатора.

Устройство управления и стабилизации предназначено для регулирования и стабилизации напряжения на аноде генераторной лампы.

Упрощенная электри ческая схема генератора представлена на рис. 2.2. Высокочастотный генератор выполнен на генераторн ом триоде (Л1)

ГУ-66А. Постоянное напряжение от высоковольтного выпря мителя подается на анод генераторной л ампы через блокировочный дроссель L4. Анодный

Рис. 2.1. Блок-схема лабораторной установки

13

Рис. 2.2. Электрическая схема генератора ВЧИ-11-60/1.76

контур генератора, состоящий из индуктивности регулятора мощности L8 и емкости батареи конден саторов С24–С43, соединяется с ан одом генераторной лампы через раздели тельный конденсатор С23 и индуктивность L6. Напряжение высокой частоты со средней точки индуктивности L8 регулятора мощности подается ради очастотным кабелем в блок нагру зочного контура. Напряжение возбуждения на сетку генераторной лампы по дается с емкости С47–С52. Цепь обратной связи состоит из индуктивности L 9, регулятора обратной связи L10 и емкости С45, С46.

Отрицательное постоянное напряжение смещения на се тке генераторной лампы обеспечивается за счет протекания постоянной сост авляющей сеточного тока по сопротивлению гридлика R21–R25, шунтиров анного емкостью С22. Блокировочные индуктивности L4, L5 и емкости С18, С20, С24–С27 защищают цепи управления и питания от проникновения тока высокой частоты.

Для изменения мощ ности в схеме предусмотрены:

∙связь между анодным контуром и нагрузкой, плавно регулируемая перемещением ко роткозамкнутой катушки L7 внутри катушки L8;

∙обратная связь, п лавно регулируемая перемещением короткозамкнутой катушки L9 внутри катушки L10 регулятора обра тной связи.

Нагрузочный контур состоит из индуктивности L11 (ин дуктора) и батареи конденсаторов С53–С144. Средняя точка индуктора заземлена, поэтому напряжение на плечах и ндуктора симметрично относительно земли. Контур настроен на частоту генерации 1.76 МГц. Индуктор соединяется с конденсаторной батареей посредс твом водоохлаждаемых шин.

14

Индукционная печь (рис. 2.3) включает в себя: трехвитковый индуктор 7 из медной трубки прямоугольного сечения; тигель 6 из медных ∩-образных водоохлаждаемых секций, стянутых медным хомутом 2 вокруг бетонного основания 1. Тигель имеет водоохлаждаемые медные дно 3 и крышку 4. Калориметрирование охлаж даемых элементов печи позволяет определить тепловые потери от расплав а 5. Для уменьшения неучтенных тепловых потерь вся поверхность индуктора и наружные поверхности тигля и крышки теплоизолированы.

4

5

6

3

7

2

1

Рис. 2.3. Индукционная печь

Водяное охлаждени е элементов индукционной печи ос уществляется через распределительный коллектор. Для снижения гидравлического сопротивления секции тигля разделены на три параллельные ветви ох лаждения.

Индукционная печь находится в защитном шкафу, изготовленном из алюминия. Шкаф снабжен двумя распашными дверями, позволяющими загружать и обслуживать печь. В стенке шкафа выполнено технологическое отверстие, в которое заведен раструб системы вытяжной вентиляции. На крыше шкафа сделаны т ехнологические отверстия для наблюдения за зеркалом расплава.

Система сбора экспериментальных данных включает в себя (рис. 2.4):

∙датчик тока инду ктора ДТ, размещенный между шинами, соединяющими индуктор с конденсаторной батареей;

15

видеокамера, оснащенная светофильтрами и предназначенная для наблюдения за поверхностью расплава. При необходимости изображение может сохраняться на персональном компьютере.

Мощность тепловых потерь в элементах индукционной системы определяется методом калориметрирования. Для измерения расхода и температуры воды в ветвях охлаждения используются ротаметры F1–F4 и термоэлектрические преобразователи T0–T4 (см. рис. 2.1). Термопреобразователи дублированы ртутными термометрами для визуального контроля температуры.

2.3.Порядок выполнения работы

1.При подготовке к работе требуется:

1)ознакомиться с методикой ее выполнения;

2)получить инструктаж у преподавателя по правилам работы с высоковольтными высокочастотными индукционными установками;

3)изучить устройство и электрическую принципиальную схему лампового генератора ВЧИ-11-60/1.76;

4)изучить конструкцию индукционной системы;

5)получить у преподавателя значения коэффициентов преобразования датчиков тока и напряжения ( KU и KI ).

2.При выполнении работы следует:

1)включить генератор и убедиться, что он настроен на частоту тока f = 1.76 МГц;

2)в диапазоне напряжений на индукторе V1 + V2 = 0.4...2.0 кВ зафиксировать показания приборов и внести данные в табл. 2.2 и 2.3.

17

2.4. Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Описание оборудования включая перечень основных узлов силовой и высокочастотной частей лампового генератора.

3. Таблицы экспериментальных данных (табл. 2.2 и 2.3) и расчетных результатов (табл. 2.4) с подробным примером расчета одного из вариантов:

1) мощность тепловых потерь в элементах индукционной системы при различном напряжении на индукторе:

Pэл.инд = 4.19 × (tинд - t0)Vинд;

Pэл.х.т = 4.19 ×(tх.т - t0)Vх.т;

Pэл.кр = 4.19 ×(tкр - t0)Vкр; Pэл.дно = 4.19 ×(tдно - t0)Vдно,

где Pэл.инд, Pэл.х.т, Pэл.кр, Pэл.дно – мощность тепловых потерь в шинах конденсаторной батареи и индукторе, в холодном тигле, в крышке тигля и дне тигля соответственно, кВт; t0, tинд, tх.т, tкр, tдно – температура охлаждающей воды на входе системы охлаждения, выходе из системы охлаждения индуктора, тигля, крышки и дна соответственно, оС; Vинд, Vх.т, Vкр, Vдно – расход воды в ветвях охлаждения

индуктора, холодного тигля, крышки и дна соответственно, л/с.

18

Для перевода относительных показаний ротаметров v в абсолютные значения V использовать следующие зависимости:

Vинд = 3.067 ×10−3 ×vинд - 3.475×10−3;

Vх.т = 6.079 ×10−3 × vх.т + 3.942 ×10−2;

5) индуктивное сопротивление, Ом: Xинд = ωLинд .

4.Выводы по работе и анализ экспериментальных результатов.

19

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОЙ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРАНЗИСТОРНОГО ГЕНЕРАТОРА

Цели работы: изучить конструкцию двух транзисторных источников питания для индукционного нагрева стальных заготовок; провести закалку металлических образцов; провести калориметрирование тепловых потерь в закаленных образцах; рассчитать мощности источника питания во время нагрева и мощность тепловых потерь в образцах.

3.1. Общие сведения

Индукционный нагрев стальных изделий и их последующая закалка интенсивным потоком жидкости (вода, полимерные жидкости или масло) в спрейере или в ванне позволяет получить высокую твердость на поверхности нагреваемой детали в заданной области. При использовании индукционного нагрева под закалку, закаленный слой имеет толщину от 0.5 до 100 мм в зависимости от частоты переменного тока (1...500 кГц) и прокаливаемости стали.

Появление в конце прошлого столетия силовых транзисторов позволило получить новый класс источников питания для индукционного нагрева и частично или полностью заменить ламповые генераторы. Источники питания на базе высокочастотного мостового транзисторного инвертора напряжения имеют высокий КПД (до 95 %) и позволяют получать напряжение на индукторе до 450 В при токе до 600 А и частоте переменного тока от 10 до 500 кГц.

3.2. Описание установки

Лабораторная работа выполняется на двух установках, предназначенных для индукционного нагрева металлических заготовок. Первая установка состоит из транзиторного генератора Huetenger TIG 5/300 с потребляемой мощностью 5 кВт и частотой тока 50...300 кГц и трехвиткового индуктора.

20