книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

за счет индуктированных в них токов. Печи однофазные и работают при нормальной частоте 50 (60) Гц, при повы­ шенной — до 10 кГц и высокой частоте до 60—74 кГц.

Впечах нормальной частоты плавят цветные металлы

иих сплавы (алюминий, цинк, латунь и др.), а также подогревают жидкий чугун или сталь.

28,8

____ т_____________ _____

Рис. 3-5. Общий вид закрытой печи для ферросплавов типа РПЗ-48 мощностью 48 МВ -А.

1 — кожух; 2 — футеровка; з — овод; 4 — электрододержатель; 5 —• трубчатый пакет; в, 7 — привод и уравнительный вал перемещения электродов; 8 — кольцо перепуска электродов.

Мощность индукционных тигельных печей для плавки чугуна и стали емкостью 1—60 т составляет 200—17 000 кВт; миксеров-накопителей емкостью до 100 т 4 400 кВт; для плавки и подогрева цветных металлов и сплавов печи емкостью 0,75—40 т имеют мощность 250—6 000 кВт. Напряжение питания 380; 6 000; 10 000 В.

За рубежом индукционные печи снабжаются симме­ трирующим устройством с емкостью в виде батареи конденсаторов и регулируемой индуктивностью, преоб­ разующей однофазную нагрузку в трехфазную. Необходи-

80

мостъ такого устройства вызвана ограничением мощности однофазных электропечей энергосистемами. В СССР даже при мощных энергосистемах вопрос симметрирования нагрузки становится актуальным в связи с возрастанием мощностей однофазных электроприемников. Коэффициент мощности этих электропечей 0,4—0,06; электропечи уста­ навливаются с батареей конденсаторов, повышающих cos ср до 0,95 -1 .

Индукционные однофазные печи повышенной частоты 500—10 000 Гц без сердечника питаются от преобразовате­

1 100 кВт при частоте 890 Гц. Коэффициент мощности индуктора повышенной частоты составляет всего 0,1, и для его повышения устанавливаются конденсаторные батареи, мощность которых в '10 раз больше мощности преобразователя частоты.

Установки индукционного и диэлектрического нагрева.

Индукционный нагрев металлов токами нормальной час­ тоты получил широкое распространение для нагрева корпусов электрических машин, баков трансформаторов, выключателей и других электрических аппаратов, для

81

сушки электроизоляции во время ремонта и монтажа. В химической промышленности он применяется для нагрева жидкостей и газов, помещенных в стальной сосуд или трубопровод, в которых наводятся индуцированные токи. В машиностроительной промышленности индук­ ционный нагрев токами нормальной частот]»: применяется для сушки металлических поверхностей после окраски.

При горячей обработке металлов применяется сквоз­ ной индукционный нагрев черных металлов (сталь, титан) иод ковку и прокатку токами нормальной и повышенной частоты до 10 000 Гц. Нагрев производится в нагреватель­ ных индукционных постах мощностью до 1 500 кВт, питае­ мых от индивидуальных преобразователей частоты или от общей сети повышенной частоты при централизован­ ном преобразовании.

Индукционные нагревательные посты повышенной частоты питаются напряжением 750 или 1 500 В и снабжа­ ются конденсаторными батареями для компенсации реак­ тивной нагрузки. В целях удешевления индукционного сквозного нагрева применяется двухчастотный нагрев, когда заготовка нагревается предварительно при нормаль­ ной частоте 50 Гц до температуры точки Кюри около 730 СС; при достижении этой точки, когда пропадают магнитные свойства металла, нагрей продолжается до нужной темпе­ ратуры при повышенной частоте. Подобная установка при­ менена в одном из прокатных цехов с частотами 50/1 000 Гц.

Для поверхностной закалки применяются установки с индивидуальными преобразователями мощностью 50— 100 кВт, частотой 2 500 и 8 000 Гц.

Общая установленная мощность преобразовательных агрегатов для нагрева заготовок в кузнечных и прокат­ ных цехах достигает 10—15 МВт; все преобразователи работают параллельно на общую магистраль — шино­ провод. При питании индукционных нагревателей от общих магистралей во избежание перегрузки преобразо­ вателей и использования их мощности применяется так называемая «схема ожидания». Изделие в нагреватель закладывается заранее, но сам нагреватель включается тогда, когда дойдет до него «очередь» по схеме.

Аналогичные схемы применяются в установках поверх­ ностной закалки при нескольких индукторах с общим преобразователем. Наибольшая мощность индукцион­ ного подогрева слитков в установке У11РС, упомянутая выше, достигает 210 МВт.

82

Установки диэлектрического нагрева служат для на­ грева диэлектриков за счет токов смещения в переменном электрическом поле между двумя электродами, являю­ щимися обкладками конденсатора высокой частоты (от сотен килогерц до десятков мегагерц). Они применяются для нагрева пластмасс, порошков, бумаги, дерева, фар­ фора, текстолита, хлопка, пищевых продуктов и других неметаллических предметов.

Впроизводстве изделий из пластмасс исходное сырье

ввиде таблеток или порошков перед закладкой в прессформу предварительно нагревается токами высокой час­ тоты в установках, работающих на частоте 25—40 мГц, мощностью 1—30 кВт.

Для сварки пленок из пластика применяется диэлек­ трический нагрев при частотах 38—40 кГц с мощностью установки до 3 кВ - А. Широкое применение диэлектри­ ческого нагрева для сушки дерева экономически не оправ­ дывается; обычно применяется комбинированная сушка: диэлектрическая и обычная (паровая и др.), причем только для крупных сечений древесины в колодочном, шпуль­

ном и других производствах.

Диэлектрический нагрев успешно применяется при про­ изводстве фанеры, листы которой перекладываются метал­ лическими листами, служащими обкладками конденсато­ ров; нагретые токами высокой частоты, при обжатии на прессах эти листы склеиваются. Источниками высокой частоты ІО6—ІО8 Гц служат ламповые генераторы, мощ­ ность которых достигает 500—1 200 кВт.

Все установки диэлектрического нагрева, как и инди­ видуальные посты индукционного нагрева, являются потребителями трехфазного тока промышленной частоты, так как обычно они работают в блоке по схеме преобразо­ ватель — потребитель.

Напряжение питания преобразователей в зависимости от мощности составляет 380 В или 6—10 кВ. Режим ра­ боты нагревательных установок повторно-кратковремен­ ный или циклический.

Электросети повышенной частоты до 10 кГц приме­ няются только в мощных установках индукционного на­ грева для ковки и штамповки в кузнечных цехах, где индукторы для нагрева заготовок, расположенные у прес­ сов и молотов, питаются от центральной высокочастотной подстанции. По степени бесперебойности установки индук­ ционного и диэлектрического нагрева относятся ко 2-й ка­

83

тегории. Расположение этих установок постоянное, но иногда связано с большими сооружениями но их экрани­ рованию для уничтожения радиопомех, источниками кото­ рых они являются.

Электронные плавильные печи используют энергию электронного луча, получаемого в так называемых элект­ ронных пушках. Последние представляютсобой устрой­ ство, в котором пучок электронов, формируясь в электри­ ческом и магнитном полях, ускоряется в электрическом поле, выводится через отверстие в аноде и направляется на объект. Кинетическая энергия электронов нагревает металл и частично возбуждает вторичную эмиссию электро­ нов и рентгеновские излучения. Бомбардировка электрон­ ным лучом позволяет достигнуть чрезвычайно высокой концентрации плотности энергии — до 5 000 кВт на 1 мм2. Плавка электронным лучом в вакууме позволяет достиг­ нуть сверхвысокой чистоты металла до «восьми девяток», требующейся при производстве тугоплавких металлов — ниобия, тантала, молибдена, вольфрама и др.

Мощность электронных пушек 50-*500 кВт, плавиль­ ных печей — до I 000—1 500 кВт; в необходимых случаях в одной печи применяются несколько пушек.

Электронный луч может быть использован для проре­ зания отверстий диаметром до 40 мк, для сварки под ваку­ умом и других целей.

Плазмотроны используют электрическую дугу, стаби­ лизированную газовым вихрем и магнитным полем, в ре­ зультате чего получается плазменный факел с температу­ рой до (10—30) тыс. К. Этот факел применяется в плаз­ менных печах для плавки слитков, в сварочных установ­ ках, для резки металлов толщиной до 250 мм и других целей. Мощность плазмотронов в промышленных уста­

с кратковременной мощностью в сотни мегаватт для испы­ таний на тепловой удар.

3-2. ЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ

Электросварка черных и цветных металлов — дуговая и контактная (сопротивлением) — широко применяется в технологии машиностроения, в поточно-массовых произ­ водствах (автомобили, самолеты и т. п.) и мелкосерийных (крупные гидротурбины, корпуса крупных электромашин

84

и т. п.), в металлургии при производстве сварных труб, в строительно-монтажном деле при изготовлении металло­ конструкций и в других отраслях промышленности.

Для электросварки применяется постоянный ток, по­ лучаемый от преобразователей, и переменный ток нормаль­ ной промышленной частоты, низкой (2—5—10 Гц) и повы­ шенной (100—360 Гц) частоты и радиочастоты до 450— 500 кГц, полученной от специальных преобразователей.

Установки электросварки переменного тока нормальной частоты своей нагрузкой создают большие затруднения в системе электроснабжения предприятий вследствие сле­ дующих ее особенностей:

2)низкий коэффициент мощности: 0,3—0,35 для ду­ говой сварки и 0,2—0,6 для контактной;

3)режим работы повторно-кратковременный с малыми величинами ПВ при больших толчках нагрузки, достигаю­ щих 2—6-кратной величины номинальной мощности уста­ новки.

Дуговая сварка применяется в цехах металлоконструк­

ций, изготовляющих мосты, фермы, колонны, балки; в цехах, изготовляющих корпуса металлических резервуа­ ров, корпуса крупных гидротурбин, насосов, электрома­ шин; в судостроении, строительно-монтажном деле и др. Различают дуговую сварку ручную, когда сварщик управ­ ляет положением электрода, и автоматическую, когда электродом управляет машина (сварка по методу акаде­ мика Е. О. Патона). Ручная дуговая сварка выполняется на переменном токе однопостовыми сварочными трансфор­ маторами мощностью 9—32 кВ-А и на постоянном токе одноностовыми и многопостовыми преобразователями тока мощностью до 80 кВ-А. Автоматическая дуговая сварка применяется при изготовлении газгольдеров, емкостей, на трубосварочных станах при сварке продольного или спи­ рального шва при диаметре труб до 1 800 мм (70” ) и тол­ щине стенки 6,4—16 мм, в судостроении и других отраслях промышленности, где требуется выполнение протяженных сварочных швов.

Электрошлаковой сваркой свариваются стальные слитки диаметром до 2 м и более, массой до 100 т, благодаря чему

85

Машины для рельефной снарки имеют мощность 150— 000 кВ-А при 11В - - 20 % и 800 кВ-А при ИВ -- 10 "о. Для шовной сварки роликовыми электродами приме­ няются машины мощностью от 3—18 до 50—500 кВ-А. При стыковой сварке или сварке с оплавлением ток черев зажимные электроды подается к соединяемым концам, образующим стык, концы оплавляются и свариваются за t-чет осадки, т. е. сжатия стыков, нагретых до сварочной температуры.

Для толстых сечений применяются сварочные стыко­ вые машины мощностью до 600—1 200 кВ-А при ПВ —

— 40°о и до 3 X 500 кВ-А для сварки стыков стальной ленты. Стыковая машина мощностью 1 200 кВ-А разви­ вает сварочный ток 300 кА и давление при осадке 380 тс. Режим работы стыковых машин относится к резко пере­ менным: график работы мощных стыковых машин харак­ теризуется резким пиком нагрузки в момент осадки, до­ стигающим двух-, трехкратной величины нагрузки в пе­ риод оплавления. Действительное время самого процесса сварки колеблется для различных машин от нескольких герц до нескольких минут.

Повторно-кратковременный или резко переменный ре­ жимы однофазных нагрузок сварочных машин создают затруднения в системах электроснабжения из-за ко­ лебаний напряжения и несимметрии в трехфазных сетях.

Более благоприятными получаются сварочные уста­ новки с применением трехфазных полупроводниковых или ионных преобразователей тока и с применением игнитро­ нов для преобразования числа фаз и частоты сварочного тока. В первом случае применяются понижающие трех­ фазные трансформаторы с мостовой трехфазной схемой выпрямления, в которой постоянный ток до 100 кА по­ дается на электроды машин. Во втором случае приме­ няются машины с преобразованием числа фаз и частоты с помощью шести игнитронов, включенных по схеме рис. 3-7. Управление сетками игнитронов производится так, что одна пРловина игнитронов (/, I I I , V) пропускает только положительные полуволны, а вторая (II , IV, VI) — отрицательные. Пропуская определенное количество сна­ чала положительных полуволн, а потом столько же отри­ цательных, получаем на вторичной обмотке сварочного трансформатора переменный однофазный ток частотой 5—15 Гц (рис. 3-8). Такие машины мощностью 400—

87

Рпс. .3-7. Схема сварочной машины с преобразованием числа фаз и частоты.

1 — регулировочный трансформатор; 2 — игнитроны; з — сварочный

трансформатор.

сварки, кроме осооо крупных, перемещаются при измене­ нии технологии и требуют устройства специальных цехо­ вых сетей.

В металлургической промышленности кроме. стыковой сварки стальных лейт сварка применяется при производ­ стве труб из полос с продольным или спиральным свароч­ ным швом.

Л Ш Y I Л І

Рпс. 3-8. Кривая тока низкочастотной сварочной ма­ шины при получении частоты, в 5 раз меньшей частоты сети. Цифры указывают номера .игнитронов.

При контактной индукционной сварке токами высокой частоты (450—500 кГц) ток от лампового генератора мощ­ ностью 25—300 кВт подводится через контакты к кромкам шва и проходит не но периметру трубы, где большое индуктивное сопротивление, а по краям кромки как но

88

быфиляру (рис. 3-0), при этом кромки непрерывно нагре­ ваются, трубы обжимаются и свариваются.

Применяется также индукционный нагрев труб для сварки, при котором свернутая заготовка проходит через индуктор высокой частоті.і (4—20 кГц) мощностью до 200 кВт, нагревается и обжимается до сварки. Для электро­ сварки сопротивлением труб диаметром до 400—600 мм к заготовкам с продольным швом подводятся дпски-элект- родьг, вращающиеся вместе со сварочным трансформато­

ются и свариваются с большим выбросом искр расплаш ленного металла «вспышкой», мощность которой 12 МВ - А,

Режим работы сварочных машин в металлургии резко переменный. Напряжения питания сварочных установок в зависимости от мощности и типа сварочной установки (высокочастотной или промышленной частоты) 380 В и 6—10 кВ. Расположение постоянное, категория 2-я.

3-3. ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ УСТАНОВКИ

Электролиз применяется:

а) в цветной металлургии для получения легких и ра­ финирования тяжелых металлов;

б) в электрохимии для получения хлора, водорода, тя­ желой воды, кислорода, фтора, калия, натрия и др.;

89