лаба №3 индукционный нагрев

Национальный Исследовательский Университет

Московский Энергетический Институт

Кафедра ФЭМАЭК

Лабораторная работа №3

«Исследование индукционного нагрева металлических цилиндров на установке промышленной частоты 50 Гц»

Преподаватель: Чурсин А.Ю.

Бригада №2: Федькин Е.

Виндюков Е.

Валюшкин Э.

Внуков Д.

Свириденко Д.

Склемин А.

Косыркин И.

Тескин .В

Группа ЭЛ-05-10

Москва, 2013

Цель работы.

Исследование зависимости активной мощности, выделяющейся в металлическом цилиндре, и электрического КПД индуктора от диаметра цилиндра при индукционном нагреве на промышленной частоте.

1. Исходные данные индуктора.

Число витков w_и=16

Диаметр внутренней поверхности D_и=0,12 м

Длина H_и=0,276 м

Металл – медь

Удельное электрическое сопротивление ρ_и=2*10^-8 Ом*м

Относительная магнитная проницаемость μ_и=1

2. Деталь.

Номер детали	1	2	3
Диаметр d0, мм	50	60	80
Длина h0, мм	250	250	250
Металл	Силумин	Силумин	Силумин
Удельное электрическое сопротивление ρд, Ом*м	1,7*10-8	1,7*10-8	1,7*10-8
Относительная магнитная проницаемость μд	1	1	1

3. Опытные данные.

Номер детали	1	2	3
Расход воды в детали qд, (л/с)*10-3	17	7	2
Расход воды в индукторе qи, (л/с)*10-3	19	40	34
Температура воды в индукторе Tи, °C	19,7	15,2	15,7
Температура воды в детали Tд, °C	11,2	12	15,4
Начальная температура воды T0, °C	9,1	8,7	7,5
Мощность потерь в индукторе ∆Pи, кВт	0,844	1,089	1,168
Полезная мощность в детали, Рд, кВт	0,149	0,096	0,066
Электрический КПД ηинд, %	15	8,1	5,3
Напряжение U, В	220	220	220
Ток в индукторе I, мА	850	850	850
Можность P1, кВт	2,2	2,2	2,2
cosφ	1	1	1

4.Расчёт.

1) Диаметр заготовки 50 мм.

Активная мощность в детали по расчетным данным:

P=6,2*10^-6*(Iω_1.0)²*d_oh_д√(ρ_дμ_дf)*k_sF_оц=6,2*10^-6*(0.85*57.9)²*0.05*0.25*√(1.7*10^-8*1*50)*1*0.8=0,138

Электрический КПД индуктора по расчетным данным:

η=1/(1+(D_и/d₀)*(H_и/h_д*k_зи)*√((ρ_и/ρ_д)*(μ_и/μ_д)*(F_и/F_оц))= 1/(1+(0,12/0,05)*(0,276/0,25*0,9)*√((2*10^-8/1.7*10^-8)*(1/1)*(1/0.8))=19.8%

Мощность потерь в индукторе:

ΔP_и=c*q_и*(T_и-T₀)*10^-3=4190*19*(19,7-9,1)*10^-3=844 Вт≈0,844 кВт

Активная мощность, выделяющаяся в детали:

P_д= c*q_д*(T_д-T₀)*10^-3=4190*17*(11,2-9,1)*10^-3=149 Вт≈0,149 кВт

Электрический КПД индуктора:

η_э=(P_д/(P_д+ΔP_и))*100=(0,149/(0,149+0,844))*100=15%

2) Диаметр заготовки 60 мм.

Активная мощность в детали по расчетным данным:

P=6,2*10^-6*(Iω_1.0)²*d_oh_д√(ρ_дμ_дf)*k_sF_оц=6,2*10^-6*(850*57.9)²*0.06*0.25*√(1.7*10^-8*1*50)*1*0.84=0,174

Электрический КПД индуктора по расчетным данным:

η=1/(1+(D_и/d₀)*(H_и/h_д*k_зи)*√((ρ_и/ρ_д)*(μ_и/μ_д)*(F_и/F_оц))= 1/(1+(0,12/0,06)*(0,276/0,25*0,9)*√((2*10^-8/1.7*10^-8)*(1/1)*(1/0.84))=23%

Мощность потерь в индукторе:

ΔP_и=c*q_и*(T_и-T₀)*10^-3=4190*40*(15,2-8,7)*10^-3=1089,4 Вт≈1,089 кВт

Активная мощность, выделяющаяся в детали:

P_д= c*q_д*(T_д-T₀)*10^-3=4190*7*(12-8,7)*10^-3=96,78 Вт≈0,096 кВт

Электрический КПД индуктора:

η_э=(P_д/(P_д+ΔP_и))*100=(0,096/(0,096+1,089))*100=8,1%

3) Диаметр заготовки 80 мм.

Активная мощность в детали по расчетным данным:

P=6,2*10^-6*(Iω_1.0)²*d_oh_д√(ρ_дμ_дf)*k_sF_оц=6,2*10^-6*(850*57.9)²*0.08*0.25*√(1.7*10^-8*1*50)*1*0.89=0,246

Электрический КПД индуктора по расчетным данным:

η=1/(1+(D_и/d₀)*(H_и/h_д*k_зи)*√((ρ_и/ρ_д)*(μ_и/μ_д)*(F_и/F_оц))= 1/(1+(0,12/0,05)*(0,276/0,25*0,9)*√((2*10^-8/1.7*10^-8)*(1/1)*(1/0.8))=28,4%

Мощность потерь в индукторе:

ΔP_и=c*q_и*(T_и-T₀)*10^-3=4190*34*(15,7-7,5)*10^-3=1168,1 Вт≈1,168 кВт

Активная мощность, выделяющаяся в детали:

P_д= c*q_д*(T_д-T₀)*10^-3=4190*2*(15,4-7,5)*10^-3=66,2 Вт≈0,066кВт

Электрический КПД индуктора:

η_э=(P_д/(P_д+ΔP_и))*100=(0,066/(0,066+1,168))*100=5,3%

Δ_эд=503*√ρ/(μ*f)=503*√1,7*10^-8/(1*50)=9,3*10^-3

Δ_эи=503*√ρ/(μ*f)=503*√2*10^-8/(1*50)=10*10^-3

№ детали	1	2	3
Глубина проникновения в металл индуктора Δэи, м	0,01	0,01	0,01
Глубина проникновения в металл детали Δэд, м	0,0093	0,0093	0,0093
Аргумент r0√2/ Δэд	3,8	4,56	6,08
Функция Fоц	0,8	0,84	0,86
Активная мощность в детали Ра, кВт	0,138	0,174	0,246
Электрический КПД ηинд, %	19.8	23	28,4

5. Графики.

Заготовка	Расчет		Эксперимент
d0, м	P, кВт	η,%		Pд, кВт	ηэ,%
0,05	0,138	19,8		0,149	15
0,06	0,174	23		0,096	8,1
0,08	0,246	28,4		0,066	5,3