2. Дослідження установки індукційного нагрівання

2.1. Схема лабораторного стенду

Лабораторний стенд складається з макета – двох котушок індуктивності, намотаних мідним проводом на дерев’яній основі, початки і кінці яких виведені на клеми 1-2 та 3-4, осердя у вигляді посудини - стального циліндра, який може бути заповнений водою, закріплених на окремій плиті, лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) та вимірних приладів: амперметра РА, вольтметра РV, ватметра PW, секундоміра (може бути ручний годинник з відліком секунд) і термометра. Напругу живлення подають на стенд автоматичним вимикачем QF (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема лабораторного стенда

Будова макета та спосіб його використання у лабораторних дослідженнях наведені на рис. 2.2. Під час дослідження роботи нагрівної тигельної печі у отвір основи котушки (індуктора) закладають стальний циліндр, заповнений водою. Для вимірювання температури води використовують спиртовий термометр з верхньою межею вимірювання температури 100 ⁰С.

2.2. Програма роботи

1. Ознайомитись з будовою та складом обладнання лабораторної установки.

2. Скласти схему лабораторної установки за рис. 2.1. Повзунок ЛАТРа перевести на нульову позначку. Записати технічні характеристики вимірних приладів.

3. Подати напругу живлення на лабораторний стенд увімкненням автоматичного вимикача QF.

4. Провести вимірювання параметрів котушки без осердя:

4.1. Подати напругу на клеми 1-2 макета.

4.2. Регулюючи напругу за допомогою ЛАТРа встановити певне значення струму у колі (не більше 2,0 А).

Рис. 2.2. Будова макета з котушками індуктивності (а) та спосіб його використання під час дослідження тигельної нагрівної установки (б)

4.3. Покази приладів записати у табл. 2.1. Провести вимірювання параметрів режиму кола за інших значень струму (всього виконати три досліди).

4.4. За даними вимірювання розрахувати параметри Z_K, R_K та X_K. За даними трьох дослідів розрахувати середнє значення цих параметрів.

4.5. Вимкнути напругу живлення автоматичним вимикачем QF.

4.6. Перенести з'єднувальний провідник з клеми 2 на клемму 3 макета, а клеми 2 і 4 з'єднати між собою. Подати напругу і повторити вимірювання за программою п.4.2 – 4.4 та виконати відповідні розрахунки параметрів двох котушок. Вимкнути автоматичний вимикач.

4.7. Перенести з'єднувальний провідник з клеми 3 макета на клемму 4, а клеми 2 і 3 з'єднати між собою. Подати напругу і повторити вимірювання за программою п.4.2 – 4.4 та виконати розрахунки параметрів двох котушок. Вимкнути автоматичний вимикач.

Для подальших дослідів використати з'єднання котушок макета з найбільшим опором Z_K , що відповідає узгодженому з’єднанню двох котушок.

4.8. Подати напругу на макет з узгодженим з’єднанням котушок. Встановити певне значення струму у колі. Установити в отвір основи котушок осердя з алюмінію чи міді та простежити зміну значення струму у колі. Зробити висновок стосовно зміни струму і дати пояснення цьому явищу.

5. Дослідження нагрівної тигельної індукційної установки з феромагнітним осердям.

5.1. Заповнити водою стальний циліндр, встановити його у отвір основи котушок та занурити у воду термометр (занурити лише частину термометра зі спиртовим балоном). Термометр зафіксувати у вертикальному положенні за допомогою поплавка.

Таблиця 2.1

Умови дослідів		Виміряні параметри				Розраховані параметри
		І, А	U, B	P, Вт	t, c	ZK, Ом	RK, Ом	XK, Ом	Z0, Ом	R0, Ом	X0, Ом
Котушки без осердя	Дослід 1
	Дослід 2
	Дослід 3
Котушки з осердям

5.2. Приготувати секундомір. Записати значення початкової температури води у циліндрі.

5.3. Подати напругу на макет, встановити певне значення струму у колі та розпочати відлік часу до досягнення теператури 50 – 60 ⁰С (верхнюю межу значення температури задає керівник роботи).

5.4. За час нагрівання без зміни значення струму виміряти напругу та активну потужність, яку споживає коло. Вимірювання повторити тричі не змінюючи значення струму. Дані вимірювання записати у табл. 2.1.

5.5. Після досягнення заданої температури вимкнути автоматичний вимикач стенда та розібрати схему з'єднань лабораторної установки. Вийняти термометр з циліндра і забезпечити його від пошкодження.

5.6. Провести розрахунок парамерів для заповнення табл. 2.1.

5.7. Розрахувати кількість енергії W, затраченої на нагрівання стального циліндра з водою з використанням виміряних та розрахункових даних:

- за потужністю і часом її використання: W= P₀·t;

- за масою металу і води, їх питомою теплоємністю та значеннями початкової і кінцевої температури води: W=(m_СC_C +m_ВС_В)· (t_КІН - t_ПОЧ).

Пояснити причини можливих розбіжностей значень енергії.

Довідка: питома теплоємність сталі C_C = 0,5 кДж/(кг·К);

питома теплоємність води C_В= 4,19 кДж/(кг·К);

маса стального циліндра m_С = 0,056 кг;

маса води у циліндрі m_В= 0,012 кг.