Цель занятия: освоить методику расчета индукторов для нагрева и закалки металлических тел

Изучаемые вопросы:

- расчет параметров индуктора;

- определение приведённых сопротивлений заготовки;

- расчет сопротивления индуктора;

- расчет мощности, тока, числа витков индуктора;

- определение экономичности нагревателей.

 

Рекомендуемая литература:

- Карасенко В.А. и др. Электротехнология. – М.: Колос, 1992.

- Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. М.: Агропромиздат, 1989.

- Изаков Ф.Я. и др. Практикум по применению электрической энергии в сельском хозяйстве. – М.: Колос, 1972.

 

Краткое содержание

Рассчитать индуктор для нагрева цилиндрических заготовок диаметром от 5 до 10 см, длиной 20 ¸ 30 см; продолжительность нагрева 50 ¸ 100 с; (частота тока f = 5000 ¸ 10000 Гц) глубина прогрева ∆к = 0,4 см ¸ 1,0 см. (задание на расчет согласно варианта может задаваться глубина прогрева или частота.)

Решение

Частота тока определится из выражения:

 

∆ к = [Гц]; f = ( ² [Гц]

1. Находим показатель формы слоя:

 

Z₂ =

2. Диаметр индуктора:

 

d₁ = 1,7 ∙ d₂ [см], (принимаем d₁= 10,5 см)

 

3. Длина индуктора:

 

l₁ = l₂ + d₁, [см]

 

4. Определяем коэффициент приведения параметров:

 

d_п = ,

значения К₂ и К_м находят из таблиц: поправочные коэффициенты К для вычисления коэффициента самоиндукции (при расчете индукции) ; К_м – взаимной индукции ( и )].

К₂ = f ∙();

5. Произведем расчет приведенного активного сопротивления заготовки (r₂ – удельное сопротивление нагретой заготовки)

 

= ∙ = , [Ом]

 

6. Тогда, приведенное реактивное сопротивление заготовкой будет равно:

 

х₂ = 2p∙f ∙ , [Ом], а

= , [Ом] В₂ – определяется по графику

 

7. Определяем глубину проникновения тока в медь:

∆₁ = , [см]

 

8. Активное сопротивление индуктора:

 

, [Ом]

Сопротивление индуктора по постоянному току:

 

, [Ом],

где r₁ – удельное сопротивление меди, r₁ = 2∙ 10^-5 Ом ∙см;

t₁ – толщина стенки, t = 0,1 см;

К_з – коэффициент заполнения, можно принять К_з = 0,85

находим: ; = d₁ + t_{1 ,} [см];

9. Реактивное сопротивление индуктора

 

х₁ = 2 ∙p∙ f , [Ом]

определяем:

к₁ = f (;

10. Определяем эквивалентные сопротивления:

- активное (приведенное) сопротивление индуктора

r_э = r₁ + , [Ом]

- реактивное (приведенное) сопротивление индуктора

х_э = х₁ - , [Ом]

 

11. Полное эквивалентное сопротивление индуктора (приведенное)

z_э = ,[Ом]

 

 

12. Электрический КПД индуктора:

 

13. Коэффициент мощности индуктора

cos φ =

14. Найдем полезную мощность индуктора

 

Р_п = Р_о ∙ p ∙ d₂ ∙ l₂, [кВт]

 

15. Тепловые потери через изолирующий цилиндр

 

∆Р_пот. = , [кВт]

16. Полная мощность в заготовке

Р_{2 полн.} = Р_п + ∆Р_пот., [кВт]

 

17. Приведенный, ток в индукторе:

 

, [кВт]

 

18. Напряжение на индукторе (приведенное)

= , [В]

 

19. Полная мощность, подводимая к индуктору:

 

Р_и = , [кВт]

 

20. Число витков индуктора:

 

W =

21. Ток индуктора

 

I_и = , [А]

22. Активное сопротивление индуктора

 

r_и = W² ∙ r_э

 

23. Реактивное сопротивление индуктора

 

Х_и = W² ∙ Х_э, [Ом]

 

24. Полное сопротивление

 

Z_и = W² ∙ Z_э, [Ом]

 

25. Требуемое количество охлаждающей воды

 

g = , [л /с]

где ∆Р = ∆Р_п + Р_и (,[кВт]

 

Вопросы для самоконтроля

Рубежный контроль №1

1. Понятия элетротехнологии и электротермии

2. Способы электронагрева

3. Виды электронагрева

4. Преимущество и недостатки электротермии, по сравнению с другими способами теплогенерации

5. Целесообразность применения электротермических установок

6. Понятие низкотемпературного нагрева

7. Особенности теплоснабжения сельхозобъектов

8. Элетромагнитное поле как форма существования материи

9. Проявление электромагнитного поля

10. Энергия форм поля

11. Законы электромагнитного поля (уравнения Максвелла)

12. Обобщенный закон полного тока

13. Основные параметры электромагнитного поля

14. Вектор Пойнтинга

15. Превращение энергии электромагнитного поля в другие виды

16. Основные технологические проявления тока (поля)

17. Схемы преобразования электрической энергии в тепловую

18. Теорема Умова –Понтинга

19. Преобразование электрической энергии в другие виды

20. Понятие теплоты

21. Классификация электротермических установок (ЭТУ)

22. Задачи и содержание проектирования ЭТУ

23. Почему процесс нагрева имеет динамический характер?

24. Состав и смысл дифференциального уравнения теплового баланса ЭТУ

25. Постоянная времени нагрева (кривые нагрева (охлаждения)

26. Уравнения теплового баланса (состав)

27. Определение мощности ЭТУ

28. Способы теплоотдачи

29. Определение теплового КПД и удельного расхода электрической энергии ЭТУ

30. Выбор и расчет тепловой изоляции ЭТУ

31. Регулирование мощности ЭТУ (принципы, схемы)

32. Электрический нагрев сопротивлением, прямой и косвенный нагрев

33. Проводники I и II рода, сопротивление проводников

34. Электроконтактный нагрев (расчет мощности и выбор трансформаторов)

35. Способы сварки

36. Электродный нагрев, общие принципы

37. Требования к материалу электродов

38. Электродные системы, схемы соединения

39. Определение мощности электродных нагревательных установок

40. Порядок расчета электродных систем

41. Определение допустимой плотности тока и напряженности электрического поля

42. Косвенный электронагрев сопротивлением

43. Требования к материалам нагревательных элементов

44. Конструкция нагревательных элементов, их классификация

45. Конструктивные исполнения и характеристики ТЭНов

46. Расчет нагревательных элементов

47. Требования к материалу оболочки ТЭН

48. Маркировка ТЭН

49. Для каких целей выполняется обработка ТЭН

50. Что учитывают коэффициенты монтажа и среды?

51. Компоновка рабочего пространства ЭТУ

 

 

Рубежный контроль №2

1. Понятие дугового разряда

2. Свойства и характеристики электрической дуги

3. Какими эффектами сопровождается горение дуги

4. Статическая ВАХ

5. Классификация электрической дуги

6. Зажигание, устойчивость горения и регулирование сварочного тока

7. Баланс напряжений в сварочной цепи

8. Режимы работы и выбор источника питания для дуговой сварки

9. Основные схемы и принцип работы источников питания дуговой сварки

10. Особенности при сварке постоянным током прямой и обратной полярности

11. Физические закономерности индукционного нагрева

12. Распространение электромагнитного поля в проводящей среде

13. Причины затухания электромагнитной волны

14. Классификация установок индукционного нагрева

15. Конструкция и назначение индукторов

16. Определение КПД и cos индуктора

17. Определение мощности индуктора

18. Режимы индукционного нагрева

19. Физические закономерности диэлектрического нагрева

20. Используемый СВЧ - диапазон

21. Выбор частоты и напряженности электрического поля при диэлектрическом нагреве

22. Выбор емкости рабочего конденсатора для диэлектрического нагрева

23. Источники питания установок индукционного и диэлектрического нагрева

24. Основные положения электронно-лучевого нагрева

25. Особенности электронно-лучевого нагрева

26. Недостатки электронно-лучевого нагрева

27. Конструктивное исполнение электронно-лучевой установки

28. Принцип лазерного нагрева, определение энергии излучения

29. Особенности лазерного нагрева, области применения

30. Устройство газового лазера

31. Режимы работы, основные характеристики и типы лазеров

32. Физические принципы ионного нагрева

33. Конструкция установок ионного нагрева

34. Области применения ионного нагрева

35. Источники питания установок лазерного, электронно-лучевого и ионного нагрева

36. Области применения, классификация электрических водонагревателей парогенераторов

37. Системы горячего водоснабжения

38. Водонагреватели аккумуляционного типа

39. Проточные водонагреватели

40. Электродные водонагреватели и парогенераторы

41. Высоковольтные котлы

42. Конструкция водонагревателей и парогенераторов

43. Регулирование мощности водонагревателей и парогенераторов

44. Выбор водонагревателей и парогенераторов

45. Определение аккумулирующей емкости и расхода горячей воды

46. Микроклимат, параметры микроклимата

47. Виды отопления

48. Электрокалориферные установки, область применения, классификация

49. Выбор электрокалориферных установок

50. Электрические печи и котельные

51. Термоэлектрические явления (эффекты Зеебеля, Пельте и Томсона)

52. Принцип работы термоэлектрических тепловых насосов

53. Использование термоэлектрических эффектов

54. Способы регулирования тепло(холодо)-отдачи тепловых насосов

55. Электрообогрев почвы и воздуха в сельскохозяйственных объектах

56. Особенности расчета стальных нагревателей

57. Нагревательные провода и кабели, конструкция и применение

58. Гибкие ленточные нагреватели

59. Расчет нагревательных проводов и кабелей

60. Пояснить особенности расчета ленточных нагревателей

61. Устройства активного вентилирования

62. Сушильные электропечи

63. Пояснить порядок расчета установок активного вентилирования и сушки

64. Электротерморадиационные, высокочастотные и комбинированные сушилки

65. Электроимпульсные технологии, типовые структурные схемы, области применения

66. Параметры генераторов импульсов, выбор генераторов

67. Электроимпульсные обработка растительных материалов

68. Электрогидравлические установки, пояснить устройство и принцип действия ЭТУ

69. Пояснить методику расчета ЭТУ

70. Электроэрозионная обработка металлов

71. Электронно – ионная технология