Цель занятия: освоить методику расчета устройств электроконтактного нагрева

Изучаемые вопросы:

- определение массы детали и времени нагрева;

- расчет мощности трансформатора;

- определение глубины прогрева заготовки;

- определение уровня напряжения и тока подводимого к заготовке.

 

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.

- Бабко А.Н. Электромеханика и электротехническое оборудование: Уч. пособие. – Астана: Каз АТУ, 2009.

 

Краткое содержание

Рисунок 9.1- Принципиальная схема электроконтактного нагрева:

1- заготовка; 2 – нагревательный трансформатор; 3- подводящие шины; 4- контактные зажимы

 

Выбрать трансформатор для электроконтактного нагрева прутков из углеродистой стали (r₂₀ = 0,135 ∙10 ^-4 Ом∙см) от t₁ = 20 °С до t₂ = 700 °С. Длина нагреваемой части прутка l = 0,4 м, диаметр d = 300мм, продолжительность включения трансформатора ПВ = 0,25, температура окружающей среды t₀ = 20 °С.

 

1. Масса нагреваемой части прутка

 

М = , кг,

где D = 7,8 кг/дм³ – плотность стали.

2. Продолжительность нагрева

 

t = , с,

где ∆М = М∙ , кг/м – масса заготовки длиной в 1 м, кг/м;

∆Р – средняя интенсивность подвода энергии на единицу длины нагреваемой части заготовки. кВт /м

По опытным данным ∆Р = 160¸250 кВт/м, принимаем ∆Р – 200 кВт/м

С = 0,48 кДж/(кг∙°С) – средняя удельная теплоемкость стали.

3. Полезная мощность трансформатора

 

Р_пол = , кВт

 

4. Расчетная мощность трансформатора

 

S = , кВ∙ А

 

где k₃ – коэффициент запаса, принимается k₃ = 1,2;

h = 0,82 – к.п.д. электроустановки электроконтактного нагрева

cos φ = 0,84 – коэффициент мощности.

По диаграммам рис. 13 [1] в зависимости от отношения l / d²

5. Для заданного ПВ. S_расч = S , кВ∙А

 

где ПВ – продолжительность включения в относительных единицах

 

ПВ% = ,

t_р – продолжительность работы;

t_П – продолжительность паузы;

Если они постоянны, то ПВ не изменяется

6. Сопротивление заготовки

 

R_t = k_п∙r_t∙

где k_п – коэффициент поверхностного эффекта, к.п.д. – проявляется в убывании плотности тока от поверхности вглубь проводника вследствие затухания электромагнитной волны k_П = f (физических свойств материала, размеров проводника и частоты тока)

При приближенных расчетах

k_П = 1+ , при а < 1,

k_П = а + , при а > 1,

где а = - безразмерный параметр;

d – диаметр цилиндрического проводника, м;

Za – глубина проникновения тока в металл, м

 

Za = 5030∙ , см

μ – принимается = 100- относительная магнитная проницаемость

 

7. Удельное сопротивление r_t вычисляем для среднего за время нагрева перепада температур ,

 

r_t= r₂₀(1+ 0,0055∙ + 9∙10^-6∙ ²), Ом∙см

 

При вычислении r_t для стальных заготовок следует учитывать и третий член ряда, т.к. температурный коэффициент сопротивления у стали велик и вычисления по формуле r_t = r₂₀(1+ ∙Q) приводят к большим погрешностям.

8. Сопротивление прутка определяется по пункту 6.

 

 

9. Напряжение, которое необходимо подвести к заготовке

 

U = , В

где - к.п.д. установки = 0,9 (нагревательного трансформатора)

10. Рабочий ток

I = , А

Для такого тока принимаем , = 7,3 В. Принимаем для нагрева трансформатор типа ТПТ – 1000.