Задача 2. Расчет установки электроконтактного нагрева

 

Рисунок 9.1- Принципиальная схема электроконтактного нагрева:

1- заготовка; 2 – нагревательный трансформатор; 3- подводящие шины;

 4- контактные зажимы

В устройствах и установках электроконтактного нагрева определяют не параметры нагревательных устройств, поскольку ими служат нагреваемые детали, а параметры источника питания. Результатом решения задачи является выбор печного трансформатора для электроконтактного нагрева прутков из заданного металла от начальной температуры t ₁= 20°С до заданной температуры. Исходные и справочные данные для расчета приведены в табл. 2.1 и табл. 2.2.

Таблица 2.1. Исходные данные

Цифра шифра	первая		вторая		третья
	Материал детали	Конечная температура нагрева, ^о С	Длина детали l, м	Диаметр детали d, мм	Время нагрева τ, с	Продолжительность включения ПВ, о.е.
0	Сталь	700	0,5	10	10	0,3
1	Никель	1000	1,0	20	20	0,4
2	Медь	600	1,5	30	30	0,5
3	Алюминий	400	2,0	40	40	0,6
4	Цинк	350	2,5	50	50	0,8
5	Сталь	700	3,0	10	70	0,3
6	Никель	1000	3,5	20	100	0,4
7	Медь	600	4,0	30	150	0,5
8	Алюминий	400	4,5	40	250	0,6
9	цинк	350	5,0	50	500	0,8

 

Таблица 2.2. Физические свойства нагреваемых материалов

Материал детали	Плотность материала D, кг/м^3	Удельная теплоемкость C, Дж/кг·^о С	Удельное сопротивление ρ, Ом·м при (^о С)	Температурный коэффициент сопротивления, α, ^о С ^-1
Сталь	7900	486	0,87·10^-6(700) 0,12·10^-6 (20)	0,006
Никель	9000	461	0,49·10^-6(1000) 0,075·10^-6(20)	0,006
Медь	8800	389	0,07·10^-6(600) 0,017·10-6 (20)	0,0043
Алюминий	2700	896	0,08·10^-6(400) 0,028·10^-6(20)	0,0042
цинк	7000	394	0,15·10^-6(350) 0,06·10^-6 (20)	0,004

 

Расчет мощности печного трансформатора

Для выбора трансформатора необходимо знать его мощность S _тр и вторичное напряжение U ₂.

Если известны масса M, кг, детали, начальная t ₁ и конечная t ₂ температуры нагрева, °С, а также его продолжительность τ, с, то полезная мощность

 

, Вт.                                     (2.1)

 

С учетом электрических и тепловых потерь общая активная мощность, подводимая к электронагревательному устройству

 

                                                    (2.2)

 

где: ,  , η – соответственно электрический, тепловой и общий коэффициент полезного действия установки электроконтактного нагрева (η =0,55...0,82).

Полная мощность трансформатора с учетом повторно-кратковременного режима работы установки

 

                                        (2.3)

 

где: k ₃ – коэффициент запаса, обычно принимают k ₃ = 1,2;

cos φ - средний коэффициент мощности (0,6...0,85);

ПВ - относительная продолжительность включения установки.

 

                                           (2.4)

 

Здесь τ _р - время нагрева, с; τ _ц= τ _р + τ _п - время цикла нагрева, с;

τ_п - время паузы между включениями установки, с.

Определение вторичного напряжения печного трансформатора

Вторичное напряжение трансформатора складывается из напряжения на нагреваемой части детали и падения напряжения в контактах и питающих проводниках.

Активная составляющая напряжения на нагреваемой части детали определяется подводимой полезной мощностью и активным сопротивлением детали

 

                                      (2.5)