Индукционные печи

Электродвижущуюся силу, кВт, вторичной обмотки определяем по формуле:

                                                                             (4)

 

где g – средняя производительность печи, т/ч;

       с – удельное теплосодержание металла при разливе, кДж/кг;

      t₁,t₂ – время расплавления металла и время загрузки, ч;

      – КПД печи (0,74-0,82 – с железным сердечником,

0,90-0,96 – со стальным  сердечником).

 

                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Построение механической характеристики

 

Глубина закаленного  слоя l зависит от частоты f следующим    образом.

 

 

 

l, м	3,5-20	1,1-7	0,5-3,5	0,15-1,0
f, Гц	1000	8000	70000	500000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Разработка принципиальной  электрической схемы

 

Типовая принципиальная электрическая  схема силовой части установки  индукционной тигельной печи промышленной частоты.

Напряжение на печь ЭПИ  подается после включения выключателя QF на стороне высокого напряжения печного трансформатора Т через трансформаторы напряжения ТV₁ и трансформаторы тока ТА₁ присоединены измерительные приборы— вольтметр V₁, амперметр А₁, ваттметр W и счетчик Wh активной энергии, потребляемой печью, и аппараты релейной защиты. Параллельно индуктору печи подключена компенсирующая компенсаторная батарея, которая состоит из постоянно присоединенной секции С и секции C₁-C₂, управляемых контакторами SA₁ и SA₂, где SA₂ число секций на стороне низкого напряжения (НН) печной установки от трансформаторов напряжения T и трансформатора тока ТА₂ получают питание вольтметр V₂ и амперметр А₂, а также автоматический регулятор режима печи АР.

Для подключения печи подается напряжение 6кВ через автоматический выключатель QF. При помощи приборов амперметров, вольтметров измеряются величины тока и напряжения, а также значение этих величин необходимо для автоматического регулирования режима печи. Если температура в печи изменяется, то сигнал от приборов передается регулятору режима, который изменяет нагрев.

Для защиты печи от перегрузок по току и напряжению применяется  релейная защита, которая питается через измерительные трансформаторы от двух фаз.

Тиристорные преобразователи частоты.

Тиристорные преобразователи  частоты построены по схемам с      промежуточным звеном постоянного тока. Звено постоянного тока представляет собой управляемый тиристорный выпрямитель VS₁-VS₆, собранный по трехфазной мостовой схеме. Выпрямительный ток сглаживается фильтром, состоящим из реактора L_ф и конденсатора С_ф. Однофазный мостовой  инвертор Ин – с емкостной коммутацией, совершаемой при мощности конденсатора С_к и реактора L_к, преобразует постоянный ток в переменный ток средней частоты, который питает нагрузку – электропечь индукционную ЭПИ и компенсирующую конденсаторы С_н.

Конструктивно тиристорные  преобразователи частоты выполняются  в виде крупноблочного комплектного устройства, собранного из шкафов двустороннего  обслуживания.

Функционально преобразователь частоты  включает в себя три составные  части – гетеродин, смеситель и выходной полосовой фильтр. Гетеродин представляет собой синусоидальной формы, настраиваемый либо с фиксированной частотой. Смеситель – основная часть преобразователя, нелинейное электронное устройство, в котором происходит образование нужного спектра. Принцип действия смесителя состоит в том, что в результате нелинейных процессов образуются комбинационные гармоники, частоты которых равны разностям или суммам частот гармоник входных сигналов либо частот кратных частотам исходных гармоник пропорциональны амплитудным исходным, таким образом, каждый из наборов комбинационных гармоник (разностных, суммарных, разностных и суммарных кратным) эквивалентен спектру входного сигнала, сдвинутому по частоте. Полосовой фильтр предназначен для селекции нужного набора гармоник, обычно выполнен по стандартной схеме полосового фильтра на LC – элементах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Выбор аппаратов защиты

 

В качестве защиты аппаратов используют автоматические      выключатели, они выбираются по двум условиям

 

                                                                  (5)

 

                                                                (6)

 

где  I_{ном.т.р.} – номинальный ток установки теплового расцепителя, А;                                                                          

I_{срб.расц.} – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А.

Выбираем выключатель типа АЕ2010, исходные данные которого

I_ном=25 А, I_расц.=0,32…1,6  и проверяем его по двум условиям

 

                                    

 

                                              

 

                                                   

 

                                     

 

                                              

 

                                                    

 

Условие выполняется, выключатель выбран верно.

 

8 Конструкции индукционных плавильных печей

 

Конструктивное  исполнение индукционных плавильных печей. Для рабочего процесса индукционных плавильных печей характерно электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, способствующее получению однородного по составу металла и его равномерной температуры по всему объему, также малый угар металла (в несколько раз меньше, в дуговых печах). Эти факторы обусловили широкое применение индукционных плавильных печей при производстве фасонного литья из черных и цветных металлов. Рабочие температуры печей: для стали 1600°С, чугуна 1200—1400°С, меди 1200°С и алюминия 750°С.

Индукционные плавильные печи можно разделить на канальные  печи промышленной частоты и тигельные  печи промышленной, средней и высокой частоты.

Особенности конструкции индукционной канальной пени (печи со стальным   сердечником). Здесь схематически изображена однофазная печь. Она представляет собой футерованную ванну 3, заключенную в металлический кожух 2 и снабженную в данном случае одной однофазной индукционной единицей. Последняя состоит из индуктора 8, шихтованного магнитопровода 6 (сердечника)  из  трансформаторной стали и подового камня 7 с охватывающими индуктор плавильными каналами 4. Камень 7 заключен в металлический кожух. Индукционные единицы часто делают отъемными, чтобы можно было их заменять без охлаждения футеровки ванны.

Для слива металла 1 через  сливной носок 9 печь наклоняется обычно при помощи гидропривода (в некоторых печах ванна и кожух выполнены в виде барабана по типу дуговой печи косвенного нагрева, а слив металла производится через отверстие в торцевой стенке печи при   повороте  барабана с помощью электропривода).

Загрузку печи ведут  сверху через проем, закрытый во время  плавки футерованной крышкой 10. Подъем крышки производится при помощи гидро- или электропривода.

Индуктор печи изготовляют  из профилированной медной трубки с  водяным охлаждением. Подовый камень охлаждается воздухом при помощи вентилятора 5 через зазор между  индуктором и подовым камнем. Ток  к индуктору подводится по гибким кабелям.

Замкнутый контур — вторичную  «обмотку» трансформатора, первичной  обмоткой которого является индуктор, образует жидкий металл в каналах. Поэтому  необходимо, чтобы в них всегда оставалось некоторое количество металла, поддерживаемого в расплавленном состоянии, для чего печь должна быть постоянно подключена к питающей сети. Следовательно, канальные печи предназначены для непрерывной работы с редкими переходами с одной марки металла на другую.

В своем большинстве канальные  печи выполняются однофазными с одной или несколькими индукционными единицами. Отдельные конструкции имеют трехфазное исполнение.

Канальные печи в основном применяют для плавки алюминия и  его сплавов, а также меди и некоторых ее сплавов. Емкость печей от 0,4 до 16 т (печи серий ИАК и ИЛК). Другие серии печей специализированы как миксеры для выдержки и перегрева жидкого чугуна, цветных металлов и сплавов перед разливкой в литейные формы (например, серии ИЧКМ, ИЛ КМ и др.).

Устройство индукционных тигельных печей (печей без сердечника). Внутри индуктора 8 помещен огнеупорный набивной тигель 3, в котором находится расплавляемый металл 1. В печах промышленной частоты п. в некоторых крупных печах средней частоты устанавливается внешний магнитопровод 6, который экранирует стальной кожух печи (не показанный на рисунках) от полей рассеяния индуктора. Кожух небольших печей (до 1 т) средней частоты изготовляют из немагнитной стали, дерева, асбоцемента. Сверху печь закрывается футерованной крышкой

Нагрев и расплавление садки происходят за счет вихревых токов, наводимых в ней при подключении индуктора к источнику питания. Плотность тока в садке неравномерна. Наименьшая плотность тока получается в центральной части тигля, наибольшая—в слое, прилегающем к стенкам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Выбор питающих проводников

и способы их прокладки

 

Проводники электрического тока (жилы проводов и кабелей, шины) выбираются по следующим показателям:

а) нагреву

б) экономической плотности  тока

в) образованию короны

г) термической и электродинамической  стойкости при токах короткого замыкания.

д) допустимой потере напряжения и условию защиты от перегрузок

Основным методом выбора площади сечения проводников, проложенных  внутри помещения, а также в земле, является выбор по нагреву.

Выбор проводников выполняют  по условию

                                             ,                                                   (7)                                      

 

где I_р – расчётный ток, А;

I_доп – допустимый ток по нагреву, А

Расчётный ток I_р, А, вычисляют по формуле

                                         ,                                (8)                        

где Р_н – номинальная мощность двигателя электроприёмника, Вт;

      U_н – номинальное напряжение сети, В;

     cos – коэффициент реактивной мощности наибольшего                                        электродвигателя;                     

 – коэффициент полезного  действия электродвигателя.

 

 

Выбираем провод ПВ-4(1х2,5), проложенный в трубе ПП25,   рассчитанный на ток 19А.

Проверяем выбранный  провод по условию нагрева

 

Выбор кабелей выполняют  по следующему условию:

 

                                                               I_дл I_доп                                                              (9)

 

                                      

                                                  (10)

 

где Р – мощность нагрузки, кВт.

                                  

                                        

 

Выбираем трехжильный медный кабель с токопроводящей жилой площадью сечения 4 мм²  (в воздухе) рассчитанный на ток 38А.

Проверяем выбранный  провод по условию нагрева

 

 

Условие выполняется.

Электрические провода  изготавливают изолированными и  голыми, одножильными и многожильными. Изолированные провода состоят  из алюминиевых или медных жил, покрытых резиновой или             поливинилхлоридной изоляцией. Провода с резиновой изоляцией имеют поверх изоляции хлопчатобумажную обмотку. Голые провода также состоят из алюминиевых или медных жил, но без изоляционного покрытия. Провода с алюминиевыми жилами могут применяться для электропроводок как внутри помещений, так и снаружи, в том числе пожароопасных и взрывоопасных зонах.