Indukcijsko ogrevanje

Indukcijsko segrevanje je segrevanje materialov z električnimi tokovi, ki jih inducira izmenično magnetno polje. Posledično je to segrevanje izdelkov iz prevodnih materialov (prevodnikov) z magnetnim poljem induktorjev (viri izmeničnega magnetnega polja). Indukcijsko ogrevanje se izvaja na naslednji način. Električno prevoden (kovinski, grafitni) obdelovanec je nameščen v tako imenovani induktor, ki je en ali več ovojev žice (najpogosteje bakrene). V induktorju se s posebnim generatorjem inducirajo močni tokovi različnih frekvenc (od deset Hz do nekaj MHz), zaradi česar se okoli induktorja pojavi elektromagnetno polje. Elektromagnetno polje inducira vrtinčne tokove v obdelovancu. Vrtinčni tokovi segrevajo obdelovanec pod vplivom Joulove toplote. Sistem induktor-prazen je transformator brez jedra, v katerem je induktor primarno navitje. Obdelovanec je kot sekundarno navitje, v kratkem stiku. Magnetni tok med navitji je zaprt skozi zrak. Pri visokih frekvencah se vrtinčni tokovi z magnetnim poljem, ki ga sami ustvarjajo, izpodrinejo v tanke površinske plasti obdelovanca Δ, zaradi česar se njihova gostota močno poveča in obdelovanec segreje. Nižje ležeče plasti kovine se segrevajo zaradi toplotne prevodnosti. Ni pomemben tok, ampak velika gostota toka. V kožni plasti Δ se gostota toka zmanjša za e krat glede na gostoto toka na površini obdelovanca, medtem ko se 86,4 % toplote sprosti v kožni plasti (od celotnega sproščanja toplote. Globina kožne plasti je odvisna od frekvence sevanja: višja kot je frekvenca, Odvisno je tudi od relativne magnetne prepustnosti materiala obdelovanca, potem je še vedno podvržen obratu magnetizacije in dodatnemu segrevanju dela magnetna histereza traja, dokler temperatura dela ne doseže temperature, pri kateri snov izgubi svoje magnetne lastnosti (točka Curie). odsek vodnika.

Za nemagnetne materiale in materiale s temperaturami nad Curiejevo točko je relativna magnetna prepustnost enaka enoti. Globina prodiranja Δ narašča z naraščajočo električno upornostjo ρ v (Ohm m) in pada z naraščajočo frekvenco f (Hz) in relativno magnetno prepustnostjo materiala μ. Pri tokovni frekvenci več kot 1 kHz je mogoče dobiti tanko segreto plast, tj. Izvedite površinsko toplotno obdelavo izdelka in z uporabo toka industrijske frekvence (50 Hz) - s segrevanjem izdelka.

Oblika in dimenzije induktorja so odvisne od geometrije segrevanega izdelka. Induktor je izdelan iz bakrene cevi posebnega profila v obliki cilindrične spirale ali ravnih zavojev s kratkimi nagnjenimi prehodi med zavoji. Za hlajenje induktorja se skozi njega spusti voda.

Za železo, kobalt, nikelj in magnetne zlitine pri temperaturah pod Curiejevo točko ima μ vrednost od nekaj sto do deset tisoč. Za druge materiale (taline, neželezne kovine, tekoči evtektiki z nizkim tališčem, grafit, električno prevodna keramika itd.) je μ približno enaka enoti. Formula za izračun globine kože v mm:

kjer je = 4π 10 −7 magnetna konstanta H/m, je specifična električni upor material obdelovanca pri temperaturi obdelave, - frekvenca elektromagnetnega polja, ki ga ustvarja induktor. Na primer, pri frekvenci 2 MHz je globina kože za baker približno 0,25 mm, za železo ≈ 0,001 mm.

Induktor se med delovanjem močno segreje, saj absorbira lastno sevanje. Poleg tega absorbira toplotno sevanje vročega obdelovanca. Induktorji so izdelani iz bakrenih cevi, hlajenih z vodo. Voda se dovaja s sesanjem.

Prednosti električnih napeljav z indukcijskim ogrevanjem so:

Visoka stopnja ogrevanja, sorazmerna vhodni moči;

Dobri sanitarni in higienski delovni pogoji;

Možnost regulacije območja delovanja vrtinčnih tokov v prostoru (širina in globina segrevanja);

Enostavnost avtomatizacije procesa;

Neomejena raven dosegljivih temperatur, ki zadostujejo za segrevanje kovin, taljenje kovin in nekovin, pregrevanje, taljenje, izhlapevanje materialov in proizvodnjo plazme.

Napake:

Potrebni so bolj zapleteni napajalniki;

Povišan specifična poraba električna energija za tehnološke operacije.

Značilnosti indukcijskega ogrevanja vključujejo možnost uravnavanja prostorske lege območja vrtinčnega toka.

Učinkovitost prenosa energije od induktorja do segretega telesa je odvisna od velikosti reže med njima in se poveča, ko se ta zmanjša. Globina segrevanja telesa narašča z naraščajočo upornostjo in pada z naraščajočo frekvenco toka. Induktorski tok se giblje od sto do več tisoč amperov s povprečno gostoto toka 20 A/mm 2. Izgube moči v induktorjih lahko dosežejo 20-30% uporabne moči.

Indukcijske grelne enote (IHU) se pogosto uporabljajo v različnih tehnološki procesi v strojništvu in drugih panogah. Razdeljeni so v dve glavni vrsti: instalacije skozi in površinsko ogrevanje.

Naprave za utrjevanje in ogrevanje, odvisno od namena, napajajo omrežja izmeničnega toka s frekvenco od 50 Hz do sto kHz. Napajanje visoko- in visokofrekvenčnih enot je zagotovljeno iz tiristorskih ali strojnih pretvornikov.

Glede na način delovanja se ogrevalne naprave delijo na občasne in trajne.

Pri serijskih instalacijah se segreva samo en obdelovanec ali njegov del. Pri segrevanju surovcev iz magnetnega materiala se poraba energije spremeni: sprva se poveča, nato pa se, ko doseže Curiejevo točko, zmanjša na 60-70% začetne. Pri segrevanju obdelovancev iz neželeznih kovin se moč na koncu segrevanja rahlo poveča zaradi povečanja električne upornosti.

Pri neprekinjenih instalacijah se več obdelovancev hkrati nahaja v vzdolžnem ali prečnem magnetnem polju (slika 3.1). Med postopkom segrevanja se premikajo po dolžini induktorja in se segrejejo na določeno temperaturo. Neprekinjeni grelniki bolje izkoristijo vir energije, ker povprečna moč Moč, ki jo porabijo iz vira energije, je večja od povprečne moči, ki jo porabi periodični grelec.

Kontinuirani indukcijski grelniki imajo večjo učinkovitost napajanja. Produktivnost je večja kot pri periodičnih enotah. Možno je napajati več grelnikov iz enega vira, pa tudi priključiti več generatorjev na en grelnik, sestavljen iz več odsekov (slika 3.1, c)

Zasnova induktorja za skozi ogrevanje je odvisna od oblike in velikosti delov. Induktorji so izdelani okrogli, ovalni, kvadratni oz pravokotni odsek. Za ogrevanje koncev obdelovancev so induktorji izdelani kot reža ali zanka (slika 3.1, d, e).

Potreba po vzdrževanju visoke električne in toplotna učinkovitost Induktorsko ogrevan sistem telesa določa izjemno veliko število oblik in velikosti induktorjev. Vezja nekaterih induktorjev za površinsko ogrevanje so prikazana na sliki 3.2. Med induktorjem in ognjevzdržnim valjem je položena plast toplotnoizolacijski material, ki zmanjšuje toplotne izgube in ščiti električna izolacija induktor.

Električni izkoristek indukcijskega ogrevalnega sistema se poveča z zmanjšanjem reže med induktorjem in segrevanim izdelkom, pa tudi s povečanjem razmerja upornosti segrevanega izdelka in materiala induktorja.

Uporovno ogrevanje

Segrevanje prevodnega telesa pri prehodu skozenj električni tok Po Joule-Lenzovem zakonu se imenuje uporovno segrevanje. Za ustvarjanje toplote v trdnem prevodniku lahko uporabimo enosmerni in izmenični električni tok. Uporaba enosmernega toka je težavna in ekonomsko nedonosna zaradi pomanjkanja virov (generatorjev) velikega toka in nizka napetost, ki so potrebni za sproščanje toplote v trdnem prevodniku z visoko električno prevodnostjo. Sposobnost transformacije izmeničnega toka vam omogoča, da dobite zahtevane napetosti. Z izmeničnim tokom pod odpornostjo prevodnika na enosmerni tok. To je razloženo s prisotnostjo kožnega učinka, katerega vpliv se povečuje z naraščajočo frekvenco, premerom prevodnika, magnetno prepustnostjo in zmanjšuje z naraščanjem električnega upora.

Načelo sproščanja toplote v prevodniku pri prehodu toka se uporablja v neposrednem (kontaktnem) in indirektno ogrevanje.

V uporovnih pečeh z neposrednim segrevanjem se tok vodi neposredno do segretega izdelka. Pri izračunu parametrov električnega ogrevanja je treba upoštevati spremembo upora materiala med procesom ogrevanja.

Kot grelni material se uporabljajo zlitine na osnovi Fe, Ni, Cr, Mo in Al. V obliki žice ali traku. Uporabljajo se tudi grafitni grelci. Cevni električni grelniki (TEH) so zasnovani za ogrevanje različnih medijev s konvekcijo, toplotno prevodnostjo ali sevanjem s pretvorbo električne energije v toploto (slika 3.3). Uporablja se kot sestavni del v industrijske naprave. Grelni elementi se uporabljajo za naslednje namene: ogrevanje tekočine, zraka in drugih plinov; ogrevalna voda in šibke raztopine kislin in alkalij; segrevanje substratov v vakuumskih komorah.

Slika 3.3 – Zasnova cevnega električnega grelnika

Zasnova dvodelnega cevastega električnega grelnika s krožnim prečnim prerezom je sestavljena iz grelnega elementa 5, ki se nahaja znotraj kovinske lupine (spirale ali več spiral iz zlitine z visoko odpornostjo) s kontaktnimi palicami 1. Grelni element je izoliran od lupine 4 s stisnjenim električnim izolacijskim polnilom 6. Za zaščito pred vdorom vlage okolju konci grelnih elementov so zatesnjeni. Kontaktne palice so izolirane od lupine z dielektričnimi izolatorji 3.7. Za povezavo žic se uporabljajo matice s podložkami 2.

Prednosti uporovnega ogrevanja: visoka učinkovitost, enostavnost in nizki stroški. Slabosti: onesnaženje z materialom grelca, staranje grelnika.

7.1.3. INDUKCIJSKO OGREVANJE

Začetno obdobje. Indukcijsko segrevanje prevodnikov temelji na fizikalnem pojavu elektromagnetne indukcije, ki ga je leta 1831 odkril M. Faraday. Teorijo indukcijskega segrevanja so začeli razvijati O. Heaviside (Anglija, 1884), S. Ferranti, S. Thompson, Ewing. . Njihovo delo je bilo osnova za ustvarjanje tehnologije indukcijskega ogrevanja. Ker se med indukcijskim segrevanjem toplota sprošča v prevodnem telesu - plasti, ki je enaka globini prodiranja elektromagnetnega polja, postane mogoče natančno nadzorovati temperaturo, da se zagotovi visokokakovostno ogrevanje pri visoki zmogljivosti. Druga prednost je brezkontaktno ogrevanje.

Indukcijske peči z odprtim kanalom. Eno prvih znanih zasnov kanalne indukcijske peči (IKF) je predlagal S. Ferranti (Italija) leta 1887. Peč je imela keramični kanal, nad in pod tem kanalom pa so bile nameščene ploščate induktorske tuljave. Leta 1890 E.A. Colby (ZDA) je predlagal zasnovo peči, pri kateri induktor obdaja krožni kanal od zunaj.

Prvo industrijsko peč z jeklenim jedrom in induktorjem, nameščenim v kanalu (slika 7.7), je leta 1900 ustvaril Kjellin (Švedska). Moč peči 170 kW, nosilnost do 1800 kg, frekvenca 15 Hz. Napajanje iz posebnega generatorja znižane frekvence, ki je nujen zaradi nizkega faktorja moči. Do leta 1907 je delovalo 14 tovrstnih peči.

riž. 7.7. Skica odprte kanalske indukcijske peči Kjelly 1 - kanal; 2 - induktor; 3 - magnetno vezje

Leta 1905 je Röheling-Rodenhauser (Nemčija) zasnoval večfazne kanalske peči (z dvema in tremi induktorji), pri katerih so kanali povezani s kopeljo, ki jo napaja omrežje 50 Hz. Tudi poznejši načrti peči so uporabljali zaprte kanale za taljenje neželeznih kovin. Leta 1918 je W. Rohn (Nemčija) zgradil vakuumski ICP, podoben Kjellinovi peči (tlak 2–5 mm Hg), kar je omogočilo pridobitev kovine z boljšimi mehanskimi lastnostmi.

Zaradi številnih prednosti zaprtih kanalskih peči je razvoj odprtih kanalskih peči zastal. Vendar so se poskusi uporabe takšnih peči za taljenje jekla nadaljevali.

V tridesetih letih 20. stoletja so v ZDA za pretaljevanje odpadnega nerjavečega jekla uporabljali enofazni ICP nosilnosti 6 ton z odprtim kanalom, ki ga je napajal generator z močjo 800 kW in frekvenco 8,57 Hz. Peč je delovala v duplex procesu z obločno pečjo. V 40–50-ih letih prejšnjega stoletja so v Italiji uporabljali ICP z odprtim kanalom za taljenje jekla z zmogljivostjo 4–12 ton proizvajalca Tagliaferri. Kasneje je bila uporaba takšnih peči opuščena, saj so bile po svojih lastnostih slabše od obločnih in indukcijskih peči za proizvodnjo jekla.

Indukcijske kanalske peči z zaprtim kanalom. Od leta 1916 so začeli razvijati najprej eksperimentalne in nato industrijske ICP z zaprtim kanalom. Serijo ICP z zaprtim kanalom je razvil Ajax-Watt (ZDA). Gre za enofazne gredne peči z vertikalnim kanalom za taljenje bakro-cinkovih zlitin z močjo 75 in 170 kV?A in nosilnostjo 300 in 600 kg. Bili so osnova za razvoj številnih podjetij.

V istih letih so bile v Franciji izdelane jaščne peči s horizontalno trifazno indukcijsko enoto (moč 150, 225 in 320 kW). V Angliji je podjetje General Electric Limited predlagalo modifikacijo peči z dvema kanaloma na induktor, z njuno asimetrično razporeditvijo, kar povzroča kroženje taline in zmanjšano pregrevanje.

Peči E. Russ (Nemčija) so bile izdelane z dvema in tremi kanali na induktor (vertikalna in horizontalna izvedba). E. Russ je predlagal tudi zasnovo dvojne indukcijske enote (IE), povezane z dvema fazama.

V ZSSR so v 30-ih letih v Moskovski električni tovarni začeli proizvajati IKP, podobne peči Ajax-Watt. V 50-ih letih prejšnjega stoletja je OKB "Electropech" razvil peči za taljenje bakra in njegovih zlitin z zmogljivostjo 0,4–6,0 ton, nato pa 16 ton. Leta 1955 je bil v tovarni v Belaya Kalitvi zagnan IKP za taljenje aluminija z zmogljivostjo. 6 t.

V 50. letih v ZDA in Zahodna Evropa ICP so se pogosto uporabljali kot mešalniki pri taljenju litega železa v dupleksnem procesu s kupolno ali elektroobločno pečjo. Za povečanje moči in zmanjšanje pregrevanja kovine v kanalu so bile razvite izvedbe IE z enosmernim gibanjem taline (Norveška). Istočasno so bili razviti snemljivi IE. V 70. letih je Ajax Magnetermic razvil dvojne IE, katerih moč trenutno dosega 2000 kW. Podoben razvoj je bil izveden v VNIIETO v istih letih. N.V. je aktivno sodeloval pri razvoju različnih tipov ICP. Veselovski, E.P. Leonova, M.Y. Stolov in drugi.

V osemdesetih letih je bil razvoj ICP pri nas in v tujini usmerjen v povečanje obsega uporabe in razširitev tehnoloških zmogljivosti, na primer uporaba ICP za proizvodnjo cevi iz barvnih kovin z vlečenjem taline.

Indukcijske lončene peči. Ker lahko indukcijske peči z majhno zmogljivostjo (IFR) učinkovito delujejo le pri frekvencah nad 50 Hz, je bil njihov nastanek oviran zaradi pomanjkanja ustreznih virov energije - frekvenčnih pretvornikov. Kljub temu je v letih 1905–1906. številna podjetja in izumitelji so predlagali in patentirali ITP, med njimi so podjetje "Schneider-Creusot" (Francija), O. Zander (Švedska), Gerden (Anglija). Hkrati je zasnovo ITP razvil A.N. Lodygin (Rusija).

Prvi industrijski ITP z visokofrekvenčnim generatorjem iskre je leta 1916 razvil E.F. Northrup (ZDA). Od leta 1920 je te peči začelo proizvajati podjetje Ajax Electrothermal. Istočasno je J. Ribot (Francija) razvijal ITP s pogonom na vrtljivo iskrišče. Podjetje Metropolitan-Vickers je ustvarilo ITP za visoke in industrijske frekvence. Namesto generatorjev isker so bili uporabljeni strojni pretvorniki frekvence do 3000 Hz in moči 150 kV?A.

V.P. Vologdin v letih 1930–1932 ustvaril industrijski ITP z zmogljivostjo 10 in 200 kg, ki ga napaja strojni frekvenčni pretvornik. Leta 1937 je zgradil tudi ITP, ki ga je poganjal cevni generator. Leta 1936 je A.V. Donskoy je razvil univerzalno indukcijsko peč z generatorjem svetilke z močjo 60 kV?A.

Leta 1938 je podjetje Brown-Boveri za napajanje ITP (moč 300 kW, frekvenca 1000 Hz) uporabilo pretvornik na osnovi večanodnega živosrebrnega ventila. Od 60. let prejšnjega stoletja so se tiristorski pretvorniki začeli uporabljati za napajanje indukcijskih naprav. S povečanjem zmogljivosti ITP je postala možna učinkovita uporaba napajanja s tokom industrijske frekvence.

V 40–60 letih je OKB Elektropech razvil več vrst ITP: visokofrekvenčno za taljenje aluminija z zmogljivostjo 6 ton (1959), litoželezo z zmogljivostjo 1 tone (1966). Leta 1980 je bila v tovarni v Bakuju izdelana peč s kapaciteto 60 ton za taljenje litega železa (ki jo je razvil VNIIETO po licenci podjetja Brown-Boveri). E.P. je veliko prispeval k razvoju ITP na VNIIETO. Leonova, V.I. Kriesenthal, A.A. Prostyakov in drugi.

Leta 1973 je Ajax Magnothermic skupaj z raziskovalnim laboratorijem General Motors razvil in zagnal kontinuirano horizontalno lončeno peč za taljenje litega železa s kapaciteto 12 ton in močjo 11 MW.

Od 50. let prejšnjega stoletja so se začele razvijati posebne vrste indukcijskega taljenja kovin:

vakuum v keramičnem lončku;

vakuum v palubi;

vakuum v hladnem lončku;

v elektromagnetnem lončku;

v suspenziji;

uporabo kombinirano ogrevanje.

Do leta 1940 so bile vakuumske indukcijske peči (VIF) uporabljene samo v laboratorijskih pogojih. V 50. letih prejšnjega stoletja so nekatera podjetja, zlasti Hereus, začela razvijati industrijske VIP, katerih zmogljivost na enoto se je začela hitro povečevati: 1958 - 1–3 tone, 1961–5 ton, 1964–15–27 ton, 1970–60 t Leta 1947 je MosZETO izdelal prvo vakuumsko peč s kapaciteto 50 kg, leta 1949 pa je začela serijsko proizvodnjo VIP s kapaciteto 100 kg. Sredi 80-ih je proizvodno združenje Sibelektroterm na podlagi razvoja VNIIETO izdelalo posodobljene VIP z zmogljivostjo 160, 600 in 2500 kg za taljenje posebnih jekel.

Indukcijsko taljenje reaktivnih zlitin v lobanjskih pečeh in pečeh z bakrenim vodno hlajenim (hladnim) lončkom se je začelo uporabljati v 50. letih. Peč s praškasto skorjo je razvil N.P. Gluhanov, R.P. Zhezherin et al leta 1954 in peč z monolitno garnituro - M.G. Kogan leta 1967. Zamisel o indukcijskem taljenju v hladnem lončku je leta 1926 v Nemčiji predlagal Siemens-Halske, vendar ni našel uporabe. Leta 1958 je IMET skupaj z Vseslovenskim raziskovalnim inštitutom za visokofrekvenčne tokove poimenovan po. V.P. Vologdina (VNI-ITVCH) pod vodstvom A.A. Vogel je izvedel poskuse indukcijskega taljenja titana v hladnem lončku.

Želja po zmanjšanju onesnaženja s kovino in toplotnih izgub v hladnem lončku je pripeljala do uporabe elektromagnetnih sil za odtiskanje kovine od sten, tj. do ustvarjanja "elektromagnetnega lončka" (L.L. Tire, VNIIETO, 1962)

Taljenje kovin v suspendiranem stanju za pridobitev posebej čistih kovin je bilo predlagano v Nemčiji (O. Muk) že leta 1923, vendar zaradi pomanjkanja virov energije ni postalo razširjeno. V 50. letih se je ta metoda začela razvijati v mnogih državah. V ZSSR so zaposleni v VNIITVCh pod vodstvom A.A. Vogel.

Taljenje ICP in kombinirano ogrevanje ITP sta se začela uporabljati od 50. let prejšnjega stoletja, sprva na kurilno olje in plinski gorilniki, na primer IKP za pretaljenje aluminijevih ostružkov (Italija) in IKP za lito železo (Japonska). Kasneje so postale razširjene peči s plazemsko indukcijsko lončkom, na primer serija pilotnih industrijskih peči z zmogljivostjo 0,16–1,0 tone, ki jih je leta 1985 razvil VNIIETO.

Naprave za indukcijsko površinsko utrjevanje. Prve poskuse indukcijskega površinskega utrjevanja je leta 1925 izvedel V.P. Vologdin na pobudo inženirja tovarne Putilov N.M. Belyaeva, ki so veljali za neuspešne, saj so si takrat prizadevali za utrjevanje. V 30. letih je V.P. Vologdin in B.Ya. Romanov je nadaljeval s tem delom in leta 1935 prejel patente za kaljenje z uporabo visokofrekvenčnih tokov. Leta 1936 je V.P. Vologdin in A.A. Vogel je prejel patent za induktor za kaljenje zobnikov. V.P. Vologdin in njegovi zaposleni so razvili vse elemente utrjevalne naprave: rotacijski frekvenčni pretvornik, induktorje in transformatorje (slika 7.8).

riž. 7.8. Kalilec za sekvenčno kaljenje

1 - utrjen izdelek; 2 - induktor; 3 - utrjevalni transformator; 4 - frekvenčni pretvornik; 5 - kondenzator

Od leta 1936 G.I. Babat in M.G. Lozinsky v tovarni Svetlana (Leningrad) je raziskoval postopek indukcijskega kaljenja z uporabo visokih frekvenc, ki jih napaja cevni generator. Od leta 1932 je kaljenje s srednjefrekvenčnim tokom začel uvajati TOKKO (ZDA).

V Nemčiji je leta 1939 G.V. Soilen je izvajal površinsko utrjevanje ročičnih gredi v tovarnah AEG. Leta 1943 je K. Kegel predlagal posebno obliko induktivne žice za utrjevanje zobnikov.

Široka uporaba površinskega utrjevanja se je začela v poznih 40. letih. V 25 letih od leta 1947 je VNIITVCH razvil več kot 300 naprav za kaljenje, vključno z zagonom avtomatske linije za kaljenje ročičnih gredi in naprave za kaljenje železniških tirnic po celotni dolžini (1965). Leta 1961 je bila v avtomobilski tovarni poimenovana prva naprava za kaljenje zobnikov iz jekla z nizko kaljivostjo. Likhachev (ZIL) (tehnologija, ki jo je razvil K.Z. Shepelyakovsky).

Eno od področij razvoja indukcijske toplotne obdelave v zadnjih letih je bila tehnologija utrjevanja in popuščanja naftnih in plinskih cevi velikega premera (820–1220 mm), konstrukcijskih armaturnih palic, pa tudi krepitev železniških tirnic.

Prehodne ogrevalne instalacije. Uporaba indukcijskega segrevanja kovin za različne namene, razen za taljenje, je bila na prvi stopnji raziskovalne narave. Leta 1918 je M.A. Bonch-Bruevich, nato pa V.P. Vologdin je z visokofrekvenčnimi tokovi ogreval anode elektronskih cevi med njihovim praznjenjem (razplinjevanjem). Konec tridesetih let prejšnjega stoletja so v laboratoriju tovarne Svetlana izvajali poskuse z uporabo indukcijskega segrevanja na temperaturo 800–900 ° C pri obdelavi jeklene gredi s premerom 170 in dolžino 800 mm. na stružnici. Uporabljen je bil cevni generator z močjo 300 kW in frekvenco 100–200 kHz.

Od leta 1946 so se v ZSSR začela dela na uporabi indukcijskega ogrevanja pri tlačni obdelavi. Leta 1949 je na ZIL (ZIS) začel delovati prvi kovaški grelec. Delovanje prve indukcijske kovačnice se je začelo v Moskovski tovarni majhnih avtomobilov (MZMA, kasneje AZLK) leta 1952. Uvedena je bila zanimiva dvofrekvenčna naprava (60 in 540 Hz) za ogrevanje jeklenih surovcev (presek - kvadrat 160x160 mm) za tlačno obdelavo. v Kanadi leta 1956 Podobna naprava je bila razvita na VNIITVCh (1959). Za ogrevanje do Curiejeve točke se uporablja industrijska frekvenca.

Za proizvodnjo valjarjev je VNIITVCH leta 1963 izdelal grelnik plošč (dimenzije 2,5x0,38x1,2 m) z močjo 2000 kW pri frekvenci 50 Hz.

Leta 1969 je v metalurškem obratu McLouth Steel Corp. (ZDA). indukcijsko ogrevanje približno 30 ton težkih jeklenih plošč (dimenzij 7,9 x 0,3 x 1,5 m) z uporabo šestih tehnoloških linij (18 induktorjev industrijske frekvence s skupno močjo 210 MW).

Induktorji so imeli posebno obliko, ki je zagotavljala enakomerno segrevanje plošče. Delo o uporabi indukcijskega ogrevanja v metalurgiji je potekalo tudi na VNIIETO (P.M. Chaikin, S.A. Yaitskov, A.E. Erman).

Konec 80-ih let v ZSSR je bilo indukcijsko ogrevanje uporabljeno v približno 60 kovačnicah (predvsem v tovarnah avtomobilske in obrambne industrije) s skupno zmogljivostjo indukcijskih grelnikov do 1 milijona kW.

Nizkotemperaturno ogrevanje pri industrijski frekvenci. V letih 1927–1930 v enem od uralskih obrambnih obratov so se začela dela na indukcijskem ogrevanju na industrijski frekvenci (N. M. Rodigin). Leta 1939 so tam uspešno delovale precej močne indukcijske grelne enote za toplotno obdelavo izdelkov iz legiranega jekla.

TsNIITmash (V.V. Aleksandrov) je izvajal tudi dela na uporabi industrijske frekvence za toplotno obdelavo, ogrevanje za pristanek itd. Številna dela na nizkotemperaturnem ogrevanju so bila izvedena pod vodstvom A.V. Donskoy. V 60–70 letih so Raziskovalni inštitut za armirani beton (NIIZhB), Politehnični inštitut Frunze in druge organizacije izvajale dela na toplotni obdelavi armiranobetonskih izdelkov z uporabo indukcijskega ogrevanja pri frekvenci 50 Hz. VNIIETO je razvil tudi številne industrijske nizkotemperaturne ogrevalne naprave za podobne namene. Razvoj MPEI (A. B. Kuvaldin) na področju indukcijskega ogrevanja feromagnetnega jekla je bil uporabljen v napravah za ogrevanje delov za navarjanje, toplotno obdelavo jekla in armiranega betona, ogrevanje kemičnih reaktorjev, kalupov itd. (70–80).

Visokofrekvenčno consko taljenje polprevodnikov. Metoda conskega taljenja je bila predlagana leta 1952 (V.G. Pfann, ZDA). Delo na visokofrekvenčnem conskem taljenju brez lončka se je v naši državi začelo leta 1956, na VNIITTVCh pa je bil pridobljen monokristal silicija s premerom 18 mm. Ustvarjene so bile različne modifikacije naprav tipa "Crystal" z induktorjem v vakuumski komori (Yu.E. Nedzvetsky). V 50. letih prejšnjega stoletja je bila v tovarni Platinopribor (Moskva) skupaj z Državnim inštitutom za redke kovine (Giredmet) izvedena izdelava naprav za navpično consko taljenje silicija brez lončka z induktorjem zunaj vakuumske komore (kvarčna cev). Začetek serijske proizvodnje naprav "Crystal" za gojenje monokristalov silicija sega v leto 1962 (v Taganrog ZETO). Premer nastalih monokristalov je dosegel 45 mm (1971), kasneje pa tudi več kot 100 mm (1985).

Visokofrekvenčno taljenje oksida. V zgodnjih 60-ih F.K. Monfort (ZDA) je talil okside v indukcijski peči (gojenje feritnih monokristalov z uporabo visokofrekvenčnih tokov - radio frekvenc). Istočasno sta A.T Chapman in G.V. Clark (ZDA) je predlagal tehnologijo za pretaljenje bloka polikristalnega oksida v hladnem lončku. Leta 1965 je J. Ribot (Francija) z uporabo radijskih frekvenc dobil taline uranovih, torijevih in cirkonijevih oksidov. Taljenje teh oksidov poteka pri visokih temperaturah (1700–3250 °C) in zato zahteva velik vir energije.

V ZSSR je bila tehnologija visokofrekvenčnega taljenja oksidov razvita na Fizikalnem inštitutu Akademije znanosti ZSSR (A.M. Prohorov, V.V. Osiko). Opremo sta razvila VNIITVCh in Leningrajski elektrotehniški inštitut (LETI) (Yu.B. Petrov, A.S. Vasiliev, V.I. Dobrovolskaya). Naprave Kristall, ki so jih ustvarili leta 1990, so imele skupno zmogljivost več kot 10.000 kW in proizvedle na stotine ton oksidov. visoka stopnjačistoče na leto.

Visokofrekvenčno segrevanje plazme. Pojav visokofrekvenčne razelektritve v plinu je znan že od 80. let 19. stoletja. V letih 1926–1927 J.J. Thomson (Anglija) je pokazal, da brezelektrodno razelektritev v plinu ustvarjajo inducirani tokovi, J. Townsend (Anglija, 1928) pa je razelektritev v plinu razložil z delovanjem električnega polja. Vse te študije so bile izvedene pri znižanih tlakih.

V letih 1940–1941 G.I. Babat v obratu Svetlana je pri razplinjevanju elektronskih cevi z visokofrekvenčnim segrevanjem opazil razelektritev plazme in nato prvič prejel razelektritev pri atmosferskem tlaku.

V 50. letih različne države Delo je potekalo na visokofrekvenčni plazmi (T. B. Reed, J. Ribot, G. Barkhoff itd.). V ZSSR so jih izvajali od poznih 50-ih let na Leningradskem politehničnem inštitutu (A.V. Donskoy, S.V. Dresvin), Moskovskem inštitutu za elektrotehniko (M.Ya. Smelyansky, S.V. Kononov), VNITVCh (I.P. Dashkevich ) itd. Izpusti v različnih plinih , so bile preučene zasnove plazemskih gorilnikov in tehnologije, ki jih uporabljajo. Nastali so visokofrekvenčni plazmatroni s kvarčnimi in kovinskimi (za moči do 100 kW) vodno hlajenimi (izdelani leta 1963) komorami.

V 80. letih prejšnjega stoletja so visokofrekvenčne plazemske gorilnike z močjo do 1000 kW pri frekvencah 60 kHz - 60 MHz uporabljali za proizvodnjo posebej čistega kremenčevega stekla, pigmenta titanovega dioksida, novih materialov (npr. nitridov in karbidov), zlasti čisti ultrafini prah in razgradnja strupenih snovi.

Iz knjige Zgodovina elektrotehnike avtor Ekipa avtorjev

7.1.1. UPOROVNO OGREVANJE Začetno obdobje. Prvi poskusi ogrevanja vodnikov z električnim tokom segajo v 18. stoletje. Leta 1749 je B. Franklin (ZDA) med študijem razrešnice Leyden kozarec odkril segrevanje in taljenje kovinskih žic, kasneje pa po njem

Iz avtorjeve knjige

7.1.2. ELEKTROOBLOČNO OGREVANJE Začetno obdobje. V letih 1878–1880 V. Siemens (Anglija) je izvedel številna dela, ki so bila osnova za ustvarjanje obločnih peči z neposrednim in posrednim ogrevanjem, vključno z enofazno obločno pečjo z zmogljivostjo 10 kg. Prosili so jih za uporabo magnetnega polja

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

7.7.5. PLAZMA OGREVANJE Začetno obdobje. Začetek dela na plazemskem segrevanju sega v dvajseta leta 20. stoletja. Sam izraz "plazma" je uvedel I. Langmuir (ZDA), koncept "kvazinevtralnega" pa W. Schottky (Nemčija). Leta 1922 sta H. Gerdien in A. Lotz (Nemčija) izvedla poskuse s plazmo, pridobljeno iz

Iz avtorjeve knjige

7.1.6. OGREVANJE Z ELEKTRONSKIM ŽARKOM Začetno obdobje. Tehnologija segrevanja z elektronskim žarkom (taljenje in rafiniranje kovin, dimenzijska obdelava, varjenje, toplotna obdelava, naparjevalni premaz, dekorativna obdelava površina) je nastala na podlagi dosežkov fizike,

Iz avtorjeve knjige

7.1.7. LASERSKO OGREVANJE Začetno obdobje. Laser (okrajšava za Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je nastal v drugi polovici 20. stoletja. in našel nekaj uporabe v električni tehnologiji je izrazil A. Einstein leta 1916. V.A.

Preden se pogovorimo o tem, kako sestaviti domači indukcijski grelec, morate vedeti, kaj je in kako deluje.

Zgodovina indukcijskih grelnikov

V obdobju od 1822 do 1831 je slavni angleški znanstvenik Faraday izvedel vrsto poskusov, katerih cilj je bil pretvoriti magnetizem v električno energijo. Veliko časa je preživel v svojem laboratoriju. Dokler nekega dne, leta 1831, Michael Faraday končno ni dosegel svojega cilja. Znanstveniku je končno uspelo pridobiti električni tok v primarnem navitju žice, ki je bila navita na železno jedro. Tako je bila odkrita elektromagnetna indukcija.

Indukcijska moč

To odkritje so začeli uporabljati v industriji, v transformatorjih, raznih motorjih in generatorjih.

Resnično priljubljeno in potrebno pa je to odkritje postalo šele 70 let kasneje. Med vzponom in razvojem metalurške industrije so se pojavile nove, sodobne metode taljenje kovin v pogojih metalurške proizvodnje. Mimogrede, prva talilnica, ki je uporabljala vortex indukcijski grelnik, je bila zagnana leta 1927. Tovarna je bila v majhnem angleškem mestu Sheffield.

Tako v repu kot v grivi

V 80. letih se je princip indukcije začel v celoti uporabljati. Inženirji so lahko ustvarili grelnike, ki so delovali na enakem indukcijskem principu kot metalurška peč za taljenje kovin. S takimi napravami so ogrevali tovarniške delavnice. Malo kasneje so začeli izpuščati gospodinjske naprave. In nekateri obrtniki jih niso kupili, ampak so z lastnimi rokami sestavili indukcijske grelnike.

Princip delovanja

Če razstavite kotel indukcijski tip, potem boste tam našli jedro, električno in toplotno izolacijo, nato ohišje. Razlika med tem grelcem in tistimi, ki se uporabljajo v industriji, je toroidno navitje z bakrenimi vodniki. Nahaja se med dvema cevema, zvarjenima skupaj. Te cevi so izdelane iz feromagnetnega jekla. Stena takšne cevi je več kot 10 mm. Zaradi te zasnove ima grelnik veliko manjšo težo, večji izkoristek in je tudi majhen. Kot jedro tukaj deluje cev z navitjem. In drugi služi neposredno za ogrevanje hladilne tekočine.

Indukcijski tok, ki ga ustvarja visokofrekvenčno magnetno polje od zunanjega navitja do cevi, segreva hladilno tekočino. Ta proces povzroča vibriranje sten. Zahvaljujoč temu se na njih ne odlaga vodni kamen.

Ogrevanje nastane zaradi dejstva, da se jedro med delovanjem segreje. Njegova temperatura se dvigne zaradi vrtinčnih tokov. Slednji nastanejo zaradi magnetnega polja, ki ga nato ustvarijo visokonapetostni tokovi. Tako deluje indukcijski grelnik vode in številni sodobni kotli.

DIY indukcijska moč

Ogrevalne naprave, ki kot energijo uporabljajo električno energijo, so čim bolj priročne in udobne za uporabo. So veliko varnejši od opreme, ki deluje na plin. Poleg tega v tem primeru ni saj ali saj.

Ena od pomanjkljivosti takšnega grelnika je visoka poraba električne energije. Če želite prihraniti nekaj denarja, obrtniki Naučili so se sestaviti indukcijske grelnike z lastnimi rokami. Rezultat je odlična naprava, ki za delovanje potrebuje veliko manj električne energije.

Postopek izdelave

Če želite sami izdelati takšno napravo, vam ni treba imeti resnega znanja iz elektrotehnike in vsaka oseba se lahko spopade z montažo konstrukcije.

Za to potrebujemo kos plastične cevi z debelimi stenami. Deloval bo kot telo naše enote. Nato potrebujete jekleno žico s premerom največ 7 mm. Tudi, če morate grelec priključiti na ogrevanje v hiši ali stanovanju, je priporočljivo kupiti adapterje. Potrebujete tudi kovinsko mrežo, ki naj drži jeklena žica znotraj ohišja. Seveda je za izdelavo induktorja potrebna bakrena žica. Poleg tega ima skoraj vsakdo v svoji garaži visokofrekvenčni pretvornik. No, v zasebnem sektorju je takšno opremo mogoče najti brez težav. Presenetljivo je, da lahko indukcijske grelnike naredite z lastnimi rokami z uporabo improviziranih materialov brez veliko stroškov.

Najprej morate opraviti pripravljalna dela za žico. Narežemo ga na kose dolžine 5-6 cm, dno pa je treba prekriti z mrežico, v notranjost pa vliti kose rezane žice. Tudi vrh cevi mora biti pokrit z mrežo. Morate posuti dovolj žice, da napolnite cev od spodaj navzgor.

Ko je del pripravljen, ga morate namestiti v ogrevalni sistem. Nato lahko tuljavo preko inverterja priključimo na elektriko. Menijo, da je indukcijski grelnik, izdelan iz pretvornika, zelo preprosta in izjemno stroškovno učinkovita naprava.

Naprave ne preskušajte, če ni vode ali antifriza. Samo stopil boš cev. Pred zagonom tega sistema je priporočljivo narediti ozemljitveni priključek za pretvornik.

Sodoben grelec

To je druga možnost. Vključuje uporabo sodobnih izdelkov elektronske naprave. Takšnega indukcijskega grelnika, katerega diagram je predstavljen spodaj, ni treba konfigurirati.

To vezje uporablja princip serijske resonance in lahko razvije spodobno moč. Če uporabljate močnejše diode in kondenzatorje večjo kapaciteto, potem lahko povečate zmogljivost enote na resno raven.

Sestavljanje vortex indukcijskega grelnika

Za sestavljanje te naprave boste potrebovali dušilko. Najdete ga, če odprete napajalnik običajnega računalnika. Nato morate naviti žico iz feromagnetnega jekla, bakrena žica 1,5 mm. Odvisno od zahtevanih parametrov bo morda potrebnih od 10 do 30 obratov. Nato morate izbrati tranzistorje z učinkom polja. Izbrani so glede na največji upor odprtega spoja. Kar zadeva diode, jih je treba vzeti pod povratno napetostjo najmanj 500 V, medtem ko bo tok nekje okoli 3-4 A. Potrebovali boste tudi zener diode, zasnovane za 15-18 V. In njihova moč mora biti približno 2-3 tor. Upori - do 0,5 W.

Nato morate sestaviti vezje in narediti tuljavo. To je osnova, na kateri temelji celoten indukcijski grelnik VIN. Tuljava bo sestavljena iz 6-7 obratov bakrena žica 1,5 mm. Nato je treba del vključiti v vezje in priključiti na elektriko.

Naprava je sposobna segrevati vijake do rumene barve. Vezje je izjemno preprosto, vendar med delovanjem sistem ustvari veliko toplote, zato je bolje namestiti radiatorje na tranzistorje.

Bolj zapletena zasnova

Če želite sestaviti to enoto, morate znati delati z varjenjem, uporaben pa bo tudi trifazni transformator. Zasnova je predstavljena v obliki dveh cevi, ki ju je treba variti druga v drugo. Hkrati bodo delovali kot jedro in grelec. Navitje je navito na telo. Tako lahko znatno povečate produktivnost in hkrati dosežete majhne splošne dimenzije in majhna teža.

Za dovajanje in odstranjevanje hladilne tekočine je potrebno v telo naprave zvariti dve cevi.

Priporočljivo je, da v čim večji meri odpravite morebitne toplotne izgube in se zaščitite pred morebitnimi uhajanji toka, kotel izolirajte. Odpravil bo nastanek nepotrebnega hrupa, zlasti med intenzivnim delom.

Takšne sisteme je priporočljivo uporabljati v zaprtih ogrevalnih krogih, v katerih je prisilna cirkulacija hladilna tekočina. Takšne enote je dovoljeno uporabljati za plastične cevovode. Kotel mora biti nameščen tako, da je razdalja med njim in stenami druga električne naprave je bila najmanj 30 cm. Priporočljivo je tudi, da vzdržujete razdaljo 80 cm od tal in stropa. Priporočljivo je tudi, da za odvodno cev namestite varnostni sistem. Za to so primerni manometer, naprava za izpust zraka in udarni ventil.

Tako enostavno in brez visoki stroški Indukcijske grelnike lahko sestavite z lastnimi rokami. Ta oprema vam lahko služi več let in ogreje vaš dom.

Tako smo ugotovili, kako narediti indukcijski grelec z lastnimi rokami. Shema sestavljanja ni zelo zapletena, zato jo lahko dokončate v nekaj urah.

Indukcijsko ali visokofrekvenčno segrevanje razumemo kot segrevanje pri brezkontaktnem prenosu električne energije v obdelovanec z elektromagnetnim poljem, ki nastane okoli vodnika, po katerem teče. AC.

Za množično proizvodnjo je priporočljiva uporaba indukcijskega ogrevanja za plastično in termično obdelavo visoko legiranih jekel in barvnih kovin. Učinkovitost metode je določena visoka hitrost segrevanje, zaradi katerega je oksidacija kovine skoraj popolnoma odpravljena, vam omogoča, da ohranite drobna zrna v jeklu, kar zagotavlja visoko plastičnost obdelovanca, kar zmanjša porabo energije za obdelavo s pritiskom in poveča življenjsko dobo oprema za kovanje. Same indukcijske enote zavzamejo malo prostora v delavnici in jih je enostavno vključiti v proizvodne linije.

Metoda ima tudi slabosti, kot sta povečana poraba energije in visoki stroški opreme.

Teorijo indukcijskega ogrevanja in prve industrijske naprave je ustvaril V. P. Vologdin.

Glavni del katere koli indukcijske naprave je induktor - prevodnik električnega toka, ki mu je mogoče dati poljubno obliko. Običajno je izdelan iz pravokotnih bakrenih cevi v obliki valjaste spirale. Induktor je lahko eno- ali večobratni. Na sl. 6.5 prikazuje (po V. N. Bogdanovu in S. E. Ryskinu) induktor za ogrevanje cilindričnih obdelovancev. Ogrevani izdelki 3 ki se nahaja znotraj spirale 1, narejen iz bakrenih cevi. Ima toplotno zaščito 2 iz šamotnih cevi. Ogreti obdelovanci se premikajo znotraj induktorja po vodno hlajenih vodilih 4. Spirala se drži od zunaj lesene kocke 5, stisnjen med azbestnocementne plošče 6. Spirala se hladi z vodo, ki teče v njej.

riž. 6.5. Induktor za ogrevanje cilindričnih obdelovancev

Ko skozi cevi teče izmenični tok, se znotraj spirale pojavi izmenično elektromagnetno polje. V obdelovancu, nameščenem v induktorju, se inducirajo (inducirajo) izmenični tokovi (Foucaultovi tokovi), ki imajo enako frekvenco kot frekvenca toka v spirali. Ti tokovi segrevajo obdelovanec. V njem se električna energija pretvarja v toplotno.

Izmenični tok v preseku prevodnika je porazdeljen neenakomerno, zato bo v induktorski žici in obdelovancu največja gostota toka na površini. Globlje v prevodniku se gostota toka eksponentno zmanjšuje. Običajno velja, da se tok širi znotraj določene debeline, ki se imenuje globina prodora toka, kjer se sprosti 90% toplote. Vrednost je odvisna od frekvence toka, magnetne prepustnosti in električne prevodnosti materiala.

Vse kovine in zlitine so glede na magnetne lastnosti razdeljene v dve skupini: feromagnetne in paramagnetne. Feromagnetni materiali (ogljikova jekla, železo, nikelj in kobalt) imajo visoko magnetno prepustnost. Paramagnetni materiali (odporni na vročino in nerjavna jekla, medenina, bakrov nikelj itd.) imajo magnetno prepustnost, ki je blizu magnetni prepustnosti vakuuma.

Ko segreti material doseže temperaturo, ki ustreza točki magnetne transformacije (kritična točka ali Curiejeva točka), se vrednost magnetne prepustnosti feromagnetnih materialov zmanjša za 100-200-krat in se zmanjša na vrednost magnetne prepustnosti vakuuma, kar spremlja povečanje globine prodora toka. Kritična točka določenega materiala ustreza zelo specifični telesni temperaturi. Za jeklo je enaka 768 °C. Zato ločimo dve globini prodiranja toka: do Curiejeve točke in po njej ("vroča" globina prodiranja toka), m za baker, segret na 60 °C, . Za jeklo pri temperaturah 1100 - 1200 °C.

Električna energija, ki se dovaja induktorju, se delno prenese na segrete obdelovance, manjši del pa se porabi za ogrevanje žice induktorja. Razmerje med količino energije, preneseno na obdelovanec, in celotno količino energije, dovedene v induktor, se imenuje električni izkoristek induktorja. Njegova vrednost je odvisna predvsem od razmerja med premerom obdelovanca in globino prodiranja toka, to je, da je določena s frekvenco toka. Električni izkoristek narašča z naraščajočo frekvenco in doseže največjo vrednost pri .

Slika 6.6. Odvisnost električne(/), toplotne (2) in poln (3) Učinkovitost "

induktorja na razmerje med premerom obdelovanca in globino prodiranja v segreto jeklo

Razmerje med količino energije, porabljeno za ogrevanje obdelovanca in količino energije, ki jo nanj prenese induktor, se imenuje toplotna ali toplotna učinkovitost g\t. Ni odvisna samo od temperature in trajanja segrevanja, temveč tudi od velikosti površine, ki oddaja toploto. Ko vrednost narašča, se zmanjšuje. Skupna učinkovitost induktorja

Narava sprememb vseh treh koeficientov je prikazana na sl. 6.6. Celotna učinkovitost induktorja je odvisna od frekvence toka. Spodaj so priporočene frekvence za segrevanje jeklenih obdelovancev različnih premerov.

f, Hz 50 500 1000 2500 8000 Več kot 1000

mm 150 70-160 50-120 30-80 15-40 20

Vidimo lahko, da lahko cilindrične obdelovance enakega premera segrevamo s tokom dveh ali treh sosednjih frekvenc. Priporočljivo je, da obdelovance s premerom nad 50-60 mm segrevate do Curiejeve točke s tokom industrijske frekvence, nad to točko pa z visokofrekvenčnim tokom. Ogrevanje s tokovi dveh frekvenc vam omogoča, da dobite dovolj visoke vrednosti električni izkoristek.

V teh napravah sta znana dva načina ogrevanja: pri konstantna temperatura površinsko (metodično) in navadno.

riž. 6.7. Diagram indukcijske naprave s strojnim generatorjem:

1 - magnetni zaganjalnik;

2- avtotransformator;

3 - motor;

4 - usmernik;

5 - reostat;

6 - visokofrekvenčni generator;

7 - avtotransformator;

8 - transformator;

9 - kondenzator;

10 - induktor

Za izvedbo prvega načina se na začetku ogrevanja obdelovancu dovaja povečana moč, in ko se kovina segreje na določeno temperaturo do celotne globine prodiranja toka, se moč zmanjša na vrednost, ki zadostuje za vzdrževanje površine temperaturna konstanta. Gostota toplotni tok in posledično je moč na površini obdelovanca sorazmerna s kvadratom števila amperskih obratov na enoto dolžine induktorja. Zato se pri metodični metodi ogrevanja število obratov induktorja spreminja po dolžini. Na "hladnem" koncu induktorja, kjer se dovajajo obdelovanci, je korak spirale induktorja minimalen, na "vročem" koncu pa največji. Moč toka v induktorju in hitrost potiskanja obdelovanca v tem načinu ostaneta nespremenjena. Moč, ki se napaja v stacionarnih obdelovancih v običajnem načinu ogrevanja, se krmili s spreminjanjem toka v induktorju s spreminjanjem napetosti s pomočjo transformatorja. Trajanje segrevanja obdelovancev je odvisno od dobavljene moči in frekvence toka. Izračuna se z uporabo zakonov nestacionarne toplotne prevodnosti ali vzame iz eksperimentalnih podatkov. Spodaj so podatki o trajanju segrevanja jeklenih obdelovancev različnih premerov za obdelavo kovin s tlakom s tokovno frekvenco 1000 in 2500 Hz, označeni oziroma:

mm 60 90 120

C 60/45 180/115 450/215

Od 100/50 300/130 540/240

Številke v števcu ustrezajo normalnemu segrevanju, številke v imenovalcu pa pospešenemu segrevanju, pri konstantni površinski temperaturi.

Električni strojni generatorji in statični frekvenčni pretvorniki se uporabljajo kot viri visokofrekvenčnega toka za napajanje indukcijskih naprav.

Električni strojni pretvorniki so sestavljeni iz visokofrekvenčnega induktorskega generatorja, katerega rotor poganja trifazni motor. Generatorji se proizvajajo na frekvencah 800, 1000, 2500, 8000, 10000 Hz in z močjo do 2500 kW. Omogočajo skupinsko napajanje več inštalacij. Običajno so nameščeni v posebnih prostorih. To je najdražji del indukcijske instalacije.

Cevni generatorji pretvarjajo tok industrijske frekvence v visokofrekvenčni (od 60 kHz do nekaj megahercev). Pretvorba toka v generatorju se izvede dvakrat: najprej se popravi tok industrijske frekvence, nato pa se enosmerni tok pretvori v visokofrekvenčni izmenični tok. Najenostavnejši pretvorniki so sestavljeni iz usmernika z anodnim transformatorjem, generatorske cevi (triode) in nihajnega kroga. Moč takih generatorjev se meri v desetinah kilovatov. Običajno se uporabljajo za kaljenje jeklenih izdelkov.

Statični frekvenčni pretvorniki vključujejo tiristorske in ionske pretvornike, ki omogočajo sprejem toka s frekvenco do 10 kHz.

Tiristorski frekvenčni pretvorniki združujejo dva procesa: rektifikacijo in inverzijo (pretvorba enosmernega toka v visokofrekvenčni tok). Najpogosteje popravljanje in inverzijo izvajajo različne skupine tiristorjev.

Indukcijsko ogrevanje 16. januar 2018

V indukcijskih pečeh in napravah se toplota v električno prevodnem segretem telesu sprošča s tokovi, ki jih v njem inducira izmenično elektromagnetno polje. Tako tukaj poteka neposredno ogrevanje.

Indukcijsko segrevanje kovin temelji na dveh fizikalnih zakonih:

Faraday-Maxwellov zakon elektromagnetne indukcije in Joule-Lenzov zakon. Kovinska telesa (obdelki, deli itd.) so postavljena v izmenično magnetno polje, ki v njih vzbuja vrtinčno električno polje. Inducirana emf je določena s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka. Pod vplivom inducirane emf v telesih tečejo vrtinčni tokovi (zaprti v telesih), ki sproščajo toploto po Joule-Lenzovem zakonu. Ta EMF ustvarja izmenični tok v kovini, toplotna energija, ki jo sproščajo ti tokovi, povzroči segrevanje kovine. Indukcijsko ogrevanje je direktno in brezkontaktno. Omogoča doseganje temperatur, ki zadostujejo za taljenje najbolj ognjevzdržnih kovin in zlitin.

Indukcijsko segrevanje in kaljenje kovin Intenzivno indukcijsko segrevanje je možno le v elektromagnetnih poljih visoke jakosti in frekvence, ki jih ustvarjajo posebne naprave – induktorji. Induktorji se napajajo iz omrežja 50 Hz (nastavitve industrijske frekvence) ali iz posameznih virov napajanja - generatorjev ter srednje- in visokofrekvenčnih pretvornikov.

Najenostavnejši induktor nizkofrekvenčnih indirektnih indukcijskih grelnih naprav je izoliran vodnik (podolgovat ali zvit), nameščen v kovinsko cev ali na njeno površino. Ko tok teče skozi tuljavo, se v cevi inducirajo vrtinčni tokovi, ki jo segrejejo. Toplota iz cevi (lahko je tudi lonček, posoda) se prenaša na segreti medij (voda, ki teče po cevi, zrak itd.).

Najbolj razširjeno je neposredno indukcijsko segrevanje kovin pri srednjem in visoke frekvence. V ta namen se uporabljajo posebej zasnovani induktorji. Induktor oddaja elektromagnetno valovanje, ki pade na segreto telo in se v njem oslabi. Energija absorbiranega valovanja se v telesu pretvori v toploto. Za ogrevanje ploščatih teles se uporabljajo ploščati induktorji, za cilindrične obdelovance pa cilindrični (solenoidni) induktorji. IN splošni primer morda imajo kompleksna oblika, zaradi potrebe po koncentraciji elektromagnetne energije v želeni smeri.

Značilnost induktivnega vnosa energije je zmožnost uravnavanja prostorske lege območja pretoka vrtinčnih tokov. Najprej vrtinčni tokovi tečejo znotraj območja, ki ga pokriva induktor. Segreje se samo tisti del telesa, ki je v magnetni povezavi z induktorjem, ne glede na gabarite telesa. Drugič, globina območja kroženja vrtinčnega toka in posledično območja sproščanja energije sta med drugim odvisna od frekvence induktorskega toka (narašča z nizke frekvence in se zmanjšuje z naraščajočo frekvenco). Učinkovitost prenosa energije od induktorja do ogrevanega toka je odvisna od velikosti reže med njimi in se povečuje, ko se zmanjšuje.

Indukcijsko ogrevanje se uporablja za površinsko kaljenje jeklenih izdelkov, s segrevanjem za plastično deformacijo (kovanje, vtiskovanje, stiskanje itd.), taljenje kovin, toplotno obdelavo (žarenje, popuščanje, normaliziranje, kaljenje), varjenje, navarjanje in spajkanje kovin. kovine.

Za ogrevanje se uporablja posredno indukcijsko ogrevanje tehnološka oprema(cevovodi, posode itd.), ogrevanje tekočih medijev, sušenje premazov, materialov (na primer les). Najpomembnejši parameter napeljave za indukcijsko ogrevanje - frekvenca. Za vsak proces (površinsko utrjevanje, s segrevanjem) obstaja optimalno frekvenčno območje, ki zagotavlja najboljše tehnološke in ekonomski kazalci. Za indukcijsko ogrevanje se uporabljajo frekvence od 50Hz do 5MHz.

Prednosti indukcijskega ogrevanja

1) Prenos električne energije neposredno na segreto telo omogoča neposredno segrevanje prevodniških materialov. Hkrati se stopnja segrevanja poveča v primerjavi s posrednimi instalacijami, pri katerih se izdelek segreje samo s površine.

2) Prenos električne energije neposredno na segreto telo ne zahteva kontaktnih naprav. To je priročno v pogojih avtomatizirane proizvodne linije, pri uporabi vakuumske in zaščitne opreme.

3) Zaradi pojava površinskega učinka se največja moč sprosti v površinski plasti segretega izdelka. Zato indukcijsko segrevanje med kaljenjem zagotavlja hitro segrevanje površinske plasti izdelka. To omogoča pridobitev visoke trdote površine dela z relativno viskoznim jedrom. Postopek površinskega indukcijskega kaljenja je hitrejši in bolj ekonomičen od drugih načinov površinskega utrjevanja izdelka.

4) Indukcijsko ogrevanje v večini primerov omogoča povečanje produktivnosti in izboljšanje delovnih pogojev.

Tukaj je še en nenavaden učinek.