-
Особенности индукционной единицы (ие) для плавки алюминия
Индукционные единицы выполнены отъемными, чтобы иметь возможность быстрой замены вышедшей из строя ИЕ на новую. Эскиз отъемной ИЕ представлен на рисунке 6.2.
Конструктивно ИЕ состоит из магнитопровода 2 с обмоткой 3 и футерованной канальной части 4, которая посредством расплавляемого металла (расплава) связана с ванной 1. По принципу действия ИЕ аналогична однофазному трансформатору, работающему в режиме короткого замыкания. Одновитковой вторичной обмоткой является канальная часть, заполненная жидким металлом и часть соединяющегося с ним металла ванны печи.
Рисунок 6.2. Отъемная индукционная единица с электромагнитным вращателем металла в каналах
При подключении обмотки
индуктора 3 к сети переменного напряжения
в магнитопроводе 2 появляется переменный
магнитный поток. Часть магнитного потока
замыкается по магнитопроводу и полностью
охватывает каналы с металлом. В результате
в канале возникает переменный электрический
ток
,
выделяющий тепловую
энергию, мощность которой пропорциональна
,
где
–
активное сопротивление
вторичной обмотки. Часть магнитного
потока замыкается через окно индуктора
и пронизывает каналы с металлом, эта
часть называется магнитным потоком
рассеяния
.
Вихревые токи, наведенные магнитным
потоком
,
влияют на распределение плотности тока
в сечении каналов (эффект близости).
При плавке алюминия и его сплавов каналы в ИЕ быстро зарастают окислами, так как алюминий легко окисляется на поверхности ванны и в процессе плавки окисная пленка нарушается. Окислы опускаются на подину печи, попадают в каналы и оседают на стенках. Для поддержания установки в рабочем состоянии необходимо постоянно чистить каналы. Для обеспечения возможности чистки каналы выполняются цилиндрическими с прямолинейными участками. С целью снижения скорости зарастания каналов окислами целесообразно создать вращательное движение расплава в каналах посредством электромагнитного поля. Использовать для этого статор асинхронного двигателя практически не представляется возможным, поскольку для этого необходимо увеличивать размеры канальной части, снижая энергетические показатели ИЕ.
-
Получение вращающегося магнитного поля в каналах ие
Наличие больших магнитных
полей рассеяния в области каналов
позволило предложить два способа [6.2,
6.3] и несколько
устройств [6.4,
6.5, 6.6,
6.7] позволяющих
получить эффективное вращательное
движение расплава практически не изменяя
геометрию ИЕ. На рисунке 6.2 показана
дополнительная катушка, выполненная в
виде двух секций 5, расположенных поверх
обмотки индуктора и соединенных встречно.
При подключении дополнительной катушки
к источнику переменного напряжения,
фаза которого сдвинута по отношению к
фазе напряжения, приложенного к обмотке
индуктора, создается магнитный поток
,
показанный на рисунке 6.2 пунктирной
линией. Наложение двух магнитных потоков
,
и
,
сдвинутых в пространстве и по фазе,
образует в области канала с расплавом
вращающееся магнитное поле, создающее
вращающий электромагнитный момент. При
этом часть энергии потребляемой ИЕ
преобразуется в механическую
энергию вращающегося
металла. Принцип преобразования
аналогичен работе двухфазного асинхронного
двигателя. Рассмотрим его подробнее.
Предположим, что ток в
дополнительной катушке 5 отсутствует.
Тогда канал с металлом находится в
области только пульсирующего магнитного
потока рассеяния
.
Как известно из теории электрических
машин [4.1]
пульсирующий магнитный поток можно
разложить на два противоположно
вращающихся магнитных потока. Если
металл рассматривать как абсолютно
твердое тело, то зависимость относительного
вращающего электромагнитного момента
,
(6.1)
от относительной угловой
скорости его вращения
показана на рисунке 6.3. Здесь
– угловая частота пульсирующего потока;
– радиус металла;
– базисная мощность. Пунктирными линиями
показаны зависимости
от
для первой гармоники прямовращающегося
потока
,
обратновращающегося потока
Если скорость вращения металла равна
нулю
,
то моменты от гармоник
и
равны по величине и
противоположны по направлению и
результирующий вращающий момент
отсутствует
,
рисунок 6.3,а.
|
|
|
|
а |
б |
Рисунок 6.3. Зависимости относительного электромагнитного момента от угловой скорости вращения металла
При
подключении дополнительной катушки к
источнику напряжения, фаза которого
сдвинута по отношению к фазе напряжения
питающего основную обмотку индуктора,
образуется дополнительное вращающееся
магнитное поле. Если направление его
вращения совпадает с направлением
,
то электромагнитный момент от гармоники
возрастает, а момент от гармоники
убывает (рисунок 6.3,б). Появляется пусковой
электромагнитный момент при
и металл приводится во вращение.
Рассмотренные характеристики справедливы,
если вращающийся металл является твердым
телом. Для жидкого металла циркуляция
в каналах имеет более сложный вид. На
рисунке 6.4 изображено вихревое движение
при различных значениях отношений
величины токов дополнительной и основной
катушек. При
в канале наблюдаются два симметричных
вихря металла, (рисунок 6.4,а), при этом
результирующий момент тангенциальных
сил по окружности канала равен нулю.
При небольшой величине тока в дополнительной
катушке (например,
(рисунок 6.4,б), один из вихрей, направление
вращения которого совпадает с вращением
магнитного поля, начинает преобладать
и занимает большее пространство в
канале. Однако небольшой вихрь обратного
течения сохраняется. С увеличением
величины тока в дополнительной катушке
(например,
,
рисунок 6.4,в) циркуляция металла в канале
становится одновихревой, с осью вращения
совпадающей с геометрической осью
цилиндрического канала.
|
a |
б |
в |
Рисунок 6.4. Движение жидкого металла в канальной части
В этом случае приведенные выше характеристики для вращающегося твердого металла, в большей мере справедливы и для ИЕ с жидким расплавом в каналах. Практически важно рассмотреть именно такие скорости вращения, поэтому при оценке эффективности устройств электромагнитных вращателей можно рассматривать металл в каналах как абсолютно твердое тело. При необходимости, например, изучения вопросов коагуляции неметаллических включений, электромагнитные процессы в канальной части необходимо рассматривать совместно с гидродинамическими процессами.
Таким образом, ИЕ с электромагнитным вращателем представляет собой особый класс электрических машин, соединяющих свойства трансформаторов и асинхронных машин.