Практичне заняття №14

Тема: Установки індукційного то діелектричного нагрівання.

Навчальна мета:

Знати: будову та принцип роботи установок індукційного та діелектричного нагрівання.

Вміти: Вибирати установки індукційного та діелектричного нагрівання.

Основні питання заняття

1. Установки індукційного нагрівання, будова та принцип роботи.

2. Установки діелектричного нагрівання, будова та принцип роботи.

Література:

1. Кудрявцев И.Ф. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. – М.: Агропромиздат, 1988. – 480 с.

2. Живописцев Е.Н., Косицин О.А. Электротехнология и электрическое освещение. – М.: Агропромиздат, 1990. – 303 с.

1. Установки індукційного нагрівання, будова та принцип роботи.

Основними елементами установки індукційного нагрівання є:

• індуктор;

• джерело живлення індуктора.

В установках середньої частоти (1…50 кГц) в якості джерела живлення індуктора застосовують:

• машинні перетворювачі;

• статичні (тиристорні) перетворювачі частоти змінного струму.

В машинних перетворювачах отримують струм з частотою 1…10 кГц. Машинний перетворювач складається із трьохфазного асинхронного або синхронного електродвигуна промислової частоти і установленого на одному з ним валу індукторного синхронного генератора середньої частоти.

В пазах статора генератора розміщені обмотка збудження постійного струму L і обмотка в якій індукуються струми середньої частоти. Феромагнітний ротор, поверхня якого виконана у вигляді зубців, обмотки не має. Через ротор замикаються силові лінії постійного магнітного поля, яке створюється обмоткою збудження статора.

При обертанні ротора зазор між статором і ротором генератора змінюється: при співпаданні зубців ротора і статора він найменший, а при співпаданні зубця і паза – найбільший.

Внаслідок цього магнітне поле, що створюється обмоткою збудження стає пульсуючим і перетинаючи обмотку змінного струму статора, індукує в ній ЕРС підвищеної частоти:

, Гц;

де z_p – число зубців ротора;

ω – кутова швидкість обертання ротора, с^-1.

Принципіальна електрична схема машинного перетворювача наведена на рис. 14.1.

Електродвигун М обертає ротор генератора G. Напруга середньої частоти від генератора G подається на понижуючий трансформатор TV2, від вторинної обмотки якого живиться індуктор ЕК.

Контактор КМ призначений для відключення генератора при ремонті. Розрядник FV призначений для запобігання аварійної перенапруги обмотки генератора: при розряді спрацьовує струмове реле КА2, яке розмикає обмотку збудження генератора L. Конденсатор С1 призначений для захисту первинної обмотки трансформатора TV2 від перегрівання струмами високої частоти, які генеруються розрядником FV. Конденсатор С2 призначений для підвищення коефіцієнта потужності (cos φ) установки.

Рис. 14.1. Принципіальна електрична схема машинного перетворювача частоти.

Захист від неаварійних перенапруг здійснює реле KV1, від струмів короткого замикання в силових колах – струмовим реле КА3, в колі обмотки збудження – реле КА1.

Промисловість випускає машинні перетворювачі серії ВЭП потужністю 60…100 кВт і частотою 2,4…8 кГц і серії ОПЧ потужністю 250…500 кВт і частотою 1…8 кГц.

Тиристорні перетворювачі (рис. 14.2) не мають обертових частин і є більш надійними і економічними.

Рис. 14.2. Принципіальна електрична схема тиристорного перетворювача частоти.

ТП складається із трифазного мостового випрямляча, виконаного на тиристорах VS1…VS6, фільтра, який складається з дроселів L1, L2 і конденсатора С1, та інвертора, виконаного на тиристорах VS7…VS10. Силу випрямленого струму регулюють зміною кута відкриття тиристорів. Імпульсна керуюча напруга, що подається на керуючі електроди цих тиристорів формується блоком керування. Пульсації випрямленого струму згладжує фільтр, до складу якого входять дроселі L1, L2 та конденсатор С1. Випрямлений струм перетворюється інвертором, виконаним на тиристорах VS7…VS10, в змінний струм. Комутація тиристорів VS7…VS10 на відкривання здійснюється імпульсною керуючою напругою, яка подається на керуючі електроди цих тиристорів з блока керування. Комутація тиристорів на закривання здійснюється за допомогою конденсатора С2.

Конденсатор С3 призначений для підвищення коефіцієнту потужності (cos φ) перетворювача.

Випрямлений струм перетворюється інвертором в струм середньої частоти, який подається в індуктор ЕК.

Тиристорні перетворювачі серії СЧИ випускаються на потужності 100 і 250 кВт з номінальною частотою 3 кГц; і серії ТПЧ на потужність від 160 до 3200 кВт і номінальні частоти 0,5; 1,0; 2; 4; 8 кГц.

Лампові генератори використовують для отримання частот від 60 кГц і вище. Генератори виконують як правило з самозбудженням (автогенератори). Основним елементом схеми є генераторна лампа, найчастіше трьохелектродна (тріод). Навантаженням лампи служить коливальний анодний контур, параметри якого індуктивність L і ємність С вибирають із умови отримання необхідної частоти змінного струму.

, Гц.

Живлення анодного кола генераторної лампи здійснюється постійним струмом від трифазного випрямляча виконаного на діодах VD1… VD6.

Незатухаючі коливання в автогенераторі виникають при наявності зворотного додатного зв’язку між сіткою лампи і коливальним контуром.

На рис. 14.3 наведена електрична схема генератора ВЧИ4-10/0,44 номінальною потужністю 10 кВт і частотою 0,44 МГц.

Схема включає такі елементи:

• TV1 – анодний трансформатор;

• Е1 – тиристорний регулятор напруги;

• VD1…VD6 – випрямляч;

• VL – генераторний тріод;

• коливальний контур, до складу якого входять конденсатор С2 та первинна обмотка трансформатора TV2;

• L1, L2, L3, – блокуючі дроселі;

• С1 – подільний конденсатор;

• індуктор ЕК.

Дросель L2 і конденсатор С1 розділяють кола постійного та високочастотних струмів.

Рис. 14.3. Принципіальна електрична схема генератора ВЧИ4-10/0,44.

Напруга зворотного зв’язку знімається з конденсатора С4, який є елементом дільника напруги (L4, C3, C4), що приєднується до частини витків котушки індуктивності коливального контуру.

Постійний струм протікає по колу: «+» затискач випрямляча → анод лампи → катод лампи → котушка реле максимального струму КА → дросель L1 → «-» затискач випрямляча. Високочастотний струм протікає по колу: анод → катод → коливальний контур → конденсатор С1 → анод. Переміщенням короткозамкнутої котушки L5 регулюють коефіцієнт додатного зворотного зв’язку.

Пристрій Е2 (фільтр) призначений для захисту мережі живлення від ВЧ коливань.

Установки індукційного нагрівання вибирають:

• за призначенням – для загартовування поверхонь, наскрізного нагрівання, тощо;

• за номінальною коливальною потужністю;

• за робочою частотою.

2. Установки діелектричного нагрівання, будова та принцип роботи.

Струми високої частоти в установках для нагрівання діелектриків і напівпровідників в діапазоні 2…..200 МГц отримують за допомогою лампових генераторів, а струми більш високих частот – за допомогою магнетронів.

Лампові генератори для нагрівання діелектриків мають багато схожого з генераторами індукційного нагрівання.

На рис. 14.4 наведена електрична схема генераторного блока установки ВЧД 2-2,5/81, з коливальною потужністю 2,5 кВт, номінальною частотою 81 мГц.

Рис. 14.4. Принципіальна електрична схема генераторного блока

установки ВЧД 2-2,5/81.

Установка призначена для нагрівання пластмас та інших аналогічних матеріалів.

Генератор отримує живлення від понижуючого трансформатора та випрямляча.

Генераторний блок виконаний на генераторній лампі VL за схемою з загальним анодом і складається з анодного коливального контуру L3-С3; контуру навантаження L4-С7 з робочим конденсатором С7, між обкладками якого розміщують діелектрик, що нагрівають; сіткового контуру L1-С1; розділювального конденсатора С4 і елементів сіткового зміщення R-L2-C2. Значення анодного струму в процесі нагрівання змінюється, тому для його стабілізації використовується коло С5-С6 з конденсатором регульованої потужності С5.

Установки діелектричного нагрівання вибирають:

• за номінальною коливальною потужністю;

• за робочою частотою;

• за допустимою (для матеріалу, що нагрівається) напруженістю електричного поля робочого конденсатора.

Загальний ККД установок низький – 0,3…0,45, тому діелектричне нагрівання застосовують там де воно економічно доцільне.

Контрольні питання

1. На яких фізичних явищах основане індукційне нагрівання?

2. Які режими індукційного нагрівання застосовуються на практиці та особливості цих режимів?

3. Якими факторами визначається форма індуктора?

4. Струми яких частот формують машинні перетворювачі, тиристорні перетворювачі, лампові генератори, генератори на магнетронах?

5. На яких фізичних явищах основане діелектричне нагрівання?

6. За якими показниками вибирають установки індукційного та діелектричного нагрівання?