10 Согласование интегральных параметров индукционного нагревателя одновременного действия с параметрами источника питания

Цель:Определить требуемую ёмкость конденсаторной батареи при параллельной и последовательной схеме компенсации колебательного контура. Сравнить интегральные параметры для разных схем компенсации.

Составим модель цилиндрической индукционной системы для нагрева ферромагнитной стали

Таблица 16 – Параметры индукционной системы

Заготовка	RInt., см	RExt., см	l2, см		Материал			T, °C
	0	5	50		0.4 % Steelanneal			20
Индуктор	R1, см	W1	l1, см		ТрубкаT×A×d, см			
	6	44	60		1×1,2×0,15			0,8
Тепло-изоляция	Layer 1				Layer 2
	Chamottedlayer= 0,2 см				Chamottedlayer= 0,2 см
Процесс	f, Гц	Pind, кВт	t, с	Охлаждение		Стадия	Tmed., °C
	1000	100	100	Natural		1 – heating	20

Для индуктора с данными параметрами определим ёмкость конденсаторной батареи при последовательной схеме компенсации колебательного контура.

Рисунок 32 – Последовательная схема компенсации

Рисунок 33 – Зависимость ёмкости от времени при постоянной частоте

По графику зависимости ёмкости от времени при постоянной частоте (рисунок 33) можем определить необходимую ёмкость для последовательной схемы компенсации , она составляет С = 650 мкФ. Снимем интегральные параметры:

Далее определим ёмкость конденсаторной батареи для параллельной схемы компенсации.

Рисунок 34 – Параллельная схема компенсации

Рисунок 35 – Зависимость ёмкости от времени при постоянной частоте

По графику зависимости ёмкости от времени при постоянной частоте (рисунок 35) можем определить необходимую ёмкость для параллельной схемы компенсации , она составляет С = 460 мкФ. Снимем интегральные параметры:

Такие интегральные параметры как электрический КПД, мощность, коэффициент мощности не меняются с изменением схемы компенсации.Меняются лишь напряжения и токи на индукторе и генераторе: в последовательной схеме компенсации ток генератора соответствует току в индукторе, а напряжения различаются, в параллельной схеме компенсации напряжение на генераторе равно напряжению на индукторе, а токи различаются.

11 Проектирование индукционного нагревателя стальной заготовки квадратного сечения

Цель: Спроектировать процесс нагрева заготовок для получения конечной температуры на выходе из линии нагрева 1200±50 °С.

Таблица 17 – Параметры исходной индукционной системы

Заготовка	XInt., см	XExt., см	Длина, см		Ширина, см		Материал			T, °C
	0	4,25	90		8.5		Steel 0,4 С			20
Индуктор	X1, см	W, витков	Длина, см		Ширина, см		ТрубкаT×A×d, см			
	10	44	90		20		1×1×0,15			0,8
Теплоизоляция	Layer 1					Layer 2
	Chamotte1,2 см					Chamotte 0,5см
Процесс	f, Гц	Pind, кВт		t, с		Охлаждение		Стадия	Tmed, °C
	500	300		180		Natural		1 – heating	20
				40		Natural		2 – cooling	20
	500	300		180		Natural		3 – heating	20
				40		Natural		4 – cooling	20

Снимем интегральные параметры для исходной индукционной системы:

Судя по графику распределения температуры в заготовке с течением времени (рисунок 36), нагрев с помощью исходной системы индукторов не вполне удовлетворяет условиям технологического процесса, так как перепад температур по толщине заготовки несколько превышает допустимый.

Рисунок 36 – Распределение температуры в заготовке в течение нагрева

Скорректируем процесс нагрева, увеличив мощность первого индуктора до 380кВт, увеличим время охлаждения заготовки между стадиями нагрева, а также снизим мощность второго индуктора до 255кВт. Снимем интегральные параметры:

Рисунок 37 – Распределение температуры в заготовке в течение нагрева

Рисунок 38 – Цветовая карта температурного поля в заготовке

Для достижения перепада температуры по сечению в ±50С, необходимо выравнивать температуру в процессе нагрева. Выравнивание температуры по сечению достигается путем нагрева несколькими стадиями и охлаждением заготовки в перерыве между ними. Периодическое охлаждение нужно для того что бы сердцевина заготовки могла приблизиться к температуре поверхности, так как во время охлаждения поверхность охлаждается, а середина немного нагревается за счёт передачи тепла от более нагретых поверхностных слоёв, таким образом происходит выравнивание температуры.