Преобразователь частоты.

Ориентировочное значение выходной мощности преобразователя частоты Р_п можно определить по формуле:

Р_n = W·G, кВт, (2)

где W – ориентировочное значение удельного расхода электроэнергии, затрачиваемой для нагрева 1 кг металла в час (стали). (Практикой установлено для нагрева стали до 1200⁰С W = 0,4 – 0,6 кВт∙ч/кг, для двухчастотного нагрева – 0,4 кВт∙ч/кг, для одночастотного 0,5кВт∙ч/кг); G – вес металла в кг, нагреваемого в течении 1 часа, определяется по формуле G = g∙z, кг/ч, где g - вес одной заготовки в кг, z – количество заготовок нагреваемых в индукторе в течении часа (производительность штамповочного агрегата), шт/час.

В результате для ориентировочного расчета формулы (2) имеет вид:

Р_n = 0,5·G, кВт.

После предварительного расчета необходимо произвести более точный расчет мощности преобразователя частоты.

Мощность, выделяемая в нагреваемой заготовке:

, кВт, (3)

где t – температура нагрева, ⁰С, которая равна разнице между начальной и конечной температурой заготовки; с – удельная теплоемкость нагреваемого металла, Дж/кг∙⁰С, равная при температуре1200⁰С около 0,17ккал/кг∙⁰С (таблица 2) или 714 Дж/кг∙⁰С (1Дж = 0,2388кал); G – необходимая производительность кг/час.

Отсюда, для нагрева стали от 0 до 1200⁰С:

, кВт.

Коэффициент полезного действия η, учитывающий тепловые и электрические потери, оставляет обычно (0,5 – 0,6). Поэтому выходная мощность преобразователя будет:

, кВт.

Мощность, выделяемую в нагреваемой заготовке, можно определить также по формуле:

Р_з = l₀ · G ∙ 0,3 ∙ 10^-6 , кВт, (4)

где l₀ – удельное количество теплоты (теплосодержание (рис.5 или табл.2)).

Рисунок 5. Зависимость удельного количества теплоты (теплосодержание) металлов от температуры: 1 – алюминий, 2 – сталь, 3 – медь.

У стали для температуры 1200⁰С она составляет 0,86∙10⁶Дж/кг.

Тогда:

Р_з = 0,86 · 10⁶ ∙ G ∙ 0,3 ∙ 10^-6 = 0,258G, кВт.

С учетом коэффициента полезного действия:

, кВт.

При выборе мощности преобразователя частоты надо ориентироваться на большее значение, полученное по формулам (3) и (4). Частоту тока f преобразователя определяем по графикам (рис. 6), или по таблицам 3 и 4, исходя из диаметра заготовки.

При этом надо руководствоваться наименьшим временем нагрева и предпочтение отдавать минимально допустимым частотам.

Экспериментально установлено, что для нагрева круга диаметром D_з относительной является такая частота, при которой отношение диаметра заготовки D_з к глубине проникновения тока при температуре конца нагрева составляет 4…5 (рис. 7).

. (5)

Поэтому после выбора преобразователя частоты надо по таблице 1 найти глубину проникновения тока, рассчитать коэффициент К и сверить его с оптимальной величиной.

По частоте тока f и рассчитанной мощности Р_п выбираем из таблицы 5 и 6 генератор или тиристорный преобразователь частоты. Мощность выбранного преобразователя должна быть равна или больше расчетной мощности.

Преобразователи частоты, выпускаемые электротехнической промышленностью, с течением времени совершенствуются и изменяются.

Для выбора преобразователя частоты можно пользоваться Справочником, а также соответствующей литературой выпуска позже 1985 года. В на стоящее время предпочтение следует отдать тиристорным преобразователям частоты как более компактным и экономичным.