Схема лабораторного стенда

Схема лабораторного стенда нагрівної установки промислової частоти наведена на рис. 2.1. До складу лабораторної установки входять: циліндричний індуктор, параметри якого наведені на рис. 2.2; лабораторний автотрансформатор Т; комплект вимірних приладів – амперметри А1, А2, вольтметри V1, V2, ватметр W; циліндрична садка (заготовка – труба, рис. 2.2 б, на яку намотана контрольна обмотка з кількістю витків w₂=88шт . До комплекту приладів вимірювання температури входять дві термопари, як здавачі температури поверхні труби та внутрішньої стінки індуктора, а також два мілівольтметри для вимірювання термоерс термопар. Нагрівна індукційна установка живиться від електромережі напругою 220 В.

Рис. 3.1 Схема лабораторного стенда індукційного нагрівання промислової частоти

а)	б)

Рис. 3.2. Конструкція індуктора (а) і деталі для нагрівання (б)

Індуктор складається з п’ятьох шарів циліндричної форми. Початки і кінці кожного шару обмотки виведені на контактну панель. Обмотка індуктора виконана мідною шинкою 4х1 мм. Внутрішній діаметр d_ВІ= 100 мм, зовнішній d_ЗІ=136 мм. Кількість витків у одному шарі –100 шт. Довжина індуктора L_І=50 мм.

Нагріванню підлягає сталева труба довжиною L_ТР= 670 мм , зовнішній діаметр d_ЗТР= 88 мм, внутрішній d_ВТР=80 мм. На трубу у межах її розташування всередині індуктора намотана контрольна обмотка.

2.2. Порядок виконання дослідів на установці промислової частоти

2.2.1. Скласти схему лабораторного стенда за рис. 3.1. Кількість послідовно сполучених обмоток індуктора задає керівник занять.

2.2.2. Встановити положення повзунка автотрансформатора Т, за якого вторинна напруга дорівнює нулю.

2.2.3. Регулюючи напругу трансформатора, встановити значення струму індуктора близько 20 А і записати покази всіх приладів стенду. Зафіксувати за годинником час, коли струм досяг значення 20 А.

2.2.4. Простежити зміну температури труби і після досягнення її значення, заданого керівником занять, записати покази приладів стенда та момент часу, коли температура досягла заданого значення.

2.2.5. За даними вимірювання розрахувати витрачену кількість електричної енергії у процесі розігрівання садки (труби).

2.2.6. За геометричними розмірами труби і фізичними властивостями матеріалу, з якого вона виготовлена, розрахувати необхідну кількість тепла для нагрівання до заданої температури.

2.2.7. Розрахувати повну та реактивну потужність, яку споживає індукційна установка (використати виміряне значення активної потужності). Обчислити значення коефіцієнта потужності та потужності конденсаторної батареї для доведення соsφ до , вказаного керівником занять.

3. Дослідження установки високочастотного індукційного нагрівання

3.1. Схема лабораторного стенда високочастотного нагрівання

Схема лабораторного стенда установки індукційного високочастотного нагрівання наведена на рис. 3.1.

До складу лабораторного стенда входить підвищувальний трансформатор Т1 та випрямний блок VS для анодного живлення генератора. Анодна напруга, виміряна вольтметром V1складає 675 В. Котушка індуктивності L₁ згладжує пульсації випрямленого струму, а роздільний конденсатор С_Ррозділяє кола постійного і змінного струму генератора. Коливний контур L₂C₂ задає частоту коливань високочастотного генератора. В індуктор І вставляється тонкостінна деталь для нагрівання. Динаміку температури садки можна простежити за показами мілівольтметра V3, який приєднаний до давача температури – термопари ВТ. Генератор побудований на базі потужного електровакуумного тріода VL. Розжарення катода тріода здійснюється від понижувального трансформатора Т2. Для вимірювання параметрів режиму у коло розжарення увімкнені амперметр А1 (через трансформатор струму типу ТК-20-400/5) та вольтметр V2.

Рис.3.1. Схема стенда одноконтурного високочастотного генератора

для індукційного нагрівання

3.2. Програма дослідження високочастотного індукційного нагрівання

3.2.1. Вивчити і описати принцип роботи та накреслити схему високочастотного генератора для індукційного нагрівання.

3.2.2. Підготувати деталь для нагрівання та прикріпити до неї гарячий спай термопари ВТ. Встановити деталь в індуктор.

3.2.3. Подати напругу живлення на лабораторний стенд автоматичним вимикачем QF. Увімкнути живлення нитки розжарення лампи вимикачем QS2та витримати час до 5 хв для прогрівання катода лампи. Записати параметри режиму розжарення.

3.2.4. Увімкнути вимикач QS1 та записати час моменту увімкнення. Простежити нагрівання садки за зміною напруги мілівольтметра V3. Вимкнути QS1 після досягнення заданої температури та записати час моменту вимкнення.

3.2.5. Вимкнути вимикач QS1. Встановити у простір індуктора іншу садку з іншого матеріалу та інакшої маси. Провести вимірювання часу та температури нагрівання.

3.2.6. Зробити висновок стосовно умов нагрівання деталей з різних матеріалів.

4. Звіт про виконану роботу

4.1. У звіті про лабораторні дослідження індукційної установки промислової частоти необхідно вказати мету роботи, навести принципові схеми лабораторних установок, подати у табличній формі результати вимірювання та проведених обчислень. Зробити висновки стосовно результатів проведених досліджень.

4.2. У звіті про лабораторні дослідження високочастотної індукційної установки необхідно вказати мету дослідженя, креслення схеми та опис принципу роботи високочастотного генератора, подати результати вимірювання та висновки стосовно особливостей нагрівання деталей з різних матеріалів. За літературою [1, 3] подати відомості про особливості високочастотного нагрівання діелектричних та напівпровідникових матеріалів, навести енергетичні показники роботи установки діелектричного нагрівання.

5. Питання для самоперевірки

1. Призначення установок індукційного нагрівання. Класифікація індукційних установок.

2. Явище електромагнітної індукції. Утворення ЕРС індукції.

3. Назвіть і поясніть природу фізичних ефектів, що проявляються в індукційних установках: явище витіснення струму; кільцевий ефект; ефект пере тискання рідкого металу в каналі; моторний ефект.

4. Глибина проникнення струму у матеріал заготовки та індуктора; від яких фізичних параметрів вона залежить?

5. Від чого залежить вибір частоти струму індукційних установок?

6. Схема і принцип роботи джерела живлення середньої частоти.

7. Схема і принцип роботи лампових високочастотних установок.

8. Схема лабораторної установки промислової частоти.

9. Як розрахувати кількість тепла для нагрівання заготовки?

10. Що таке питома теплоємність матеріалу?

11. Що таке теплота плавлення матеріалу?

12. Які параметри потрібно виміряти на лабораторному стенді для визначення повної, активної і реактивної потужності, що споживає установка?

13. Чому необхідно застосовувати компенсацію реактивної потужності під час експлуатації індукційних установок.

14. Як розрахувати потужність компенсувальних пристроїв для компенсації реактивної потужності?

15. Вплив роботи індукційних установок на показники якості електроенергії мережі живлення. Як зменшити негативний вплив таких установок?

16. Що таке температура Кюрі і як змінюються умови нагрівання заготовки (садки) після досягнення значення цієї температури?

Література

1. Болотов А. В., Шепель Г. А. Электротехнологические установки. –М.: Высш. шк., 1988. -336 с.

2. Евтюкова И. П. и др. Электротехнологические промышленные установки. –М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с.

3. Миронов Ю. М., Миронова А. Н. Электрооборудование и электроснабжение электрических, плазменных и лучевых установок. –М.: Энергоатомиздат, 1991. -376 с.

4. Установки индукционного нагрева: учебное пособие для вузов/ А. Е. Слухоцкий, В. С. Немков, А. В. Бамунэр; Под. Ред. А. Е. Слухоцкого. –Л.: Энергоиздат. 1981. – 328 с.

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

УСТАНОВКИ ІНДУКЦІЙНОГО НАГРІВАННЯ

Методичні настанови

до виконання лабораторної роботи

з дисциплін “Електроспоживачі загального призначення” для студентів спеціальності 7.090603, 8.090603 “Електротехнічні системи електроспоживання” та з дисципліни “Споживачі електричної енергії” для студентів спеціальності 7.000008 “Енергетичний менеджмент” усіх форм навчання

Укладачі В. Г. Турковський, канд.техн.наук, доцент

М. Й. Олійник, канд.техн.наук, доцент

Редактор

Комп’ютерне верстання