Схема индукционной тигельной печи

Схема индукционной тигельной печи

Основными конструктивными элементами индукционной тигельной печи наряду с тиглем являются (рис. 5.12) индуктор и магниго- провод. Выделение теплоты в металле, помещенном в тигель, происходит за счет индуцируемых в нем вихревых токов.

Рис. 5.12. Схема индукционной тигельной печи:

1 — тигель; 2 — индуктор; 3 — внешний магнитопровод

Емкость тигельных печей колеблется от долей килограмма (лабораторные печи) до нескольких десятков тонн.

Достоинства тигельных индукционных печей:

  • — высокая производительность, достигаемая благодаря большим значениям удельной мощности;
  • — интенсивная циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая выравнивание температуры по объему ванны и получение однородных по химическому составу сплавов;
  • — возможность быстрого перехода с выплавки сплава одной марки на другую;
  • — широкое (до 100 %) использование в шихте низкосортных материалов — стружки и отходов;
  • — возможность проведения плавки при любом давлении (вакуумные печи) и в любой атмосфере (окислительной, восстановительной, нейтральной);
  • — простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки; широкие возможности для механизации и автоматизации загрузки шихты и разливки металла, хорошие санитарно-гигиенические условия.

К недостаткам тигельных печей следует отнести невысокую стойкость футеровки тигля и относительно низкую температуру металла на поверхности жидкой ванны, которая не позволяет эффективно использовать флюсы для металлургической обработки сплавов. Однако преимущества тигельных печей настолько значительны, что они находят все большее распространение. Различают печи открытые (плавка на воздухе) и вакуумные (плавка в вакууме).

Для плавки алюминиевых, магниевых и медных сплавов применяют индукционные тигельные печи промышленной частоты емкостью от 0,4. 1,0 до 25. 60 т и производительностью 0,5. 6,0 т жидкого металла в час. Независимо от марки выплавляемого сплава и емкости индукционные тигельные печи имеют одинаковые конструкционные узлы и различаются в основном производительностью, мощностью электрооборудования и конструктивными параметрами.

Тигли печей для плавки алюминиевых и медных сплавов изготавливают путем набивки и спекания огнеупорных масс, а печи для плавки магниевых сплавов оборудованы стальным тиглем сварной или литой конструкции.

Отечественная промышленность серийно выпускает индукционные тигельные печи промышленной частоты различных марок, емкости и мощности. Индукционные тигельные печи применяют как для фасонного, так и для заготовительного литья. В табл. 5.6 приведены их технические характеристики.

Технические характеристики индукционных тигельных печей промышленной частоты

потребляемая печью, кВт

Рабочая температура, °С

Производительность, т/ч (по раплавлении)

Время расплавления, ч

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/г

Масса печи, т (общая)

На рис. 5.13 и 5.14 показаны индукционные печи, применяемые для плавки алюминиевых (ИАТ-2,5) и магниевых (ИГТ-1,6) сплавов. Питание печей производится через однофазный высоковольтный трансформатор. В комплект печи входит автоматический регулятор электрического режима, поддерживающий максимальную мощность печи в течение всего периода плавки. Печи снабжены сигнализаторами состояния футеровки тигля, внешними магнитоироводами для уменьшения рассеивания электромагнитных волн. В печах типа ПАТ и ИЛТ магнитопроводы 1 (см. рис. 5.13) устанавливают снаружи индуктора 2 и дополнительно стягивают их в направлении к центру индуктора. Внутри индуктора производят набивку тигля 3. Между индуктором и тиглем имеется прослойка из асбеста и микалита. Индуктор с тиглем и магнигонроводом заключен в кожух из мягкой стали. Кожух скреплен с металлическим каркасом 4, к которому кренят рабочую площадку печи 5. Сливной носок 6 имеет ось 7, опирающуюся на подшипники. Два гидравлических цилиндра со штоками, установленными по бокам печи, обеспечивают поворот ее вокруг оси для слива металла.

Рис. 5.13. Индукционная тигельная печь ИАТ-2,5 для плавки алюминиевых сплавов

Рис. 5.14. Индукционная тигельная печь для плавки магниевых сплавов емкостью 1,6 т (ИГТ-1,6):

  • 1 — рама; 2 — стальной тигель; 3 — крышка;
  • 4 — механизм подъема крышки; 5 — индуктор; 6 — рабочая площадка

Печь для плавки магниевых сплавов снабжена крышкой специальной конструкции, которая позволяет вести плавку в нейтральной или защитной атмосфере. Нагрев и плавка шихты магниевых сплавов в индукционных печах с металлическим тиглем происходит как за счет тепловой мощности, выделяемой в стенках тигля, так и за счет тепловой энергии, выделяемой непосредственно в шихте. Применение индукционных тигельных печей промышленной частоты для плавки магниевых сплавов позволяет в два раза уменьшить угар и в 2-4 раза сократить расход флюса по сравнению с плавкой в отражательных печах.

Для плавки сплавов на никелевой и медной основах, а также сталей и ряда других сплавов применяют индукционные печи повышенной частоты (рис. 5.15). Емкость печей составляет от десятков килограммов до 1. 3 т жидкого металла. Источником питания служат тиристорные преобразователи тока.

Рис. 5.15. Индукционная тигельная печь повышенной частоты:

  • 1 — индуктор; 2 — тигель; 3 — каркас; 4 — поворотная ось;
  • 5 — плавящийся металл; 6 — поддон

Для плавки жаропрочных сплавов на никелевой основе, а также для плавки легированных сталей и целого ряда других металлов и сплавов применяют индукционные вакуумные плавильные печи.

Вакуумная плавка характеризуется следующими преимуществами:

  • — происходит удаление растворенных в расплаве газов, так как при снижении давления их растворимость в жидких металлах уменьшается;
  • — выделение в расплаве пузырьков газа создает благоприятные условия для всплытия частиц неметаллических включений;
  • — в вакууме происходит более интенсивное испарение легкоплавких вредных примесей;
  • — при производстве фасонных отливок улучшается заполняемость формы жидким металлом за счет устранения противодавления газов в ее каналах, а также из-за возможности более высокого перегрева металла.

По режиму работы вакуумные индукционные печи разделяют на печи периодического и полунепрерывного действия. В печах периодического действия в вакууме проводят только операции расплавления, дегазации и легирования расплава, а его разливку производят в атмосфере цеха, на воздухе. Операции загрузки шихты в тигель, установки изложниц или форм, очистки тигля и подготовки печи к оче- 100

редной плавке производят также при разгерметизированной камере и при напуеке в нее воздуха. Эго позволяет значительно упростить конструкцию и резко сократить объем вакуумной камеры. Традиционно камера в таких печах состоит из корпуса, внутри которого располагается индукционная тигельная печь, и крышки, снимаемой при загрузке шихты и разливке металла.

В крупных печах емкостью 27 т, эксплуатируемых в США, и в Англии емкостью 12 т, сливать металл возможно из тигля индукционной тигельной печи в промежуточный ковш. При этом создаются условия для быстрого слива металла из печей, эффективной очистки металла от газовых и твердых неметаллических включений, и облегчается управление струей при заливке. На рис. 5.16 приведено устройство вакуумной индукционной тигельной печи периодического действия.

Рис. 5.16. Вакуумная индукционная тигельная печь периодического действия для литья отливок и слитков из жаропрочных сталей:

  • 1 — смотровые окна; 2 — подвижный корпус; 3 — рубашка водяного охлаждения; 4 — дозатор; 5 — неподвижная крышка; 6 — патрубок для подсоединения вакуумной системы; 7 — механизм наклона тигля;
  • 8 — тигель; 9 — токоподводящий кабель; 10 — кронштейн;
  • 11 — площадка для форм; 12 — пирометр; 13 — площадка

Вакуумная камера состоит из двух частей: неподвижной крышки 5, вертикально расположенной и смонтированной на стойке, и цилиндрического горизонтального корпуса 2, снабженного роликами и способного перемещаться по рельсовому пути с помощью электропривода. На крышке смонтированы плавильный индукционный тигель8 с механизмом 7 его наклона и разливочная площадка]], а также патрубок 6 для подсоединения вакуумной системы. Эго облегчает эксплуатацию и ремонт тигля и индуктора, загрузку в тигель шихты и замены литейных форм, так как к ним открывается свободный доступ после отвода подвижного корпуса. На корпусе смонтированы дозатор 4, пирометр 12 для измерения температуры расплава в тигле и смотровые окна], обеспечивающие визуальный контроль за процессом плавки и разливки металла. Печи рассмотренного типа имеют тигли вместимостью 10. 1000 кг и предназначены для лигья деталей из жаропрочных стали и сплавов (вместимостью тиглей

Читайте также:  Кованые ограждения лестниц в доме фото

10. 60 кг) и слитков (до 1000 кг).

В вакуумных индукционных печах полунепрерывного действия все вышеперечисленные операции производят без нарушения вакуума в плавильной камере. Эти печи имеют несколько камер. Кроме основной плавильной камеры они снабжены дополнительными шлюзовыми камерами загрузки и выгрузки изложниц или форм и загрузки шихты в тигель. Все дополнительные камеры соединены с плавильной с помощью вакуумных технологических затворов, которые дают возможность загружать тигель шихтой, подавать порожние и убирать заполненные изложницы или формы, не нарушая вакуума в плавильной камере. Такая конструкция позволяет обслуживать установку единой энергетической и вакуумной системами, что позволяет максимально использовать оборудование и снизить затраты но переделу.

На рис. 5.17 показано устройство вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия для литья слитков из жаропрочных сплавов.

Плавильная камера 1 печи закрывается сверху крышкой 7, расположенной на самоходной тележке 8 мостового типа с электроприводом. Тележка с крышкой отъезжает в сторону, в результате чего открывается доступ для чистки, ремонта и замены индукционного тигля 2. Загрузка шихты в тигель производится с помощью загрузочной камеры 3, которая представляет собой цилиндрический кожух 12, внутри которого на тросе подвешена загрузочная корзина 13. Корзину с загруженной в нее шихтой опускают в тигель. Загрузочная камера смонтирована на поворотной колонне 4, что позволяет отводить камеры в сторону для удобства загрузки в нее корзины с новой порцией шихты. Камера загрузки отделена от плавильной камеры вакуумным технологическим затвором и соединена с вакуумной системой. Эго позволяет производить загрузку шихты в тигель без нарушения вакуума в плавильной камере. Дозатор 6 предназначен для ввода в тигель различных твердых присадок во время плавки. Камера дозатора имеет несколько секций, в которые загружаются требуемые присадочные материалы. Из дозатора в тигель они переносятся специальным поворотным ковшом с откидным днищем. Так же, как и камера загрузки, дозатор отделяется от плавильной камеры вакуумными затворами 9 и соединяется с вакуумной системой. Подача изложниц в камеру 10, а затем в плавильную камеру осуществляется на тележке 11. Следовательно, камера изложниц с вакуумными затворами выполняет роль шлюзовой камеры, обеспечивая сохранение вакуума в плавильной камере при замене в ней изложниц. Заливка жидкого металла в изложницы производится наклоном тигля с помощью электропривода. Остаточное давление в печи составляет 0,6. 0,7 Па. Питание печи производится от тиристорного преобразователя.

Рис. 5.17. Вакуумная индукционная тигельная печь полунепрерывного действия:

  • 1 плавильная камера; 2 — индукционный тигель; 3 — камера загрузки; 4 — поворотная колонна; 5 — устройство для взятия проб и замера температуры; 6 — дозатор; 7 — крышка; 8 — самоходная тележка;
  • 9 вакуумный затвор; 10 — камера изложниц; 11 — тележка для изложниц; 12 — кожух; 13 — корзина; 14 — лебедка

Технические характеристики некоторых типов индукционных вакуумных печей

Индукционная печь может использоваться для плавления небольшого количества металла, разделения и очистки драгоценных металлов, для нагрева металлических изделий с целью их закалки или отпуска.

Кроме того, такие печи предлагается использовать для обогрева жилища. Индукционные печи имеются в продаже, но интересней и дешевле изготовить такую печь своими руками.

Принцип действия

Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.

Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.

Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.

Индукционные печи бывают двух типов:

  • печи с магнитопроводом;
  • печи без магнитопровода.

Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.

Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.

Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.

Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты. При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.

Схема изготовления индукционной печи

Как показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.

Выводы по разделу:

  1. Существуют два варианта индукционной печи – с магнитопроводом и без магнитпровда.
  2. Канальная печь, относящаяся к первому варианту печей, более сложна по конструкции, но может питаться непосредственно от сети 50 Гц или сети повышенной частоты 400 Гц.
  3. Тигельная печь, относящаяся к печам второго типа, более проста по конструкции, но требует для питания индуктора генератора высокой частоты.
Читайте также:  Сколько ног у божьей коровки

Если печь – это отопительный прибор для практических нужд, то камин нужен для декора и уюта. Камин своими руками: пошаговая инструкция по сборке, а также пример порядовки камина с аркой.

О том, как правильно опдойти к выбору электрического котла отопления, читайте тут.

А здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/kotly/avtomatika-dlya-gazovyx.html вы узнаете, как работает автоматика для газовых котлов отопления. Котлы по способу инсталляции и разновидности энергозависимых систем.

Конструкции и параметры индукционных печей

Канальная

Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.

Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.

В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.

В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.

Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.

Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.

Тигельная

Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:

  • индуктор;
  • генератор напряжения питания.

В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм². Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.

При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.

В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.

В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.

Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.

Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:

  • генератор на транзисторе;
  • генератор на тиристоре;
  • генератор на МОП- транзисторах.

Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.

Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.

Проведенный анализ схемы показал, что в такой схеме имеются достаточно мощные паразитные колебания на частотах, близких к 120 МГц.

Индукционная печь самостоятельного изготовления

Такие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м². Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.

Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув.
Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.

Печь длительного горения может работать на одной закладке от 10 до 20 часов. При изготовлении печи длительного горения своими руками нужно учитывать особенности конструкции, чтобы она выдавала максимум тепла при минимальных затратах энергии. О том, как правильно собрать печь, читайте на нашем сайте.

Возможно, вам будет интересно узнать о газовых обогревателях для гаража. Каким он должен быть, чтобы обеспечивалось тепло и безопасность, читайте в этом материале.

Использование для обогрева

Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.

Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.

Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.

Из данного раздела можно сделать выводы:

  1. Наиболее приемлемым вариантом изготовленной своими руками индукционной печи является тигельный вариант с генератором питания на МОП-транзисторах.
  2. Использование изготовленной своими руками индукционной печи для обогрева дома невыгодно экономически. В этом случае лучше приобрести заводскую систему.

Особенности эксплуатации

Как уже говорилось выше, в печах тигельного типа используются источники питания высокой частоты.

При этом, генераторы, изготовленные своими руками, могут излучать паразитные высокочастотные колебания, которые могут принести определенный вред здоровью человека.

Поэтому при эксплуатации индукционной печи индуктор необходимо располагать вертикально, перед включением печи на индуктор надо надевать заземленный экран. При включенной печи необходимо наблюдать за происходящими в тигле процессами на расстоянии, а после выполнения работ немедленно выключать ее.

При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо:

  1. Принимать меры для защиты пользователя печью от возможного высокочастотного излучения.
  2. Учитывать возможность ожога индуктором.

Заключение

  1. Для изготовления индукционной печи своими руками лучше выбрать вариант тигельной печи, которая имеет более простую конструкцию, но требует для питания напряжение высокой частоты.
  2. Из предложенных схем генератора высокой частоты наиболее приемлемой является схема на МОП-транзисторах, обеспечивающая мощность в 1 кВт и позволяющая регулировать частоту генерации.
  3. При работе с индукционной печью, изготовленной своими руками, необходимо обращать внимание на защиту от паразитного высокочастотного излучения и ожогов индуктором.
  4. Использование индукционных печей в водогрейных котлах для обогрева дома экономически невыгодно.

Видео на тему

Схема индукционной канальной печи

Почти все конструкции промышленных индукционных канальных печей выполняются с отъемными индукционными единицами. Индукционная единица представляет собой электропечной трансформатор с футерованным каналом для размещения расплавленного металла. Индукционная единица состоит из следующих элементов, кожуха, магнитопровода, футеровки, индуктора.

Индукционные единицы выполняются как однофазными, так и двухфазными (сдвоенными) с одним или двумя каналами на один индуктор. Индукционная единица подключается ко вторичной стороне (стороне НН) электропечного трансформатора с помощью контакторов, имеющих дугогасящие устройства. Иногда включаются два контактора с параллельно работающими силовыми контактами в главной цепи.

Читайте также:  Триумф керама марацци в интерьере

На рис. 1 приведена схема питания однофазной индукционной единицы канальной печи. Реле максимального тока РМ1 и РМ2 служат для контроля и отключения печи при перегрузках и коротких замыканиях.

Трехфазные трансформаторы используются для питания трехфазных или двухфазных печей, имеющих либо общий трехфазный магнитопровод, либо два или три отдельных магнитопровода стержневого типа.

Для питания печи в период рафинирования металла и для поддержания режима холостого хода служат автотрансформаторы для более точного регулирования мощности в период доводки металла до нужного химического состава (при спокойном, без бурления, режиме расплавления), а также для начальных пусков печи при первых плавках, которые проводятся при малом объеме металла в ванне для обеспечения постепенной сушки и спекания футеровки. Мощность автотрансформатора выбирают в пределах 25—30% мощности основного трансформатора.

Для контроля температуры воды и воздуха, охлаждающих индуктор и кожух индукционной единицы, устанавливают электроконтактные термометры, выдающие сигнал при превышении температуры свыше допустимой. Питание печи автоматически отключается при повороте печи для слива металла. Для контроля положения печи служат конечные выключатели, сблокированные с приводом электропечи. У печей и миксеров непрерывного действия при сливе металла и загрузке новых порций шихты отключение индукционных единиц не производится.

Рис. 1. Принципиальная схема питания индукционной единицы канальной печи: ВМ — выключатель мощности, КЛ — контактор, Тр — трансформатор, С — конденсаторная батарея, И — индуктор, ТН1, ТН2 — трансформаторы напряжения, 777, ТТ2 — трансформаторы тока, Р — разъединитель, ПР — предохранители, РМ1, РМ2 — реле максимального тока.

Для обеспечения надежного питания при эксплуатации и в аварийных случаях приводные двигатели механизмов наклона индукционной печи, вентилятора, привод загрузочно-разгрузочных устройств и системы управления питаются от отдельного трансформатора собственных нужд.

Схема индукционной тигельной печи

Промышленные индукционные тигельные печи емкостью более 2 т и мощностью свыше 1000 кВт питаются от трехфазных понижающих трансформаторов с регулированием вторичного напряжения под нагрузкой, подключаемых к высоковольтной сети промышленной частоты.

Печи выполняют однофазными, и для обеспечений равномерной нагрузки фаз сети в цепь вторичного напряжения подключают симметрирующее устройство, состоящее из реактора L с регулированием индуктивности методом изменения воздушного зазора в магнитной цепи и конденсаторной батареи Сс, подключаемых с индуктором по схеме треугольника (см. АРИС на рис. 2). Силовые трансформаторы мощностью 1000, 2500 и 6300 кВ-А имеют 9 — 23 ступени вторичного напряжения с автоматическим регулированием мощности на желаемом уровне.

Печи меньших емкости и мощности питаются от однофазных трансформаторов мощностью 400 — 2500 кВ-А, при потребляемой мощности свыше 1000 кВт также устанавливают симметрирующие устройства, но на стороне ВН силового трансформатора. При меньшей мощности печи и питании от высоковольтной сети 6 или 10 кВ можно отказаться от симметрирующего устройства, если колебания напряжения при включении и выключении печи будут находиться в допустимых пределах.

На рис. 2 приведена схема питания индукционной печи промышленной частоты. Печи снабжаются регуляторами электрического режима АРИР, которые в заданных пределах обеспечивают поддержание напряжения, мощности Рп и cosфи путем изменения числа ступеней напряжения силового трансформатора и подключения дополнительных секций конденсаторной батареи. Регуляторы и измерительная аппаратура размещены в шкафах управления.

Рис. 2. Схема питания индукционной тигельной печи от силового трансформатора с симметрирующим устройством и регуляторами режима печи: ПСН — переключатель ступеней напряжения, С — симметрирующая емкость, L — реактор симметрирующего устройства, С-Ст — компенсирующая конденсаторная батарея, И — индуктор печи, АРИС — регулятор симметрирующего устройства, АРИР — регулятор режима, 1K—NK — контакторы управления емкостью батареи, ТТ1, ТТ2 — трансформаторы тока.

На рис. 3 приведена принципиальная схема питания индукционных тигельных печей от машинного преобразователя средней частоты. Печи оснащены автоматическими регуляторами электрического режима, системой сигнализации «проедания» тигля (для высокотемпературных печей), а также сигнализацией о нарушении охлаждения в водоохлаждаемых элементах установки.

Рис. 3. Схема питания индукционной тигельной печи от машинного преобразователя средней частоты со структурной схемой автоматического регулирования режима плавки: М — приводной двигатель, Г —генератор средней частоты, 1K—NK — магнитные пускатели, ТИ — трансформатор напряжения, ТТ — трансформатор тока, ИП — индукционная печь, С — конденсаторы, ДФ — датчик фазы, ПУ — переключающее устройство, УФР — усилитель-фазорегулятор, 1КЛ, 2КЛ — линейные контакторы, БС — блок сравнения, БЗ — блок защиты, ОВ — обмотка возбуждения, РН — регулятор напряжения.

Схема индукционной закалочной установки

На рис. 4 приведена принципиальная электрическая схема питания индукционного закалочного станка от машинного преобразователя частоты. Помимо источника питания М—Г схема включает в себя силовой контактор К, закалочный трансформатор ТрЗ, на вторичную обмотку которого включен индуктор И, компенсирующую конденсаторную батарею Ск, трансформаторы напряжения и тока ТН и 1TT, 2ТТ, измерительные приборы (вольтметр V, ваттметр W, фазометр) и амперметры тока генератора и тока возбуждения, а также реле максимального тока 1РМ, 2РМ для защиты источника питания от коротких замыканий и перегрузок.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема индукционной закалочной установки: М —приводной двигатель, Г — генератор, ТН, ТТ — трансформаторы напряжения и тока, К — контактор, 1PM, 2РМ, ЗРМ — реле тока, Рк — разрядник, А, V, W — измерительные приборы, ТрЗ — закалочный трансформатор, OВГ —обмотка возбуждения генератора, РР — разрядный резистор, РВ — контакты реле возбуждения, PC — регулируемое сопротивление.

Для питания старых индукционных установок для термообработки деталей используют электромашинные преобразователи частоты — приводной двигатель синхронного или асинхронного типа и генератор средней частоты индукторного типа, в новых индукционных установках — статические преобразователи частоты.

Схема промышленного тиристорного преобразователя частоты для питания индукционной закалочной установки показана на рис. 5. Схема тиристорного преобразователя частоты состоит из выпрямителя, блока дросселей, преобразователя (инвертора), цепей контроля и вспомогательных узлов (реакторов, теплообменников и пр.). По способу возбуждения инверторы выполняются с независимым возбуждением (от задающего генератора) и с самовозбуждением.

Тиристорные преобразователи могут устойчиво работать как с изменением частоты в широком диапазоне (при самонастраивающемся колебательном контуре в соответствии с изменяющимися параметрами нагрузки), так и при неизменной частоте с широким диапазоном изменения параметров нагрузки в связи с изменением активного сопротивления нагреваемого металла и его магнитных свойств (для ферромагнитных деталей).

Рис. 5. Принципиальная схема силовых цепей тиристорного преобразователя типа ТПЧ-800-1: L — сглаживающий реактор, БП — блок пуска, ВА — выключатель автоматический .

Преимуществами тиристорных преобразователей являются отсутствие вращающихся масс, малые нагрузки на фундамент и малое влияние коэффициента использования мощности на снижение КПД, КПД составляет 92 — 94% при полной нагрузке, а при 0,25 снижается только на 1 — 2%. Кроме того, поскольку частота может быть легко изменена в определенном диапазоне, нет необходимости регулирования емкости для компенсации реактивной мощности колебательного контура.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector