Меню

Как нагреть металлическую пластину током

Электроконтактный нагрев металла при ОМД

Электроконтактный нагрев . В основе электроконтактного способа нагрева лежит закон Джоуля — Ленца , выражающаяся формулой (2.1) . Принципиальная электрическая схема контактного нагрева изображена на рис. 2.14 , а. От понижающего силового трансформатора 1 ток с помощью гибких шин подается к пневматическим медным контактам 2, между которыми зажимается заготовка, 3. Силовой трансформатор в первичной обмотке имеет несколько ступеней регулировки, что позволяет изменять напряжение, а следовательно, и силу тока во вторичной цепи, то есть в заготовке. Напряжение во вторичной цепи трансформаторов для контактного нагрева бывает от 4 до 16 В, а сила тока может достигать нескольких десятков тысяч ампер.

Рисунок. 2.14. Принципиальная электрическая схема контактного нагрева (а) и установка электроконтактного нагрева заготовок типа К-17 (б):
1 — понижающий трансформатор, 2 — зажимные контактные головки, 3 — шкаф с аппаратурой управления, 4 — контактор; 5 — пневматический кран

На рис. 2.14 , б изображена одна из конструкций контактных установок мощностью 150 кВА. Установка предназначена для заготовок длиной от 400 до 650 мм и диаметром от 20 до 42 мм.

В настоящее время есть возможность нагревать электроконтактным способом заготовки до 75 мм в диаметре. Для заготовок диаметром более 75 мм этот способ не применяется не применяется из экономических соображений, так как при больших размерах заготовок чрезвычайно возрастают размеры силовых трансформаторов. КПД электроконтактных установок колеблется от 60 до 80% . Удельный расход электроэнергии при нагревании углеродистых сталей составляет 0,325 кВт • ч/кг , что в полтора раза меньше чем при индукционном нагреве.

Основными недостатками электроконтактного нагрева является:

  • ограниченность размеров заготовок;
  • сравнительно малая устойчивость зажимных контактов;
  • сложность нагрева заготовок переменного сечения.

При применении электроконтактного нагрева технологию деформации (штамповки) рекомендуется проектировать так, чтобы из одной заготовки одновременно изготовлялось несколько поковок; это позволило бы вести нагрев с большим к. п. д. установки.

В промышленности электроконтактных нагрев часто применяется непосредственно в штамповочных агрегатах, например в электрических изымающих машинах. На этих машинах изготавливаются, ковка стержней с головками или колец.

Страница 10 из 10. Вернуться на первую, предыдущую страницу статьи.

Источник

НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ ТОКОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Чтоб нагреть до красна или даже расплавить небольшой металлический предмет в домашних условиях, совсем не обязательно раскочегаривать печку и переводить топливо — современные технологии позволяют для этого задействовать токи высокой частоты (ТВЧ). И простейшей (и самый распространённой) схемой индукционного нагревателя металлов будет мультивибратор на полевых транзисторах. По крайней мере эти модули с китайских сайтов собирают как раз по такой схеме. Далее смотрите 2 модели, отличающиеся мощностью и, конечно, ценой.

Индукционный нагреватель на 50 ватт

Индукционный нагреватель на 50 ватт

ZVS50 — модуль индукционного нагрева начального уровня, питание модуля допустимо даже от батарей с напряжением до 12 вольт, то есть как от автономного питания, так и от сетевого БП. Цена на www.banggood.com примерно $8.

  • Входное напряжение: 5-12 В
  • Размеры платы: 5,5 х 4 х 2 см
  • Размер катушки: длина 2.8, диаметр 2 см

Индукционный нагреватель на 1000 ватт

ZVS1000 — модуль индукционного нагрева металлов токами высокой частоты, с мощностью до 1000w. Средняя цена $35.

Индукционный нагреватель на 1000 ватт

Данный блок индукционного нагрева использует источник питания постоянного тока 12-48 В, максимальный ток 20 А, максимальная мощность 1000 Ватт. Может быть использован для обработки мелких деталей: закалка, отжиг и другая термической обработка. Также может быть использован с тиглем, чтоб плавить золото, серебро, медь, алюминий и другие металлы. Быстрый и равномерный нагрев, что очень удобно для ювелиров.

  • Внутренний диаметр катушки: 40 мм
  • Высота катушки: 50 мм
  • При 48 В без нагрузки ток 5 А

Чем выше напряжение, тем больше ток нагрева, а значит и мощность передаваемая в металл. Катушка может принять внутрь 40 мм тигель. Использовать устройство надо с блоками питания соответствующей мощности и поставить на радиатор кулер охлаждения.

Размер объекта, что нагревается внутри индукционной катушки не может превышать 1/4 объема, иначе может произойти перегрузка и сгорание схемы. Хотя эта схема может временно выдержать 30 А — для долгосрочной работы ток не должен превышать 20 А для безопасной работы.

Таким образом, даже заводские индукционные нагреватели используют простую схемотехнику — 2 мощных полевых транзистора, пару резисторов и набор высоковольтных конденсаторов, что позволяет при желании собрать такое устройство своими руками.

Форум по обсуждению материала НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ ТОКОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Увеличение мощности интегральных усилителей транзисторами. Рассматривается на примере схем LM3886 и TDA7294.

Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра — теория и практика.

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.

Источник

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи

Основы индукционного нагрева

При прохождении по проводнику переменного тока около него создается переменное электромагнитное поле. В куске металла, помещенном в это поле, индукти­руются токи, частота которых совпадает с частотой пер­вичного тока. Прохождение индуктированного электри­ческого тока вызывает нагрев металла. Нагрев металла описанным способом называется индукционным, а про­водник, по которому пропускается электрический ток, — индуктирующим проводом. Индуктирующий провод мо­жет быть изготовлен из любого хорошо проводящего материала и ему может быть придана любая форма. Чаще всего он навивается из прямоугольных медных трубок в виде цилиндрических спиралей. Внутри спи­рали устанавливается нагреваемая заготовка. Для уменьшения тепловых потерь между индуктирующим проводом и заготовкой помещается изоляция из шамота или других жароупорных, теплоизоляционных материа­лов. Для отвода тепла, выделяющегося при прохожде­нии тока, по медной трубке, образующей индуктирую­щий провод, пропускается вода. Индуктирующий провод, жароупорная футеровка, шланги, через которые подается вода, изоляционные бруски для крепления ин­дуктирующего провода, контактные пластины, припаян­ные к нему и служащие для подвода тока, объединя­ются в единое устройство, называемое индуктором (рис. 1).

Индуктор для нагрева цилиндрических заготовок

Рис. 1. Индуктор для нагрева цилиндрических заготовок:
1 — индуктирующий провод — спираль из прямоугольной медной трубки; 2 — тепловая изоляция из шамотных втулок; 3 — нагреваемые заготовки; 4 — трубчатые охлаждаемые водой направляющие, поддерживающие заго­товки; 5 — плита нз асбоцемента. К плите присоединены бруски 6; 6 — бруски, на которые опирается индуктирующий провод 1; 7 — шланги для подачи воды в индуктирующий провод 1 и направляющие 4; 8 — ко­лодки на индукторе, с которыми соединены шланги 7; 9 — колодки, к ко­торым с помощью шлангов подается вода из системы водоснабжения; 10 — накидные болты для соединения между собой колодок 8 и 9; 11 — контактная пластина.

Переменный ток как в индуктирующем проводе, так и в нагреваемом металле распределяется по сечению, неравномерно, плотность тока имеет наибольшее зна­чение на поверхности проводника и спадает к его серд­цевине по экспоненциальному закону. Для простоты решения задач индукционного нагрева металлов условно принято считать, что переменный электрический ток протекает лишь в некотором определенном поверхно­стном слое, а в сердцевине проводника тока нет вообще.

Толщина слоя, по которому проходит ток, назы­вается глубиной проникновения тока и определяется по следующей формуле:

Индукционный нагрев(1)

ƒ — частота тока, гц;

μ — магнитная проницаемость, гн/м;

ζ — удельная электропроводность материала, 1 /ом.

Все материалы и сплавы по магнитным свойствам можно разбить на две группы:

1) ферромагнитные металлы и сплавы, т. е. имею­щие магнитную проницаемость значительно большую, чем магнитная проницаемость вакуума;

2) парамагнитные металлы и сплавы, имеющие маг­нитную проницаемость, близкую к магнитной проницае­мости вакуума.

К первой группе относятся углеродистые стали, же­лезо, никель и кобальт, во второй — жароупорные и не­ржавеющие стали, латунь, алюминий, мельхиор и др.

В процессе нагрева диамагнитных и парамагнитных металлов и сплавов изменяется лишь их удельная элек­тропроводность, магнитная же проницаемость остается практически неизменной. Ввиду этого глубина проник­новения тока при нагреве диамагнитных и парамагнит­ных металлов и сплавов увеличивается незначительно лишь вследствие уменьшения электропроводности ма­териала.

В процессе нагрева ферромагнитных металлов и сплавов наряду с уменьшением удельной электро­проводности уменьшается и их магнитная проницае­мость.

При достижении нагреваемым металлом определен­ной температуры значение магнитной проницаемости падает до величины магнитной проницаемости вакуума, что ведет к резкому увеличению глубины проникнове­ния тока. Эта температура называется температурой магнитных превращений или критической точкой. По­этому различают глубину проникновения тока в сталь, нагретую ниже температуры магнитных превращений, и глубину проникновения в сталь, нагретую выше тем­пературы магнитных превращений («горячая» глубина проникновения тока).

В расчетах индукционных нагревательных устройств необходимо использовать значения глубины проникно­вения тока в медь индуктора, температура которой при нагреве заготовок достигает 40-60° С, и глубины про­никновения тока в сталь, нагретую до температуры 1000- 1200°С.

Эти значения соответственно равны:

Расчет индукционных нагревательных устройств(2)
Расчет индукционных нагревательных устройств(3)

Установка для индукционного нагрева кроме индук­тора включает в себя также и другие элементы. Однако индуктор яв­ляется основным, так как посредством индуктора происходит преобразование энергии электромагнитного поля в тепловую.

Если в индукторе находится одна заготовка, длина ее для обеспечения равномерного нагрева концов и середины должна быть несколько меньше длины индук­тора. После подключения такого индуктора к источнику токов высокой частоты (ТВЧ), например машинному высокочастотному генератору, начинается процесс на­грева, режим которого непрерывно меняется вместе с изменением физических свойств заготовки. После достижения заготовкой требуемой температуры нагрев выключается. Заготовка выдается из индуктора для по­следующей обработки. Такой способ нагрева называется периодическим. Применяется также другой способ нагрева, когда в индукторе одновременно находится несколько заготовок. В индуктор через определенные интервалы времени подается очередная заготовка. При этом из него выталкивается заготовка, нагретая до заданной температуры. Если одновременно в индукторе находится достаточно большое число заготовок, режим работы такого индуктора при постоянстве напряжения на нем практически можно считать постоянным. Вы­ключение нагрева в момент подачи в индуктор новой заготовки не производится. Этот способ нагрева называется методическим.

Источник: «Применение сквозного индукционного нагрева в промышленности» Богданов В.Н., Рыскин С.Е.

Источник



Электроконтактный нагрев металлов

date image2015-05-26
views image3982

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Помимо индукционного, в кузнечно-прессовых цехах по­лучил распространение электроконтактный метод нагрева металлов, имеющий ряд преимуществ перед другими методами, его стоимость на 30 % ниже стоимости индукционного нагрева вследствие меньшего расхода электроэнергии, составляющего 300—350 кВт-ч/т. Стоимость оборудования в 1,5 ниже стоимости оборудования для индукционного нагрева.

Этот вид нагрева осуществляется непосредственной передачей тока от питающей сети к заготовке через рабочие контакты нагревательных установок. Практически этот способ нагрева заготовок постоянного, а иногда и переменного сечения может быть использован для всех операций обработки металлов давлением, а также и многих видов термообработки. Существуют установки, в которых нагрев цилиндрических и прямоугольных прутков и полос совмещается с операциями пластичной деформации: гибкой, осадкой, плющением, оттяжкой, рубкой, навивкой спиральных пружин. Электроконтактный способ нагрева наиболее целесообразно проводить в массовом производстве. К недостаткам этого нагрева относят трудность в достижении равномерного нагрева концов заготовок, зажатых в медные или медно-графитовые контакты, и ограничение размеров заготовок, которое определяется отношением длины заготовки к диаметру . При КПД уменьшается до 50 %. Расход электроэнергии при нагреве коротких заготовок меньше (до 500—600 кВт -ч/т).

В качестве источников питания могут быть использованы источники постоянного и переменного тока промышленной и повышенной частоты. При нагреве постоянным током улучшается равномерность нагрева, так как ток равномерно распределяется по сечению проводника. Однако его применение ограничено возможностью получения постоянного тока большой силы, что усложняет и удорожает установку. При использовании повышенной или высокой частоты в заготовке индуцируются (наводятся) вихревые токи (токи Фуко), что позволяет осуществить комбинацию электроконтактного нагрева с индукционным. Однако использование токов высокой частоты усложняет и удорожает установку. Поэтому для питания установок чаше всего используют токи промышленной частоты.

Рис. 6.8. Схемаэлектроконтактной установки с теристорным управлением.

Схема установки (по Г. С. Ковреву) приведена на рис. 6.8. Заготовка 3 зажата в контактах 2 я 4, к которым подведено напряжение от понижающего трансформатора. Оптический пирометр 1или другой какой-либо датчик температуры включен в цепь усилителя 5 таким образом, что при увеличении температуры заготовки напряжение на выходе усилителя уменьшается. Это сопровождается уменьшением напряжения на управляющем электроде тиристора, который закрывается, разрывая первичную цепь трансформатора. При остывании заготовки усилитель увеличивает напряжение на управляющем электроде, и тиристор открывается. В цепи имеется два тиристора, по одному на каждый полу период переменного напряжения.

Тиристоры используют и для автоматического регулирования с изменением величины подводимого к заготовке напряжения. Однако использование тиристоров в схемах питания электроконтактных установок снижает коэффициент мощности последних, а следовательно, и общий КПД.

Предельно допустимые продолжительности нагрева , исключающие перегрев или оплавление, в зависимости от диаметра заготовок :

, мм 10 20 30 40 50 60 70

, с 6 15 40 60 80 100 120

Для нагрева в установке холодной заготовки массой до тем­пературы необходимо подвести к ней количество теплоты, Дж

здесь с—средняя теплоемкость, Дж/(кг°С); —термический КПД установки. В соответствии с законом Джоуля—Ленца

где — сила тока в цепи, A; —сопротивление материала заготовки, Ом; . — продолжительность нагрева, с.

Приравняв последние две формулы, получим, что

Выразим и через линейные размеры заготовки:

здесь и — длина и площадь поперечного сечения заготовки, см и см 2 ; — плотность нагреваемого материала, кг/см 3 ; — среднее удельное электросопротивление заготовки, Ом-см.

Подставим значения и в формулу для , А:

Следовательно, сила тока зависит от физических свойств нагреваемого материала, температуры и продолжительности нагрева, поперечного сечения заготовки и термического КПД установки, но не зависит от длины заготовки.

Вследствие изменения свойств материала и термического КПД в течение нагрева по формуле можно определить только среднее значение силы тока. По мере прогрева заготовки вследствие уменьшения ее теплопотребления сила тока уменьшается.

В соответствии с законом Ома напряжение на концах заготовки, В

Следовательно, среднее напряжение в период нагрева зависит от свойств материала проводника, его длины, продолжительности и температуры нагрева, а также термического КПД установки.

Полная средняя мощность, кВт, электроконтактной установки

где — полный КПД установки. Он определяется произведением КПД трансформатора — электрической цепи и термического т. е. .

Можно принять, что . Электрический КПД зависит от отношения и усилия зажима контактов. При . Термический КПД, учитывающий потери тепла излучением и конвекцией в окружающее пространство, а также контактной теплопроводностью, при благоприятных условиях может достигать 0,97—0,99.

Поэтому эти установки имеют низкий удельный расход электроэнергии, что способствует их широкому распространению.

Источник

Читайте также:  Источники питания переменного тока являются