Эквивалентные параметры и эксплуатационные режимы индукционных установок

В индукционных установках любого типа нагрузкой источника питания является силовой колебательный контур, образованный нагревательным индуктором и конденсаторной батареей. Схема замещения колеба­тельного контура может быть представлена в ви­де параллельного соединения эквивалентного активного сопротивления контура R_э и избыточного реактивного сопротивления, знак и величина которого определяются разностью между емкостью С конденсаторной батареи контура и емкостью С_к, необходимой для полной ком­пенсации контура. Последняя может быть определена по формуле

               (27)

Фазовый угол колебательного контура φ будет: 

          (28)

При такой записи tg φ будет положительным при емкостной и отрицательным при индуктивной настрой­ке контура. Кажущееся сопротивление контура при С≠С_к

               (29)

При напряжении на контуре U ток, потребляемый кон­туром, будет:

               (30)

Активная мощность, потребляемая контуром,

            (31)

Если в линии между источником питания и конту­ром имеется индуктивное сопротивление X (в частном случае это может быть собственное сопротивление пре­образователя частоты), то соотношение между напря­жением на контуре U и э. д. с. источника Е может быть представлено в виде

               (32)

Значительный интерес представляют зависимости эквивалентных параметров колебательных контуров ин­дукционных установок от частоты. Эти зависимости могут быть представлены в виде

             (33)

 

 

где R₀ и tg φ₀ - параметры контура при некоторой ча­стоте f₀ принятой за базовую; f'=f/f₀ - относительная частота.

Показатели степени n₁ и n₃ для немагнитных мате­риалов являются функциями некоторого безразмерного критерия, определяемого геометрией системы индук­тор- садка. Как правило, для плавильных печей n₁ ле­жит в пределах 1,1 -1,4, а n₃≈0,3÷0,5. Индукционные нагревательные установки могут иметь более низкие значения n₁.

Для магнитных материалов величина n₁ всегда лежит в пределах  где m - отрицательным по величине показатель степенной зависимости магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля.

Обычно m≈0,75÷1,0. Поэтому для магнитных материа­лов n₁ = 0,80-1,30.

Эквивалентные параметры индукционных установок существенно меняются во времени. Эти изменения обу­словлены как зависимостью параметров от температуры, так и технологическими причинами.

Рассмотрим наиболее характерные режимы работы индукционных нагревательных установок.

Индукционные установки повышенной частоты для методического нагрева заготовок перед пластической де­формацией характеризуются достаточно стабильным ре­жимом. Мощность индукционных установок для садоч­ного нагрева значительно изменяется за цикл нагрева. Кроме того, эти установки имеют вынужденные простои для загрузки и выгрузки заготовок. Все это приводит к недоиспользованию источника питания по мощности. Часто мощность установок, рассчитанная на требуемую производительность, не соответствует номинальной мощ­ности электромашинных преобразователей частоты. Для сокращения установленной мощности преобразователей и их более полной загрузки применяют систему централи­зованного питания от станций параллельно работающих преобразователей. Однако и такое решение не дает воз­можности получить стабильную загрузку преобразова­телей, соответствующую их номинальным мощностям, из-за значительных колебаний нагрузки во времени, а также из-за неравномерной загрузки отдельных ма­шин, имеющих асинхронные приводные двигатели.

Поэтому и в системах централизованного питания загрузка преобразователей по мощности может менять­ся в достаточно широких пределах, а усредненный коэф­фициент загрузки преобразователей может составлять от 0,6 до 0,8. Недоиспользование преобразователей приво­дит к большим дополнительным потерям электроэнер­гии.

На основании возможных режимов эксплуатации индукционных установок и изложенной выше методики выбора оптимальной частоты можно сформулировать следующие основные требования к источникам питания.

1. Номенклатура источников питания по частотам и мощностям должна быть достаточно полной при мини­мальном числе типоразмеров.
2. Источники питания должны иметь возможно бо­лее высокий к. п. д., в том числе и при частичных нагрузках, т. е. потери холостого хода должны быть ми­нимальными.
3. Источники должны иметь регулирование отдавае­мой мощности, а также возможность стабилизации ре­жима.
4. Для питающей сети источники должны являться трехфазной нагрузкой.
5. Стоимость оборудования, строительные и монтаж­ные работы должны быть минимальными.
6. Источники должны иметь сравнительно небольшой расход охлаждающей воды.

Для установок повышенной частоты до настоящего времени промышленностью серийно выпускались элек­тромашинные преобразователи частоты мощностью от 30 до 1500 квт на частоты от 500 до 8000 гц. За послед­ние годы в нашей стране и за рубежом ведутся интен­сивные разработки статических преобразователей на тиратронах, ртутных вентилях и тиристорах. Созданы также образцы статических умножителей (в основном утроителей) частоты.

В связи с этим часто возникает вопрос, насколько экономически целесообразно применение в электротер­мии новых источников питания, каковы их области при­менения и возможна ли замена ими электромашинных преобразователей частоты. Для ответов на эти вопросы необходимо сопоставить между собой различные типы преобразователей в соответствии с перечисленными тре­бованиями, предъявляемыми к ним.

---

Источник: "Индукционные нагревательные установки" Простяков А. А.