感應(yīng)加熱電流頻率、功率、加熱時(shí)間的確定與螺線管感應(yīng)參數(shù)計(jì)算

1、感應(yīng)加熱電流頻率、功率、加熱時(shí)間的確定與螺線管感應(yīng)參數(shù)計(jì)算  2010-3-29 10:25:00  來(lái)源：中國(guó)金屬加工在線  閱讀： 394次  我要收藏【字體：大 中 小】 EMBED Forms.HTML:Image.1 EMBED Forms.HTML:Image.1 EMBED Forms.HTML:Image.1     一、金屬坯料加熱過(guò)程中物理性質(zhì)的變化    坯料的電阻率和相對(duì)磁導(dǎo)率對(duì)頻率確定以及感應(yīng)器參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要意義。 &

2、#160;  以鋼為例，圖1所示為wC=0. 4 %0. 5 %鋼坯料的電阻率2和一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下的相對(duì)磁導(dǎo)率r與溫度t 的關(guān)系曲線。    由式(1)和圖1可以看出：鋼在加熱時(shí)，其電阻率2和相對(duì)磁導(dǎo)率r都發(fā)生變化：    2在15 800 的溫度區(qū)內(nèi)，大約增加4 倍。當(dāng)溫度超過(guò)800 后，各類(lèi)鋼的電阻率幾乎相等、并趨于一恒定值，即10 - 6m。r在650 700 之前基本上只與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，而與坯料溫度變化關(guān)系不大。當(dāng)達(dá)到居里溫度時(shí)，r 便階躍式下降到1 。此時(shí)，如果溫度繼續(xù)升高，磁導(dǎo)率不再變化。鋼由初始溫度加熱至始鍛溫

3、度分3 個(gè)階段：    (1) 冷態(tài)規(guī)范 坯料由初始溫度加熱到居里溫度的規(guī)范。此時(shí)2與r 均為變量。該區(qū)為鐵磁性材料區(qū)，平均溫度t = 650 ，2可取0. 6×10 - 6 m，r > 1 。    ( 2) 中間規(guī)范 坯料表面溫度達(dá)到800 900 ，加熱層深度為0. 5 k，為部分鐵磁材料區(qū)，2= 10 - 6 m，坯料表層r > 1 。    ( 3) 熱態(tài)規(guī)范 非磁性材料區(qū)。加熱層深度k ，2= 1. 24 ×10 - 6 m，這是800 1300 范圍內(nèi)電阻率的

4、平均值，r = 1 。    二、電流頻率的選擇    1. 頻率確定原則    坯料感應(yīng)加熱時(shí)，頻率的確定依據(jù)以下兩項(xiàng)原則：    ( 1) 感應(yīng)器的電效率不低于極限值的5 %，相對(duì)頻率： m2 2. 5 。    ( 2) 在使坯料透熱( 即： 使坯料斷面上的溫度盡可能達(dá)到均勻) 的前提下，加熱時(shí)間最短。根據(jù)電磁場(chǎng)的理論，當(dāng)= 0. 4 R2 時(shí)，有效加熱層已到極限值，再降低頻率，也不能使有效加熱層增加，m2 3. 5 。2. 5 m2 3.

5、 5 ( 2)     表2中的頻率型譜是按GB/ T 1980 1996標(biāo)準(zhǔn)頻率制定的。為了促進(jìn)我國(guó)電氣設(shè)備技術(shù)水平的提高，在頻率值方面與國(guó)際接軌，使感應(yīng)加熱設(shè)備在國(guó)際貿(mào)易中不受頻率差異的阻礙，該標(biāo)準(zhǔn)頻率采用了國(guó)際電工委員會(huì)IEC196 標(biāo)準(zhǔn)頻率。國(guó)內(nèi)的感應(yīng)加熱設(shè)備、電熱電容器、中頻變壓器的生產(chǎn)廠家都應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。    2. 注意事項(xiàng)      選擇頻率應(yīng)注意的事項(xiàng)：    ( 1) 如果一臺(tái)設(shè)備加熱多種規(guī)格的坯料，坯料的直徑應(yīng)盡量在公式規(guī)定的頻率

6、范圍之內(nèi)。如果不能滿足，可用兩個(gè)以上的頻率分別對(duì)應(yīng)滿足。    ( 2) 一組不同直徑的坯料，一般應(yīng)按直徑較小且批量較大的坯料來(lái)選擇頻率。這樣，所有的坯料電效率不會(huì)受到影響。對(duì)于直徑較大的坯料可能超出合理的頻率范圍( 頻率偏高) ，但可以通過(guò)增加加熱時(shí)間，即加長(zhǎng)感應(yīng)器來(lái)滿足對(duì)坯料徑向溫差的要求。頻率選擇偏低，會(huì)造成電效率下降。如果低于電效率極限值的5% 就不可取。    ( 3) 感應(yīng)器居里溫度以下區(qū)段，采用較低的頻率加熱，居里溫度以上區(qū)段采用較高的頻率加熱。    三、感應(yīng)器的效率和功率 &#

7、160;  電網(wǎng)輸送給感應(yīng)加熱設(shè)備的功率包括兩部分： 一部分是供電系統(tǒng)( 中頻變頻器、匯流排、電熱電容器等)的功率損失；另外一部分是感應(yīng)器線圈中的電損耗、熱損耗和用于坯料加熱的平均有效功率。中頻變頻器的額定功率分配如圖2所示，我們將后一部分稱(chēng)之為中頻變頻器的額定功率P 。    因此，知道了感應(yīng)器的效率就可以求出中頻變頻器的額定功率。感應(yīng)器的總效率、電效率、熱效率可以計(jì)算出來(lái)，也可以參考表4選取。    從表4可以看出，鋼在熱鍛時(shí)感應(yīng)器的總效率可在0. 55 0. 65 之間選取。四、加熱時(shí)間  

8、0; 縱向磁場(chǎng)中圓形截面金屬坯料，不論電流頻率如何低，電流透入的有效加熱層深總是接近于0. 4 倍的坯料半徑，即2 =0. 4 R2 。而從有效加熱層到坯料心部的繼續(xù)加熱必須靠金屬本身的熱傳導(dǎo)，感應(yīng)加熱時(shí)的心表溫差( 徑向溫差) 就是這樣產(chǎn)生的。因此，在2 0. 4 R2的條件下，合理選擇頻率( 見(jiàn)式3 、4)，會(huì)使坯料表面與心部透熱的路程最短。最短加熱時(shí)間t k，可根據(jù)熱傳導(dǎo)微分方程的特解求得：    鋼加熱到1300 ，心表溫差T 為50 時(shí)的最短加熱時(shí)間簡(jiǎn)化公式的推導(dǎo)。對(duì)于式( 18)，當(dāng)設(shè)2 0，則= 1 。查圖3可得： S ( 1，1) = 0. 125

9、 S ( 1，0) = -0. 125 = 1 、S ( 1，1) = 0. 125 和S ( 1，0) =- 0. 125 代入式( 17)，得：    t k 是指坯料從進(jìn)入感應(yīng)器開(kāi)始加熱到離開(kāi)感應(yīng)器的時(shí)間。坯料離開(kāi)感應(yīng)器到鍛壓設(shè)備還有時(shí)間間隔。在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，心表溫差以大約1 2 / s 的速度繼續(xù)均溫。根據(jù)絕大多數(shù)鋼種的加熱規(guī)范要求，多采用式( 20) 計(jì)算加熱時(shí)間。    以上為等匝距感應(yīng)器加熱時(shí)間的確定。若采用變?cè)丫喔袘?yīng)器加熱，可使加熱時(shí)間大大縮短。所謂變?cè)丫喾绞绞侵咐@制感應(yīng)器線圈的銅管( 一般為矩形截面銅管)的軸向?qū)挾? 匝距) 進(jìn)料端較窄，出料端較寬，一般分為兩級(jí)或三級(jí)。這種設(shè)計(jì)是因?yàn)?/p>