Практические задания по ПЭЭ (стр. 6 )

. (56)

В этом выражении сp измеряется в ; G измеряется в килограммах; tпл измеряется в часах.

Суммарные тепловые потери ΔP составляют 5−35% полезной мощности печи Pmax, причем меньшая цифра относится к печам большей емкости. Термический КПД (ηm) индукционной тигельной печи обычно составляет 75−95 % и определяется по выражению:

. (57)

Активная мощность P2 , передаваемая в загрузку (садку) ИТП определяется по выражению:

. (58)

Активная мощность Pn ИТП ориентировочно определяется по выражению:

(59)

где ηЭ - электрический КПД индуктора ИТП. Значение может ηЭ составлять 70-95 %. Это значение тем выше, чем больше удельное сопротивление расплавляемого металла или сплава. При плавке алюминия ηЭ=0,5-0,6, при плавке чугуна и стали ηЭ=0,7-0,85.

Мощность источника питания Pист должна быть несколько больше (на 5-10 %) активной мощности Pn.Это связано с тем, что источник питания должен покрывать потери ∆Pт. к. в токоподводе и в конденсаторах.

Мощность источника питания определяется по выражению:

(60)

После определения ориентировочной мощности печной установки и выбора частоты тока производится подбор источника питания.

Сделаем выводы о проделанной работе.

Практическое задание №6

«Расчет мощности индукционной тигельной печи»

Задание: Рассчитать мощность источника питания индукционной тигельной печи емкостью G=6 т. (см. прил.6). Печь предназначена для плавки стали.

Исходные данные (Приложение 7):

температура разливки tк=1600° С;

плотность при температуре разливки γ =7200 кг/м3;

теплосодержание при температуре разливки q=1,42·106 Дж/кг;

энтальпия при температуре разливки сp=0,385 кВт*ч/кг;

удельное сопротивление стали в холодном состоянии ρх=0,2·10-6 Ом·м;

удельное сопротивление стали при температуре потери магнитных свойств Ом*м;

удельное сопротивление стали перед сплавлением кусков шихты Ом*м;

удельное сопротивление стали при температуре разливки Ом*м;

Плавка стали производится без рафинирования, режим работы – на твердой завалке. Время плавки tпл=5,1 ч. Средний диаметр кусков шихты dш=0,08 м

В приложении 6 приведены удельные сопротивления в жидком состоянии.

Полезная мощность ИТП, рассчитывается:

Полезная мощность ИТП, рассчитывается по:

Для последующих расчетов принимаются Pпол=1600 кВт, тепловые потери ∆Pm =110 кВт (6,875 % от полезной мощности).

Активная мощность P2, передаваемая в загрузку:

Термический КПД индукционной тигельной печи:

Активная мощность печи при электрическом КПД ηэ=0,85:

Мощность источника питания с учетом потерь в токоподводе и в конденсаторной батарее определяем.

Принимаем мощность потерь ΔPт. к=188,24 кВт (3,36 % от активной мощности печи).

Вывод: После определения ориентировочной мощности печной установки и выбора частоты тока производится подбор источника питания.

«Методика расчета частоты источника питания индукционной тигельной печи»

Расчет частоты индукционных тигельных печей производится исходя из выражения для определения глубины проникновения тока в загрузку:

, (61)

где ρ - удельное сопротивление загрузки,

μк - относительная магнитная проницаемость загрузки,

μ0=4π·10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума,

f - частота питающей сети, Гц.

Из (61) частота ИТП в общем виде равна

(62)

Выражение для fmin зависит от значения некоторого характерного размера (аргумента):

(63)

где dш - средний диаметр кусков шихты, м;

Δш - глубина проникновения тока в шихту, м.

Заменив Δ на Δш и выразив Δш через m2 , определяют f min.

При нагреве стали изменяются ее удельное сопротивление и магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость слабо зависит от температуры примерно до 650°-700°С, после чего быстро уменьшается и достигает значения, примерно равного проницаемости вакуума. В приближенных расчетах обычно считается, что она падает скачком до μ=1 в точке магнитных превращений (точке Кюри), примерно соответствующей температуре 750°-770° С.

Рисунок 7. Зависимость относительной магнитной проницаемости и удельного сопротивления от температуры для среднеуглеродистой стали.

На рис. 7 исходное значение магнитной проницаемости принято равным 16, что объясняется применением при индукционном нагреве весьма сильных магнитных полей. Часто ее исходное значение составляет 5−6. Зависимость удельного сопротивления от температуры для стали с содержанием углерода 0,4 - 0,5 % приведена на том же рис. 7. Из кривой видно, что в промежутке 15°-800° С удельное сопротивление возрастает примерно в 5 раз. В дальнейшем рост удельного сопротивления замедляется, причем значения его для разных сортов стали становятся почти равными.

(64)

Индекс «к» указывает, что значения соответствующих величин относятся к температуре, превышающей точку магнитных превращений. Глубину проникновения тока в этом случае будем называть горячей глубиной проникновения тока.

В качестве примера на рис. 8 приведено изменение удельного сопротивления для чистых металлов.

Рисунок 8. Зависимость удельного электрического сопротивления некоторых металлов от температуры.

В печах, загружаемых кусковой шихтой, в начале плавки индуктируемые токи замыкаются внутри отдельных кусков, поскольку они имеют плохой электрический контакт между собой. Наиболее неблагоприятным моментом плавки считается момент, предшествующий сплавлению отдельных кусков в монолит, когда относительная магнитная проницаемость μr=1, а удельное сопротивление существенно возросло по сравнению с исходным холодным состоянием. Исходя из рекомендаций, в этот момент целесообразно принимать .

Приводится формула Нортрупа для ориентировочной оценки без учета электрического КПД:

(65)

Однако, должно существовать такое минимальное значение частоты, которое обеспечивает максимальную величину общего электрического КПД.

Эта частота должна соответствовать аргументу

Анализ, показывает, что значение fmin , допустимое с точки зрения эффективности нагрева, находится в районе значений аргумента

При плавке кусковой шихты без остаточной емкости (G0=0) минимальная частота определяется при условии

(66)

где ρш - удельное сопротивление расплавляемого материала при температуре, несколько меньшей температуры плавления, т. е. при температуре спекания отдельных кусков шихты в монолит, Ом·м.

При этом, обеспечиваются минимально приемлемые условия нагрева.

По рекомендациям минимальная частота печи с кусковой шихтой определяется по выражению

(67)

где ρш - удельное сопротивление шихты при температуре потери магнитных свойств.

Определив fmin, производят предварительный расчет частоты, исходя из шкалы частот источников питания электротермических установок – 50 , 500, 1000, 2400, 4000, 8000, 10 000 Гц.

В тех случаях, когда выбор частоты ограничен в связи с наличием определенных источников питания, может оказаться целесообразным изменение гранулометрического состава шихты, увеличение среднего диаметра кусков.

Сделаем выводы о проделанной работе.

Практическое задание №7

«Методика расчета частоты источника питания индукционной тигельной печи »

Задание: Рассчитать частоту источника питания и выбрать источник питания индукционной тигельной печи.

Исходные данные: принять исходные данные и результаты расчета практического задания 6.

Минимальная частота тока индукционной тигельной печи:

Минимальная частота тока индукционной тигельной печи:

Минимальная частота тока индукционной тигельной печи:

Для выбора частоты и мощности источника питания и для последующих расчетов примем вариант, при котором обеспечиваются минимально приемлемые условия нагрева.

Выбираем из ряда рекомендованных частот частоту f=500 Гц. (см. прил.8)

В качестве источника питания – три тиристорных преобразователя, включенные в параллель, суммарной мощностью 2400 кВт. Напряжение источника питания, подводимое к индуктору, Uu=1500 В.

Характеристики выбранного источника питания соответствуют данным, приведенным в приложении 9 для индукционной тигельной печи ИСТ-6, предназначенной для плавки стали.

Вывод: Был произведен расчет мощности и частоты источника питания, предварительно выбрана индукционная тигельная печь.

Таблица вариантов к практическому заданию №1.

Номер варианта	Номер электрических приемников
1	1	6	7	8	10	11	12	21	22	23	30	37	38
2	2	10	11	14	16	18	24	27	31	32	39	40	42
3	3	12	13	14	19	20	25	26	28	29	41	43	45
4	4	6	8	9	15	17	20	30	31	33	42	47	48
5	5	7	10	13	16	19	22	25	28	31	34	37	40
6	1	8	11	14	17	20	23	26	29	32	35	38	41
7	2	5	9	12	15	16	18	21	24	27	30	33	42
8	3	6	10	14	18	22	26	30	34	38	42	44	46
9	4	11	15	19	23	27	31	35	39	43	44	47	48
10	5	12	16	20	24	28	30	32	36	40	45	46	47
11	1	3	6	8	11	12	21	22	24	30	31	37	38
12	2	7	9	11	14	16	18	24	26	31	33	39	40
13	3	10	12	13	14	19	25	26	27	28	29	41	43
14	4	5	6	8	11	15	17	20	30	31	33	47	48
15	5	6	7	10	13	16	22	25	26	32	34	37	40
16	1	8	12	14	17	20	23	26	28	26	35	37	41
17	2	6	9	12	15	18	21	24	25	27	30	33	42
18	3	7	10	14	18	19	22	23	30	34	38	41	44
19	4	11	19	20	26	27	31	35	38	43	44	46	48
20	5	6	7	8	10	12	32	33	36	40	45	46	47
21	1	5	7	10	12	14	20	22	24	26	27	33	38
22	2	3	6	7	12	15	25	34	36	37	41	42	45
23	3	4	5	7	11	15	16	21	24	27	32	33	40
24	5	7	13	15	18	22	24	27	29	30	35	37	42
25	4	6	8	12	15	17	18	23	25	27	33	36	41
26	10	12	15	16	19	21	22	24	26	27	29	31	37
27	6	8	9	10	15	17	21	24	27	29	31	35	38
28	4	6	11	15	17	19	24	26	28	33	38	40	43
29	2	7	23	25	28	31	32	33	36	40	45	46	47
30	1	8	12	14	15	18	22	24	27	29	33	47	48

Таблица вариантов к практическому заданию №2.

№ вар.	Uл, В	S,кВА	cosφ	ПВ
1	2	3	1	2	3	1	2	3
1	220	32	87	96	0.5	0.52	0.35	0.31	0.38	0.5
2	220	45	54	91	0.61	0.46	0.33	0.38	0.54	0.44
3	220	25	94	39	0.48	0.54	0.62	0.39	0.42	0.34
4	220	95	27	48	0.56	0.3	0.47	0.32	0.49	0.35
5	220	87	68	38	0.47	0.35	0.61	0.41	0.46	0.46
6	220	66	29	89	0.68	0.53	0.39	0.5	0.31	0.4
7	220	37	56	98	0.7	0.45	0.5	0.33	0.37	0.5
8	220	35	94	42	0.42	0.31	0.64	0.4	0.39	0.41
9	220	45	91	50	0.49	0.52	0.61	0.45	0.3	0.49
10	220	87	29	61	0.65	0.41	0.5	0.34	0.38	0.48
11	220	95	30	45	0.55	0.7	0.44	0.31	0.37	0.4
12	220	84	45	80	0.45	0.58	0.32	0.37	0.39	0.49
13	220	99	34	61	0.44	0.6	0.54	0.49	0.42	0.33
14	220	61	78	56	0.63	0.48	0.31	0.42	0.34	0.49
15	220	57	24	74	0.49	0.33	0.66	0.36	0.42	0.37
16	220	49	99	34	0.69	0.7	0.37	0.33	0.49	0.55
17	220	94	41	26	0.33	0.4	0.59	0.38	0.37	0.48
18	220	98	34	85	0.38	0.6	0.51	0.44	0.34	0.5
19	220	90	34	95	0.47	0.34	0.54	0.5	0.42	0.39
20	220	35	81	65	0.55	0.38	0.41	0.51	0.39	0.34
21	220	48	69	47	0.54	0.64	0.34	0.35	0.42	0.37
22	220	69	43	48	0.41	0.58	0.38	0.31	0.31	0.47
23	220	87	27	45	0.64	0.37	0.39	0.49	0.37	0.34
24	220	43	94	27	0.43	0.31	0.67	0.41	0.34	0.49
25	220	91	28	64	0.4	0.62	0.51	0.48	0.35	0.5
26	220	82	65	37	0.56	0.37	0.48	0.43	0.38	0.52
27	220	46	68	88	0.48	0.32	0.55	0.37	0.48	0.54
28	220	82	31	47	0.59	0.49	0.6	0.41	0.5	0.31
29	220	41	82	55	0.64	0.43	0.31	0.48	0.39	0.4
30	220	69	94	65	0.41	0.69	0.54	0.49	0.33	0.41

Таблица вариантов к практическому заданию №3.

№	Лампы накаливания	Люминесцентные лампы
Расстояние	«У»	«Гс»	«Гэ»	ПДД	ЛДО	ПВЛ-6	ВЛО	ШЛП	ПВЛ-1
№	L,м	P1,Вт	P2,Вт	P3,Вт	P4,Вт	P5,Вт	P6,Вт	P7,Вт	P8,Вт	P9,Вт
1	0,8	60	70	75	80	90	100	120	110	80
2	0,9	65	80	70	90	110	130	140	100	90
3	1	60	90	100	100	120	145	150	200	110
4	1,1	75	85	90	110	80	110	120	220	130
5	1,2	70	90	130	125	90	70	130	190	100
6	1,3	80	60	100	160	100	80	160	175	120
7	1,4	85	75	90	150	130	90	140	180	100
8	1,5	75	80	100	120	95	120	135	175	130
9	1,6	90	100	80	130	115	110	155	165	120
10	1,7	65	80	90	100	120	130	140	170	95
11	1,8	60	75	70	90	80	120	100	80	110
12	1,9	65	70	80	110	90	140	130	90	100
13	2	60	100	90	120	100	150	145	110	200
14	2,1	75	90	85	80	110	120	110	130	220
15	2,2	70	130	90	90	125	130	70	100	190
16	2,3	80	100	60	100	160	160	80	120	175
17	2,4	85	90	75	130	150	140	90	100	180
18	2,5	75	100	80	95	120	135	120	130	175
19	2,6	90	80	100	115	130	155	110	120	165
20	2,7	65	90	80	120	100	140	130	95	170
21	2,8	95	170	140	130	120	100	90	80	65
22	2,9	110	80	100	120	80	90	70	75	60
23	3,0	100	90	130	140	90	110	80	70	65
24	3,1	200	110	145	150	100	120	90	100	60
25	3,2	220	130	110	120	110	80	85	90	75
26	3,3	190	100	70	130	125	90	90	130	70
27	3,4	175	120	80	160	160	100	60	100	80
28	3,5	180	100	90	140	150	130	75	90	85
29	3,6	175	130	120	135	120	95	80	100	75
30	3,7	165	120	110	155	130	115	100	80	90

Таблица вариантов к практическому заданию №4.

Вариант	S1, кВА	Cosφ1	S2, кВА	Kзагр , %	Cosφ2
1	240	0,55	950	80	0,6
2	220	0,57	860	75	0,63
3	260	0,6	1000	76	0,65
4	270	0,5	800	82	0,7
5	290	0,62	930	77	0,8
6	300	0,59	860	72	0,86
7	220	0,58	910	70	0,79
8	280	0,56	1100	72	0,89
9	230	0,54	960	76	0,59
10	240	0,55	870	78	0,8
11	310	0,59	980	81	0,65
12	250	0,54	990	73	0,9
13	280	0,6	960	74	0,82
14	300	0,56	920	70	0,78
15	320	0,59	840	76	0,81
16	240	0,55	950	80	0,6
17	220	0,57	860	75	0,63
18	260	0,6	1000	76	0,65
19	270	0,5	800	82	0,7
20	290	0,62	930	77	0,8
21	300	0,59	860	72	0,86
22	220	0,58	910	70	0,79
23	280	0,56	1100	72	0,89
24	230	0,54	960	76	0,59
25	240	0,55	870	78	0,8
26	310	0,59	980	81	0,65
27	250	0,54	990	73	0,9
28	280	0,6	960	74	0,82
29	300	0,56	920	70	0,78
30	320	0,59	840	76	0,81

Таблица вариантов к практическому заданию №5.

№ Варианта	Одноточечные стационарные	Рельефные машины	Шовные машины	Стыковые сварочные машины (сварка непрерывным оплавлением)	Стыковые сварочные машины (сварка оплавлением с подогревом)
1		40шт по 80 кВА	60шт по 60 кВА
2	35шт по 50 кВА	65шт по 75 кВА
3			29шт по 90 кВА	71шт по 80 кВА
4	50шт по 110 кВА		50шт по 84 кВА	45шт по 55 кВА	55шт по 75 кВА
5		33шт по 65 кВА		67шт по 70 кВА
6	52шт по 130 кВА				48шт по 80 кВА
7		44шт по 60 кВА			56шт по 90 кВА
8			62шт по 95 кВА		38шт по 85 кВА
9	50шт по 100 кВА	50шт по 55 кВА
10	61шт по 95кВА			39шт по 80 кВА
11		51шт по 75 кВА			49шт по 80 кВА
12	43шт по 130 кВА		57шт по 82 кВА
13		34шт по 65кВА		66шт по 75кВА
14	58шт по 125 кВА		42шт по 80 кВА
15				77шт по 80 кВА	23шт по 75 кВА
16			53шт по 90 кВА		47шт по 90 кВА
17	25шт по 100 кВА	75шт по 75 кВА
18	21шт по 150 кВА			79шт по 65 кВА
19	65шт по 120 кВА				35шт по 85 кВА
20		63шт по 60 кВА			37шт по 70 кВА
21			74шт по 70 кВА	26шт по 78 кВА
22		54шт по 65 кВА	46шт по 95 кВА
23	20шт по 95 кВА		80шт по 85 кВА
24		40шт по 85 кВА		60шт по 75 кВА
25	22шт по 120кВА				78шт по 85 кВА
26	68шт по 145 кВА			32шт по 64 кВА
27		31шт по 80 кВА	69шт по 80 кВА
28				36шт по 70 кВА	64шт по 75 кВА
29	72шт по 95 кВА	28шт по 75 кВА

Таблица вариантов к практическому заданию № 6,7.

№ варианта	Емкость печи	Металл или сплав
1	2	3
1	1 т	Медь
2	2,5 т	Медь
3	10 т	Медь
4	25 т	Медь
5	1 т	Латунь Л63 (Zn – 39,5 – 36,6 %; Cu - остальное)
6	2,5 т	Латунь Л63 (Zn 39,5 - 36,6 %; Cu - остальное)
7	10 т	Латунь Л63 (Zn 39,5 - 36,6 %; Cu - остальное)
8	1 т	Полутомпак (Zn – 20 %; Cu - 80 %)
9	2,5 т	Полутомпак (Zn – 20 %; Cu - 80 %)
10	10 т	Полутомпак (Zn – 20 %; Cu - 80 %)
11	25 т	Полутомпак (Zn – 20 %; Cu - 80 %)
12	0,4 т	Алюминий
13	1 т	Алюминий
14	2,5 т	Алюминий
15	6 т	Алюминий
16	10 т	Алюминий
17	0,06 т	Сталь
18	0,16 т	Сталь
19	0,25 т	Сталь
20	0,4 т	Сталь
21	1 т	Сталь
22	2,5 т	Сталь
23	9 т	Чугун
24	1 т	Чугун
25	2. 5 т	Чугун
26	6 т	Сталь
27	10 т	Чугун
28	21.5 т	Чугун
29	31 т	Чугун
30	60 т	Чугун

Приложение 1.

№	Наименование отделения цеха и производственного оборудования	Модель или тип	Установленная мощность, кВт	Кол-во n	Ки	cosφ
I. Механическое отделение
1	Токарно-винторезный станок	1К62	11,125	1	0,15	0,65
2	Токарно-винторезный станок	1Б61	4,625	4	0,15	0,65
3	Токарно-винторезный станок	1А616П	4,6	2	0,15	0,65
4	Токарно-винторезный станок	163	15,125	2	0,15	0,65
5	Токарно-винторезный станок	1П326	5,475	1	0,15	0,65
6	Долбежный станок	7А420	3,8	1	0,15	0,65
7	Поперечно-строгальный станок	7М37	11,1	1	0,17	0,65
8	Универсально-фрезный станок	6В75	1,7	2	0,13	0,5
9	Универсально-фрезный станок	6Н81	6,325	1	0,14	0,5
10	Горизонтально-фрезный станок	6М80Г	3,525	2	0,15	0,65
11	Вертикально-фрезный станок	6М13П	12,925	1	0,15	0,65
12	Зуборезный станок	5К301	0,725	3	0,12	0,5
13	Круглошлифованный станок	ЗА 164	19,45	1	0,15	0,65
14	Плоскошлифованный станок	3740	12,65	2	0,15	0,65
15	Вертикально-сверлильный станок	2А125	2,925	2	0,13	0,5
16	Радиально-сверлильный станок	2А55	6,925	1	0,13	0,5
17	Настольно-сверлильный станок	2А106	0,6	5	0,13	0,5
18	Универсальный заточный станок	3641	1,25	3	0,13	0,5
19	Кран-балка электр-ая подвесная	2т	4,85	2	0,3	0,5
20	Вентилятор	-	7,0	4	0,8	0,8
II. Заготовительно-сварочное отделение
21	Отрезной станок с ножовочной пилой	872А	1,9	2	0,13	0,5
22	Ножницы	Н474	7.0	1	0,15	0,65
23	Пресс правильный	ПА415	14,0	1	0,16	0,65
24	Пресс кривошипный	К217	10,0	2	0,15	0,65
25	Настольно-сверлильный станок	НС-12А	0,6	2	0,13	0,5
26	Обдирочно-шлифовальный станок	ЗМ634	2,8	1	0,15	0,65
2.7	Трубоотрезной станок	С-246А	2,8	2	0,15	0,65
28	Станок трубогибочный	С-288	7,0	1	0,15	0,65
29	Преобразователь сварочный	ПСО-500	28,0	5	0,25	0,4
30	Машина сварочная шовная	-	25	2	0,35	0,5
31	Трансформатор сварочный	СТН-350	25	1	035	0,5
32	Кран мостовой электрический	5т	24,2	1	0,35	0,5
33	Вентилятор	-	10	4	0,8	0,8
III.Кузнечное отделение
34	Молот пневматический ковочный	МБ412	10,0	2	0,24	0,65
35	Обдирочно-точильный станок	ЗМ634	2,8	2	0,24	0,65
36	Электропечь сопротивления камерная со щитом управления(950°С)	- Н-45	45,0	1	0,8	0,8
37	Вентилятор	-	4,5	1	0,65	0,8
38	Кран-балка электрическая подъемная	2т	4,85	1	0.2	0,5
IV. Термическое отделение
39	Электропечь сопротивления шахтная со щи­том управления	ПИ-31 ЩУ-12	24,0	2	0,8	0,95
40	Шкаф электрический сушильный	Ш-0,5	1,1	2	0,8	0,95
41	Электропечь сопротивления камерная со шитом управления	И-15 ЩУ-12	15,0	1	0,75	0,8
42	Электропечь сопротивления двухкамерная со щитом управления и печным трансфор­матором (°С)	ЭКБ-194А ЩУ-12 ТПТ-350	19,0	2	0,9	0,9
43	Муфельная печь	П-6	2,2	4	0,65	0,8
44	Вентилятор	-	2,8	2	0,65	0,8
45	Вентилятор	-	7,0	1	0,75	0,8
V. Гальваническое отделение
46	Селеновый выпрями/1000 а, 6/12 в	ВСМР	22	1	0,8	0,95
47	Сушильный шкаф электрический		10	1	0,8	0,95
48	Полировочный станок двухшпиндельный	С-42А	3,2	1	024	0,65
49	Вентилятор	-	4,5	3	0,65	0,8

Приложение 2.

Значения коэффициентов расчетной нагрузки Кр для питающих сетей напряжением до 1000 В