- •1 Общие положения
- •2 Расчет конструктивных параметров тигля
- •2.1 Полезный объем и геометрические размеры тигля
- •2.2 Толщина стенки тигля и размер
- •3 Расчет размеров индуктора
- •3.1 Диаметр и высота индуктора
- •3.2 Расположение индуктора
- •4 Расчет мощностей, подводимых к садке печи
- •4.1 Баланс энергии системы
- •4.2 Полезная тепловая мощность,
- •4.3 Активная мощность,
- •4.4 Тепловые потери активной мощности,
- •5 Расчет частоты тока в индукторе
- •5.1 Зависимость частоты тока от этапов работы печи
- •5.2 Зависимость размеров кусков шихты от частоты тока в индукторе
- •6 Выбор ип
- •6.1 Расчет мощности ип
- •6.2 Методика выбора ип
- •7 Электрический расчет печи
- •7.1 Предварительные замечания
- •7.2 Удельная намагничивающая сила индуктора
- •7.3 Мощности, выделяющиеся в садке печи
- •7.4 Мощности, теряемые в индукторе
- •7.5 Реактивная мощность, выделяющаяся в зазоре
- •7.6 Общие мощности системы
- •7.7 Выбор схемы и расчет энергетических
- •7.9 Электрический кпд и коэффициент мощности
- •7.10 Энергетический баланс ипу
- •1. Общие положения.....................................................................1
- •2. Расчет конструктивных параметров тигля.............................2
- •2.1. Полезный объем и геометрические размеры тигля.........2
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
7.9 Электрический кпд и коэффициент мощности
ИТП, емкость КБ
7.9.1 Электрический КПД печи вычисляют, используя полученные выше значения активных мощностей Ра.сад в садке и ∆Ра.инд.вх в индукторе /1, с. 237, 252; 2, с. 87, 93/:
ηа.сад = . (7.52)
В формуле (7.52) числитель и знаменатель можно разделить на Ра.сад и тогда получим новую формулу для расчета электрического КПД печи
ηа.сад = . (7.53)
7.9.2 Если в формулу (7.53) подставить действительные и предельные значения параметров из правых частей формул (7.19) и (7.11), затем сделать сокращения, то получим формулу для расчета предельного электрического КПД печи /1, с. 237; 2, с. 87/
ηа.сад.пред =
. (7.54)
Предельные значения указанных в формуле (7.54) коэффициентов необходимо вычислить, приняв частоту тока в индукторе fист = ∞.
В частности, в формуле (7.54) при fист = ∞ по методике работы /1/ получим:
а) Кмощ.а.инд.пред = 1,0, так как δэ.инд.пред = 0 (формула (7.15)), ξ'инд.1.пред = = ∞ (формула (7.17)), ξ'инд.2.пред = = = ∞ (формула (7.18));
б) Кмощ.а.цил.пред = 1,0, поскольку δэ.мет.ж.пред = 0 (формула (7.2)), ξ'цил.ж.пред = = ∞.
Коэффициент Кмаг.расс.расч = Кмаг.расс.дей вследствие того, что δэ.мет.ж.пр д = 0,
7.9.3 Естественный коэффициент мощности cosφпечи печи определяют по формуле
cosφпечи = . (7.55)
7.9.4 Емкость СКБ, Ф, КБ, необходимую для полной компенсации реактивной мощности Рр.инд.вх, ВАр, можно найти по формуле /1, с. 237; 2, с. 69/ (без учета схемы соединения конденсаторов)
Скб = , (7.56)
где Uкб – напряжение на КБ, В (Uкб = Uинд.max).
7.9.5* Формула (7.56) получена из соотношения /1, с. 237; 2, с. 69/
Рр.кб = Рр.инд.вх = 2πfистU2кбСкб, (7.57*)
где Рр.кб – реактивная мощность КБ, ВАр (см. формулу (7.26)).
7.9.6 Напряжение на КБ может несколько превышать напряжение на полюсах А и В индуктора вследствие местного резонанса напряжений в цепи, образованной индуктивностью токоподвода к КБ и емкостью самой батареи. В обычных условиях этим явлением можно пренебречь /1, с. 237, 238; 2, с. 69/.
7.10 Энергетический баланс ипу
7.10.1 Составные части энергетического баланса ИПУ показаны на рисунке 4.1. В виде формулы этот баланс можно выразить следующим образом /1, с. 257; 2, с. 115/:
Ра.ист.вх = Рэнт + ∆Ра.сад + ∆Ра.инд.вх + ∆Ра.кб +
+ ∆Ра.ток + ∆Ра.ист.вх. (7.58)
7.10.2 Ранее были вычислены мощности Рэнт по формулам (4.2) и (4.3*), ∆Ра.сад по формуле (4.9) и ∆Ра.инд.вх по формуле (7.18). Сумма этих мощностей составляет активную мощность Ра.инд.вх, Вт, печи, т.е. активную мощность, подводимую к индуктору (рисунок 4.1 и формула (7.23)).
7.10.3 Электрические потери ∆Ра.кб, Вт, активной мощности ИП в каждом элементе КБ при номинальных параметрах (частоте и напряжении) указываются в паспортах в виде tgδ, где δ – угол диэлектрических потерь конденсаторов по ГОСТ 1282 - 79 и ГОСТ 18689 - 81 (tgδ = = 0,0027 – 0,0040 /2, с. 67, 120/). Поэтому при номинальном напряжении Uкб.ном, В, на обкладках КБ активные электрические потери /1, с. 245, 246, 256, 257; 2, с. 66, 67, 116, 120/
∆Ра.кб = Рр.кб tgδ, (7.59)
где Рр.кб – реактивная мощность, отдаваемая КБ, ВАр.
Если действительное напряжение Uкб.дей, В, на обкладках КБ отличается от номинального напряжения Uкб.ном, то
∆Ра.кб = Рр.кб tgδ . (7.60)
7.10.4 Относительно точный расчет электрических потерь ∆Ра.ток, Вт, активной мощности ИП в токоподводе, соединяющим ИП и конденсаторную батарею с печью, можно провести, только зная конструкцию и геометрические размеры токоподвода и планировку ИПУ. Приближенно принимают, что электрические потери в токоподводе равны, ВТ /1, с. 245, 246, 256, 257; 2, с. 116, 120/:
а) при наличии гибких кабелей
∆Р'а.ток = (0,10 – 0,15) Ра.инд.вх; (7.61)
б) при разъемном соединении индуктора с токоподводом
∆Р"а.ток = (0,015 – 0,020) Ра.инд.вх. (7.62)
7.10.5 Мощности, рассчитанные в пп. 7.10.2 – 7.10.4, позволяют определить "балансную" активную мощность Ра.ист.вых.бал, Вт, забираемую от ИП:
Ра.ист.вых.бал = Рэнт + ∆Ра.сад + ∆Ра.инд.вх +
+ ∆Ра.кб + ∆Ра.ток . (7.63)
7.10.6 Если забираемая "балансная" мощность Ра.ист.вых.бал не более чем на ± 5 % отличается от паспортной выходной мощности Ра.ист.вых.пасп ИП (формула (6.2)), т.е.
0,95 ≤ ≤ 1,05, (7.64)
то расчеты мощностей, указанных в правой части формулы (7.63), считаются правильным и если
> 1,05, (7.65)
то нужно предложить меры по снижению всех видов потерь выходной мощности ИП, а именно:
а) увеличить коэффициент ηэнт в формуле (4.8) и тем самым уменьшить потери ∆Ра.сад по формуле (4.9);
б) взять меньшее значение угла δ в формуле (7.59) или (7.60) и этим снизить потери ∆Ра.кб;
в) при расчете потерь ∆Р'а.ток перейти от формулы (7.61) к формуле (7.62) или принять меньшие значения числовых коэффициентов в этих формулах.
После этого расчет Ра.ист.вых.бал по формуле (7.63) следует повторить.
7.10.7 В исходных данных может быть задано время τцик полного цикла работы печи (формула (4.5*)).
В этом случае при Ра.ист.вых.бал > Ра.ист.вых.пасп рассчитать среднюю мощность ИП, отдаваемую за один цикл,
Ра.ист.вых.ср = Ра.ист.вых.бал . (7.66)
Как правило, Ра.ист.вых.ср < Ра.ист.вых.пасп, поэтому перегрузка ИП (например, ЭМПЧ) в энергетический период не вызовет его опасного перегрева /1, с. 256; 2, с. 120/.
7.10.8 Электрические потери ∆Ра.ист.вх , Вт, активной мощности сети в самом ИП можно найти по величине его КПД ηист (формула (4.4*)):
∆Ра.ист.вх = Ра.ист.вых.бал . (7.67)
КПД ИП указываются в паспортах и справочниках. Так, ЭМПЧ имеют следующие КПД (в скобках даны типы ЭМПЧ) /2, с. 59/: ηист = 0,65 – 0,70 (ВПЧ); ηист = 0,77 – 0,90 (ВГО); ηист = 0,82 – 0,90 (ОПЧ); ηист = 0,73 – 0,80 (ВЭП).
7.10.9 Активная мощность, Вт, забираемая ИПУ из сети, составляет
, (7.68)
7.10.10 Для построения диаграммы энергетического баланса ИПУ необходимо сначала по формуле (7.58) вычислить мощность Ра.ист.вх, которая должна быть равна той же мощности Ра.ист.вх, полученной по формуле (7.68), затем определить количественные доли ηi.бал, %, всех мощностей из правой части формулы (7.58) по отношению к активной мощности Ра.ист.вх, потребляемой из сети (Ра.ист.вх = 100 %):
, (7.69)
, (7.70)
, (7.71)
, (7.72)
, (7.73)
, (7.74)
В итоге должны получить равенство, %:
100 = ηэнт.бал + ∆ηа.сад.бал + ∆ηа.инд.вх.бал +
+ ∆ηа.кб.бал + ∆ηа.ток.бал + ∆ηа.ист.вх.бал. (7.75)
7.10.11 Диаграмму энергетического баланса ИПУ строят в РПЗ аналогично рисунку 4.1, дополнительно указывая в процентах количественные доли всех мощностей, полученных по формулам (7.69) – (7.74), например: Рэнт = 52,5 %, ∆Ра.сад = = 6,4 % и т.д. /2, с. 120; 1, с. 257/. Допускается новый рисунок не делать, если на рисунке 4.1 имеется возможность проставить числовые значения (в процентах) обозначенных мощностей.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Технические характеристики ЭМПЧ
Тип |
Генератор |
КПД, % |
||
Час- тота тока, Гц |
Мощ- ность, кВт |
Напря-жение, В |
||
ВГО-1500-500 |
500 |
1 500 |
1 600/800 |
86 |
ОПЧ-320-1000 ОПЧ-500-1000 ВГО-1500-1000 |
1 000
|
320 500 1 500 |
800 1 600/800 1 600/800 |
88 90 90 |
ВПЧ-20-2400 ВПЧ-30-2400 ВПЧ-50-2400 ВЭП-60-2400 ВЭП-100-2400 ОПЧ-250-2400 ОПЧ-500-2400 |
2 400
|
20 30 50 60 100 250 500 |
400/200 400/200 800/400/200 800/400 800/400 800 1 600/800 |
65 70 65 75 80 86 90 |
ВГО-1500-2500 |
2 575 |
1 500 |
1 500/750 |
88 |
ОПЧ-250-4000 ОПЧ-500-4000 |
4 000 |
250 500 |
800 1 600/800 |
85 87 |
Продолжение приложения А
Тип |
Генератор |
КПД, % |
||
Час- тота тока, Гц |
Мощ- ность, кВт |
Напря-жение, В |
||
ВПЧ-12-8000 ВПЧ-20-8000 ВПЧ-30-8000 ВПЧ-50-8000 ВЭП-60-8000 ВЭП-100-8000 ВГО-500-8000 |
8 000 |
12 20 30 50 60 100 500 |
200/100 400/200 400/200 800/400/200 800/400 800/400 750 |
70 65 70 65 73 79 77 |
ОПЧ-250-10000 |
10 000 |
250 |
800 |
82 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Технические характеристики ТПЧ
Показатель |
Тип |
||||
10/10 |
63/3 |
100/3 |
160/3 |
200/1 |
|
Выходная мощность, кВт Рабочая частота, кГц Выходное напряжение, В |
10
8-10
150 |
63
2 - 3
400 |
100
2-3
400 |
160
2 – 3
400 |
200
1
250 |
Продолжение приложение Б
Показатель |
Тип |
|||
ТПЧ-4 |
ТПЧ-1 |
ТПЧ-2 |
ТПЧ 800- -1/05 |
|
Выходная мощность, кВт Рабочая частота, кГц Выходное напряжение, В |
500/250
2,5/8,0
600-1 000 |
630
0,5/1
600- -1 000 |
630
0,15/3
600- -1 000 |
800
0,5/1
600-1 000 |
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Технические характеристики электропечных трансформаторов для питания ИПУ промышленной частоты
Тип |
Номинальная мощность, кВт |
Напряжение низкой стороны (НН), В |
Число ступеней НН |
ЭОМП-1000/10-72 |
400 |
510 - 85 |
11 |
ЭОМП-1600/10-72 |
630 |
510 - 73 |
11 |
ЭОМП-2000/10-72 |
1 000 |
510 - 92 1 020 - 184 |
11 |
ЭОМН-2700/10-73 |
1 600 |
525 - 100 1 050 - 200 |
17 |
ЭОМН-4200/10-73 |
2 500 |
1 050 - 210 2 100 - 420 |
17 |
Напряжение высокой стороны (ВН) 6 или 10 кВ. |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи /А.М. Вайнберг. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1967. 416 с.
2. Егоров А.В. Электрические печи (для производства сталей) / А.В. Егоров, А.Ф. Моржин. М.: Металлургия, 1975. 352 с.
3. Установки индукционного нагрева / А.Е. Слухоцкий, В.С. Немков, Н.А. Павлов, А.В. Бамунэр; под. ред. А.Е. Слухоцкого. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. 328 с.
4. Долотов Г.П. Печи и сушила литейного производства / Г.П. Долотов, Е.А. Кондаков. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990. 304 с.
5. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах / В.А. Цыганов. М.: Металлургия, 1974. 248 с.
6. Трухов А.П. Литейные сплавы и плавка / А.П. Трухов, А.И. Маляров. М.: Издательский центр ''Академия'', 2004. 336 с.
СОДЕРЖАНИЕ