感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应参数计算.doc

感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应参数计算
感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管
感应参数计算
一、金属坯料加热过程中物理性质的变化
坯料的电阻率和相对磁导率对频率确定以及感应器参数设计具有重要意义。
以钢为例,图1所示为wC=0. 4 %~0. 5 %钢坯料的电阻率ρ2和一定的磁场强度下的相对磁导率μr与温度t 的关系曲线。
由式(1)和图1可以看出:钢在加热时,其电阻率ρ2和相对磁导率μr都发生变化:
ρ2在15 ~800 ℃的温度区内,大约增加4 倍。当温度超过800 ℃后,各类钢的电阻率几乎相等、并趋于一恒定值,即10 - 6Ωm。μr在650 ~700 ℃之前基本上只与磁场强度有关,而与坯料温度变化关系不大。当达到居里温度时,μr 便阶跃式下降到1 。此时,如果温度继续升高,磁导率不再变化。钢由初始温度加热至始锻温度分3 个阶段:
(1) 冷态规范坯料由初始温度加热到居里温度的规范。此时ρ2与μr 均为变量。该区为铁磁性材料区,平均温度t = 650 ℃,ρ2可取0. 6×10 - 6 Ωm,μr > 1 。
( 2) 中间规范坯料表面温度达到800 ~900 ℃,加热层深度为0. 5
Δk,为部分铁磁材料区,ρ2= 10 - 6 Ωm,坯料表层μr > 1 。
( 3) 热态规范非磁性材料区。加热层深度≥Δk ,ρ2= 1. 24 ×10 - 6 Ωm,这是800 ~1300 ℃范围内电阻率的平均值,μr = 1 。
二、电流频率的选择
1. 频率确定原则
坯料感应加热时,频率的确定依据以下两项原则:
( 1) 感应器的电效率不低于极限值的5 %,相对频率: m2 ≥2. 5 。
( 2) 在使坯料透热( 即: 使坯料断面上的温度尽可能达到均匀) 的前提下,加热时间最短。根据电磁场的理论,当Δ= 0. 4 R2 时,有效加热层已到极限值,再降低频率,也不能使有效加热层增加,m2 ≤3. 5 。2. 5 ≤m2 ≤
3. 5 ( 2)
表2中的频率型谱是按GB/ T 1980 —1996《标准频率》制定的。为了促进我国电气设备技术水平的提高,在频率值方面与国际接轨,使感应加热设备在国际贸易中不受频率差异的阻碍,该标准频率采用了国际电工委员会IEC196 《标准频率》。国内的感应加热设备、电热电容器、中频变压器的生产厂家都应认真执行该标准。
2. 注意事项
选择频率应注意的事项:
( 1) 如果一台设备加热多种规格的坯料,坯料的直径应尽量在公式规定的频率范围之内。如果不能满足,可用两个以上的频率分别对应满足。
( 2) 一组不同直径的坯料,一般应按直径较小且批量较大的坯料来选择频率。这样,所
有的坯料电效率不会受到影响。对于直径较大的坯料可能超出合理的频率范围( 频率偏高) ,但可以通过增加加热时间,即加长感应器来满足对坯料径向温差的要求。频率选择偏低,会造成电效率下降。如果低于电效率极限值的5% 就不可取。
( 3) 感应器居里温度以下区段,采用较低的频率加热,居里温度以上区段采用较高的频率加热。
三、感应器的效率和功率
电网输送给感应加热设备的功率包括两部分: 一部分是供电系统( 中频变频器、汇流排