センサー設計におけるいくつかの問題

誘導加熱装置には以下が含まれます誘導加熱炉、電源、水冷システム、材料の積み降ろし用の機械などですが、主な目的は、加熱効率が高く、消費電力が少なく、長期間使用できるインダクタを設計することです。

ブランクの誘導加熱に使用されるインダクタは、主にマルチターンのスパイラルインダクタです。ブランクの形状、サイズ、およびプロセス要件に応じて、インダクタの構造形式と加熱用の炉のタイプが選択されます。 XNUMX つ目は、適切な電流周波数を選択し、ブランクの加熱に必要な電力を決定することです。これには、ブランク自体の加熱に必要な有効電力と、そのさまざまな熱損失が含まれます。

ブランクが誘導加熱されると、誘導によってブランクの表面に入力される電力と電力密度は、さまざまな要因によって決まります。プロセスに必要なブランクの表面と中央の温度差によって、インダクタ内のブランクの最大加熱時間と電力密度が決まります。これにより、順次および連続誘導加熱の誘導コイルの長さも決まります。使用する誘導コイルの長さは、ブランクの長さによって異なります。

ほとんどの場合、インダクタの端子電圧は設計上および実際の使用時に固定電圧を採用しており、加熱開始から加熱終了までの全過程で電圧は変化しません。周期的な誘導加熱のみ、ブランク加熱を均一にする必要がある場合や、磁性材料を誘導加熱する際に加熱温度がキュリー点を超えて材料の磁性が消失し、加熱速度が遅くなる場合は、電圧を下げる必要があります。遅くなりました。加熱率を上げるにはインダクタの端子電圧を上げます。工場で供給される電圧は 24 日 10 時間変動しており、その範囲は 15% ～ 2% に達することもあります。電力周波数誘導加熱にこのような電源電圧を使用すると、ブランクの加熱温度は同じ加熱時間内で非常に不均一になります。ブランクの加熱温度要件が比較的厳しい場合、安定した電源電圧を使用する必要があります。したがって、電圧安定化デバイスを電源システムに追加して、インダクタの端子電圧が XNUMX% 未満で変動するようにする必要があります。加熱によってワークピースを加熱することは非常に重要です。そうしないと、長いワークピースの機械的特性が熱処理後に一貫しなくなります。

ブランクの誘導加熱中の電力制御は、XNUMX つの形式に分けることができます。最初の形式は、加熱時間を制御するという原理に基づいています。生産タクトタイムに合わせてブランクを誘導加熱炉に投入し、一定の生産性を得るために加熱・押出しを行います。 . 実際の生産では、制御加熱時間をより多く使用し、装置のデバッグ時にブランクの温度を測定し、指定された加熱温度に達するまでに必要な加熱時間と、ブランクの表面と中心の温度差を測定します。一定の電圧条件下で決定することができます。鍛造・プレス加工の連続工程を確保できる生産性の高い鍛造・プレス加工に最適な工法です。 XNUMX つ目は、温度に応じて電力を制御する方法で、実際には加熱温度に基づいています。ブランクが指定の加熱温度に達すると、すぐに排出されます。

炉。この方法は、非鉄金属の熱間成形など、最終加熱温度の要件が厳しいブランクに使用されます。一般に、温度制御による誘導加熱では、一度に加熱されるブランクが多く、加熱温度の制御が難しいため、XNUMXつのインダクタで加熱できるブランクの数が少なくなります。

アプリケーション要件を満たす入力ブランクの電力、加熱領域、および表面電力密度が得られたら、インダクタを設計および計算できます。重要なのは、インダクタの電流と電気効率を計算できる誘導コイルの巻き数を決定することです。、力率 COS A および誘導コイル導体の断面サイズ。

インダクタの設計や計算はもっと面倒だし、計算項目も多い。導出計算式にはいくつかの仮定がなされているため、実際の誘導加熱の状況と完全には一致しないため、非常に正確な結果を計算することはより困難です。 . 誘導コイルの巻き数が多すぎて、指定された加熱時間内に必要な加熱温度に到達できない場合があります。誘導コイルの巻数が少ない場合は、規定の加熱時間内に加熱温度が必要加熱温度を超えています。誘導コイルにタップを確保して適切な調整を行うことができますが、特に電力周波数インダクタの構造上の制限により、タップを残すのは便利ではありません。このような技術的要件を満たさないセンサーは、廃棄して再設計し、新しいセンサーを製造する必要があります。私たちの長年の実践によれば、設計と計算プロセスを簡素化するだけでなく、計算時間を節約するだけでなく、信頼できる計算結果を提供するいくつかの経験的データとチャートが得られます。

センサーの設計で考慮すべきいくつかの原則を以下に紹介します。

1. 図を使って計算を簡単にする

表 3-15 には、ブランクの直径、電流周波数、加熱温度、ブランクの表面と中心の温度差、および加熱時間など、いくつかの計算結果が直接選択用のチャートにリストされています。ブランクの誘導加熱中の伝導および放射熱損失には、いくつかの経験的データを使用できます。中実円筒ブランクの熱損失はブランク加熱の有効電力の 10% ～ 15% であり、中空円筒ブランクの熱損失はブランク加熱の有効電力です。 15% -25%、この計算は計算の精度に影響しません。

2. 現在の周波数の下限を選択します

ブランクが誘導加熱される場合、同じブランク直径に対して 3 つの電流周波数を選択できます (表 15-XNUMX を参照)。電流周波数が高く、電源のコストが高いため、低い電流周波数を選択する必要があります。

3. 定格電圧の選択

インダクタの端子電圧は、特に電源周波数誘導加熱の場合、インダクタの端子電圧が電源の定格電圧よりも低い場合、電源の容量を最大限に活用するために定格電圧を選択します。力率cosを改善するために使用されるコンデンサの数

4.平均暖房電力と機器設置電力

ブランクは連続的または連続的に加熱されます。インダクタに供給される端子電圧が一定の場合、インダクタで消費される電力は変化しません。平均電力で計算すると、機器の設置電力は平均電力よりも大きくなければなりません。磁性体ブランクをサイクルとして使用。誘導加熱タイプで、インダクタの消費電力は加熱時間によって変化し、キュリー点前の加熱電力は平均電力の1.5〜2倍であるため、機器の設置電力はキュリー点前のブランク加熱よりも大きくする必要があります点。パワー。

5.単位面積あたりの電力を制御します

ブランクが誘導加熱される場合、ブランクの表面と中心との間の温度差と加熱時間の要件により、ブランクの単位面積あたりの電力は0.2〜0になるように選択されます。インダクタを設計するときは05kW/cm2o。

6. ブランク比抵抗の選定

ブランクがシーケンシャルおよび連続誘導加熱を採用している場合、センサー内のブランクの加熱温度は、軸方向に沿って低から高に連続的に変化します。センサーを計算するときは、加熱温度より 100 ～ 200°C 低いブランクの抵抗値を選択する必要があります。レート、計算結果がより正確になります。

7. 電源周波数センサーの相数の選択

電力周波数インダクタは、単相、二相、および三相として設計できます。単相電力周波数インダクタはより優れた加熱効果を持ち、三相電力周波数インダクタは大きな電磁力を持ち、ブランクをインダクタから押し出すことがあります。単相電力周波数インダクタが大きな電力を必要とする場合、三相電源の負荷をバランスさせるために、電源システムに三相バランサを追加する必要があります。三相電力周波数インダクタは、三相電源に接続できます。三相電源の負荷を完全にバランスさせることはできず、工場のワークショップによって提供される三相電源電圧自体は同じではありません。商用周波数インダクタを設計する場合、ブランクのサイズ、使用する誘導加熱炉の種類、加熱温度のレベル、および生産性のサイズに応じて、単相または三相を選択する必要があります。

8. センサー演算方法の選択

インダクタの構造が異なるため、中間周波誘導加熱に使用されるインダクタには磁気導体が装備されていません（大容量の中間周波数誘導加熱溶解炉には磁気導体が装備されています）が、電力周波数誘導加熱用のインダクタには磁気導体が装備されています。インダクタの設計と計算では、磁性導体のないインダクタはインダクタンス計算方法を採用し、磁性導体のあるインダクタは磁気回路計算方法を採用し、計算結果はより正確であると考えられます.

9.エネルギーを節約するためにインダクタの冷却水を最大限に活用する

センサーを冷却するために使用される水は冷却専用であり、汚染されていません。一般に、入口水温は 30Y 未満で、冷却後の出口水温は 50Y です。現在、ほとんどのメーカーは冷却水を循環使用しています。水温が高い場合は常温の水を追加して水温を下げますが、冷却水の熱は利用しません。工場の高周波誘導加熱炉の出力は700kW。インダクタの効率が 70% の場合、210kW の熱が水によって奪われ、水の消費量は 9t/h になります。インダクタを冷却した後の温水を最大限に活用するために、冷却された温水を生産工場に家庭用水として導入することができます。誘導加熱炉は24日XNUMX交代制で連続稼働するため、冷却水と熱エネルギーをフル活用した浴室でXNUMX時間お湯を利用できます。