Một số vấn đề trong thiết kế cảm biến

Thiết bị sưởi cảm ứng bao gồm lò sưởi cảm ứng, cung cấp điện, hệ thống làm mát bằng nước và máy móc thiết bị xếp dỡ vật liệu,… nhưng mục đích chính là thiết kế cuộn cảm có hiệu suất gia nhiệt cao, tiêu thụ điện năng thấp và sử dụng lâu dài.

Các cuộn cảm được sử dụng để đốt nóng cảm ứng của trống chủ yếu là cuộn cảm xoắn ốc nhiều vòng. Tùy theo hình dạng, kích thước và yêu cầu quy trình của mẫu trống, hình thức cấu trúc của cuộn cảm và loại lò để gia nhiệt được chọn. Thứ hai là chọn tần số dòng điện thích hợp và xác định công suất cần thiết để làm nóng phôi trắng, bao gồm công suất hiệu dụng cần thiết để đốt nóng phôi và các tổn thất nhiệt khác nhau của nó.

Khi trống được làm nóng cảm ứng, công suất và mật độ công suất đầu vào bề mặt của trống do cảm ứng được xác định bởi các yếu tố khác nhau. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm của trống mà quy trình yêu cầu xác định thời gian nung nóng tối đa và mật độ công suất của trống trong cuộn cảm, cũng xác định chiều dài của cuộn dây cảm ứng để đốt nóng cảm ứng liên tục và liên tục. Chiều dài của cuộn dây cảm ứng được sử dụng phụ thuộc vào chiều dài của trống.

Trong hầu hết các trường hợp, điện áp đầu cuối của cuộn cảm áp dụng một điện áp cố định trong thiết kế và sử dụng thực tế, và điện áp này không thay đổi trong toàn bộ quá trình từ khi bắt đầu đốt nóng đến khi kết thúc quá trình đốt nóng. Chỉ trong quá trình nung nóng cảm ứng tuần hoàn, điện áp cần phải giảm khi đốt nóng mẫu trống cần đồng đều, hoặc khi nhiệt độ đốt nóng vượt quá điểm Curie khi đốt nóng vật liệu từ, từ tính của vật liệu biến mất, và tốc độ đốt nóng là chậm lại. Để tăng tốc độ đốt nóng Và tăng điện áp đầu cuối của cuộn cảm. Trong 24 giờ một ngày, điện áp được cung cấp trong nhà máy luôn dao động, và phạm vi của nó có khi lên tới 10% -15%. Khi sử dụng điện áp cung cấp điện như vậy để làm nóng cảm ứng tần số nguồn, nhiệt độ đốt nóng của trống rất không phù hợp trong cùng một thời gian nung. Khi yêu cầu về nhiệt độ gia nhiệt của phôi tương đối nghiêm ngặt, nên sử dụng điện áp nguồn ổn định. Do đó, một thiết bị ổn định điện áp cần được bổ sung vào hệ thống cung cấp điện để đảm bảo rằng điện áp đầu cuối của cuộn cảm dao động dưới 2%. Điều rất quan trọng là phải làm nóng phôi bằng cách nung nóng, nếu không các cơ tính của phôi dài sẽ không phù hợp sau khi nhiệt luyện.

Việc kiểm soát công suất trong quá trình gia nhiệt cảm ứng của trống có thể được chia thành hai dạng. Dạng thứ nhất dựa trên nguyên tắc điều khiển thời gian đun. Theo thời gian sản xuất, mẫu trắng được đưa vào lò nung cảm ứng để đốt nóng và đẩy ra để đạt được năng suất cố định. . Trong thực tế sản xuất, thời gian gia nhiệt kiểm soát được sử dụng nhiều hơn và nhiệt độ của mẫu trắng được đo khi thiết bị được gỡ lỗi và thời gian gia nhiệt cần thiết để đạt đến nhiệt độ gia nhiệt quy định và chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm của mẫu trắng. có thể được xác định trong một điều kiện điện áp nhất định. Phương pháp này lý tưởng cho các quá trình rèn và dập với năng suất cao, có thể đảm bảo quá trình rèn và dập liên tục. Dạng thứ hai là điều khiển công suất theo nhiệt độ, thực chất là dựa vào nhiệt độ sưởi. Khi mẫu trắng đạt đến nhiệt độ gia nhiệt quy định, nó sẽ được thải ra ngoài ngay lập tức.

lò lửa. Phương pháp này được sử dụng cho các phôi có yêu cầu nhiệt độ gia nhiệt cuối cùng nghiêm ngặt, chẳng hạn như để tạo hình nóng kim loại màu. Nói chung, trong hệ thống sưởi cảm ứng được điều khiển bằng nhiệt độ, chỉ có thể đốt nóng một số lượng nhỏ phôi trong một cuộn cảm, vì có nhiều phôi được đốt nóng cùng một lúc, và nhiệt độ đốt nóng rất khó kiểm soát.

Khi thu được công suất của trống đầu vào, diện tích được nung nóng và mật độ công suất bề mặt đáp ứng các yêu cầu ứng dụng, cuộn cảm có thể được thiết kế và tính toán. Điều quan trọng là xác định số vòng của cuộn cảm ứng, từ đó có thể tính được cường độ dòng điện và hiệu suất điện của cuộn cảm. , Hệ số công suất COS A và kích thước tiết diện của cuộn dây cảm ứng.

Việc thiết kế và tính toán cuộn cảm rắc rối hơn, và có nhiều hạng mục tính toán. Bởi vì một số giả thiết được đưa ra trong công thức tính đạo hàm, nó không hoàn toàn phù hợp với tình hình gia nhiệt cảm ứng thực tế, do đó, việc tính toán một kết quả chính xác sẽ khó khăn hơn. . Đôi khi có quá nhiều vòng dây của cuộn dây cảm ứng, và không thể đạt được nhiệt độ gia nhiệt cần thiết trong thời gian gia nhiệt quy định; khi số vòng dây của cuộn cảm ứng ít, nhiệt độ nung nóng đã vượt quá nhiệt độ nung nóng cần thiết trong thời gian nung nóng quy định. Mặc dù một vòi có thể được đặt trước trên cuộn dây cảm ứng và có thể điều chỉnh thích hợp, nhưng đôi khi do hạn chế về cấu trúc, đặc biệt là cuộn cảm tần số nguồn, không tiện để lại vòi. Đối với những cảm biến không đáp ứng được yêu cầu công nghệ, chúng phải được loại bỏ và thiết kế lại để chế tạo những cảm biến mới. Theo kinh nghiệm thực tiễn nhiều năm của chúng tôi, một số dữ liệu và biểu đồ thực nghiệm thu được, không chỉ đơn giản hóa quá trình thiết kế và tính toán, tiết kiệm thời gian tính toán mà còn cung cấp kết quả tính toán đáng tin cậy.

Một số nguyên tắc cần được xem xét trong thiết kế của cảm biến được giới thiệu như sau.

1. Sử dụng sơ đồ để đơn giản hóa tính toán

Một số kết quả tính toán đã được liệt kê trong biểu đồ để lựa chọn trực tiếp, chẳng hạn như đường kính trống, tần số dòng điện, nhiệt độ gia nhiệt, chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm của mẫu trống và thời gian gia nhiệt trong Bảng 3-15. Một số dữ liệu thực nghiệm có thể được sử dụng cho sự mất nhiệt dẫn truyền và bức xạ trong quá trình gia nhiệt cảm ứng của mẫu trắng. Nhiệt mất mát của mẫu trống hình trụ đặc bằng 10% -15% công suất hiệu dụng của quá trình đốt nóng mẫu trắng và nhiệt lượng mất đi của mẫu trống hình trụ rỗng là công suất hiệu dụng của quá trình đốt nóng mẫu trống. 15% -25%, cách tính này sẽ không ảnh hưởng đến độ chính xác của phép tính.

2. Chọn giới hạn dưới của tần số dòng điện

Khi mẫu trắng được gia nhiệt bằng cảm ứng, có thể chọn hai tần số dòng điện cho cùng một đường kính trống (xem Bảng 3-15). Nên chọn tần số dòng điện thấp hơn, vì tần số dòng điện cao và chi phí cung cấp điện cao.

3. Chọn điện áp định mức

Điện áp đầu cuối của cuộn cảm chọn điện áp định mức để tận dụng hết khả năng của nguồn điện, đặc biệt trong trường hợp phát nóng cảm ứng tần số nguồn, nếu điện áp đầu cuối của cuộn cảm thấp hơn điện áp danh định của nguồn điện, số tụ điện dùng để nâng cao hệ số công suất cos

4. Công suất sưởi trung bình và công suất lắp đặt thiết bị

Mẫu trắng được nung liên tục hoặc tuần tự. Khi điện áp đầu cuối cung cấp cho cuộn cảm là “= không đổi, thì công suất tiêu thụ của cuộn cảm không đổi. Tính theo công suất trung bình, công suất lắp đặt của thiết bị chỉ cần lớn hơn công suất trung bình. Vật liệu từ trống được sử dụng như một chu kỳ. Loại gia nhiệt cảm ứng, công suất tiêu thụ của cuộn cảm thay đổi theo thời gian gia nhiệt và công suất đốt nóng trước điểm Curie gấp 1.5-2 lần công suất trung bình, do đó công suất lắp đặt của thiết bị phải lớn hơn công suất đốt nóng trống trước Curie điểm. sức mạnh.

5. Kiểm soát công suất trên một đơn vị diện tích

Khi mẫu trắng được gia nhiệt bằng cảm ứng, do yêu cầu của sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm của mẫu trống và thời gian nung nóng, công suất trên một đơn vị diện tích của mẫu trắng được chọn là 0.2-0. 05kW / cm2o khi thiết kế cuộn cảm.

6. Lựa chọn điện trở suất trống

Khi mẫu trắng được gia nhiệt cảm ứng tuần tự và liên tục, nhiệt độ gia nhiệt của mẫu trắng trong cảm biến thay đổi liên tục từ thấp đến cao dọc theo hướng trục. Khi tính toán cảm biến, điện trở của mẫu trống nên được chọn theo nhiệt độ gia nhiệt thấp hơn 100 ~ 200 ° C. tỷ lệ, kết quả tính toán sẽ chính xác hơn.

7. Lựa chọn số pha của cảm biến tần số nguồn

Cuộn cảm tần số nguồn có thể được thiết kế như một pha, hai pha và ba pha. Cuộn cảm tần số nguồn một pha có tác dụng đốt nóng tốt hơn, cuộn cảm tần số nguồn ba pha có lực điện từ lớn nên đôi khi đẩy trống ra khỏi cuộn cảm. Nếu cuộn cảm tần số nguồn một pha cần công suất lớn thì cần thêm bộ cân bằng ba pha vào hệ thống cung cấp điện để cân bằng tải của nguồn điện ba pha. Cuộn cảm tần số nguồn ba pha có thể được nối với nguồn điện ba pha. Không thể cân bằng hoàn toàn phụ tải của nguồn điện ba pha và bản thân điện áp nguồn điện ba pha do phân xưởng nhà máy cung cấp cũng không giống nhau. Khi thiết kế cuộn cảm tần số điện, nên chọn một pha hoặc ba pha theo kích thước của trống, loại lò gia nhiệt cảm ứng được sử dụng, mức nhiệt độ gia nhiệt và kích thước của năng suất.

8. Lựa chọn phương pháp tính toán cảm biến

Do cấu tạo khác nhau của cuộn cảm, cuộn cảm dùng để nung nóng cảm ứng tần số trung gian không được trang bị dây dẫn từ (lò nung nóng chảy cảm ứng tần số trung gian công suất lớn được trang bị dây dẫn từ), trong khi cuộn cảm dùng để nung nóng cảm ứng tần số điện được trang bị vật dẫn từ, do đó Trong thiết kế và tính toán cuộn cảm, người ta coi cuộn cảm không có từ tính thì áp dụng phương pháp tính độ tự cảm, còn cuộn cảm có từ tính thì áp dụng phương pháp tính toán mạch từ, kết quả tính toán chính xác hơn. .

9. Tận dụng triệt để nước làm mát của cuộn cảm để tiết kiệm năng lượng

Nước được sử dụng để làm mát cảm biến chỉ để làm mát và không bị nhiễm bẩn. Nói chung, nhiệt độ nước đầu vào nhỏ hơn 30Y và nhiệt độ nước đầu ra sau khi làm mát là 50Y. Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng nước làm mát tuần hoàn. Nếu nhiệt độ nước cao, họ sẽ thêm nước ở nhiệt độ phòng để giảm nhiệt độ nước, nhưng nhiệt của nước làm mát không được sử dụng. Lò nung cảm ứng tần số công suất của một nhà máy có công suất 700kW. Nếu hiệu suất của cuộn cảm là 70% thì bị nước lấy đi 210kW nhiệt lượng và lượng nước tiêu thụ là 9t / h. Để tận dụng hết lượng nước nóng sau khi làm nguội cuộn cảm, nước nóng nguội có thể được đưa vào phân xưởng sản xuất làm nước sinh hoạt. Vì lò sưởi cảm ứng hoạt động liên tục ba ca một ngày nên người dân luôn có sẵn nước nóng để sử dụng 24/XNUMX trong phòng tắm, giúp tận dụng triệt để nguồn nước làm mát và nhiệt năng.