《感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应器的参数计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应器的参数计算（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应器的参数计算李韵豪2-1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的确定以及感应器的参数设计有着重要的意义。金属坯料的电阻率与温度的关系式为：pt =po (1+at)(2-1)式中：po金属坯料在0C时的电阻率。a电阻温度系数。(即温度每升高1C时的电阻率改变值。)pt金属在温度为tC时的电阻率。表2-1常见的几种金属的po值和a值金属 po (Qm) a钢铜铝 0.133x10-60.016x10-60.026x10-6 6.25x10-34.30x10-34.00x10-3以钢为例，下图为含碳量0.4-0.5%的钢坯料
2、的电阻率p2、相对磁导率严与温度的关系曲线。图2-1 45钢的电阻率、相对磁导率与坯料加热温度关系曲线由式(2-1)和图(2-1)可以看出：钢在加热时，它的电阻率p2和相对磁导率戸都在发生变化：p2在15-800的温度区内，人约増加4倍，当温度超过800”C后，各类钢的电阻率几乎是 相等、趋于一恒定值，即10-6Qm。旧在650-700C之前基本上只与磁场强度有关，而与坯料温度的变化关系不大。随后当达到 居里温度时，屮便阶跃式下降到1。此时，如温度继续升高，磁导率不再变化。钢由室温加热至始锻温度分3个加热阶段： 冷态规范坯料表面温度达到居里温度的规范。此时p2与旧均为变量。该区为铁磁性材料区，
3、平均温 度取 t=650C, p2 可取 0.6xl0-6Qm,甲1。 中间规范坯料表面温度达到800-900C,加热层深度xk为0.5A k,为部分铁磁材料区，p2=10-6Qin, 坯料表层甲 1。 热态规范非磁性材料区。加热层深xkA k, p2=1.24xlO-6Qm,这是800-1300C范闱内电阻率平均值。 甲=1。2-2电流频率的选择坯料感应加热时的频率的确定依据以卜两项原则： 感应器的电效率不低于极限值的5%,就有ni22.5o 在使坯料透热(即使坯料断面上的温度尽可能达到均匀)的前提卜，加热时间最短，根据 电磁场的理论，当A=0.4R2时，有效加热层已到极限值，再降低频率，也
4、不能使有效加热 层增加，就有：m23.5o即： 2.5m23.5(2-2)式中：m2相对频率(m2=)D2坯料直径(m将式(1-7 ) 2503代入式(2-2)就有：f0.4R2 W, 0.6o钢加热到1300 C，心表温差AT为50C时最短加热时间的简化公式的推导: t=ED Equation. 30,由式a=l-错误！嵌入对象无效。，就有a=l。 查图2-3S (b 1) =0.125 S (b 0) =-0.1252经验表明，将温差值加人一倍计算，结果更加精确。代入式(217)= 12.2 X 104 X (D2- A k)2(2-19)其中：a= 6.4x10-6 1112/s这就是T
5、=50C时的加热时间简化公式。 同样，可得：AT=100C,(2-20)tk=5.9x!04x(D2-Ak)2 (S)T=150C,tk=3.7x!04x(D2-Ak)2 (S)(2-21)tk是指坯料从进入感应器开始加热到离开感应器的时间间隔。坯料离开感应器到锻压设备还有个过程。在这个时间段内，心表温差以每秒12C的速度继续均温。根据绝人多数钢 种的加热规范要求，多采用厶T=100 C的公式(式2-20)计算加热时间。以上为等匝距感应器加热时间的确定，采用变匝距方式可以使加热时间人人缩短。所谓变匝 距方式是指绕制感应器线圈的铜管(一般为矩形截面铜管)的轴向宽度(匝距)进料端较窄, 在出料端较
6、宽，一般分为两级或三级。这种设计是因为所有的线圈内通过同样的电流，则磁 场强度和单位功率在感应器的进料端最人，这就能使温度很快升高。变匝距感应加热时间的计算方法:(2-22)(2-23)(2-24)AT=100C, tk=2.5x!04x(D2-Ak)2 (S)AT=150C, tk=1.8x!04x(D2-Ak)2 (S) 依照经验：T=50C, tk=5.2x!04x(D2-Ak)2 (S)2-5螺线管感应器的参数计算2-5-1螺线管感应器主要尺寸的确定1、感应器内径D1为了获得高的电效率W 应尽量采用较小的Dl/D2o一般地，Dl/D2=1.5-2.5 平均地，D 1/02=2(2-25
7、)(2-26)感应器内径D1的选择主要基于以下的考虑： 为延长感应器炉衬使用寿命，推荐选用实心的奥氏体咐热钢棒作为导轨。此时应使坯料与 感应器同心。一般地：感应器炉衬内径D3= (1.1-1.2) D2(2-27)D3-D210nmi(2-28) 如呆采用水冷导轨，导轨中的冷却水人约要耗费总功率的5%,并在加热的过程中会造成 坯料的上下温差。为克服上卜温差，新型的感应加热设备采用机械手在出料端将端部的一只 坯料翻转180。如果没有采用该方式，则可将感应器的D1/D2适当放人。这样，坯料的上 半部距离线圈较远，相对于坯料的下半部qu偏低，就抵消了下半部由于水冷导轨带走热量 造成的上下温差。因此
8、有时也可以先根据D1=2D2来确定D1,然后将D1减去2倍的炉 衬壁厚6,就可反求出炉衬内径D3。如果上下温差问题仍不能解决，可在感应器上半部也 加水冷导轨来抵消下半部分因水冷导轨损失的热量。坯料按直径分组的原则是感应器的总效率不能低于0.5。一般若按式(2-25)、(2-26)来分 组，总效率就不会低于0.50。2、感应器的长度al感应器加热时间tK与节拍t的比值为11, n就是感应器内坯料的件数。n= (2-29)a2=n a27(2-30)式中：a2,为单件坯料的长度。a2为感应器线圈内坯料的总长。n=l时，即tk=t,这是周期作业式加热。它是一种同时加热的方法。n 1时，tkt,分两种
9、情况，一种是步进作业式加热，通常用推料机将坯料按一定节拍送 入感应器内，另一种是连续作业式加热。它们都属于连续依次加热的方法。感应器的长度alal=a2+A a a是为了应对感应器端部效应而增加的补充长度。周期作业式加热时，Aa= (12) D1, 步进作业式加热，此长度可以减半，连续作业式加热，a=0。 a人于2倍D1是没有必要的，而且会降低感应器的效率。2-5-2螺线管等匝距及变匝距感应器的设计与计算举例。1、已知条件：坯料名称：雷诺曲轴材质：C38+N2 (非调质钢)坯料规格：170x935mm重量:166.598kg始锻温度：120(rC30C,加热节拍：115S心表温差：Ak时，D2
10、 =D2。在感应器的参数计算中用D2代替D2,可以提高电阻已、x2m的计算精度。这在某种程 度上考虑了表面的曲率。为保证加热时间，感应器内坯料的件数为：n = = =7.7 (只)a2 = nxa2 =7.7x0.935=7.2M拟采用连续式作业加热：al = a2 =7.2m将al分为3段,每段2.4nio4、电源条件晶闸管中频变频器功率2000kW,频率200Hz,进线电压三相660V, 50H乙中频电压1160V。 感应器与电热电容器组成并联谐振电路。5、感应器的参数设计设计思路：为简化设计，按等匝距条件卞热态规范进行设计，即按热态规范计算出坯料的电 阻r2和电抗X2m,然后用系数进行调
11、整。即计算值r 2 =1.65 r 2. X 2m =1.15 X 2m即 可。计算出等匝距参数后，按一定比例将al分段，并将求得的感应器总匝数也按一定比例 分配到各段，组成变匝距的线圈设计。设计感应器参数主要参考文献：(1汤景明感应加热技术应用及其设备设计经验北京，机械工业出版社。1975(2)俄A.E.斯洛霍茨基,C.E.雷斯金.感应加热器的计算和设计蒋黎民译，1980年 具体步骤如下：计算时已知：额定功率为2000kW,标准频率为200Hz,中频电压为1160Vo感应器线圈直 径Dl=0.27m,感应器线圈长度al= a2=7.2m,坯料材质：C38+N2 (非调质钢)，坯料规格 (pl
12、70x935mm,重量 166.598kg。平均计算直径D2Z=D2-A k=0.130M,始锻温度：1200 C30C, 加热节拍：115S,心表温差： 608. t115b2 二一电二a 二 0. 095心742 *1釆用并联后：ab2=- = 4,8 0,85 =0. 048“F 42=2729、h二二卩b，2=30、g鱼二 1.222 7 二5. 45“rL 0.224-10 531、Pc：=Pu (Q+0. 62) =2000 X (5. 455+0. 62)=12150PC2=-1.2-石二一1 2 二XPc：=-一 11一X 12150=14459. 504Pc2=l. 15XPcf16628. 43“MRMF-1.2-2000-0.2S 9 台卩 卜期内容简介：整流变压器的选择和变频器的配置、变频器作为谐波源注入公用电网谐波电 流或在公用电网中产生谐波电压的影响及抑制措施。
感应加热电流频率、功率、加热时间的确定与螺线管感应器的参数计算
