锻压工业中的感应加热第二讲 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(上).pdf

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锻压工业中的感应加热
第二讲感应加热电流频率、功率、加热时间的
确定与螺线管感成参数计算(上)
李韵
金属坯料加热过程中物理性质的变化
由式(1)和图1可以看出:钢在加热时,其电阻
坯料的电阻率和相对磁导率对频率确定以及感应器
率P2和相对磁导率r都发生变化
参数设计具有重要意义。
P2在15~800℃的温度区内,大约增加4倍。当温
金属坯料电阻率与温度的关系式为:
度超过800℃后,各类钢的电阻率几乎相等、并趋于一
P2=Po(1+r)
(1)恒定值,即10-692m
式中0-—金属坯料0℃时的电阻率;
在650~700℃之前基本上只与磁场强度有关
ル-电阻温度系数(即温度每升高1℃时电阻而与坯料温度变化关系不大。当达到居里温度时,,便
率的改变值)
阶跃式下降到1。此时,如果温度继续升高,磁导率不
P一金属在t℃时的电阻率。
再变化。
表1所示为几种常见金属的电阻率及电阻温度系数
钢由初始温度加热至始锻温度分3个阶段
表1常见几种金属的po值和μ值
(1)冷态规范坯料由初始温度加热到居里温度的
金属
规范。此时P2与均为变量。该区为铁磁性材料区
钢
0.133x10
6.25x10
平均温度t=650℃,P2可取0.6×10-m,gr>1l
铜
0.016x10-6
4.30x10-3
(2)中间规范坯料表面温度达到800~900℃,加
铝
0.026x10-6
4.00×10-3
热层深度为0.54k,为部分铁磁材料区,P2=10-9m,
坯料表层xr>1。
以钢为例,图1所示为0c=0.4%~0.5%钢坯料
(3)热态规范非磁性材料区。加热层深度≥△k
的电阻率2和一定的磁场强度下的相对磁导率xr与温
P2=1.24x10-°0m,这是800~1300℃范围内电阻率的
度t的关系曲线。
平均值,p,=1
二、电流率的选择
1.频率确定原则
E
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
2)在使坯料透热(即:使坯料断面上的温度尽可
温度
能达到均匀)的前提下,加热时间最短。根据电磁场的
理论,当△=0,4R2时,有效加热层已到极限值,再降
图145钢的电阻率、相对磁导率与
低频率,也不能使有效加热层增加,m2≤3.5。
坯料加热温度的关系曲线
2.5≤m2≤3,5
2007年第2期
れ械心热加工
achinist. oom. o
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式中m2一相对频率(m2=D2/v2△);
中不受频率差异的阻碍,该标准频率采用了国际电工委
D2一坯料直径,m
员会IEC196《标准频率》。国内的感应加热设备、电热
将=500V/,f代入式(2),则
电容器、中频变压器的生产厂家都应认真执行该标准。
3×10°
6x106
2.注意事项
选择频率应注意的事项
当钢坯料断上的温度高于居里温度时,电流透入
(1)如果一台设备加热多种规格的坯料,坯料的直
深度最大,因此,选择频率时最好取P2=10-°2m、g,径应尽量在公式规定的频率范围之内。如果不能满足,
=1,则式(3)可简化为
可用两个以上的频率分别对应满足。
f
(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
或者直接査阅表2。
会受到影响。对于直径较大的坯料可能超出合理的频率
表2热锻钢还料直径与标准频率选择表
范围(频率偏高),但可以通过增加加热时间,即加长
标准
坯料直径/mm
感应器来满足对坯料径向温差的要求。频率选择偏低,
频率
/Hz1220200180160140?120100?8060?5040?30?20
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
250关
电网输送给感应加热设备的功率包括两部分:一部
300米
分是供电系统(中频变频器、汇流排、电热电容器等)
400类
的功率损失;另外一部分是感应器线圈中的电损耗、热
损耗和用于坯料加热的平均有效功率。中频变频器的额
定功率分配如图2所示,我们将后一部分称之为中频变
频器的额定功率P。
1000关
P
1200
1500
图2中频变频器额定功率分配示意图
2000米
P为中频变频器额定功率;△P1为感应器线圈损失功率;
2400
P2为坯料总功率;△Pr为通过感应器隔热层的
热损失功率;Pr为坯料加热平均有效功率
3000
根据图2,我们将Pr/P定义为感应器的总效率
将P2/P定义为感应器的电效率η,将Pr/P2定义为感
8000
应器的热效率7o,即
10000米
7=Pr/P
(5
注:加*号的频率为优先选用。
7=P2/P
(6)
表2中的频率型谱是按CB/T1980-1956《标准频
70=PT/P2
率》制定的。为了促进我国电气设备技术水平的提高,
式(6)乘以式(7),则有
在频率值方面与国际接轨,使感应加热设备在国际贸易
Pt 7u= Pr/P
(8)
北热加工
2007年第2期8