proiectare inductor(electrotermie)

  • View
    304

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

proiectarea unui inductor

Text of proiectare inductor(electrotermie)

Universitatea din Oradea Facultatea de Inginerie Electrica si Tehnologia Informatiei

PROIECTla disciplina

ELECTROTERMIE

Coordonator: Conf. dr. ing. Livia Bandici

Student: Irimies Adrian

Oradea 2012

Universitatea din Oradea Facultatea de Inginerie Electrica si Tehnologia Informatie

PROIECTAREA UNUI INDUCTORpentru incalzirea prin inductie a unei cuve cilindrice

Coordonator: Conf. dr. ing. Livia Bandici

Student: Irimies Adrian

Oradea 2012

2

Tema proiect: Proiectarea unui inductor pentru incalzirea prin inductie a unei cuve cilindrice

O cuva cilindrica din otel nemagnetic avand diametrul interior d2 = 1,6 [m], inaltimea h2 = 2 [m] si grosimea peretelui e = 2,71 [mm] este incalzita prin efectul curentilor indusi produsi de un inductor realizat dintr-un cadru de cupru de sectiune S = 10 [mm] infasurat in forma de elice in jurul cuvei si avand diametrul mediu de d1m = 1,75 [m] si inaltimea h1 = 1,8 [m]. Puterea necesara incalzirii cuvei P = 160 [KW] este furnizata prin alimentarea inductorului la tensiunea U = 380 [V] si frecventa f = 50 [Hz]. Rezistivitatea conductorului inductor [m] iar rezistivitatea materialului din care se realizeaza cuva este [*m].

3

Cuprins:Cap I: Notiuni generale privind incalzirea prin inductie 1.1. Partile component ale instalatiei si metode de incalzire 1.2. Legea inductiei electromagnetice Cap II: Bazele generale ale calculului inductoarelor pentru incalzirea pieselor 2.1. Patrunderea campului electromagnetic si puterea transmisa piesei 2.1.1. Patrunderea campului electromagnetic in corpuri cilindrice 2.2. Influenta caracteristicilor de material asupra adancimii de patrundere 2.3. Masuri pentru cresterea puterii transferate prin inductie electromagnetica Cap III: Calculul inductorului 3.1. Determinarea valorilor adancimii de patrundere 3.2. Determinarea rezistentei electrice a peretelui lateral al cuvei si valoarea curentului Indus 3.3. Determinarea parametrilor echivalenti ai ansamblului inductor-cuva si a indicatorilor energetic ai incalzirii 3.4. Determinarea capacitatii bateriei de condensatoare necesara aducerii la unitate a factorului de putere al instalatiei 3.5. Determinarea randamentului incalzirii Concluzii Bibliografie

4

CAPITOLUL 1 NOTIUNI GENERALE DESPRE INCALZIREA PRIN INDUCTIE

Incalzirea prin inductie electromagnetica se bazeaza pe efectul de patrunderea a campului electromagnetic in materialele conductoare ( piesa, baie de metal) aflate intr-un camp magnetic variabil in timp. Curentii electrici turbionari determinati de tensiunile electromotoare induse conduc la incalzirea acestuia prin effect Joule. Principalele avantaje ale incalzirii prin inductie electromagnetica sunt: caldura se dezvolta in corpul care urmeaza a fi incalzit, obtinandu-se un transfer important de energie (> 1000 kW/m2) si deci o vviteza mare de incalzire;\ instalatiile sunt relative simple, fiind posibil lucrul in vid sau atmosfera controlata; posibilitatea de automatizare si functionare in flux continuu; se asigura conditii optime de munca cu o poluare redusa a mediului ambient.

Multe dintre aplicatiile incalzirii prin inductie necesita insa surse de alimentare la o frecventa diferita de cea industriala, cea ce constituie un dezavantaj, datorita cresterii costului instalatiei. Echipamentele de incalzire prin inductie pot fi impartite in patru mari categorii: a) b) c) d) Echipamente pentru topire - din aceasta categorie fac parte cuptoarele de inductie cu creuzet si cuptoarele de inductie cu canal; Echipamente de incalzire in profunzime acestea pot fi cu unul sau mai multe inductoare; Echipamente pentru tratamente termice care pot fi cu actiune continua sau discontinua; Echipamente pentru aplicatii speciale din aceasta categorie fac parte echipamentele utilizate pentru sudarea si lipirea metalelor, pentru prelucrarea materialelor semiconductoare, incalzirea recipientilor, transportul electromagnetic al metalelor topite, agitatoarele inductive, etc.

5

1.1.Partile componente ale instalatiei si metode de incalzire Principiul incalzirii prin inductie consta in transformarea energiei electromagnetice absorbite de piesa de lucru in energie termica. Orice corp conducator de electricitate se incalzeste prin effect Joule atunci cand este parcurs de un curent electric. Incalzirea se obtine fie aplicand la extremitatile conductorului o diferenta de potential incalzirea clasica prin rezistenta electrica fie amplasand acest conductor intr-un camp magnetic variabil in timp incalzirea prin inductie electromagnetica. In cazul unei bobine parcursa de curent alternative, acesta va crea in interiorul ca si in exteriorul bobinei un camp magnetic variabil. Daca in interiorul bobinei se introduce un corp C din material conductor, fluxul magnetic variabil in timp care traverseaza materialul, induce o tensiune electromotoare ce determina aparitia unor curenti turbionari (Foucault). Daca fluxul electromagnetic inductor 1 este alternative, de pulsatie , in piesa apar curenti indusi I2, de densitate J2, al caror sens este astfel incat fluxul lor 2 se opune fluxului inductor. Campul magnetic determinat de curentii de conductie conduce la reducerea campului magnetic rezultat in interiorul corpului. Reducerea campului magnetic rezulta in interiorul corpului. Reducerea campului magnetic resultant este cu atat mai pronuntata cu cat frecventa este mai mare. In axul corpului, campul magnetic va avea valoarea cea mai mica si va creste treptat spre exterior. Curentii electricei turbionari indusi produc caldura prin efect Joule, corpul conductor in care acestia au luat nastere se va incalzi. Bobina constituie circuitul primar sau inductor,

iar materialul conductor constituie circuitul secundar sau Indus. In acest fel echipamentele incalzite prin inductie electromagnetica, sunt, ca principiu de functionare, cu particularitatile specifice de conductie, asimilabile cu transformatoarele cu sau fara circuit magnetic, primarul fiind alimentat la frecventa industriala medie sau inalta. Aplicatiile incalzirii prin inductie nu se limiteaza la cazul cel mai frecvent al unui corp conductor plasat in interiorul unui solenoid, fiind utilizate configuratii foarte variate de inductoare ( inductoare plane, inductoare liniare, inductoare de tip tunnel etc.) si pozitii cariate ale corupului de incalzit in raport cu inductorul. Avantajul solenoidului este acela ca valoarea campului magnetic ca si inductie magnetica in interiorul acestuia pot avea valori mari. In alte configuratii se face apel la circuite care intensifica campul magnetic.

6

Tensiunea electromagnetica indusa e, pentu corpuri care nu sunt in miscare are expresia : e= d dt

unde d este cariatia fluxului magnetic care traverseaza corpul de incalzit in intervalul de timp dt. Puterea transformata in caldura in corpul incalzit va fi: P = R*I 2 = E2 R

In curent alternative, rezistenta electrica R are o valoare superioara rezistentei electrice in curent continuu. Cresterea rezistentei electrice este determinate de repartitia neuniforma a densitatii curentului electric in sectiunea transversala a conductorului. Coeficientul de crestere depinde de permeabilitatea magnetica, de rezistivitatea materialului si de frecventa curentului electric care parcurge inductorul. In cazul materialelor cu proprietati magnetice ( fier, otel, nichel, cobalt), la puterea disipata in material prin inductie electromagnetica, se adauga si efectul termic determinat de fenomenul de histerezis magnetic,fig. 6.2.[1] Aportul incalzirii prin histerezis este , cu atat mai pronuntat cu cat aria ciclului de histerezis este mai mare. Raportul dintre puterea Pi dezvoltata prin curenti turbionari Ph, dezvoltata prin histerezis este: Pi = a * f * H 0.4 Ph Unde: a- este o constanta dee material; f frecventa; H valoarea efectiva a campului magnetic in care se afla materialul magnetic.

7

Puterea disipata prin histerezis este in general mult mai mica decat cea disipata prin curenti turbionari indusi. In cazul materialelor magnetice dure, puterea Ph poate ajunge la din puterea totala disipata in material. Puterea Ph nu mai intervine dupa atingerea temperaturii corespunzatoare punctului Courie, cand permeabilitatea magnetica relative r, devine practice egala cu 1.0 ( de exemplu, materialele feromagnetice devin paramagnetice cu temperature de 760 C pentru fier, 350 C pentru nichel si 1100C pentru cobalt). Sub punctual Courie r poate lua valori ridicate astfel ca si curentul electric Indus va fi foarte diferit inainte si dupa punctual Courie. In cazul incalzirii prin inductie intalnim 3 fenomene fizice successive: transferal de energie pe cale electromagnetica de la bibina la corpul de incalzit; transferal de caldura in material pe baza energiei electrice, prin effect Joule; transferal de caldura prin conductie termica in intreaga masa a corpului.

In cazul incalzirilor clasice, unde pentru incalzirea unui corp se utilizeaza o sursa de caldura cu temperature mult mai ridicata decat a corpului, in cazul incalzirii prin inductie ccaldura este produsa cu ajutorul unei infasurari ce ramane rece in raport cu corpul de incalzit, care ulterior este adus la temperaturi foarte mari. 1.2. Legea inductiei electromagnetice Aceast lege se refer la fenomenul induciei electromagnetice care ne spune c ntotdeana atunci cnd o suprafa mrginit de un contur este strbtut de un flux magnetic variabil n timp, n lungul conturului apare o tensiune electromotoare indus. Dac conturul considerat urmrete un circuit electric nchis, t.e.m. indus d natere unui curent electric. Primul care a formulat legea induciei electromagnetice a fost Faraday care i-a dat forma prezentat ntr-unul dintre paragrafele precedente: q = Deci: cantitatea . r q (3.26) care n procesul induciei

de electricitate

electromagnetice a trecut prin