Вернуться в библиотеку
УДК 621.
Устройство для индукционного нагревания и плавления проводников квазилинейным магнитным полем при изготовлении роторов асинхронных двигателей.
Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих.
Збірник наукових праць VI Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів
в м. Донецьку 24-27 квітня 2006р. — Донецьк: ДонНТУ, 2006. — С. 175-177.
Одним из важнейших элементов асинхронных двигателей взрывозащищенного исполнения является короткозамкнутая обмотка ротора. Наибольшее распространение имеют подобные обмотки из меди или алюминия. Основным способом изготовления, который широко используется в практике УкрНИИВЭ и заводов-изготовителей асинхронных двигателей Украины, является заливка предварительно разогретого сердечника ротора расплавленным металлом будущей обмотки [1, 2]. Для равномерного по объему нагревания сердечника ротора и для ускоренного плавления металла его обмотки перед заливкой применяется известный индукционный метод [3, с. 7], который также получил широкое распространение в практике УкрНИИВЭ и заводов.
Целью работы является расчетно-теоретическое обоснование, замены дорогостоящей резонансной системы питания индукторов печи и решение вопроса управляемости распределением наведенного тока в ее загрузке.
Рассмотрим возможность осуществления знакопеременных колебаний магнитного поля в индукторе печи с загрузкой без резонансных конденсаторов, с рекуперацией периодически накапливаемой индуктивностью индуктора энергии в источник постоянного напряжения. Затем рассмотрим распределение тока в материале загрузки и возможность управления им в квазилинейном режиме работы индукционной печи. Анализ проводим применительно к схеме, представленной на рисунке 1.
Для определенности сделаем следующие допущения:
а) все элементы коммутации и соединительные проводники между индуктором печи и источниками постоянного напряжения и непосредственно индуктора не содержат активных сопротивлений в режиме пропускания тока;
б) источники 1 и 2 с постоянным напряжением соответственно 
и 
являются идеальными и имеющими возможность подзаряжаться, например, аккумуляторами.
С учетом этих допущений рассмотрим работу схемы (см. рисунок 1). Принимаем, что в начальный момент времени на индуктор от источника 1 подано напряжение 
. Через индуктивность 
потечет ток 
, скорость изменения которого согласно [4, с. 58; 5, с. 86]:
,
где – ток, протекающий по обмотке индуктора;
– поданное на индуктор напряжение источника 1;
– индуктивность индуктора печи с загрузкой;
- индукция магнитного поля в индукторе с загрузкой;
- магнитный поток индуктора.
Рисунок 1. – Устройство для индукционного нагревания квазилинейным магнитным полем
Таким образом, ток и индукция магнитного поля в индукторе увеличивается с постоянной скоростью по линейному закону (рисунок 2). По окончании отрезка времени 
, когда ток и индукция магнитного поля достигнут требуемых наибольших значений 
и 
, а накопленная в индуктивности энергия станет равной 
, подадим на индуктор от источника 2 напряжение 
, т.е. скачкообразно изменим его с на . После изменения полярности напряжения ток и индукция по закону сохранения энергии, не изменяя знаков и направлений движения, начнут уменьшаться до нуля, с постоянной скоростью 
, отдавая энергию, ранее накопленную в индуктивность от источника 1 источнику 2.
Рисунок 2. – Временные диаграммы
После того, как ток в индукторе достигнет нулевого значения и энергия в индуктивности иссякнет, за счет энергии источника постоянного напряжения 2 в индуктивности с той же скоростью 
начнет по модулю увеличиваться ток и индукция , но со знаком минус. Они также будут изменяться до требуемого наибольшего значения 
(
), потребляя энергию из источника 2 до тех пор, пока она не достигнет значения 
.
Переключим источники и снова подадим на индуктор напряжение . В этом случае ток (индукция поля) за счет накопленной в индуктивности энергии, сохраняя свое направление, потечет через источник 1, изменяясь по линейному закону до нуля со скоростью 
, подзаряжая источник 1 за счет энергии, ранее накопленной от источника 2. Таким образом, переключая ключ 3 в моменты, когда ток будет достигать наибольших и равных по модулю значений, будем возбуждать вынужденные колебания магнитного поля в индукторе с постоянной скоростью 
на участке времени от 
до и скоростью 
от до 
и т.д. Отсюда вынужденные знакопеременные колебания тока и индукции в индукторе возможны без применения резонансных конденсаторов, с рекуперацией реактивной энергии, накапливаемой в индуктивности индуктора печи, в питающие источники постоянного напряжения.
Выводы:
1. Наряду с синусоидальным возможен квазилинейный режим работы индукционной печи, при котором магнитное поле индуктора меняется с постоянной скоростью в течение полупериода колебаний, а ток более равномерно распределен по объему загрузки.
2. Квазилинейный режим работы индукционной печи позволяет отказаться от резонансных конденсаторов, что дает значительную экономическую выгоду и повышает надежность печи в целом.
3. В этом режиме возможен возврат (рекуперация) энергии, периодически накапливаемой в индукторе индукционной печи, обратно в питающие источники постоянного напряжения для последующего использования.
4. Изменяя напряжение источников питания, можно регулировать скорость изменения магнитного поля, а, следовательно, и плотность тока, индуцируемого в загрузке печи.
Перечень ссылок
- Чувашев В.А., Железняков А.В. и др. Двигатели с литой медной клеткой ротора для привода безштанговых насосов. Тезисы докладов II Международной конференции по электромеханике и электротехнике. МКЭЭ-96. Крым, 1996, с.148.
- А.С.СССР № 1072344А, В22Д19/00.10.01.80 г. Чувашев В.А. и др. Способ изготовления литых короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей.
- Егоров А.В., Моржин А.Ф. Электрические печи – М: Металлургия. 1975. -351 с.
- Кублановский Я.С. Переходные процессы.- М.: Энергия, 1971. - 88 с.
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.- М.: Высшая школа, 1973. -750 с.
Вернуться в библиотеку
К началу статьи