Раздел 1 Электрооборудование термических установок
Общие сведения о печах. Электрический нагрев и его применение в промышленности. Достоинства электрического нагрева. Теплопередача в печах. Экономия электроэнергии в печах.
Классификация электрических печей. Материалы для электрических печей. Особенности электрооборудования печей сопротивления и схемы управления. Регулирование мощности печей сопротивления с тиристорным преобразователем.
Классификация индукционных печей, их назначение, достоинства и недостатки. Устройство индукционных печей с железным сердечником. Особенности устройства тигельных печей. Схемы питания индукционных печей. Особенности электрооборудования индукционных печей и их работа. Диэлектрический поверхностный нагрев заготовок. Регулирование мощности индукционных печей с помощью бесконтактных регуляторов.
Классификация, устройство и работа дуговых печей. Схемы питания печей. Особенности электрооборудования дуговых печей, его работа. Электрический режим работы дуговых печей. Автоматическое регулирование мощности дуговых печей с тиристорным ругулятором.
Краткие теоретические сведения:
Изучать этот раздел лучше всего по книге Шеховцова В. П. «Электрическое и электромеханическое электрооборудование». Стр. 8 – 58.Для более глубокого усвоения материала и для ответов на теоретические вопросы домашней контрольной работы рекомендуется познакомиться с книгами Свенчанского А. Д. «Электрические промышленные печи» и «Электротехнологические промышленные установки», которые представлены в электронном виде на сайте автора методических указаний.
Большинство вопросов этого раздела также изложено на сайте автора методических указаний «Школа для электрика» - http://electricalschool.info В разделе «Электротехнологические установки».
Рис. Классификация электротермических установок
Электрические печи нагрева сопротивления – это установки, в которых электрическая энергия превращается в тепло в твердых или жидких телах при протекании через них тока.
Электрические печи сопротивления по способу превращения электрической энергии в тепловую разделяются на печи косвенного действия и установки прямого нагрева.
По технологическому назначению печи сопротивления косвенного нагрева можно разделить на три группы:
1) термические печи для различных видов термической и термохимической обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс и других материалов;
2) плавильные печи для плавки легкоплавких цветных металлов и химически активных тугоплавких металлов и сплавов;
3) сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т. п.
В каждой из этих групп печи по характеру работы, в свою очередь, можно разделить на печи периодического и непрерывного действия.
Классификация печей сопротивления по температуре: высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные.
Общая классификация электротехнологических установок приведена в книге на стр. 7 (рис. 1.1-1).
Выбор материала и конструкции нагревательных элементов определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки. Наиболее распространенными материалами являются нихромы. Другие материалы: фехрали, хромоникелевые жаропрочные стали, карборунды, графит, тугоплавкие металлы и др. Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые нагреватели – ТЭНы.
К силовому электрооборудованию печей сопротивленияотносятся силовые понижающие трансформаторы и регулировочные автотрансформаторы, силовые электропривода вспомогательных механизмов, силовая коммутационная и защитная аппаратура.
К аппаратуре управления относятся комплектные станции управления с коммутационной аппаратурой.
К КИП относятся приборы (устройства) контроля, измерения и сигнализации.
Регулирование рабочей температуры в печи производится изменением подводимой мощности и может быть дискретным или непрерывным. Процесс двухпозиционного регулирования температуры в печи сопротивления представлен в книге на рис. 1.2-1. – стр. 11.
При непрерывном регулировании изменяется подводимое напряжение, чаще всего, с помощью импульсного регулирования с использованием тиристорных регуляторов. Схема тиристорного регулятора температуры электрической печи сопротивления показана на рис. 1.2-2 – стр. 13.
Индукционный нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца. Принципиальная схема индукционного нагрева включает: индуктор, зазор и нагреваемое тело.
Индукционные электротермические установки подразделяются на плавильные, нагревательные и закалочные. Плавильные установки разделяются по конструкции на индукционные канальные печи и индукционные тигельные печи.
Индукционные канальные печи работают только на промышленной частоте. Схема и конструкция индукционной канальной печи показана на рис. 1.2.-7. –стр. 24.
Индукционные тигельные печи работают на промышленных, средних и высоких частотах. Схема и конструкция однофазной индукционной тигельной печи представлена на рис. 1.2-8. – стр. 25.
Индукторы изготавливают из медной трубки, охлаждаемой водой.
Индукционные закалочные установки применяют для подготовки детали под последующую термохимическую обработку (закалка, цементация, азотирование и др.). Индукционная закалка заключается в быстром нагреве поверхности изделия с последующим быстрым охлаждением в воздухе или масле..
Электродуговые печи разделяются на дуговые печи прямого действия, дуговые печи косвенного действия, дуговые печи сопротивления. Эскиз электродуговой печи прямого и косвенного действия показан на рис. 1.2-18.- стр. 45. Электрические характеристики и показатели электродуговой печи показаны на рис. 1.2-19. – стр. 47.
Основное электрооборудование дуговых печных установок представлено на рис. 1.2-20 – стр. 49.
Для обеспечения нормальной и высокопроизводительной работы дуговые печи имеют автоматический регулятор мощности (АРМ), который предназначен для поддержания положения электродов относительно загрузки (в печах прямого действия) или друг относительно друга (в печах косвенного действия). Принципиальная электрическая схема регулятора мощности дуги на одну фазу показана на рис. 1.2-21 – стр. 53.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите основные преимущества и недостатки электрического нагрева по сравнению с топливным?
2. Какие материалы применяются в электропечестроении? Какие требования предъявляются к материалам нагревательных элементов и чем эти требования вызваны?
3. Дайте характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) основных типов конструкций электрических печей сопротивления.
4. Перечислите элементы электрооборудования входящие в комплект печи сопротивления. В каких случаях применяют специальные печные трансформаторы? Каким образом регулируют вторичное напряжение печных трансформаторов и автотрансформаторов?
5. Какие физические законы лежат в основе индукционного нагрева, какие для этого используют частоты, каковы его основные области применения?
6. Дайте характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) основных типов конструкций индукционных печей.
7. Для каких целей в промышленности применяются установки индукционной поверхностной закалки и установки индукционного сквозного нагрева? Какое электрооборудование применяется в этих электроустановках? От каких факторов зависит толщина закаливаемого слоя?
8. На чем основан принцип действия источников питания индукционных установок, их преимущества и недостатки.
9. Какие физические законы лежат в основе диэлектрического нагрева, какие для этого используют частоты, каковы его основные области применения?
10. Каковы технологические свойства электрической дуги? Опишите области применения электрической дуги.
11. Дайте сравнительную характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) индукционных электротермических установок и дуговых электроустановок.
12. Сравните электрические схемы питания дуговой печи и индукционной печи промышленной частоты. Какими факторами вызвано присутствие и отсутствие отдельных элементов электрооборудования в схемах?