Таблица 4.1.

Внешние характеристики сварочного трансформатора

Программа работы

1. Перед началом выполнения работы подробно ознакомиться с описанием и монтажной схемой лабораторной установки, с расположением и назначением приборов и аппаратов на стенде и схемой стенда.

2. Собрать схему, для чего подключить измерительные приборы, рукоятки переключателей П₁ и П₂ установить в положение «0», замкнуть перемычками клеммы А-В. После проверки преподавателем (лаборантом) правильности сборки схемы и его разрешения подключить стенд к питающей сети выключателями SF₁ и SF2.

3. Снять внешние характеристики сварочного трансформатора, для чего установить переключатель П₁ в положение 30А. Показания прибора записать в табл.4.1. Поочередно устанавливая переключатель П₂ в положения 0,1,2,3,4,5 записать в табл.4.1 показания приборов (при каждом положении рукоятки). После чего переключатель П₂ устанавливается в положение «0». Далее переключатель П₁ перевести в положение 40 А и вновь поочередно изменяя положение переключателя П₂, занести в табл. 4.1. показания приборов. Аналогичные действия произвести при установке переключателя П₁ в положение 50А.

4. По данным таблицы 4.1, строятся кривые зависимости вторичного напряжения сварочного трансформатора от тока нагрузки:

U₂=f(I₁),

и коэффициента мощности установки от тока нагрузки:

сos =f(U₁)

Все внешние характеристики (для 3-х положений переключателя П₁) строятся на одном графике.

Содержание отчета.

1. Формулировка задачи лабораторного исследования.

2. Номинальные данные испытуемого трансформатора и оборудования экспериментальной установки.

3. Таблица результатов измерений и принципиальная схема установки.

4. Графики.

5. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные конструктивные особенности сварочных трансформаторов для дуговой сварки.

2. Назовите основные требования, которыми должны удовлетворять сварочные трансформаторы.

3. Каким образом осуществляется падающая внешняя характеристика у однопостовых сварочных трансформаторов?

4. Из каких частей состоит сварочный аппарат ТД-101?

5. Каким способом достигается регулирование сварочного тока?

6. Что называется внешней характеристикой сварочного трансформатора?

Рекомендуемая литература

1. Тормасов Б.В. Электротехнология основных производств. –М.: Высш.шк., 1970.

2. Бельфор М.Г. Патон Б.Е. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки и наплавки. –М.: Высш. шк. 1974.

3. Электротехнологиченские промышленные установки: Учебник для вузов /Под ред. А.Д. Свенчанского –М.: Энергоиздат, 1982.

Лабораторная работа №5

УСТАНОВКИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

Целью работы является изучение индукционного нагрева, конструкции и принципа действия индукционной установки.

Краткие теоретические сведения

Электротермические устройства, нагревающие электропроводящие материалы путем наведения в них индуктированных токов, называются индукционными нагревателями. Простейшим видом устройств для индукционного нагрева, к которому могут быть с дополнительными поправками сведены все другие устройства, является водоохлаждаемый медный индуктор с расположенным в нем нагреваемым телом. Этому виду устройств для индукционного нагрева может соответствовать простейшая схема замещения (рис.5.1). Параметры, отмеченные индексом “М”, относятся к нагреваемому материалу, индексом “И” – к индуктору, индексом “П” означают их полную величину.

---

Рис. 5.1. Схема замещения устройства индукционного нагрева

Определив аналитически или экспериментально параметры схемы, легко вычислить и основные энергетические характеристики устройств для их индукционного нагрева:

;

,

где _Э – электрический К.П.Д.

Электрические параметры и энергетические характеристики устройств для индукционного нагрева в соответствии с рис.5.1 можно найти, если ввести следующие обозначения:

h_M – высота токопроводящего слоя нагреваемого материала,

h_И – высота токопроводящего слоя индуктора, как правило, на 10-20% больше высоты;

_M , _И – удельное сопротивление нагреваемого материала индуктора,

_а , _о – абсолютное и относительное значения магнитной проницаемости нагреваемого материала индуктора,

f – угловая частота тока,

 – поправочный множитель к коэффициенту приведения параметра нагреваемого материала к индуктору,

П`<sub>M</sub>, П`_И – обращенные друг к другу периметры нагреваемого материала и индуктора.

Т огда

;

;

;

,

где S`_M – площадь, занимаемая нагреваемым материалом,

S_И – площадь, охватываемая индуктором,

k_M, k_И – коэффициенты Ногаока.

Конечным итогом определения электрических параметров и энергетических характеристик устройств является расчет числа витков индуктора. С этой целью нужно воспользоваться выражением мощности, потребляемой нагреваемым материалом:

,

а затем соотношением между подводимым к индуктору напряжением, током и полным сопротивлением системы индуктор-материал

.

Необходимое число витков в этом случае:

.

При этом соответствует полному сопротивлению системы индуктор – нагреваемый материал при условии, что индуктор изготовлен только из одного витка.

Ток, протекая по индуктору, создает переменное магнитное поле высокой частоты, индуцирующее вихревые токи непосредственно в самой детали. Вихревые токи, протекая по детали, выделяют тепло. Индуктор с деталью, по существу, представляет собой воздушный трансформатор, у которого первичной обмоткой является провод индуктора, а вторичной – деталь.

Рис.5.2. Принципиальная электрическая схема одноконтурного лампового генератора

На принципиальной схеме одноконтурного лампового генератора (рис.5.2) приведены основные элементы установки: трехфазный повышающий анодный трансформатор “Т”, выпрямитель “B” для преобразования переменного тока в постоянный; генераторный блок с трехэлектродной лампой Л, преобразующей энергию постоянного тока в энергию высокочастотных колебаний; колебательный контур, состоящий из конденсаторной батареи С_К, катушки L_К и воздушного индуктора И.

Описание лабораторной установки.

Установка ВЧИ4-10 УА предназначена для нагрева электропроводящих в электромагнитном поле высокой частоты.

Основные параметры:

1. Мощность, потребляемая от сети, кВт, не более – 18;

2. Колебательная мощность высокой частоты, кВт – 10;

3. Напряжение питающей сети, В – 380;

4. Рабочая частота, кГц - 4402,5%;

5. К.П.Д. генератора установки, % не ниже – 68.

---

Установка выполнена в виде шкафов, внутри которых расположены: анодный трансформатор, высоковольтный выпрямитель, собранный на выпрямительных блоках аппаратуры питания и управления. В шкафу имеется экранированный отсек, в котором размещен высокочастотный генератор. Зажимы индуктора, приборы контроля, пусковая и сигнализирующая аппаратура размещены на лицевой стороне установки. Электрическая схема установки (рис.5.3) объединяет ряд цепей, преобразующих напряжение трехфазной силовой сети частотой 50 Гц в напряжение рабочей частоты 4402,5% кГц. Ламповый генератор высокой частоты собран по одноконтурной схеме параллельного питания с самовозбуждением.

Колебательный контур состоит из емкостей 11С-15С и высокочастотного трансформатора 5L-6L. Секционирование конденсаторной батареи нагрузочного контура предусмотрено для подбора частоты 4402,5% кГц при различных индукторах 7L. Напряжение обратной связи для возбуждения снимается с емкости 10С и плавно регулируется перемещением короткозамкнутой катушки 4L внутри первичной катушки 3L регулятора обратной связи.

Высоковольтный выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме. Переключатель 1П позволяет получать на выходе выпрямителя напряжение, равное половине номинального. Напряжение питания на установку подается через рубильник 1Р, включение которого может быть произведено только при закрытых дверях шкафа установки.

---

Рис.5.3. Принципиальная электрическая схема установки индукционного нагрева типа ВЧИ4-10У4

---

Цепи управления установкой допускают включение ее только в определенной последовательности, обеспечивающей правильную эксплуатацию генераторной лампы, а также при правильной фазировке питающей сети.

Правильная фазировка контролируется реле обрыва фаз 1РОФ, которое управляет пускателем 4ПМ, который в свою очередь управляет вентилятором воздушного охлаждения генераторной лампы (двигатель 1ДВ) и цепью управления.

Электрическая схема может быть включена только при наличии водяного охлаждения. Реле 1Р_СТР включается при подаче охлаждения на генераторную лампу, реле 1РД – при подаче охлаждения на анодный трансформатор.

Другие, охлаждаемые водой элементы (высокочастотный трансформатор 5L-6L и индуктор 7L), не имеют защитных реле.

Включение накала производится кнопкой 1КУ. При этом пускатель 1ПМ включает через дроссель 1Др стабилизатор накала 1СТ. Одновременно включается реле времени 1РВ и через 30 секунд контактами пускателя 2ПМ шунтирует дроссель 1Др. К генераторной лампе 1Л подается номинальное напряжение накала.

Включение анодного трансформатора 1Т производится пускателем 3ПМ при помощи кнопки 3КУ. С момента включения анодного трансформатора напряжение подается на анод генераторной лампы и возникает генерация высокочастотных колебаний.

Выключение пускателя 3ПМ может производиться кнопкой 4КУ, либо автоматически реле времени 2РВ.

Сигнальная лампа 2Л фиксирует подачу водяного охлаждения на генераторную лампу, лампа 3Л – подачу высокого напряжения. Защита от перегрузки генераторной лампы осуществляется токовым реле 1РТ.

Контроль режима производится по амперметрам 1ИП и 2ИП. Активно емкостный фильтр 1С-3С и 1Р-3Р защищает питающую сеть от проникновения в нее токов высокой частоты. Для согласования нагрузки с параметрами генератора имеются следующие органы управления: штурвал “обратная связь”, перемычки секционированной емкости. Оптимальное положение обратной связи имеет место при сеточном токе, равном 10-20% значения анодного тока.

Уставка тока срабатывания реле максимального тока в анодной цепи должна быть 2,8 А.

Порядок подготовки установки к работе

1. Проверить изоляцию цепей низкого и высокого напряжения.

2. Закрыть дверь и включить вводной рубильник.

3. Включить накал генераторной лампы. Через 30 секунд должна включиться вторая ступень накала генераторной лампы и загореться сигнальная лампа желтого цвета.

4. Прогреть генераторную лампу в течении 15 минут.

5. Установить регулятор обратной связи в среднее положение.

6. Включить анодное напряжение. При этом должна загореться красная лампа.

7. Отрегулировать обратную связь по оптимальному значению сеточного тока. Предварительную регулировку производят при 50% анодного напряжения, окончательную – при 100%.

8. Проверить отключение анодного напряжения от цепей кнопки и отдельно от реле времени.

---