Induksion isitgich - Induction heater

Buni chalkashtirib yubormaslik kerak Induksion pishirgich.

An induksion isitgich ning barcha shakllarida ishlatiladigan uskunalarning asosiy qismidir induksion isitish. Odatda induksion isitgich o'rta chastotada (MF) yoki radio chastotada (RF) ishlaydi.[1]

To'rt asosiy komponentli tizim zamonaviy induksion isitgichning asosini tashkil etadi

  • boshqaruv tizimi, boshqaruv paneli yoki ON / OFF tugmasi; ba'zi hollarda bu tizim yo'q bo'lishi mumkin
  • quvvat bloki (quvvat inverteri )
  • ish rahbari (transformator )
  • va isitish batareyasi (induktor )

U qanday ishlaydi

Induksion isitish - bu kuch ishlatib, o'tkazuvchan korpusni isitishning kontakt bo'lmagan usuli magnit maydon. Ta'minot (tarmoq) chastotasi 50 Hazrati yoki 60 Hazrati bo'lgan induksion isitgichlar, odatda pastroq sirt harorati talab qilinadigan past quvvatli sanoat dasturlari uchun elektr ta'minotidan to'g'ridan-to'g'ri oziqlanadigan spiralni o'z ichiga oladi. Ba'zi maxsus induksion isitgichlar Aerokosmik quvvat chastotasi 400 Hz da ishlaydi.

Induksion isitishni induksion pishirish bilan aralashtirmaslik kerak, chunki ikkita isitish tizimi asosan bir-biridan jismonan juda farq qiladi. Ta'kidlash joizki, induksion isitish (aka zarb qilish) tizimlari uzun metall tayoqchalar va choyshablar bilan ishlash uchun ularni 2500 ° S haroratgacha etkazish uchun ishlaydi.

Uskunaning asosiy tarkibiy qismlari

Induksion isitgich odatda uchta elementdan iborat.

Quvvat bloki

Ko'pincha inverter yoki generator deb nomlanadi. Tizimning ushbu qismi tarmoq chastotasini olish va uni 10 Gts dan 400 gacha bo'lgan joyga oshirish uchun ishlatiladikHz. Birlik tizimining odatdagi chiqish quvvati 2 kVt dan 500 gachakVt.[2]

Ish boshi

Bu tarkibida kondansatörler va transformatorlar va quvvat blokini ish lasaniga ulash uchun ishlatiladi.[3]

Ish lasan

Shuningdek, induktor deb ataladigan lasan energiya blokidan va ish boshidan ish qismiga energiyani uzatish uchun ishlatiladi. Induktorlar murakkabligi oddiy jarohatdan farq qiladi elektromagnit mandrel atrofida o'ralgan mis trubaning bir qator burilishlaridan iborat bo'lib, qattiq misdan ishlangan, lehimlangan va lehimlangan aniq narsalarga qadar. Induktor isitishni amalga oshiradigan maydon bo'lgani uchun, spiral dizayni tizimning eng muhim elementlaridan biri bo'lib, o'zi fan hisoblanadi.[4]

Ta'riflar

Radio chastotasi (RF) induksiya generatorlar 100 kHz dan 10 gacha bo'lgan chastota diapazonida ishlaydiMGts. Ko'pgina indüksiyonli isitish moslamalari (indüksiyon chastotasini boshqarish bilan) 100 kHz dan 200 kHz gacha bo'lgan chastota diapazoniga ega. Chiqish diapazoni odatda 2,5 kVt dan 40 kVtgacha o'z ichiga oladi. Ushbu diapazondagi induksion isitgichlar kichikroq komponentlar va shunga o'xshash dasturlar uchun ishlatiladi indüksiyon sertleşmesi vosita valfi.[5]

MF induksiyasi generatorlar 1 kHz dan 10 kHz gacha ishlaydi. Chiqish diapazoni odatda 50 kVt dan 500 kVtgacha o'z ichiga oladi. Ushbu diapazonlardagi induksion isitgichlar o'rta va kattaroq tarkibiy qismlarda va kabi dasturlarda qo'llaniladi induksion zarb milning[1]

Tarmoq (yoki ta'minot) chastota indüksiyon bobinleri to'g'ridan-to'g'ri standart AC manbaidan harakatga keltiriladi. Tarmoq chastotali indüksiyon batareyalarining aksariyati bir fazali ishlashga mo'ljallangan va lokalizatsiya qilingan isitish uchun mo'ljallangan past oqimli qurilmalar yoki past haroratli sirtni isitish, masalan, barabanli isitgich.

Tarix

Induksion isitish bilan bog'liq bo'lgan asosiy printsip kashf etilgan Maykl Faradey 1831 yildayoq Faradeyning ishi a tomonidan ta'minlangan doimiy shahar ta'minotidan foydalanishni o'z ichiga oladi batareya va temir yadroga o'ralgan mis simli ikkita sariq. Kommutator bir lahzali yopilganda joriy a yordamida o'lchanadigan ikkilamchi o'rashda oqdi galvanometr. Agar kontaktlarning zanglashiga olib qo'yilgan bo'lsa, u holda oqim to'xtadi. Kalitni ochishda ikkinchi darajali o'rashda yana oqim paydo bo'ldi, lekin teskari yo'nalishda. Faradey, ikkita sariq o'rtasida hech qanday jismoniy aloqa mavjud bo'lmaganligi sababli, ikkinchi sariqdagi oqim birinchi sariqdan paydo bo'lgan kuchlanish tufayli kelib chiqishi kerak va ishlab chiqarilgan oqim o'zgaruvchanlik tezligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir degan xulosaga keldi. magnit oqimi.[6]

Dastlab ushbu printsiplar dizaynida ishlatilgan transformatorlar, motorlar va generatorlar bu erda istalmagan isitish effektlari a yordamida nazorat qilingan qatlamli yadro.

20-asrning boshlarida muhandislar issiqlik hosil qilish xususiyatlaridan foydalanish usullarini izlay boshladilar induksiya po'latni eritish maqsadida. Ushbu dastlabki ishda o'rtacha chastotali (MF) oqimni yaratish uchun vosita generatorlari ishlatilgan, ammo mos kelmasligi alternatorlar va kondansatörler to'g'ri urinishning dastlabki urinishlariga to'sqinlik qildi. Biroq, 1927 yilga kelib birinchi MF induksion eritish tizimi o'rnatildi EFCO Angliya Sheffild shahrida.

Taxminan bir vaqtning o'zida muhandislar Midvale Steel va Amerikadagi Ogayo shtati krankshaft kompaniyasi mahalliy sirt ishlab chiqarish uchun MF oqimining sirtini isitish ta'siridan foydalanishga urinishdi. ishning qattiqlashishi yilda krank mili. Ushbu ishlarning aksariyati chastotalar 1920 va 3000 gigagertsli chastotalar mavjud edi, chunki bu mavjud bo'lgan uskunalar bilan ishlab chiqarish eng oson chastotalar edi. Texnologiyalarga asoslangan ko'plab sohalarda bo'lgani kabi, bu Ikkinchi Jahon Urushining paydo bo'lishi, transport vositalarining qismlari va o'q-dorilarini ishlab chiqarishda induksion isitishni ishlatishda katta o'zgarishlarga olib keldi.[7]

Vaqt o'tishi bilan texnologiya ilgarilab, 3 dan 10 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonida 600 kVt quvvatga ega bo'lgan birliklar induksion zarb va katta indüksiyon sertleşmesi ilovalar. Dvigatel generatori yuqori kuchlanish paydo bo'lguncha MF elektr energiyasini ishlab chiqarishning asosiy yo'nalishi bo'lib qoladi yarim o'tkazgichlar 1960-yillarning oxiri va 70-yillarning boshlarida.

Evolyutsion jarayonning boshida muhandislarga yuqori chastotali uskunalarni ishlab chiqarish qobiliyati yanada moslashuvchan bo'lishiga va muqobil qo'llanmalarning barcha turlarini ochishiga olib kelishi aniq bo'ldi. 200-400 kHz oralig'ida ishlash uchun ushbu yuqori chastotali quvvat manbalarini ishlab chiqarish usullari izlandi.

Ushbu chastota diapazonidagi rivojlanish har doimgidek aks etgan radio uzatuvchi va televizion eshittirish sanoati va haqiqatan ham ko'pincha ushbu maqsad uchun ishlab chiqilgan tarkibiy qismlardan foydalangan. Dastlabki birliklardan foydalanilgan uchqun oralig'i texnologiyasi, ammo cheklovlar tufayli yondashuv juda ko'p elektrod yordamida tezda almashtirildi termionik triod (valf) asosidagi osilatorlar. Darhaqiqat, ushbu sohaning ko'plab kashshoflari, shuningdek, radio va telekommunikatsiya sanoatida va shu kabi kompaniyalarda juda yaxshi ishtirok etishgan Fillips, Inglizcha elektr va Redifon 1950-1960 yillarda induksion isitish uskunalarini ishlab chiqarish bilan shug'ullangan.

Ushbu texnologiyadan foydalanish 1990-yillarning boshlariga qadar saqlanib qoldi, shu paytgacha texnologiya butunlay kuch bilan almashtirilgan edi MOSFET va IGBT qattiq holat uskunalar. Biroq, hali ham ko'p vana osilatorlar hali ham mavjud va 5 MGts va undan yuqori chastotalarda ular ko'pincha yagona hayotiy yondashuv hisoblanadi va ishlab chiqarilmoqda.[8]

Tarmoq chastotali induksion isitgichlar nisbatan arzonligi va issiqlik samaradorligi bilan taqqoslaganda ishlab chiqarish sanoatida hali ham keng qo'llaniladi nurli isitish bu erda qismli qismlar yoki po'lat idishlar ommaviy ishlov berish liniyasining bir qismi sifatida qizdirilishi kerak.

Vana osilatoriga asoslangan quvvat manbai

Moslashuvchanligi va potentsial chastota diapazoni tufayli valf osilatoriga asoslangan induksion isitgich so'nggi yillarga qadar butun sanoat sohasida keng qo'llanilgan.[9] 1 kVt dan 1 MVt gacha bo'lgan quvvatlarda va 100 kHz dan ko'p MGts gacha bo'lgan chastotalarda ushbu turdagi blok lehimlash va lehimlash, induksion qattiqlashuv, trubka bilan payvandlash va shu jumladan minglab dasturlarda keng qo'llanilgan. qisqaradigan indüksiyon moslamasi. Birlik uchta asosiy elementdan iborat:

Yuqori kuchlanishli doimiy quvvat manbai

Shahar (to'g'ridan-to'g'ri oqim ) quvvat manbai standart havo yoki suv bilan sovutilgan quvvat transformatoridan va yuqori kuchlanishdan iborat rektifikator osilatorni quvvatlantirish uchun odatda 5 dan 10 kV gacha bo'lgan kuchlanishni yaratishga qodir. Jihozni to'g'ri baholash kerak kilovolt-amper (kVA) osilatorga kerakli oqimni etkazib berish uchun. Dastlabki rektifikator tizimlarida GXU4 (yuqori quvvatli yuqori voltli yarim to'lqinli rektifikator) kabi vana rektifikatorlari mavjud edi, ammo ular oxir-oqibat yuqori kuchlanishli qattiq holatdagi rektifikatorlar bilan almashtirildi.[10]

O'z-o'zidan hayajonli sinf "C" osilatori

Osilator davri ko'tarilgan chastotali elektr tokini yaratish uchun javobgardir, u ish lasaniga qo'llanganda qismni isitadigan magnit maydon hosil qiladi. O'chirishning asosiy elementlari an induktivlik (tank lasan) va a sig'im (tank kondansatörü) va osilator valfi. Asosiy elektr tamoyillari shuni ko'rsatadiki, agar kondansatör va induktorni o'z ichiga olgan zanjirga kuchlanish qo'llanilsa, zanjir itarilgan tebranish singari tebranadi. O'z vaqtida tebranmasak, o'z vaqtida tebranmasak, asta-sekin to'xtab qolamiz. Valfning maqsadi tebranishlarni saqlab turish uchun energiyani osilatorga to'g'ri vaqtda o'tishiga imkon beradigan kalit vazifasini bajarishdan iborat. Kommutatsiyani vaqtini o'tkazish uchun ozgina energiya yana tarmoqqa qaytariladi triod qurilmani samarali ravishda blokirovka qilish yoki yoqish yoki uni to'g'ri vaqtda o'tkazishga imkon berish. Ushbu deb nomlangan panjara osilatori Kolpitts ekanligiga qarab, sig'imli, o'tkazuvchan yoki induktiv ravishda olinishi mumkin, Xartli osilatori, Armstrong tickler yoki Meissner.[11]

Quvvatni boshqarish vositalari

Tizim uchun quvvatni boshqarish turli usullar bilan amalga oshirilishi mumkin. Oxirgi kunning ko'plab birliklari tiristor to'liq to'lqinli AC yordamida ishlaydigan quvvatni boshqarish (o'zgaruvchan tok ) dastlabki transformatorni kirish transformatoriga o'zgartiradigan haydovchi. Ko'proq an'anaviy usullarni o'z ichiga oladi uch bosqich navlar (avtotransformator ) yoki kirish voltajini boshqarish uchun motorli Brentford tipidagi voltaj regulyatorlari. Yana bir mashhur usul - havo bo'shlig'i bilan ajratilgan birlamchi va ikkilamchi o'rash bilan ikki qismli tank bobinidan foydalanish. Quvvatni boshqarish, ikkita sariqning magnit bog'lanishini bir-biriga nisbatan jismonan harakatlantirish orqali o'zgartirish orqali ta'sirlandi.[12]

Qattiq davlat quvvat manbalari

Induksion isitishning dastlabki kunlarida motor generatori 10 kHz gacha bo'lgan MF quvvatini ishlab chiqarish uchun keng ishlatilgan. O'zgaruvchan tok generatorini boshqaradigan standart asenkron motor yordamida 150 Hz kabi besleme chastotalarini ko'paytirish mumkin bo'lsa-da, cheklovlar mavjud. Ushbu turdagi generatorlarda rotorga o'rnatilgan sariqchalar mavjud bo'lib, ular ushbu sariqlarning markazlashtiruvchi kuchlari tufayli rotorning periferik tezligini cheklab qo'ydi. Bu mashinaning diametrini va shuning uchun uning kuchini va jismonan joylashtirilishi mumkin bo'lgan qutblar sonini cheklashga ta'sir qildi, bu esa o'z navbatida maksimal ish chastotasini cheklaydi.[13]

Ushbu cheklovlarni bartaraf etish uchun induksion isituvchi sanoat induktor generatoriga murojaat qildi. Ushbu turdagi mashinada shtamplangan temir laminatsiyalari to'plamidan qurilgan tishli rotor mavjud. The hayajon va o'zgaruvchan tok sariqlari ikkalasi ham statorga o'rnatiladi, shuning uchun rotor ixcham qattiq konstruktsiyadir, uni yuqoridagi standart o'zgaruvchan generatordan yuqori periferik tezlikda aylantirish mumkin, shuning uchun u ma'lum bir diametr uchun kattaroq bo'lishiga imkon beradi. RPM. Ushbu kattaroq diametr ko'p sonli qutblarni joylashtirishga imkon beradi va ular kabi murakkab tirqish tartiblari bilan birlashganda Lorenz o'lchagichining holati yoki 1 dan 10 kHz gacha chastotalarni ishlab chiqarishga imkon beradigan Guy slotting.

Barcha aylanadigan elektr mashinalarida bo'lgani kabi, oqim o'zgarishini maksimal darajaga ko'tarish uchun yuqori aylanish tezligi va kichik bo'shliqlardan foydalaniladi. Bu ishlatilgan rulmanlarning sifatiga va rotorning qattiqligi va aniqligiga katta e'tibor berishni talab qiladi. Alternator uchun qo'zg'alish odatda odatiy va soddaligi uchun standart asenkron motor tomonidan ta'minlanadi. Ikkala vertikal va gorizontal konfiguratsiyalardan foydalaniladi va aksariyat hollarda vosita rotori va generator rotori hech qanday muftasiz umumiy o'qga o'rnatiladi. Keyin butun yig'ilish dvigatelni o'z ichiga olgan ramkaga o'rnatiladi stator va generator statori. Butun qurilish shkafga o'rnatiladi, unda issiqlik almashinuvchisi va kerak bo'lganda suvni sovutish tizimlari mavjud.

Dvigatel generatori paydo bo'lgunga qadar o'rta chastotali elektr energiyasini ishlab chiqarishning asosiy tayanchiga aylandi qattiq holat 1970-yillarning boshlarida texnologiya.

1970-yillarning boshlarida qattiq jismlarni almashtirish texnologiyasi paydo bo'lishi an'anaviy elektr energiyasini ishlab chiqarish induksiyali usullaridan o'zgarishni ko'rdi. Dastlab, bu diskret elektron boshqaruv tizimlaridan foydalangan holda 'MF chastota diapazonini yaratish uchun tiristorlardan foydalanish bilan cheklangan edi.

Endilikda zamonaviy jihozlar SCR (kremniy bilan boshqariladigan rektifikator ),[14] "MF" va "RF" oqimini yaratish uchun IGBT yoki MOSFET texnologiyalari. Zamonaviy boshqaruv tizimi odatda raqamli hisoblanadi mikroprotsessor PIC, PLC dan foydalangan holda asoslangan tizim (dasturlashtiriladigan mantiqiy tekshirgich ) bosilgan elektron platalarni ishlab chiqarish uchun texnologiya va sirtga o'rnatish texnologiyalari. Hozir bozorda qattiq holat hukmronlik qilmoqda va 1 kVts dan 3 MGts gacha bo'lgan chastotalarda 1 kVt dan ko'p megavattgacha bo'lgan birliklar mavjud, shu jumladan ikki chastotali birliklar.[8]

Yarimo'tkazgichlardan foydalangan holda MF va chastotali quvvatni ishlab chiqarishda barcha texnikalar qo'llaniladi, amalda qo'llaniladigan usul ko'pincha murakkab omillarga bog'liq. Odatda generatorda oqim yoki voltaj bilan ta'minlangan topologiya ishlaydi. Amaldagi yondashuv talab qilinadigan quvvat, chastota, individual dastur, boshlang'ich va keyingi xarajatlarning funktsiyasi bo'ladi. Biroq, qo'llanilgan yondashuvdan qat'i nazar, barcha bo'linmalar to'rt xil elementga ega:[15]

AC to DC rektifikatori

Bu tarmoqning kuchlanishini oladi va uni 50 yoki 60 Hz chastotasidan o'zgartiradi, shuningdek uni "DC" ga aylantiradi. Bu o'zgaruvchan doimiy voltaj, doimiy yoki doimiy o'zgaruvchan tokni etkazib berishi mumkin. O'zgaruvchan tizimlar uchun ular tizim uchun umumiy quvvatni boshqarish uchun ishlatiladi. Ruxsat etilgan kuchlanishli rektifikatorlarni quvvatni boshqarishning muqobil vositasi bilan birgalikda ishlatish kerak. Buni almashtirish rejimi regulyatoridan yoki inverter qismida turli xil boshqarish usullarini qo'llash orqali amalga oshirish mumkin.

DC dan o'zgaruvchan tok inverteri

The inverter doimiy quvvat manbai tegishli chastotada bir fazali o'zgaruvchan tok chiqishiga aylantiradi. Bu SCR, IGBT yoki MOSFETS xususiyatlariga ega va aksariyat hollarda H ko'prigi. H-ko'prikning har birida tugmachali to'rtta oyoq bor, chiqish davri qurilmalar markaziga ulangan. Tegishli ikkita o'chirgich yopiq oqim bir yo'nalishda yuk oqimi bilan o'tganda, bu kalitlar ochiladi va qarama-qarshi ikkita kalit yopilib, oqim teskari yo'nalishda oqishiga imkon beradi. Kalitlarning ochilishi va yopilishini aniq belgilab, yuk pallasida tebranishlarni ushlab turish mumkin.

Chiqish davri

Chiqish davri inverterning chiqishini lasan talab qiladigan ko'rsatkichga moslashtirish vazifasiga ega. Bu oddiy shaklda kondansatör bo'lishi mumkin yoki ba'zi hollarda kondansatörler va transformatorlarning kombinatsiyasi mavjud.

Boshqarish tizimi

Boshqarish bo'limi yuk pallasidagi barcha parametrlarni, inverterni nazorat qiladi va chiqish pallasiga energiya etkazib berish uchun tegishli vaqtda kommutatsiya impulslarini etkazib beradi. Dastlabki tizimlarda o'zgaruvchan diskret elektronika mavjud edi potansiyometrlar kommutatsiya vaqtlarini, oqim chegaralarini, kuchlanish chegaralarini va chastotalarni almashtirishni sozlash uchun. Biroq, kelishi bilan mikrokontroller texnologiyasi, rivojlangan tizimlarning aksariyati endi raqamli boshqaruvga ega.

Quvvatli inverter

Kuchlanish bilan ta'minlangan inverter filtrga ega kondansatör inverterga kirish va ketma-ket rezonansli chiqish davrlarida. Voltaj bilan ishlaydigan tizim juda mashhur va uni har ikkala SCR bilan 10 kHz chastotagacha, IGBT dan 100 kHz gacha va MOSFET bilan 3 MGts gacha ishlatish mumkin. Parallel yukga ketma-ket ulanishga ega bo'lgan kuchlanishli inverter uchinchi tartib tizimi sifatida ham tanilgan. Asosan bu qattiq holatga o'xshaydi, lekin bu tizimda ketma-ket ulangan ichki kondansatör va induktor parallel chiqish tanki zanjiriga ulangan. Ushbu turdagi tizimning asosiy afzalligi - bu inverterning mustahkamligi, bu elektron zanjirni samarali ravishda ajratib turadi, bu esa kommutatsiya qismlarini spiralni o'chirish yoki mos kelmasligi sababli shikastlanishga kamroq ta'sir qiladi.[16]

Joriy oziqlantiruvchi inverter

Oqim bilan ishlaydigan inverter voltaj bilan ta'minlangan tizimdan farq qiladi, chunki u o'zgaruvchan shahar kirishidan foydalanadi, keyin inverter ko'prigiga kirishda katta induktor paydo bo'ladi. Quvvat davri parallel rezonansli elektronga ega va odatda 1 kHz dan 1 MGts gacha bo'lgan chastotalarga ega bo'lishi mumkin. Voltaj bilan ishlaydigan tizimda bo'lgani kabi, SCR'lar odatda 10 kHzgacha ishlatiladi, yuqori chastotalarda IGBT va MOSFETlar ishlatiladi.[17]

Tegishli materiallar

Tegishli materiallar yuqori darajaga ega bo'lganlar o'tkazuvchanlik (100-500) dan pastroq isitiladi Kyuri harorati ushbu materialdan.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

Izohlar

  1. ^ a b Rudnev, p. 229.
  2. ^ Rudnev, p. 627.
  3. ^ Rudnev, p. 628.
  4. ^ Rudnev, p. 629.
  5. ^ Rudnev, p. 227.
  6. ^ Rudnev, p. 1.
  7. ^ Rudnev, p. 2018-04-02 121 2.
  8. ^ a b Rudnev, p. 632.
  9. ^ Rudnev, p. 635.
  10. ^ Rudnev, p. 636.
  11. ^ Rudnev, p. 690.
  12. ^ Rudnev, p. 478.
  13. ^ Rudnev, p. 652.
  14. ^ Rudnev, p. 630.
  15. ^ Rudnev, p. 637.
  16. ^ Rudnev, p. 640.
  17. ^ Rudnev, p. 645.

Bibliografiya

  • Rudnev, Valeriy; Sevgisiz, Don; Kuk, Raymond; Qora, Mixa (2002), Induksion isitish bo'yicha qo'llanma, CRC Press, ISBN  0-8247-0848-2.

Tashqi havolalar