感应器设计计算作业.doc

感应器设计计算

已知：
设计炉子容量：200kg；
炉炼材料：钢，材料密度：7.2g/cm3;
浇注温度：1700℃；
浇注温度下炉料热焓：0.42kW.h/Kg;
熔炼时间：1h
镁砂坩埚导热系数：2.9W/m.℃
隔热石棉板导热系数：0.21W/m.℃
炉壳温度：50℃；
炉料电阻率：常温1×10-5Ω.cm；液态1.37×10-4Ω.cm；
感应器电阻率：1.75×10-6Ω.cm
感应器端电压：250V；电流密度：2500Hz;
液态炉料黑度：0.36
补偿电容量：125*10-6F

提示：
1）依据容炼材料及熔炼量计算坩埚及感应器的尺寸
2）依据熔炼材料及熔炼温度等计算感应炉的功率
3）计算感应器的电器参数
坩埚尺寸：
1) 总容积：
由题目及设计条件，有：M=200kg=200×103g，rm=7.2g/cm3，K=75%=0.75
液体金属体积：Vg=M/rm=200×103/7.2=2.78×104cm3
坩埚总容积：Vz=Vg/K=2.78×104/0.75=3.71×104cm3
2)平均直径和深度：
a=0.5~1.0，取a=0.8，由公式：
得：
金属液高度，坩埚深度，圆整后，取
3)其余厚度：
炉衬厚度=a1×d2=0.175×30.49=5.34cm(a1取0.175)
绝热层厚取5mm
坩埚平均壁厚=5.34-0.5=4.84cm
底厚(厚度增加量，取a3=15mm)=4.84+1.5 = 6.34cm，圆整后，取6.5cm
底部绝缘层厚度：Δa=10mm=1.0cm
感应器尺寸：
D2==30.49+2×4.84=40.17cm，圆整后，取D2=40.2cm
1)感应器内径=30.49+2×5.34=41.17cm，圆整后，取d1=41.2cm
2)感应器高度=1.1×41.2=45.32cm(b=1.1)，圆整后，取h1=46cm
加热功率：
1) 熔化功率
2) 热损耗功率：
坩埚口向外的热辐射量：
当=0.36×5.7=2.052W/(m2·k4)
Am=0.25×πd22=0.25×3.14×30.492=729.8cm2=7.298×10-2 m2
坩埚侧壁热传导量（高温炉料-坩埚壁-绝热层-感应器-冷却水）：

坩埚底部热传导量（高温炉料-坩埚底-绝热层-支架-炉壳）：
坩埚底Ag=πD22/4=0.25×3.14×40.22=0.127 m2
绝热层面积Aa=πd12/4=0.25×3.14×41.22=0.133 m2

则全部热损耗功率：
=9.07+18.6+3.18=30.85kW
3)总功率和热效率：
η1—变频效率，η1=0.8（中频发电机组）；η2—电容效率，η2=0.97；
η3—感应器效率, η3=0.8；η4—输电线路效率，η4=0.95
（在0.7~0.9之间，合格）
=0.8×0.97×0.8×0.95=0.59

感应熔炼电气参数：

f=2500Hz>fmin，满足要求。
感应器线圈参数：
1)炉料、感应器有效电阻R1、R2：
感应器、炉料透入深度 Δ1、 Δ2：

感应器、炉料有效电阻R1、R2：
k3=0.7~0.95（填充系数），与绝缘方式有关，取k3=0.85

2)感应器、炉料感抗：
由于匝数未知，先按单匝计算感抗
μ0=4π×10-7
d1/h1=41.2/46=0.9，查表得：K1=0.71
d2’/h2=(30.49-1.17)/38.11=0.77，查表得：K2=0.75

3)炉料—感应器系统互感抗：
h1/h2=46/38.11=1.2，d1/h1=41.2/46=0.9，查图得：Km=1.23

4)炉料——感应器系统阻抗：
折算系数：
等效电阻、等效感抗：

等效系统的阻抗：
5)炉子电效率和自然功率因数
炉子的电效率：
炉子的自然功率因数：
6)电源供给感应器有功功率及单匝感应器电流与电压：
加热、熔炼炉料所需的有功功率：
供给感应器的有功功率：
单匝感应器电流与电压：

7）感应器总匝数：
UH——电源的额定电压，UH=(125-600)V，为方便使用，取UH=380V
Ui——感应器的端电压，Ui=(85~90)%UH=0.9×380=342V
，取匝数N=3
8)输入感应器电流：
9)感应器尺寸：
感应器铜管外径：，圆整后，取dv=13cm
感应器外径：
铜管壁厚：
10)感应器——炉料系统实际阻抗：
系统实际等效电阻：
系统实际等效感抗：
系统实际等效阻抗：
11)补偿电容
所需补偿的无功功率：
所需补偿的电容量：

并联电容的数量：，即需22个。
12)感应器截面电流密度的校验：
有效导电面积：
验证：<=100A/mm2，符合要求。
13）感应器的水冷计算：
冷却水带走的热量：
所需冷却水的体积流量：
冷却水的流速v：
水管内径：
水管截面积：
于是，水流速度：
紊流校验：>2300，故为紊流。
所有计算完成。