CC BY
13
№4, 2002г.
137
gj УДК 621.365.5
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Щ МАГНИТОПРОВОДОВ И ИНДУКТОРОВ в
Jj КРИОРЕЗИСТИВНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ
1 УСТАНОВКАХ
WÊÊÊÈÈÎ
яш
¡¡¡1 О.F. Потапенко, А.П. Кислов, В.П. Кислова
¡¡I Павлодарский государственный университет
Щ: им. С. Торайгырова
ШЁ Криорезисшивпик индукцияльщ к;ондыргыларды жасау цажетпгшш
рщЩ
0§Й| кврсепйлген.
ЩЩ Показана целесообразность создания криорезистивных индукционных
Щк установок.
У''';
ШШ The efficiency of creation ofcrioresistant inductional installations is pointed out here.
Формы индукторов, используемых для индукционного нагрева, весьма многообразны. Наиболее часто применяются цилиндрические индукторы. При исследовании процессов в цилиндрическом индукторе можно опираться на результаты, полученные в /1, 2, 3/. В настоящее время индукторы изготавливаются из немагнитного металла, как правило, многослойными. Вследствие необходимости изоляционного зазора между витками индуктора, действительная плотность тока в индукторе несколько выше расчетной (так как из общего сечения индуктора
исключаются сечения изоляционных зазоров), поэтому у многослойного индуктора потери не равны потерям в однослойном индукторе. В дальнейшем будем считать, что зазоры между витками малы и не влияют на распределение тока по сечению витка индуктора, а лишь увеличивают плотность тока в нем.
При использовании многослойных индукторов снижаются потери в индукторе за счет увеличения эффективного поперечного сечения проводника благодаря выравниванию плотности тока по сечению. Один из путей уменьшения электри-
138
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
ческих потерь в индукторе связан с использованием криоохлаждения проводников с целью снижения их удельного электрического сопротивления.
Целесообразность создания криорезистивных электротехнологических установок (ЭТУ) для индукционного нагрева обусловлена рядом особенностей индукционных ЭТУ: компактность индуктора, высокие единичные мощности, большие электрические потери, недостатки водоохлаждения, необходимость экономии меди, требование в определенных случаях повышения удельной поверхностной мощности и уменьшения длины индуктора.
Создание криорезистивных ЭТУ связано с решением ряда науч-но-технических задач. На современном этапе рассмотрены теоретические вопросы /4, 6/ по конструированию индукторов и выполнены оценки технико-экономических показателей криообеспечения 161. Преимущества использования криорезистивных проводников в индукционных ЭТУ объясняется их низким удельным электрическим сопротивлением. Сверхчистые алюминий, медь и бериллий при криотемпера-турах 20-80 К имеют электрическое удельное сопротивление в 10-1000 раз соответственно меньшее, чем медь при 300 К. На переменном токе электрические потери по отношению к их значению при 300 К сни-
жаются примерно в 3,3 раза при 80 К и в 33 раза при 20 К. Существенное дополнительное уменьшение электрических потерь в криорезис-тивном индукторе возможно при использовании многослойных индукторов вместо применяемых однослойных, а также при установке магнитопроводов.
Математическое моделирование многослойных индукторов позволило получить зависимость электрических и энергетических характеристик и электродинамических сил от геометрических параметров этих индукторов, однако практически не исследовалось влияние магнитопроводов на энергетические характеристики установок в целом. Был найден расчетный коэффициент снижения потерь и электрический КПД при нагреве алюминиевой загрузки в индукторе при 80 и 20 К в зависимости от числа слоев индуктора /7, 8/. Дальнейшие работы на опытно-промышленном стенде с азотным уровнем температур позволяют выявить резервы повышения энергетической и экономической эффективности криорезистивных ЭТУ.
Существенные результаты могут быть получены при использовании многослойных индукторов с установкой магнитопроводов различной конфигурации и различного сечения. Применение магнитопроводов в криорезистивных индукцион-
№4,2002г.
139
ных установках имеет ряд особенностей. Первая из них связана с наличием криостата и помещенного в нем в жидком азоте многослойного индуктора, что обусловливает трудности в размещении магнитопрово-дов и выборе их оптимального сечения. Поместить магнитопровод в криоагент нецелесообразно из-за отсутствия соответствующего материала, так как в последнем резко возрастут потери. Поэтому при разработке конструкций магнитопро-водов необходимо учитывать специфику всей криорезистивной индукционной ЭТУ, в особенности наличие криостата. Требуется проведение специальных исследований для выбора оптимальной конструкции магнитопроводов с учетом организации охлаждения самого индуктора, наличия криостата.
Проведение теоретических и экспериментальных исследований показало, что применение криотем-ператур несколько ухудшает коэффициент мощности ашр индуктора, однако это несущественно, так как потери реактивной мощности не изменяются, а уменьшается только активное сопротивление проводника за счет снижения его удельного электрического сопротивления.
С одной стороны, в криорезис-тивных установках при наличии криостата неизбежно увеличение внутреннего диаметра индуктора 191 , что приводит к повышению реак-
тивной мощности.
Многослойность индуктора сказывается на перераспределении потерь в витках; неправильно подобранная геометрия и зазор между витками приводят к дополнительным потерям.
Наличие криостата для многослойного криорезистивного индуктора ставит перед проектантом установки определенную задачу разработки эффективной конструкции магнитопровода с учетом относительно короткой системы индуктор-загрузка и выбора места размещения этого магнитопровода. Здесь нужен поиск новых решений, так как традиционное размещение магнитопроводов для криорезистив-ных индукционных ЭТУ мало эффективно из-за удаления магнитопроводов от индуктора, размещенного в криостате.
На основании изложенного выше следует подчеркнуть, что при разработке ЭТУ для индукционного нагрева должны быть решены следующие технические вопросы:
-определение числа слоев, геометрических размеров и материала индуктора;
-выбор конструктивного исполнения криостата для индуктора;
-выбор конструктивного исполнения магнитопроводов и их размещения;
-расчет основных элементов криосистемы.
140
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
ЛИТЕРАТУРА
1. Основные задачи экономического и социального развития страны на 1986-1990 гг. и на период до 2000 г. - М.: Политиздат, 1986.
2. Донской A.B., Ратников Д.Т. Электрические параметры и энергетические характеристики индукционных нагревателей полых цилиндров//Электричество. -1963. -№2. -С.27-30.
3. Слухоцкий А.Е., Рыскин Е.Е. Индукторы для индукционного нагрева. - Л.: Энергия, 1974.
4. Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. М.-Л.: Госэ-нергоиздаг,1967.
5. Перспективы применения криогенной техники в электротермии/Григорьев В.А., Соколов
М.М., Бродянский В.М., Кувал-дин А.Б.//Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия, 1980. -Вып.209. -С.9-11.
6.Кувалдин А.Б., Нечаев А.И., Лещева Е.В. Формирование электромагнитного поля внутри соленоидального индуктора/ Сб. науч. трудов. Вып. № 93. - М.: Моск. энерг. ин-т, 1986. -С.60-65.
7. Тозони О.В. Метод вторичных источников в электротехнике. -М.: Энергия, 1975.
8. Тозони О.В. Расчет электромагнитных полей на вычислительных машинах. -Киев, 1967.
9. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. - М. : Энергия, 1974.
