2.8. Оборудование для поверхностного нагрева

Контактный поверхностный нагрев (ТПЧ – токи промышленной частоты) может осуществляться с помощью роликов соприкасающихся с вращающейся деталью. На ролики гибкими шинами подается напряжение с силового трансформатора. Охлаждающая жидкость (вода или эмульсия) подается насосом из бака. Для закалки с контактным нагревом может быть использован любой металлорежущий станок.

Закалочные установки для индукционного нагрева состоят из генератора токов высокой частоты, понижающего трансформатора, конденсаторных батарей, ин­дуктора, станка или приспособления и аппаратуры (реле времени, реле управле­ния подачей закалочной жидкости и другие устройства).

В индукционных установках при средних частотах (500…10000 Гц) приме­няют машинные генераторы ТВЧ, а в последнее время статические преобразова­тели тиристорного типа; при высоких частотах (60000 Гц и выше) – ламповые ге­нераторы. Перспективным видом генераторов являются полные преобразователи, так называемые экситронные генераторы. Они позволяют свести потери энергии к минимуму.

На рис. 2.71 показана схема установки с машинным генератором.

Рис.2.71. Схема высокочастотной установки с машинным генератором и диаграмма напряжений

Кроме машинного генератора 2 с возбудителем 3 и двигателя 1, установка со­держит понижающий трансформатор 5, конденсаторные батареи 4 и индуктор 6. Трансформатор понижает напряжение до безопасного (30…50 В) и одновременно увеличивает силу тока в 25…30 раз, доводя ее до 5000…8000 А.

Часто генератор и двигатель соединяют в одном агрегате (мотор-генераторе). Это дает возможность упростить конструкцию, сократить расход материалов (ме­ди и железа) на их изготовление, а при наличии водяной рубашки – уменьшить шум от работы машины.

На свободном конце вала генератора устанавливается возбудитель для питания обмотки возбуждения генератора. Машинные генераторы имеют мощность 55…1500 кВт; КПД, равный 0,7...0,8. Они сравнительно просты в обслуживании, что позволяет успешно использовать их в массовом производстве – например, для поверхностного нагрева и закалки шеек коленчатых валов и других деталей в ав­томобильной и тракторной промышленности.

Установка с тиристорным преобразователем (рис. 2.72) состоит из следующих основных частей: выпрямителя 1 на управляемых тиристорах; фильтра 2, вклю­чающего индуктивность L и конденсатор С для сглаживания пульсации выходного напряжения выпрямителя; инвертора 3, который преобразует постоянный ток в переменный заданной частоты (он собран на четырёх управляемых тиристорах). Индуктор 5 подключается через трансформатор 4 в диагональ вентильного моста Т₁–Т₄и Т₃–Т₂.

Рис. 2.72. Схема установки с тиристорным преобразователем и диаграмма напряжений

Если открыты вентили Т₁ и Т₂, ток течёт в направлении J₁, а при открытых вентилях Т₃ и Т₄ – в обратном направлении. Коммутация вентилей осуществляется ёмкостью С_к. Импульсы на тиристоры подаются попеременно со сдвигом на 180° по диагонали инвертора. Поскольку ёмкость С_к включена параллельно первичной обмотке трансформатора 4, то на вторичной его обмотке возникает переменное напряжение с частотой коммутации вентиля 1000...66000 Гц. Конденсатор С_к также компенсирует реактивную мощность индуктора, повышая коэффициент мощности cos.

Полупроводниковые тиристорные преобразователи частоты по сравнению с машинными имеют более высокий КПД (на 10…15 %), меньшие габариты и воз­можность регулирования рабочей частоты. Тиристорные преобразователи имеют мощность 5…500 кВт и частоту 1000...66000 Гц.

Принципиальная схема установки с ламповым генератором представлена на рис. 2.73.

В установку входят повышающий трансформатор 1, выпрямитель 2 с анодным трансформатором, генераторный блок 3, колебательный контур 4 и система управ­ления. Напряжение питающей сети U₁ = 220/380 В с частотой 50 Гц повышается трёхфазным трансформатором 1 до U₂ = 8000...10000 В. Это напряжение подаёт­ся на газотронный выпрямитель 2, преобразующий переменный ток высокого на­пряжения в постоянный с напряжением U₃. Выпрямленный ток поступает в лам­повый генератор, работающий на самовозбуждение, с автотрансформаторной сет­чатой связью, в котором постоянный ток высокого напряжения U₄ преобразуется в переменный ток высокой частоты напряжением U₅. Высокочастотный трансфор­матор понижает напряжение U₅ до U₆. Это напряжение используется в индукторе 5 для нагрева под закалку.

Рис. 2.73. Принципиальная схема лампового генератора и диаграмма напряжений

Основные характеристики ламповых генераторов представлены в табл. 2.39.

Таблица 2.39