2. Описание установки
На стенде схема служит для наглядного исследования параметров индукционного нагрева электромагнитной волны металлов (рис. 1).
На лицевой части находятся:
автоматический выключатель QF;
вольтметр Vl;
амперметр А1;
сигнальные лампы – «СЕТЬ», «HLl», «НL2;
кнопка включения индуктора L1 – «S2»;
кнопка включения индуктора L2 – «S3»;
логометр;
тумблеры переключения логометра «L1», «L2»;
кнопка «ПУСК»;
кнопка «СТОП»;
Рис. 1. Стенд для исследований
нихромовые спирали «L1», «L2» (смонтированы внутри стенда);
датчики тепла (2 шт., смонтированы внутри стенда в Ll и L2);
диодный мост (смонтирован внутри стенда);
магнитные пускатели марки ПМЕ-11 2У4В (2 шт, смонтированы внутри стенда).
3. Порядок выполнения работы
1. Перед подачей напряжения на стенд необходимо убедиться, что выключатель QF находится в отключенном состоянии. С задней стороны стенда убедиться, что заземляющий провод не поврежден и имеет плотное соединение с заземляющим контуром в аудитории.
2. Подать питание на стенд и включить выключатель QF (лампочка HL загорится красным цветом, что будет сигнализировать о наличии напряжения в цепи стенда).
3. Нажатием кнопки S2 привести в готовность цепь индуктора L1 (лампочка HL1 красного цвета будет сигнализировать о готовности к запуску индуктора L1).
4. Переключить тумблер измерительной цепи логометра в положение L1.
5. На САО (система автоматического отключения) (рис. 1) выставить конечную температуру нагрева (конечная температура не должна превышать 730 С (точка Кюри).
6. Приготовить секундомер.
7. Нажать кнопку «ПУСК» с одновременным запуском секундомера. В цепь индуктора L1 будет подано напряжение. Следует иметь в виду, что отключить секундомер следует тогда, когда САО отключит цепь индуктора L1, при этом раздастся характерный звук отключения пускателя и показания приборов (амперметра и вольтметра) примут нулевые значения. Примечание: если в течение длительного времени САО не отключит цепь индуктора, сделать это вручную нажатием кнопки «СТОП».
8. Снять показания с амперметра, вольтметра и секундомера.
9. Нажатием кнопки S3 привести в готовность цепь индуктора L2 (лампочка HL2 красного цвета будет сигнализировать о готовности к запуску индуктора L2).
10. Переключить тумблер измерительной цепи логометра в положение L2.
11. На САО оставить конечную температуру нагрева, что и в опыте с первым индуктором L1.
12. Приготовить секундомер.
13. Нажать кнопку «ПУСК» с одновременным запуском секундомера. В цепь индуктора L2 будет подано напряжение. Следует иметь в виду, что отключить секундомер следует тогда, когда САО отключит цепь индуктора L2, при этом раздастся характерный звук отключения пускателя и показания приборов (амперметра и вольтметра) примут нулевые значения. Примечание: если в течение длительного времени САО не отключит цепь индуктора, сделать это вручную нажатием кнопки «СТОП».
14. Снять показания с амперметра, вольтметра и секундомера.
15. Через 40 мин. после того, как стальные заготовки в индукторах остынут до комнатной температуры, повторить пункты с 3 по 14 для другой (конечной) температуры.
16.
Определить КПД системы индуктор-металл
(L1 и L2). Для этого необходимо определить
полезную и потребленную мощность:
,
(Вт), где
;
с
–
удельная теплоемкость стали;
– разность температур; m
– масса стальной заготовки (
=
0,1 кг,
= 0,05 кг);
– время нагрева (показание секундомера);
– средний КПД установки в течение
нагрева заготовки;
,
(Вт), где U
–
напряжение на индукторе; I
– ток, протекающий по индуктору (показания
вольтметра и амперметра);
– КПД системы индуктор-металл.
17. По
снятым (экспериментально) зависимостям
для данной системы индуктор-металл
(рис. 2) определить графически:
– отношение диаметра стальной заготовки
к глубине проникновения электромагнитной
волны;
и
– значения функций при
;
– магнитную проницаемость (при конечной
температуре) исследуемой стали;
– электрическое сопротивление (при
конечной температуре); для индуктора
L1
;
для индуктора L2
,
где
– внутренний диаметр индуктора,
– диаметр (исследуемой) стальной
заготовки.
18.
Вычислить плотность активной и реактивной
мощности, приходящейся на 1 м высоты
боковой поверхности цилиндрического
тела диаметром
для опытов с индуктором L1 и L2. Частота
смоделированного индуктора f
= 2500 Гц.
19. Свести все полученные и заданные данные в табл. 1 и построить зависимости плотности полной мощности от температуры для первого и второго индуктора.
Кривые
зависимости КПД системы индуктор-металл
|
Кривые
зависимости
|
||
Кривая зависимости магнитной проницаемости от температуры для исследуемого образца стали |
Кривая зависимости удельного электрического сопротивления от температуры для исследуемого образца стали |
|
|
и
Рис. 2. Экспериментально снятые зависимости системы индуктор-металл
Таблица 1
-
№ индуктора
L1
L2
№ опыта
1
2
1
2
U (В)
I (А)
, (К)
tн (с)
(кВт/м2)
(кВт/м2)
При
подготовке отчета по работе произвести
расчет глубины проникновения
электромагнитной волны в сталь и алюминий
при начальной температуре
С
и конечной температуре нагрева. Определить
КПД индуктора, рассчитав полезную
мощность, определяемую уравнением:
,
Вт,
и мощность, потребленную из сети (по показаниям приборов):
,
с
– удельная теплоемкость материала (Дж
/ (кг∙К) – берется средняя в интервале
температур
;
–
масса нагреваемого материала, кг;
– время нагрева, с;
– начальная температура
=
20 С;
– конечная температура (принимается в
пределах 600-700 С
в целях пожаробезопасности);
=
100 г = 0,1 кг,
= 2500 Гц.