Мощность потерь в медных элементах можно выразить формулой:
(13)
где /2 — сила тока во вторичной цепи в а;
Σri—сумма сопротивлений шин, подконтактных колодок, переходных контактов и т. д.
Вычисление этих сопротивлений обычно производится по известным формулам и не представляет особого труда, если не считать контактных сопротивлений болтовых соединений и сопротивлений других элементов цепи переменному току с учетом явления скинн-эффекта.
Для уменьшения электрических потерь, как видно из формулы (13), нужно прежде всего стремиться к уменьшению тока, а при постоянном значении последнего — к уменьшению электрического сопротивления токоподводящих элементов, вторичной цепи установки, т. е. к увеличению, в разумных пределах, поперечного сечения и к уменьшению длины их в направлении тока.
Так как на практике могут встретиться самые разнообразные случаи, когда по конструктивным соображениям нельзя уменьшить до определенных пределов длину шин и других элементов и увеличить их сечение, то при этом следует руководствоваться следующим общим правилом: сечение, длина шин и других элементов должны быть такими, чтобы общая величина сопротивления их составляла не более 4—5% от величины сопротивления нагреваемой детали при температуре последней более 800—900° С.
Сопротивление меди в подконтактных колодках и контактах в худшем случае близко к сопротивлению шин, а в лучшем случае значительно меньше его, а потому им обычно пренебрегают.
Контактное сопротивление болтовых соединений имеет особое значение при электроконтактном нагреве, потому что оно не только соизмеримо с общим сопротивлением остальных элементов вторичной цепи, но часто значительно его превышает. Если в электроконтактной установке, только что вступившей в эксплуатацию, контактное сопротивление проводников, стягиваемых болтами, мало, то после некоторого периода эксплуатации оно становится во много раз больше первоначального и больше сопротивления всех элементов вторичной цепи.
Контактное сопротивление контактов более чем в 2 раза превышает сопротивление меди.
Это позволяет сделать важный для практики вывод: экономическую эффективность электроконтактной установки нельзя повысить за счет увеличения сечения меди свыше определенного предела или несущественного сокращения длины элементов цепи.
Целесообразнее в этом случае идти по линии уменьшения тока и контактного сопротивления. Последнее подтверждается тем, что электрические потери пропорциональны квадрату силы тока и сопротивлению, а контактное сопротивление является основным фактором.
Потери в активных материалах трансформаторов. Активными элементами силового трансформатора считаются обмотки и трансформаторное железо.
Потери в обмотках зависят от сопротивления последних и тока и носят название электрических потерь.
Кроме этих потерь, в трансформаторе имеются еще и электромагнитные потери в трансформаторном железе, зависящие от марки и веса железа.
В том случае, когда трансформатор используется при постоянной настройке на заданную нагрузку без перенастройки на различное число витков первичной обмотки, т. е. когда индукция в железе остается постоянной, то потери в трансформаторном железе также будут постоянными. Так как в производственной практике, как правило, сталкиваются с такими случаями, то можно считать потери в железе постоянными, не зависящими от типа нагреваемых заготовок и режимов нагрева.
Конструкция обмоток, сечение провода и марка железа выбираются обычно исходя из того, чтобы потери энергии в них не превышали 5—6% от общей мощности трансформатора.
Потери в металлических деталях каркаса. Электрические потери в металлических деталях конструкции нагревательной установки возникают вследствие наличия магнитного потока рассеяния элементов, обтекаемых электрическим током.
Потери такого рода очень трудно поддаются учету. В лучшем случае их можно учесть теоретически весьма приближенно, так как такие расчеты сопряжены с большими трудностями из-за неопределенности магнитных характеристик (магнитной проницаемости) материала. В практике электроконтактного нагрева эти потери не принимают во внимание (не рассчитывают) и относят их к тепловым.
Но, как показали эксперименты и опыт эксплуатации электроконтактных установок, потери в стальных деталях конструкции часто составляют основную часть не только электрических, но и тепловых потерь.
Чем отличаются тепловые потери от электрических и расчетные данные от экспериментальных, видно из табл. 4.1, в ней приведены данные для однопозиционной электроконтактной установки мощностью- 150 ква, при нагреве заготовок диаметром 45 мм.
Данные, приведенные табл. 6, позволяют сделать следующие выводы:
Таблица 4.1 - Значения потерь различного вида в электроконтактной установке в квт
|
Потери |
ЭЭлектрическиееререрчрские |
Тепловые |
||
|
|
|
Изучением |
Теплопроводностью и конвекцией |
Общие |
|
Расчетные ...... Экспериментальные… |
1,4 2,6 |
0,8 - |
1,3 - |
2,1 3,6 |
1. Электрические потери, полученные расчетным путем по сопротивлению элементов вторичной цепи и путем замеров, тока и сопротивления примерно в 2 раза меньше действительных, полученных по показаниям прибора (ваттметра). Несоответствие этих данных вызывается токами Фуко и явлением скинн-эффекта в толстых шинах, подконтактных колодках и других медных элементах цепи.
2.Действительные тепловые потери примерно в 1,5 раза больше расчетных, что указывает на наличие неучтенных потерь за счет вихревых токов, индуктированных в металлических деталях, вследствие магнитных потоков рассеяния в них.
3.Потери вследствие теплопроводности и конвекции несколько больше потерь излучения. Основную часть составляют потери вследствие теплопроводности зажимных токоподводящих контактов
Они приблизительно в 3—5 раз больше потерь конвекции.
Это говорит о том, насколько важен правильный выбор размеров контактов, их конструкции и системы охлаждения.
4.Наличие относительно больших потерь в металлических деталях нагревательной установки указывает на необходимость избегать размещения стальных и вообще каких-либо металлических деталей вблизи токоведущих элементов силовой цепи.
Тепловую энергию вихревых токов, возбуждаемых в металлических деталях, находящихся в магнитных полях рассеяния цилиндрических проводников стоком, приближенно можно записать в следующем виде:
(14)
Где /2 - ток в проводе в а;
dn диаметр провода в см;
lпр длина детали в см;
h – расстояние металлической детали от оси провода в см;
ς - удельное электрическое сопротивление детали в ом-см;
μ— магнитная проницаемость материала детали.
Формула (14) справедлива для цилиндрического проводника, поперечные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до металлической детали.
Так как шины в электроконтактных установках в большинстве случаев прямоугольного сечения с конечными размерами, соизмеримыми с расстоянием до металлических деталей, то для этого случая можно рекомендовать несколько другую формулу:
(15)
Из формул (14) и (15) видно, что потери энергии в стальных деталях, находящихся в магнитном поле рассеяния токов, прямо пропорциональны квадрату тока, ширине детали и обратно пропорциональны квадрату расстояния от проводника до детали.
В формулы не входят толщина детали, так как предполагается, что она значительно больше глубины проникновения тока в сталь.
Коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия любой электроконтактной нагревательной установки является основным техническим показателем, характеризующим эффективность и целесообразность ее применения.
К. п. д. всякого нагревательного устройства зависит от конструкции последнего, от способа нагрева и от геометрических размеров нагреваемых деталей.
Чтобы вывести формулу для определения общего к. п. д. любого нагревательного устройства, необходимо записать выражение баланса энергии, справедливое для любого момента нагрева той или иной детали (речь идет об общей мощности, потребляемой электронагревательной установкой из сети):
(16)
где Рп — полезная мощность, затрачиваемая на нагрев детали
до заданной температуры;
Р1 — мощность, теряемая в силовом трансформаторе;
Рц — мощность, теряемая в элементах вторичной электрической цепи;
Р3 — мощность тепловых потерь вследствие излучения, конвекции и теплопроводности;
Р4 — мощность потерь в металлических деталях вследствие наличия магнитных потоков рассеяния проводников с током.
Тогда общий к. п. д. нагревательного устройства может быть найден из формулы:
(17)
Если в эту формулу подставить значение отдельных видов потерь, то получим зависимость к. п. д. от конкретных параметров детали и нагревательной установки (геометрических размеров детали и шин и их свойства).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
