Elektrische Kontaktheizungen

Die elektrische Kontakterwärmung durch Widerstand wird zum Erhitzen, Kontaktschweißen, Laminieren bei der Wiederherstellung verschlissener Teile und zum Heizen von Rohrleitungen verwendet.

Erhitzen wird als Hauptmethode zum Erhitzen von Teilen und Teilen für deren anschließende Druck- oder Wärmebehandlung sowie als integraler Bestandteil der technologischen Erwärmung in Kombination mit anderen Vorgängen bei der Herstellung von Halbzeugen oder Fertigteilen verwendet. Durch Erhitzen wird elektrische Energie direkt in Teilen oder Teilen des Stromkreises in Wärmeenergie umgewandelt. Zum Heizen kann grundsätzlich sowohl Gleich- als auch Wechselstrom verwendet werden.

In elektrischen Kontaktanlagen wird häufig Wechselstrom verwendet, da die zum Heizen erforderlichen Ströme in Tausenden und Zehntausenden Ampere bei einer Spannung von mehreren Volt am einfachsten nur mit Hilfe von Wechselstromtransformatoren gewonnen werden können. Anlagen zur elektrischen Kontakterwärmung von Teilen oder Details werden in Einpositions- und Mehrpositionsanlagen unterteilt (Abb. 1).

Reis. 1. Schemata von Geräten mit einer Position (a) und mehreren Positionen mit serieller (b) und paralleler (c) Einbindung von Teilen in einen Stromkreis: 1-Klemmkontakt für Strom; 2 – beheiztes Detail; 3 – Stromversorgungskabel.

Abhängig von der erforderlichen Heizrate und der Produktivität der technologischen Linie wird das eine oder andere Schema verwendet. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ist es am vorteilhaftesten, ein Myopositionsschema mit einer Reihenschaltung der erhitzten Werkstücke an den Stromkreis zu verwenden, da in diesem Fall eine beliebige Zufuhrgeschwindigkeit der erhitzten Werkstücke durch eine allmähliche Erhöhung ihrer Temperatur sichergestellt wird auf einen vorgegebenen Wert, indem die Details von einer Position zur anderen verschoben werden.

Unabhängig vom Schema der Einbindung der erhitzten Teile in den Stromkreis hat die Strombelastung an den Kontaktstellen der stromführenden Kontakte mit dem erhitzten Werkstück großen Einfluss auf die technologischen, elektrischen und technisch-wirtschaftlichen Kennzahlen elektrischer Kontaktanlagen . Die Strombelastung wird durch Kühlung und Druckbeaufschlagung der Kontakte sowie durch die Verwendung von Klemmen mit Radial- und Endkontakten reduziert.

In Reparaturbetrieben können einphasige und dreiphasige Elektrokontaktanlagen eingesetzt werden. Dreiphasige Installationen sind effizienter als einphasige Installationen mit einer Position und gleicher Leistung, da sie die Phasen des Versorgungsnetzes gleichmäßig belasten und die Strombelastung jeder Phase reduzieren.

Abhängig von den spezifischen Bedingungen wird die Option der elektrischen Kontaktheizung und der Heizungsinstallation ausgewählt.

Die wichtigsten elektrischen Eigenschaften elektrischer Kontaktheizungsanlagen

Für jede elektrische Kontaktinstallation werden folgende Auslegungsparameter ermittelt:

• Leistungstransformatorleistung,

• der erforderliche elektrische Strom im Sekundärkreis,

• Belastung des erhitzten Teils oder Werkstücks,

• Effizienz

• Leistungsfaktor.

Die Ausgangsdaten zur Berechnung elektrischer Kontaktinstallationen sind:

• Materialklasse,

• Masse des erhitzten Teils und seine geometrischen Abmessungen

• Versorgungsspannung,

• Aufheizzeit und Temperatur.

Scheinleistung, V ∙ A, eines Leistungstransformators für ein Gerät mit einer Position:

wobei kz = 1,1 ...1,3 – Sicherheitsfaktor; F – nutzbarer Wärmestrom; ηtotal – Gesamtwirkungsgrad der Anlage; ηe – elektrischer Wirkungsgrad; ηt – thermischer Wirkungsgrad; ηtr – Wirkungsgrad des Leistungstransformators.

Stromstärke A im Sekundärkreis, wenn das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb des magnetischen Umwandlungspunktes erhitzt wird

wobei ρ die Dichte des Werkstückmaterials ist, kg / m3; ΔT = T2 – T1 ist die Differenz zwischen der Endtemperatur T2 und der Anfangstemperatur T1 der Werkstückerwärmung, K; σ2 - Querschnittsfläche des Werkstücks, m2.

Die Aufheizzeit hängt vom Durchmesser des Werkstücks und der Temperaturdifferenz entlang der Länge und des Querschnitts ab. Entsprechend den technologischen Bedingungen sollte der Temperaturunterschied zwischen den Innen- und Oberflächenschichten des erhitzten Werkstücks ΔТП = 100 K nicht überschreiten. Die berechneten und experimentellen grafischen Abhängigkeiten zur Bestimmung der Aufheizzeit sind in der Referenzliteratur angegeben.

In praktischen Berechnungen kann die Aufheizzeit s von zylindrischen Rohlingen mit einem Durchmesser von d2 = 0,02 … 0, l m s ΔTP = 100 K durch die empirische Formel ermittelt werden

Wenn das Werkstück auf eine Temperatur unterhalb des magnetischen Umwandlungspunktes erhitzt wird, muss bei der Bestimmung des Stroms im Sekundärkreis der Oberflächeneffekt berücksichtigt werden, dessen Einflussgrad von der magnetischen Permeabilität abhängt.

In Bezug auf die elektrische Kontakterwärmung hat die empirische Abhängigkeit, die den Zusammenhang zwischen dem Strom I2, der relativen magnetischen Permeabilität μr2 des Werkstücks und seinem Durchmesser festlegt, die Form

In praktischen Berechnungen werden sie meist mit unterschiedlichen Werten von μr2 angegeben und die Stromstärke I2 wird durch die Formeln bestimmt. Der gleiche Stromstärkewert, der aus den angegebenen Formeln (2) und (4) ermittelt wird, ist zu einem bestimmten Zeitpunkt der gewünschte Wert. Basierend auf den berechneten Werten von I2 und Z2 ergibt sich die Spannung V im Sekundärkreis durch den Ausdruck

Reis. 2. Abhängigkeit des cosφ elektrischer Kontaktinstallationen vom Verhältnis l2 / σ2: 1 – für eine Zweipositionsinstallation mit variabler Erwärmung von zwei Rohlingen; 2 – für Zwei-Positionen-Installation mit gleichzeitiger Erwärmung von zwei Beständen; 3 – für die Installation in einer Position.

Bei der Bestimmung der wichtigsten elektrischen Eigenschaften einer elektrischen Kontaktanlage ist zu berücksichtigen, dass sich die physikalischen Parameter des Teils und die elektrischen Parameter der Anlage während des Erwärmungsprozesses ändern. Die spezifische Wärme cm und der spezifische elektrische Widerstand des Leiters ρт ändern sich in Abhängigkeit von der Temperatur, und cosφ, η und t – abhängig von der Temperatur, der konstruktiven und technologischen Art der Installation und der Anzahl der Heizstellen.

Gemäß den grafischen experimentellen Abhängigkeiten (Abb. 2, 3) werden cosφ und ηtotal in Abhängigkeit vom Verhältnis der Länge des Werkstücks l2 zu σ2 bestimmt. Die erforderlichen Werte von S, l2 und U2 können durch Einsetzen der entsprechenden Werte der variablen Größen in die Formeln (1), (2), (4) und (5) erhalten werden. In praktischen Berechnungen werden üblicherweise die Durchschnittswerte von cm, ρt, η, t und cosφ in die Formeln eingesetzt und der Durchschnittswert von Leistung, Strom oder Spannung über das angenommene Heiztemperaturintervall ermittelt.

Reis. 3. Abhängigkeit des Gesamtwirkungsgrads von Elektrokontaktanlagen vom Verhältnis l2 / σ2: 1 – für eine Zwei-Positionen-Anlage mit variabler Erwärmung von zwei Werkstücken; 2 – für Zwei-Positionen-Installation mit gleichzeitiger Erwärmung von zwei Werkstücken; 3 – für die Installation in einer Position.

Die Leistungstransformatoren elektrischer Kontaktanlagen arbeiten im periodischen Modus, der durch die relative Einschaltdauer gekennzeichnet ist

wobei tn die Zeit zum Erhitzen der Rohlinge ist, s; t3 – Zeitpunkt der Ladungsentladung und des Transports, Abschnitt.

Die Gesamtnennleistung (kVA) eines Leistungstransformators unter Berücksichtigung von εx wird durch den Ausdruck bestimmt

Reis. 4. Abhängigkeit des Wirkungsgrades und des Leistungsfaktors einer elektrischen Kontaktheizungsanlage von den Abmessungen des Teils