Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Nagrzewanie indukcyjne

10 Mar 2004 14:03 3622 16
  • Poziom 13  
    Mam zadanie zaprojektowac wykonac TANIO warsztatowa nagrzewarke indukcyjna ma byc uzywana do nagrzewania lozysk przed osadzeniem na wale maszyn elektrycznych roznej masci :o
    Moze ktos juz wywazyl te dzwi 8)
  • Specjalista elektronik
    Myślę, że przy tego typu pytaniach przydałaby się jakaś konkretna informacja:
    rozmiary łożysk, jak szybko ma nagrzewać, do jakiej temperatury, ile to jest "tanio"...

    Jeśli łożyska są stalowe (tak zwykle jest), to:
    - ciepło właściwe żelaza jest 0,49 J/g/stopień,
    - oporność elektryczna około 0.1 Om*mm^2/m,
    - ciężar właściwy żelaza jest 7.8 g/cm^3;
    indukcja nasycenia blach transformatorowych (takich od transformatorów sieciowych,
    nie głośnikowych - te mają dużo mniejszą) jest około 2 Tesli (ciut więcej); napięcie
    indukowane w pojedyńczym zwoju, przy częstotliwości 50Hz i indukcji 2T jest 62.8mV
    na centymetr kwadratowy rdzenia.

    Powiedzmy, że chcemy w ciągu 10 sekund uzyskać ogrzanie o 100 stopni pierścienia
    o obwodzie 10cm i przekroju 1cm^2; waży on 78g, ma oporność 100uOm; potrzeba
    prawie 4kJ energii, czyli mocy 400W, co odpowiada napięciu 0.2V, czyli rdzeń musi
    mieć przekrój co najmniej 3.2cm^2, co stanowi około połowy powierzchni otworu
    w łożysku; uzwojenie pierwotne powinno mieć około 1150 zwojów drutem 0.4mm^2.

    Wymagany przekrój rdzenia jest proporcjonalny do szybkości nagrzewania, i do
    obwodu wewnętrznego łożyska - łożyska o obwodzie wewnętrznym mniejszym od
    5-6cm nie da się w ten sposób, z taką szybkością nagrzać, chyba że użyje się
    częstotliwości wyższej od 50Hz, co powoduje konieczność użycia rdzenia z innego
    materiału (np. permalloju, o indukcji nasycenia 0.9 Tesli), i okaże się, że trzeba
    stosować częstotliwości setek herców do niewiele mniejszego łożyska...
  • Poziom 13  
    Dzieki _ita_ !!!!
    Bardzo rzeczowa pompc. Przepraszam, ze nie podalem zalozen projektowych, ale nie mam takowych. To co napisalem to uslyszalem od przelozonego :wink: . Obecnie zbieram informacje szczegolowe i dzieki twojej pomocy jest od czego zaczac.
    Jesli mozesz cos jeszcze dodac chetnie poczytam.
    Łozyska stalowe
    0d 6217 to jest srednica zew-15cm wew-8,5cm
    do 62306 sred zew-6cm wew-3cm
    Do jakiej temperatury no wlasnie?
    Jak szybko ?
  • Specjalista elektronik
    Przyjąłem założenie, że urządzenie do nagrzewania łożysk ma być używane tak:
    - zakładamy łożysko na rdzeń transformatora i zamykamy rdzeń
    - włączamy na kilka-kilkanaście sekund prąd
    - wyłączamy prąd, otwieramy rdzeń, i łożysko szybko - zanim ostygnie - przekładamy na wał.

    Można by brać pod uwagę inną konstrukcję: urządzenie ma szczelinę, w którą na
    kilkanaście sekund wkłada się łożysko, i wyjmuje się nagrzane - bez potrzeby
    otwierania i zamykania rdzenia, a jeśli łożysko trzyma maszyna, która go nie puści,
    jak będzie przyciągane przez rdzeń, to można by i bez włączania i wyłączania prądu.
    Tylko że są tu pewne "ale":
    - będzie to wytwarzać silne pole magnetyczne, i jeśli w otoczeniu znajdzie się jakiś
    przedmiot z żelaza nie umocowany, to go wciągnie w szczelinę i nagrzeje, że sie
    stopi (więc problem z bezpieczeństwem pracy przy takim urządzeniu);
    - potrzebne by były duże prądy w uzwojeniu zasilającym - ze 20kAzwojów na każdy
    centymetr szerokości szczeliny - a więc cewka o przekroju ponad 50cm^2, i prąd -
    ponieważ trzeba zwiększyć przekrój rdzenia - około 50A; oznacza to duże straty
    mocy, i dużą moc bierną, którą należałoby jakoś kompensować.
    I z tych powodów odrzuciłbym taką wersję - chyba żeby użyć wyższych częstotliwości,
    co pozwoliłoby na użycie mniejszego pola magnetycznego i mniejszych prądów.
    Ale to może spowodować inny problem - nagrzewanie tylko na powierzchni.


    Wracamy do początkowej wersji - z zamykaniem rdzenia.

    Przy tych rozmiarach łożysk, które podałeś, jest sensowne zrobienie rdzenia o możliwie
    dużym przekroju - tak, żeby mniejsze dało sie na niego łatwo założyć, ale nie mniejszym;
    sugeruję zostawić trochę rezerwy na rurę z materiału izolacyjnego, w której umieści
    się rdzeń, żeby nie dotykał do łożyska (chyba trzeba by użyć teflonu);
    przekrój rdzenia raczej sześciokątny (okrągły za trudno zrobić, nie śrubujemy aż tak
    parametrów, żeby to było potrzebne, kwadratowy będzie miał znacznie mniejszą
    powierzchnię. nie będzie rezerwy strumienia magnetycznego), z blach (w żadnym
    wypadku nie z pręta, bo będzie się grzał prawie tak samo, jak te łożyska).

    Jeśli to samo urządzenie ma nagrzewać również te większe łożyska, to należy liczyć
    się z nieco większym poborem mocy, i dać ciut grubszy drut w uzwojeniu.
    Jeśli chcesz wyliczyć, jaką moc to może pobierać, to potrzebne są wszystkie wymiary
    łożyska - przypuszczam, że jego kształt to dwa pierścienie, z których każdy ma jakieś
    średnice (wewnętrzną i zewnętrzną) i wysokość (rozmiar w kierunku osi).
  • Poziom 13  
    Wlasciwie to masz racje ja tez sklanim sie w strone zamykanero rdzenia
    Postaram sie jak najszybciej podeslac wymiary lozysk :)
  • Poziom 13  
    Wachlarz lozysk jest dosc spory.
    _ita_ jesli mozesz to mize jakis szkic pogladowy

    Nagrzewanie indukcyjne
  • Poziom 13  
    Cos poszlo nie tak wiec rozmiary lozysk dalem jako zalacznik.
    Jak widac jest duzy wachlarz rozmiarowy i w zwiazku z tym zastanawia mnie czy propozycja
    "Można by brać pod uwagę inną konstrukcję: urządzenie ma szczelinę, w którą na
    kilkanaście sekund wkłada się łożysko, i wyjmuje się nagrzane - bez potrzeby
    otwierania i zamykania rdzenia".
    Z wymiennymi uchwytami
    Co ty na to?
  • Specjalista elektronik
    Obejrzałem tę listę łożysk, i takie uwagi:
    - nie jest dla mnie jasne, co oznacza rozmiar A, z rysunku wynikałoby, że jest to suma
    wewnętrznego i zewnętrznego promienia wewnętrznego pierścienia łożyska, a ja
    przypuszczam, że miała to być wewnętrzna średnica łożyska;
    - łożysko 4306 będzie najbardziej obciążać transformator urządzenia nagrzewającego;
    to obciążenie jest proporcjonalne do H*(C/(2*A+C)+D/(2*B-D));
    oporność samych pierścieni łożyska będzie około Pi*ro/H/(C/(2*A+C)+D/(2*B-D)),
    gdzie ro jest opornością materiału, dla żelaza ro=96*10^-6 Om*mm, dla łożyska
    4306 wyszło mi 72 mikroomy, a biorąc pod uwagę, że łożysko pewnie ma jakieś
    osłony, należałoby przyjąć około 40 mikroomów; to daje prąd w uzwojeniu 1150
    zwojów około 4.5 ampera - czyli wypada dać drut 1.5mm^2;
    - łożysko 6217 będzie się najwolniej nagrzewać, a 6206 najszybciej (szybkość
    nagrzewania jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy); na szczęście 6217 będzie
    również najwolniej stygnąć (bo jest najgrubsze).

    Wersja ze szczeliną wymaga tym większego prądu, im szersza szczelina, jeśli ma się
    do niej zmieścić łożysko o H=28mm, to będzie potrzebny prąd ponad 100A w uzwojeniu
    (przy 220V) i mam wrażenie, że to nawet w fabryce może być niewygodne.
    No i im większa szczelina, tym dalej sięga pole i przyciąga wszystko, co żelazne.
  • Poziom 13  
    A jak zapatrujesz sie na rozwiazanie z nie otwieranym rdzeniem tylko z zasosowaniem uchwytow o roznych wymiarach, odpowiedni dla roznych grup łozysk
  • Specjalista elektronik
    Czy taki uchwyt ma być elementem magnetycznym, czy tylko mechanicznym?
    Jeśli magnetycznym, to jest to wersja metody z otwieranym rdzeniem;
    jeśli tylko mechanicznym, to jest to metoda z dużą szczeliną.

    Pod względem kosztów metoda z otwieranym rdzeniem (w jakiejkolwiek wersji)
    powinna być dużo tańsza, niż z dużą szczeliną, bo potrzebuje 5A prądu, a nie 100A.
  • Poziom 13  
    Do tej pory bralismy pod uwage rozwiazanie jak na rysunku nr.1
    Zastanawiam sie nad problemem wykonania rdzenia otwieranego konstrukcyjnie jak to rozwiazac by wszystko bylo wmiare bezpieczne.
    A jak by rozpatrzec takie rozwiazanie gdzies widzialem uchwyt (cewka indukcyjna) do wyzarzania
    rysunek nr.2
    Pewnie w tym przypadku bedzie konieczne odpowiednie sterowanie (falownik)
    Co ty na to?.[/img]
  • Poziom 13  
    Nie wiem co sie stalo ale zalaczniki mi nie wchodza
    W zalaczniku Rysunki
  • Specjalista elektronik
    Troche (tu mi nie wchodza "ogonki") nie bardzo rozumiem drugi rysunek,
    gdzie na nim jest cewka, gdzie pole magnetyczne, gdzie rdzen?

    Co do wzorow:

    - maksymalny mozliwy strumien magnetyczny w rdzeniu to Bnas * minimalny przekroj;
    Bnas dla blach transformatorowych (ze specjalnej stali krzemowej) to okolo 2 Tesli;

    - zeby tak porzadnie policzyc maksymalne napiecie, jakie mozna przylozyc do
    cewki: calka z napiecia przypadajacego na 1 zwoj po 1/4 okresu jest rowna
    maksymalnemu strumieniowi, jaki bedzie w rdzeniu (w ukladzie SI - czyli
    indukcja w Teslach, rozmiary w metrach, czas w sekundach, napiecie w woltach
    - autorzy ukladu SI tak dobrali jednostki, zeby nie bylo zadnych wspolczynnikow);

    - prad cewki zawiera dwie skladowe: jedna z nich jest opozniona w fazie o cwierc
    okresu, i wytwarza pole magnetyczne; druga jest zgodna z faza pradu, ktory plynie
    w uzwojeniu wtornym i jest rowna temu pradowi pomnozonemu przez przekladnie
    transformatora (czyli w tym przypadku pradowi lozyska podzielonemu przez ilosc zwojow);
    - te pierwsza skladowa mozna policzyc dzielac dlugosc obwodu magnetycznego rdzenia
    przez jego przenikalnosc magnetyczna (i to na ogol jest malo, bo ta przenikalnosc jest
    rzedu 10000), dodajac do tego sume szerokosci wszystkich szczelin po drodze
    i dzielac wynik przez przenikalnosc magnetyczna prozni (4*Pi*10^-7, jednostka V*s/(A*m))
    i jeszcze przez ilosc zwojow;
    - druga skladowa pradu wylicza sie dzielac napiecie zasilajace przez opor lozyska
    i mnozac to przez kwadrat przekladni transformatora (czyli dzielac przez kwadrat ilosci zwojow);

    - moc rzeczywista to z grubsza druga skladowa pradu * napiecie zasilania
    (moze byc mniejsza, jesli to skladowa jest przesunieta w fazie);

    - opor elektryczny lozyska to odwrotnosc jego przewodnosci;

    - przewodnosc lozyska to suma przewodnosci jego elementow;

    - przewodnosc pierscienia o wysokosci H, srednicy wewnetrznej d i zewnetrznej D
    jest rowna H*ln(D/d)/(2*Pi*(opornosc wlasciwa materialu))
    (uwaga na jednostki, opornosc wlasciwa zwykle podaje sie w jednostkach typu
    Om*mm^2/m, i trzeba uwazac, by nie pomylic mm z cm lub nawet mm z m)

    Uff, to chyba wszystko co potrzeba do tych obliczen...
  • Poziom 13  
    rysunek nr.2
    To ustrojstwo to jest wlasnie cewka indukcyjna.
    pierscienie to jest cweka dwa sterczace konce to wyprowadzenia tej cewki. To wzdluz to takie wsporniki izolacyjne.
    Dzieki za opis wzorow :-)
  • Specjalista elektronik
    Czyli ta cewka jest bez rdzenia? To są potrzebne większe częstotliwości, i - ponieważ
    duża część strumienia magnetycznego cewki pewnie ominie łożysko, które ma się
    nagrzewać - moc bierna dużo większa od mocy, jaką ono ma być nagrzewane.
    No i każdy metalowy przedmiot w zasięgu pola cewki też będzie sią nagrzewał...

    Nie sprawdziłem, niestety, jaka jest zależność głębokości wnikania pola magnetycznego
    od częstotliwości; pewnie można by jakoś to oszacować - dzieląc opór właściwy przez
    przenikalność magnetyczną i przez częstotliwość dostaniemy wynik o wymiarze kwadratu
    długości, więc pierwiastek z tego powinien jakoś opisywać głebokość wnikania pola:
    96 (mOm*mm^2/m) / (10000*4*Pi*10^-7 V*s/(A*m)) / (50/s) = 96*10^-9 / 0.628 m^2 =
    0.15 mm^2 - to daje oszacowanie głębokości wnikania pola na około 0.4 mm - mało!

    Wniosek: nie ma co próbować stosować wyższych częstotliwości, bo i tak będzie nagrzewać głównie na powierzchni.
  • R.I.P. Zasłużony dla elektroda
    Swego czasu w latach 60-70 były takie książki Zagajewski "Elektronika przemysłowa" i "Układy elektroniki przemysłowej" i w nich było dość dużo na temat grzejnictwa indukcyjnego, łącznie z opisem urządzeń i schematami, co prawda na lampach ale idea pozostaje ideą, a liczy się sposób wykorzystania.