Автор: Шамов А.Н.   Бодажков В.А.  

Теги: электротехника   электроника   инженерия   электрические схемы   издательство машиностроение  

Год: 1974

Похожие

Высокочастотные электротермические установки с ламповыми генераторами

Правила технической эксплуатации установок потребителей

Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок

Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок

Текст 
                    A.	H. ШАМОВ
В.	А. БОДАЖКОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
УСТАНОВОК
Второе издание,
дополненное и переработанное
ЛЕНИНГРАД
„ МАШИНОСТРОЕНИЕ"
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1974

6П4.51
Ш19
УДК 621.365.5 : 001.2.004.1
Шамов А. Н., Бодажков В. А.
Ш19 Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок.
Изд. 2-е, доп. и переработ. Л., «Машиностроение», (Ленингр.
отд-ние), 1974. 280 с.
В книге рассмотрены вопросы проектирования и методы рас-
четов высокочастотных установок, а также технико-экономические
методы обоснования выбора типов установок. Даны основные кон-
структивные и технические особенности отдельных элементов вы-
сокочастотных установок, типовые электрические схемы.
Второе издание (1-е изд. 1963 г.) дополнено более совершен-
ными методами расчета наиболее современных типов высокочас-
тотных установок.
Книга предназначена для инженерно-технических работников,
занимающихся вопросами проектирования, расчета и эксплуатации
высокочастотных установок. Она может быть использована также
студентами вузов соответствующих специальностей.
Табл. 71. Ил. 155. Список лит. 59 назв.
3125 710
Ш 038 (01)—74 ,06~73
6П4.51
Рецензент инж. fl. И. Жижмор
Редактор канд. техн, наук В. С. Немков
Александр Николаевич Шамов
Вячеслав Александрович Бодажков
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
УСТАНОВОК
Редактор издательства С. Я- Кудерская
Обложка художника С. С. Венедиктова
Технический редактор В. Ф. Костина
Корректоры: Е. Н. Нефедова. Н. Б. Семенова
Сдано в набор 17/IX 1973 г.
Подписано к печати 22/1 1974 г. М-09082
Формат бумаги 60x901/ie. Бумага типографская № 2
Печ. л. 17,5	Уч-изд. л. 17,8
Тираж 9000 экз.
Цеиа 1 р. 03 к. Зак. 538
Ленинградское отделение издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Последние 10—15 лет характеризуются значительным ростом
количества и особенно мощности высокочастотных установок во
всех отраслях народного хозяйства. Уже сейчас имеются уста-
новки мощностью 20 тыс. кВт с ежедневным потреблением элек-
троэнергии более 300 тыс. кВт-ч.
Отечественной промышленностью освоены новые типы машин-
ных, тиристорных, ионных и ламповых высокочастотных преобра-
зователей, новые конструкции установок для поверхностной индук-
ционной закалки и высокочастотной сварки, нагревателей для
кузнечных и прокатных цехов, аппаратуры управления, силовых
кабелей, закалочных трансформаторов; освоены унифицирован-
ные щиты станций управления для высокочастотных распредели-
тельных устройств.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом токов вы-
сокой частоты, отраслевой лабораторией высокочастотной элек-
тротермии при Ленинградском электротехническом институте
им. В. И. Ульянова (Ленина) и другими организациями разра-
ботаны более совершенные методы расчета высокочастотных
установок, электрические схемы питания и защиты. Накоплен
дополнительный опыт по проектированию, монтажу, наладке и экс-
плуатации высокочастотного оборудования на примере ряда круп-
нейших заводов, в том числе Волжского автомобильного завода.
Высокочастотные установки сделались необходимой состав-
ной частью крупных механизированных агрегатов, автоматиче-
ских линий, цехов и заводов. В связи с этим круг специалистов,
занимающихся проектированием высокочастотных установок,
сильно увеличился, а правильный выбор оборудования, схем на-
грева и питания, линии передачи токов высокой частоты, разме-
щение и другие вопросы проектирования приобрели очень важное
значение. Часто именно они определяют технико-экономическую
целесообразность внедрения этого способа нагрева и даже всего
технологического процесса в целом. Так, повышение к. п. д. уста-
новки мощностью 20 тыс. кВт только на 1% позволит сэкономить
более 20 тыс. руб.
3

В книге не дается жестких рекомендаций по проектированию,
а указываются особенности, которые следует учитывать, применяя
высокочастотное оборудование. Из многочисленных опублико-
ванных материалов выбраны и приведены только конечные урав-
нения или графики, удобные для практических вычислений. Все
они проверены авторами на практике и потому рекомендуются
для применения.
Технические характеристики даны для оборудования, которое
освоено промышленностью и может быть заказано.
Все замечания и предложения по книге авторы просят направ-
лять в адрес Ленинградского отделения издательства «Машино-
строение».

Глава I
ЗАКОНЫ, ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
И СВОЙСТВА ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ
1.	Область применения токов высокой частоты
Под высокочастотным нагревом (нагрев токами высокой ча-
стоты) понимается нагрев при бесконтактной передаче энергии
в нагреваемое тело с помощью электромагнитного поля. В зависи-
мости оттого, какая составляющая электромагнитного поля играет
основную роль, различают нагрев в магнитном поле (индукцион-
ный нагрев) и электрическом поле (диэлектрический или «емкост-
ный» нагрев). Системы высокочастотного нагрева имеют ряд осо-
бенностей:
1)	нагрев может осуществляться только на переменном токе;
2)	понятие «высокая» или «низкая» частота является относи-
тельным и определяется соотношением размеров тел и длины
электромагнитной волны в их материале;
3)	в системах всегда имеется реактивная мощность (индуктив-
ная или емкостная), причем ее величина обычно много больше
активной;
4)	системы являются объектами с распределенными пара-
метрами, что усложняет измерения в них и расчеты.
Для индукционного нагрева используются частоты от 50 Гц
до 5 мГц, для диэлектрического — от сотен килогерц до тысяч
мегагерц.
Индукционный нагрев успешно применяется для следующих
технологических процессов:
1)	плавки металлов в открытых и вакуумных индукционных
печах;
2)	индукционного нагрева заготовок под штамповку, прокатку,
гибку и другие способы пластической деформации;
3)	поверхностной индукционной закалки;
4)	индукционного нагрева для термообработки (отжиг, отпуск,
рекристаллизация, нормализация, закалка) сортового проката,
труб, лент;
5)	сварки труб, профилей и кабельных оболочек;
6)	высокочастотной пайки и наплавки инструмента для меха-
нической обработки (резцы, фрезы, протяжки и др.) и горнобуро-
5

вого инструмента (долота, шарошки), изоляторов и выводов кон-
денсаторов, всевозможных трубчатых соединений и других изде-
лий, которые трудно изготовить в виде цельных конструкций;
7)	индукционного нагрева с целью сушки или оплавления лако-
вых, полиэтиленовых и других антикоррозионных, термозащит-
ных и электроизоляционных покрытий лент, труб и профи-
лей;
8)	индукционного нагрева труднообрабатываемых материалов
перед механической обработкой резанием (слябы, слитки из тита-
новых и других специальных сплавов);
9)	бестигельной зонной плавки и очистки полупроводниковых
материалов—кремния, германия и др.;
10)	эпитаксиального наращивания пленок чистых металлов и
полупроводников;
11)	плавки металлов во взвешенном состоянии;
12)	обогрева технологического оборудования (трубопроводы,
химические реакторы, экструдеры, пресс-формы и т. д.);
13)	индукционного нагрева газов (воздух, кислород, аргон,
ксенон и др.) для осуществления химических реакций и проведе-
ния различных высокотемпературных технологических процессов.
Диэлектрический нагрев используется для разнообразных
технологий, основными из которых являются:
1)	сушка древесины, пряжи, сыпучих материалов типа люми-
нофоров и т. д.;
2)	склейка изделий из древесины (оконные переплеты, двери,
щиты, мебель, музыкальные инструменты); полимерных и комби-
нированных материалов;
3)	сварка изделий из полихлорвинила и других пластмасс,
а также синтетических волокон и пленок;
4)	подогрев пресс-порошков перед штамповкой;
5)	подогрев с целью ускорения полимеризации при изготовле-
нии изделий из стеклопластиков и реактопластов;
6)	формование изделий из пенополистирола при изготовлении
тепловой изоляции холодильников, упаковочной тары, теплоизо-
ляционных плит, моделей для точного литья и т. д.;
7)	сушка литейных стержней;
8)	дефростация и разогрев пищевых продуктов.
Общая и единичная мощность установок диэлектрического на-
грева, используемых в промышленности, значительно меньше, чем
индукционных, а их конструкция в сильной степени определяется
особенностями технологического процесса. Проектирование таких
установок сводится или к выбору существующих установок, вклю-
чающих источник питания и технологическое устройство, или
к индивидуальному проектированию специальной установки
с одновременной разработкой технологического процесса.
Имеется много других весьма эффективных применений токов
высокой частоты в промышленном производстве. Области и мас-
штабы их использования непрерывно расширяются.
6

2.	Поверхностный эффект, глубина проникновения тока
Индукционный нагрев осуществляется вихревыми токами, ин-
дуктированными в нагреваемом предмете. Поэтому индукционным
способом можно нагревать только электропроводящие материалы.
Вихревые токи возникают в проводнике, если его поместить в пере-
менное магнитное поле. Эти токи всегда замыкаются в нагревае-
мом теле и протекают в плоскости, перпендикулярной напряжен-
ности магнитного поля. Магнитное поле образуется индуктором,
когда по нему пропускают переменный ток.
Применяется большое количество разнообразных конструкций
и форм индукторов; Однако в большинстве случаев индукторы —
это одновитковые или многовитковые катушки, изготовленные из
медной трубки. Когда индуктор возбуждает магнитное поле, на-
правленное по оси детали, говорят, что индукционный нагрев
осуществляется в продольном магнитном поле. Если же направ-
ление поля перпендикулярно оси нагреваемой детали, говорят,
что индукционный нагрев осуществляется в поперечном магнит-
ном поле. Плотность индуктированных в проводнике вихревых
токов по сечению проводника неодинакова, она уменьшается от
поверхности к центру. Это явление носит название поверхност-
ного эффекта. Поверхностный эффект наблюдается при любой
форме проводника.
На рис. 1 показано распределение тока и мощности по слоям
одинаковой толщины в цилиндрическом проводнике из немагнит-
ной стали диаметром 50 мм, помещенном в магнитное переменное
поле частотой 500 и 10 000 Гц. Ток в индукторе принят одинако-
вым при той и другой частоте [59].
В соответствии с распределением тока в поверхностном слое
выделится наибольшая мощность. Действительно, в нашем случае
при частоте 10 000 Гц 75% всей мощности, переданной в провод-
ник, выделилось в первом слое. Поверхностный эффект выражен
при прочих равных условиях более резко там, где частота
выше.
Амплитуда плотности тока в массивном однородном теле убы-
вает непрерывно по экспоненте е-х/д. На расстоянии А от поверх-
ности она уменьшается ве?» 2,718 раз (основание натурального
логарифма).
Величина А, называемая глубиной проникновения тока в дан-
ный материал, играет очень большую роль в теории индукцион-
ного нагрева. Она служит своеобразной единицей измерения, опре-
деляющей линейные размеры нагреваемых тел и индуктора, и ши-
роко используется в электрических и тепловых расчетах. Если
минимальный линейный размер поперечного сечения тела, в ко-
тором протекают вихревые токи, много больше А (в восемь и
более раз), то частота является высокой (или тело массивным),
если же он меньше А, то частота низкая (или тело «прозрачное»
для электромагнитного поля данной частоты).
7

В массивном теле в пределах слоя толщиной Д выделяется
почти вся энергия (86,5%), а мощность, передаваемая в тело, мо-
жет быть точно найдена, если считать, что весь индуктированный
ток равномерно распределен в слое Д. Это позволяет находить
Рис. 1. Проявление поверхностного эффекта в ци-
линдре при разных частотах
сопротивления тел при ярком поверхностном эффекте по форму-
лам для постоянного тока. В общем случае Д теряет свою физи-
ческую интерпретацию и является расчетной величиной, харак-
теризующей длину электромагнитной волны в материале (X =
= 2лД) и зависящей только от его свойств и частоты тока:
Д = 5030]/Л см,
F И/
8

1. Значения глубины проникновения тока (см)
Материал	Т, °C	р-10», Ом-см	Частота, Гц								
			50	500	1000	2500	4000 	8000	10 000	70 000	440 кГц
Сталь	1000— 1300	130	8,1	2,56	1,8	1,15	0,910	0,64	0,575	0,215	0,0865
Медь	20	1,84	0,962	0,3	0,215	0,14	0,108	0,076	0,0683	0,0258	0,0103
Алюминий	20	2,95	1,2	0,38	0,27	0,17	0,137	0,095	0,0865	0,032	0,0130
Латунь	20	7	1,9	0,6	0,42	0,266	0,211	0,15	0,133	0,051	0,0201
Магний	20	4,6	1,5	0.475	0,34	0,215	0,170	0,12	0,108	0,0407	0,0163
Молибден	20	5,8	1,7	0,55	0,38	0,25	0,191	0,134	0,121	0,045	0,0183
Вольфрам	20	6,9	1,86	0,59	0,416	0,27	0,209	0,147	0,132	0,05	0,0200
Серебро	18	1,63	0,91	0,29	0,2	0,13	0,102	0,07	0,0643	0,024	0,0097
Никель	1000	47	4,9	0,54	1,1	0,7	0,545	0,4	0,346	0,13	0,0520
Титан	1200	175	9,4	3,	2,1	1,33	1,05	0,74	0,665	0,25	0,101
Графит	600	1000	22,5	7,12	5	3,2	2,52	1,8	1,59	0,6	0,240

где р — электрическое сопротивление материала проводника,
Ом-см; р— относительная магнитная проницаемость;/ — частота
тока, Гц.
Для ферромагнитных материалов различают глубину проник-
новения в холодный металл Дх (до температуры точки Кюри) и
в горячий металл — Дг или Д2. Значения глубины проникнове-
ния Д для разных материалов и частот приведены в табл. 1.
3.	Формы и размеры проводника
Из рис. 1 видно, что при частоте 500 Гц мощность, выделенная
в цилиндре, меньше, чем при 10 000 Гц. Это свидетельствует о низ-
ком к. п. д. индуктора, а при 500 Гц, что всегда наблюдается при
слабо выраженном поверхностном эффекте, к. п. д. будет выше,
если диаметр цилиндра увеличить. Для сравнительной оценки
результатов индукционного нагрева и удобства решения уравне-
ний электромагнитного поля для каждой формы проводника введен
безразмерный параметр т — показатель степени поверхностного
эффекта. Из всего многообразия форм проводников выделяют
обычно три наиболее распространенных:
сплошной цилиндр с радиусом Д2
К2 /?2
m = —т—
Л ’
пластина прямоугольной формы с толщиной /г2
полый цилиндр с толщиной стенки т2 (труба)
Характеристики нагрева, например распределение плотности
тока, у тел одинаковой формы (подобных тел) будут те же самые,
если их показатели степени поверхностного эффекта равны. На-
пример, частота 50 Гц при нагреве цилиндра радиусом 280 мм ана-
логична частоте 2500 Гц при нагреве цилиндров радиусом 40 мм
из того же материала, так как в обоих случаях показатель т
один и тот же. Таким образом, показатель степени поверхност-
ного эффекта определяет относительную частоту или относитель-
ный размер тела.
4.	Магнитная проницаемость
Относительная магнитная проницаемость большинства мате-
риалов близка к единице, лишь немного превышая ее для пара-
магнетиков или не достигая для диамагнетиков. Сюда относятся
все газы, большинство непроводниковых материалов и метал-
лов — медь, алюминий, титан, графит, аустенитные стали и др.
10

Вещества, у которых относительная магнитная проницаемость
значительно превышает единицу, называются ферромагнетиками.
К ним относятся железо, кобальт, никель и сплавы на их основе,
в том числе большинство сталей и чугунов. Для ферромагнетиков
характерна зависимость р от напряженности магнитного поля,
температуры и ряда других факторов, таких, как характер термо-
обработки, предварительное намагничивание и т. д.
С повышением температуры р может несколько снижаться
(в сильных полях) или возрастать (в слабых полях), а затем при
определенной температуре,
называемой точкой Кюри,
резко падает до единицы. Для
сталей точка Кюри равна
740—-780° С, для никеля —
— 360° С, кобальта— 1140° С.
Зависимость р от Н слож-
на и неоднозначна. Разли-
чают несколько видов маг-
нитной проницаемости (ус-
редненная, динамическая и
т. д.), однако при рас-
четах индукторов обычно ис-
пользуется р, определяемая
по основной кривой намагни-
чивания для действующего
значения напряженности ма-
гнитного поля. С увеличе-
нием Н проницаемость быстро
растет, достигает максимума
при некоторой напряженно-
сти Нкр, называемой критиче-
ской, и затем падает, стремясь
Рис. 2. Усредненные магнитные свойства
стали:
/ — кривая намагничивания В — f (Л); 2, 3,
4 — зависимость Н* от Н (значения Hz
надо умножить 105; 10е; 107 соответст-
венно для каждой из этих кривых)
в пределе к единице. В слабых и
средних полях р различных ферромагнетиков существенно раз-
личается (в десятки раз), однако в сильных полях (Н > Якр),
характерных для индукционного нагрева, кривые намагничива-
ния отличаются мало. Усредненная кривая намагничивания для
углеродистых сталей и зависимость Н2 ]/р приведены на рис. 2.
Они позволят связать напряженность поля и р с удельной мощ-
ностью, поглощаемой ферромагнетиком в переменном магнитном
поле. При этом напряженность поля от поверхности в глубь центра
уменьшается и р возрастает. Если поверхностный эффект выра-
жен сильно, плотность тока в ферромагнетике меняется почти
по прямой, а удельная мощность равна
р0 = 1,37-"- Н2е 1(Г3 =	кВт/см2,
ZAg	 IV
где Не — действующее значение напряженности магнитного поля
на поверхности среды, А/см; ре — относительная магнитная про-
11

2. Значения Д, для углеродистой стали при р= 18-10”6 Ом-см [12]
А/см			Глубина проникновения Д, см								
			50	500	1000	2500	4000	8000	10 000	70 0000	440 кГц
100	128	11,6-104	0,27	0,084	0,059	0,037	0,0296	0,021	0,0189	0,71 • IO’2	0,286-10-2
200	67	32,6-Ю4	0,37	0,12	0,083	0,052	0,0410	0,029	0,0261	0,99-10-2	0,394-10-2
400	35,2	95104	0,51	0,16	0,11	0,072	0,0565	0,04	0,0360	1,4-10-2	0,544-10-2
600	24,2	176  Ю4	0,61	0,19	0,14	0,087	0,0680	0,049	0,0435	1,63-10-2	0,655
800	18,4	274•104	0,70	0,22	0,16	0,1	0,0780	0,056	0,0500	1,87.10-2	0,753
1000	15,0	386•104	0,78	0,25	0,17	0,11	0,0865	0,062	0,0550	2,1 • IO'2	0,833
1200	12,7	512-Ю4	0,85	0,27	0,19	0,12	0,0940	0,067	0,0650	2,26-10-2	0,906
1400	11,0	650-104	0,91	0,29	0,2	0,128	0,101	0,072	0,0645	2,4- IO'2	0,975
1600	9,67	793 • Ю4	0,97	0,31	0,22	0,137	0,107	0,077	0,0687	2,6-10-2	1,04
1800	8,65	953•104	1,02	0,32	0,23	0,144	0,114	0,081	0,0727	2,72-10-2	1,10
2000	7,9	11,2- Ю6	1,07	0,34	0,24	0,151	0,119	0,085	0,0760	2,87.10-2	1,15
2400	6,63	14,8•10е	1,17	0,37	0,26	0,165	0,129	0,092	0,0830	3,14-10-2	1,25
2800	5,75	18,8-10®	1,25	0,4	0,28	0,177	0,139	0,099	0,0893	3,35- IO’2	1,35
3200	5,08	23,8• 10е	1,34	0,42	0,3	0,19	0 148	0,106	0,0950	3,6-10-2	1,43
3600	4?55	27,7-10е	1,41 .	0,45	0,315	0,2	0,156	0,112	0,1000	• 3,78-10-2	1,51
4000	4,53	36-10е	1,42	0,46	0,32	0,205	0,157	0,115	0,100	3,8-10-2	1,52

Рис. 3. Зависимость
магнитной прони-
цаемости стали р, и
глубины проникно-
вения тока Д от
удельной мощности
Ро при различных
частотах тока / (ц—
сплошные линии
слева вниз направо;
Д — сплошные ли-
нии слева вверх на-
право; Д—штрихо-
вые линии при мас-
штабе справа; ц =
= f (Н) — штрих-
пунктирная линия)

ницаемость на поверхности,	; р — удельное сопро-
тивление, Ом см; Де — глубина проникновения тока при р = ре
(табл. 2).
Отсюда Н2е = 3,67  106 —~= , где р0 взято в кВт/см2. Зная
2 — Vpf
р0, находим Н2е ]/ре и затем по кривой рис. 2 — Не и ре. В лога-
рифмическом масштабе зависимости ре = f (Не), ре = f (рД и Дг =
= f Ро) близки к прямым и более удобны для использования
(рис. 3).
Если поверхностный эффект в ферромагнетике выражен не-
ярко, необходимо специальное рассмотрение зависимости р. от
Ро [28].
Следует отметить, что магнитная проницаемость сталей аусте-
нитного класса, например стали Х18Н10Т, может отличаться от
единицы (р = 1,54-2,0) из-за наличия остаточного феррита.
5.	Электрическое сопротивление
Известно, что электрическое сопротивление металлов с ростом
температуры возрастает (рис. 4). Для ферромагнетиков наибольшее
изменение происходит при температуре точки Кюри. В дальнейшем
Рис. 4. Зависимость удельного электросопротив-
ления материалов от температуры
рост его замедляется. При температурах выше 1000° С сопротив-
ление сталей различных марок практически становится одина-
ковым. В табл. 3 указаны сопротивления материалов, наиболее
часто нагреваемых индукционным методом [54].
14

3. Удельное сопротивление металлов [54]
Металл	Г, °C	р-106, Ом-см	Металл	Т, °C	р-106, Ом-см
Сталь	20	20			5,8
углеродистая	100	25	Молибден	20	
у = 7,86;	200	33	7= Ю.2;	100	7,1
С = 0,11;	400		С=0,063;	500	18,2
		52			
1 = 0,16			Л = 0,327	900	30
	600	79		1300	41
					
	800 1000	118 122		1700 2100	53
					64
	1200	126		2620 *		
	1300	130			
	1500 *				
					
			Вольфрам	100	6,9
Алюминий у = 2,7;	20 100	2,66 3,86		400	
			у= 19,35;		8,4
	300		С =0,032;	700	16,5
С= 0,21;		5,96			
			X = 0,403	1000	25,7
1 = 0,492	400	8,0			
				1700	41,8
	500	9,6			
				• 2700	98
	600 *	—		3300	120
Медь 7 = 8,93;	20 30	1,682 1,73		3380 *	—
					
С = 0,0909;	100	2,34			
X = 0,945	200	3	Титан	20	47,8
	400	4,8	у = 4,5;	200	106
	600	5,76	С = 0,126;	400	133
	900	8	X = 0,036	600	138
	1000	9,6		800	145
	1083 *	9,89		950	148
				1725 *	—
					
Магний	20	4,7	Цинк	20	6
7= 1>7;	100	5,77	7= 7,15;	100	8
С = 0,258;	200	7,57	С = 0,09;	300	13,2
X = 0,395	600	17,3	X = 0,28	414	17
	650 *	—		419 *	—
15

Продолжение табл. 3
Металл	Т, °C	р-10е, Ом см	Металл	Т, °C	р-106, Ом-см
Никель у = 8,9; С= 0,109; X = 0,22	20 200 400 800 1000 1453 *	6,84 16,2 31,7 44,2 49,1	Серебро у = 10,5; С = 0,056; Х= 1,05	18 100 400 750 960 *	1,63 2,15 4,05 6,7
Примечания: : 2. v (г/см3), С (кал/г-		. Звездочкой отмечены точки плавления. °C) и К (кал/см • с • °C) приведены при температуре 20° С.			
6.	Теплоемкость
Значения теплоемкости можно найти в табл. 3 и 4. С повыше-
нием температуры теплоемкость возрастает. Теплоемкость боль-
шинства чистых металлов лежит в пределах 5,8—6,2 ккал/г °C
4. Значения средней теплоемкости с (кал/г-еС)
в интервале от 50° С до Т для различных сталей [53]
Марка стали	т, °C					
	200	400	600	800	1000	1300
40	0,120	0,129	0,14	0,171	0,166	0,163
У8	0,125	0,132	0,144	0,176	0,170	0,167
ЗОХ	0,121	0,128	0,140	0,168	0,162	0,16
ЗОНЗ	0,12	0,128	0,14	0,167	0,164	0,162
ЗОХНЗ	0,121	0,128	0.143	0,166	0,162	0,16
30Г2	0,118	0,126	0,139	0,164	0,158	0,156
Р18	0,1	0,109	0,118	0,129	0,135	0,137
(г-атом— вес вещества в граммах, равный атомному весу). Сред-
няя теплоемкость в диапазоне температур 50—1300° С равна
0,16 кал/г °С практически для всех марок сталей.
7.	Теплопроводность
С ростом температуры теплопроводность чистых металлов
обычно понижается. Исключение представляют алюминий и не-
которые сплавы, например нержавеющая сталь Х18Н10Т, у ко-
16

торых теплопроводность растет при увеличении температуры.
Теплопроводность всех марок сталей сближается при темпера-
туре выше 800° С. Среднее значение ее для стали (900° С) равно
0,065 кал/см с °С. Значения коэффициента теплопроводности для
некоторых металлов и сплавов приведены в табл. 3.
8.	Температуропроводность
Температуропроводность является расчетной величиной, ха-
рактеризующей скорость распространения температуры и завися-
щей от теплоемкости, теплопроводности и удельного веса материала
в соответствии с формулой а = — см2/с. Температуропровод-
су
ность оказывает значительное влияние на результаты тепловых
расчетов. Поэтому выбирать ее рекомендуется с учетом темпера-
туры нагрева (табл. 5).
5. Значения коэффициента температуропроводности а (см2/с)
для различных сталей [53]
Марка стали	Г, °C										
	50 — 100	150— 200	200— 300	360— 400	450— 500	550— 600	650— 700	750— 800	850— 900	950— 1000	1050— 1100
40	0.13	0,12	0,11	0.095	0.086	0,064	0,053	0,055	0,053	0,055	0,058
У8	0,128	0,11	0,097	0,083	0,078	0,061	0,063	0,055	0,053	0,055	0,058
зох	0,122	0,11	0,1	0,086	0,072	0,058	0,046	0,038	0,055	0,059	0,061
зонз	0,1	0,094	0,092	0,081	0,069	0,056	0,023	0,055	0,053	0,053	0,059
зохнз	0,092	0,089	0,085	0,077	0,065	0,054	0,03	0.061	0,056	0,057	0,058
30Г2	0,126	0,114	0,103	0,09	0,076	0,062	0,05	0,045	0,059	0,06	0,061
Р18	0,072	0,072	0,07	0.066	0,06	0,054	0,05	0.043	0,043	0,055	0,055

Глава II
РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ
1.	Полезная мощность
Часть мощности, передаваемой в проводник, достаточная для
нагрева требуемого объема до заданной температуры, считается
полезной мощностью. Когда известны вес нагреваемого объема
проводника G (кг), температура начальная 7Д и конечная Т2 (°C)
Тем перату ра
Рис. 5. Теплосодержание металлов
продолжительность нагрева (с) и теплоемкость материала С
(ккал/кг °C), полезная мощность определяется уравнением
р^^С(Т T1)G кВт
*н
Для того чтобы уравнение давало точные результаты, следует
брать среднюю теплоемкость в интервале температур Тх—Т2.
В расчетах лучше использовать кривые теплосодержания металла
(рис. 5). Для определения полезной мощности достаточно знать
температуры нагрева Тх и_Т2 и производительность Q (кг/ч). По
кривой для заданной температуры находится удельный рас-
ход q0 (кВт ч/т) и затем Рп = q0Q (кВт). Интересно отметить,
что при нагреве стали до 1400° С половина тепла затрачивается
на нагрев до температуры точки Кюри.
18

2.	Потери тепла на излучение и теплоизоляцию
Часто индукционный нагрев осуществляется на открытом воз-
духе. Поэтому часть тепловой энергии, переданной в проводник,
теряется на излучение. Удельная мощность потерь на излучение
определяется уравнением [23]:
ри = 0,57/?и [(Тп + 273)4 - (То + 273)4] 10~п Вт/см2.
Здесь kK — коэффициент излучения черного тела, зависящий от
материала, его состояния и температуры; Тп, То—температуры
поверхности и окружающей среды в градусах Цельсия.
На рис. 6 приведена кривая максимальных потерь излучения
абсолютно черного тела (kK = 1) в зависимости от температуры
поверхности. Потери с поверхности проводника равны значению,
найденному по кривой при kn = 1, умноженному на коэффициент
излучения материала, из которого он изготовлен.
Так, потери для стали при Тп = 1200° С равны 28-0,8 =
= 22,4 Вт/см3.
Значения kK для некоторых материалов:
Сталь............. 0,8	Чугун ..............0,71
Медь............... 0,15	Шамот (бетон)	0,8
Алюминий	• 0,7
Индукторы, в которых время нагрева до высокой температуры
(например, под ковку, штамповку, прокат) достигает многих се-
кунд или минут, имеют тепловую изоляцию из асбеста, керамики
или жаропрочного бетона (рис. 7).
Изоляция, уменьшая тепловой поток с нагретой поверхности
проводника, предохраняет изоляцию витков индуктора от повре-
ждения. Обычно тепловые потери определяют, считая тепловой
поток через изоляцию стационарным, т. е. температуру на обоих
сторонах стенки изолирующего цилиндра постоянной.
Потери на конвекцию в спокойном воздухе
Рконв= 1,86(ТП-ТОКРГ^.Ю-4 Вт/см2
при Тп > 800° С меньше потерь излучением и, как правило, в рас-
четах не учитываются.
Тогда для цилиндрического индуктора с двухслойной изоля-
цией (шамот—асбест) мощность тепловых потерь определяется из
решения уравнения, учитывающего передачу тепла путем излу-
чения в воздушном зазоре и теплопроводностью через изоляцию
2л7?2 (Тв — 7н) 1	__
рт.и — 4.18 i	d 1	u3
т— In -f- ф- -— In -f-
Лф1	«1	Лф2	”2
= 0,57/гпр [(Тп + 273)4 — (Тв + 273)4] 2л/?2/. 10"11 Вт.
Здесь и Лф2 — коэффициенты теплопроводности материалов
изоляционных цилиндров (кал/см с °C) могут быть приняты для
19

асбеста, шамота и жаропрочного бетона соответственно 0,42 X
X 10"3, (2,53,2) 10 3 и 2,9 10 :1; / — длина системы, см; Т„—
температура на наружной стенке теплоизоляции, СС; dlt d2, d3 —
диаметры цилиндров (см) по рис. 7; R2—радиус нагреваемой
детали, см; /?пр — приведенный коэффициент черноты.
ь _____________________1
пр 1	, 2/?а / 1
кц d3 \ ktl_ ф
где kK и k„ ф — коэффициенты черноты нагреваемой детали и
внутреннего слоя футеровки. Для стали и шамота или бетона
можно принять ==
= *и. ф = 0,8.
Температуру Тн при
водоохлаждаемом про-
воде обмотки можно
Рис. 6. Удельные потери
на излучение: kK = 1 —
для абсолютно черного те-
ла; ktl ~ 0,8 —для стали
Рис. 7. Тепловая изоляция индуктора’для
нагрева кузнечных заготовок:
/ — катушка индуктора; 2 — асбестовая про-
кладка; 3 — заготовка; 4 — футеровка; 5 —
микаинт
принять 50° С. Исключив из уравнения неизвестную темпера-
туру Т„ легко найти Рт и.
При высокой температуре нагрева (Т„ > 1000° С) и большой
толщине изоляции тепловым сопротивлением зазора можно пре-
небречь и считать Тв — Тп, а тепловые потери найти сразу, без
решения уравнения.
Тогда потери тепла, отнесенные к единице поверхности нагре-
ваемой заготовки радиусом /?2(см), равны
Гв-Тн
1
Рот.и^4.18-
|птг + 1-------и
\ Лф1 Uj Л.ф2	“2
В т/см2.
20

Мощность Рот.и Должна быть всегда меньше мощности потерь
с открытой поверхности детали (р0 т и < ри + рКОНЕ). Если это
условие не соблюдается, расчет следует вести по полной формуле
ПЛИ ПРИНЯТЬ рОт.и = Р„ + Рконв-
Обычно тепловые потери через футеровку составляют не более
10—15% от мощности, передаваемой в проводник. С увеличением
наружного диаметра изолирующего цилиндра (толщина стенки)
потери уменьшаются, но одновременно падает и электрический
к. п. д. индуктора. Расчеты показывают, что полный к. п. д. ин-
дуктора остается в допустимых пределах при отношении dx/d3 =
= 1,4ч-1,8 при нагреве стали до Тп = 1200° С.
3.	Режимы нагрева
При индукционном нагреве рассматривается выделение тепла
только от вихревых токов. Тепло, выделяемое за счет потерь на
гистерезис, играет весьма малую роль и, как правило, не учиты-
вается.
Мощность, передаваемая индуктором, зависит от напряжен-
ности магнитного поля на поверхности среды, магнитной прони-
цаемости, сопротивления и частоты тока.
В практике встречаются различные случаи нагрева, которые
условно можно разделить на три типа.
1.	Нагрев ферромагнитных материалов до температуры ниже
точки Кюри — «холодный» режим.
2.	Промежуточный режим, при котором поверхностный слой
толщиной хк, прогретый до температуры выше точки Кюри,
меньше, чем горячая глубина проникновения (Дг). Переменными
являются р и ц, причем магнитная проницаемость изменяется
почти скачком на границе прогретого слоя. К этому режиму сле-
дует отнести нагрев под закалку, когда глубина закаленного слоя
меньше Дг.
3.	«Горячий» режим—сечение проводника прогрето до темпера-
туры выше точки Кюри на глубину больше 1,5ДГ; р можно считать
постоянным; ре = 1. К этому же режиму можно отнести нагрев
немагнитных материалов.
4.	Мощность, поглощаемая нагреваемым телом
Считаем, что индуктор имеет большую длину lr dj и, сле-
довательно, создает однородное магнитное поле с напряжен-
и IW „	л
ностью п 0 = ~j- . Различные тела, помещенные в это поле, будут
поглощать разную мощность в зависимости от своих размеров,
материала и его состояния, а также частоты тока.
Холодный режим (температура ниже точки Кюри).
Магнитная проницаемость данного материала на поверхности
зависит только от напряженности Н0. С углублением внутрь
21

металла магнитная проницаемость возрастает из-за уменьшения
интенсивности поля. Вследствие этого поглощаемая мощность
будет больше, чем при постоянном р. (р — const = pf).
Работами Л. Р. Неймана [28] и А. Е. Слухоцкого [39] пока-
зано, что для полубесконечной среды и р = var активная мощ-
ность примерно в 1,37 раза больше, чем при р = const, а реактив-
ная примерно остается той же самой.
р0 = 1,37-^-775 Вт/см2,
где Ае вычислено при р — ре. Значение рс может быть найдено
в зависимости от Но по кривым намагничивания или по табл. 2.
Для углеродистой стали с р = 18 10~6 Ом см значения р0
при различных частотах приведены в табл. 6. Для других удель-
ных сопротивлений мощность будет отличаться в & -= J/^jp_6 раз.
6. Значения р„ Вт/см2 (для холодного режима)
при р^ 18-10-8 Ом-см (0° С) [12]
^0 А/см	Л0 Вт/см3 при различных частотах в Гц						
	50	500	1000	2500	8000	70 000	450 000
100	0,9	3	4	6,5	9,3	34	87
200	2,5	8	11	18	33	95	248
400	7,5	24	34	53	96	280	713
600	14	24	63	100	178	530	1 340
800	21	68	97	153	276	840	2 060
1000	30	97	144	218	392	1150	2 930
1200	41	130	187	290	520	1530	3 900
1400	52	168	242	368	660	1950	4 930
1600	63	200	284	448	802	2370	6 000
1800	76	240	342	540	970	2960	7 250
2000	90	284	405	636	1140	3370	8 500
2400	141	375	545	840	1500	4530	И 200
2800	150	470	670	1060	1900	5600	14 200
3200	183	580	839	1300	2310	6850	17 400
3600	237	710	1060	1680	3000	8500	22 400
Обычно при нагреве на повышенной частоте ре велика, поверх-
ностный эффект ярко выражен и формула для полубесконечной
среды может быть использована для тел всех конфигураций.
В противном случае (минимальный размер поперечного сечения
тела не превышает AJ расчет резко усложняется и здесь не при-
водится.
22

Исключение представляют сплошные тела с толщиной (радиу-
сом), меньшей Ае, для которых можно считать р, = ре = const
и расчет проводить, как для однородной среды (см. горячий
режим). Для тонкостенных труб из магнитного материала расчет-
ные формулы приведены у Н. М. Родигина [36].
Таким образом, в холодном режиме активная и реактивная
мощности равны:
Ра = 1,37Л/Я0^- 10"3 кВт,
РР = Т% =	i°-3 квар.
Здесь П — периметр поперечного сечения тела.
Промежуточный режим (двухслойная среда). Для
этого режима характерно наличие наружного «горячего» слоя
^-толщиной хк < 1,5АГ, имеющего параметры р = р2 и р. = 1, и
внутреннего, магнитного слоя, проницаемость которого зависит
от напряженности Не на границе раздела слоев. При нагреве
стали обычно можно считать удельные сопротивления слоев оди-
наковыми и равными сопротивлению горячего слоя — р2.
Соотношение напряженностей на поверхности тела —• Но и на
границе сред — Не зависит от относительной толщины первого
слоя ~ и интенсивности поля (табл. 7).
д2
7. Действующие значения напряженности магнитного поля
на поверхности среды [12]
Но А/см	не для										
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
100	100	—	—	—	618	754	892	1033	1177	1326	1480
200	200	—	599	750	944	1144	1346	1553	1765	1985	2213
400	400	643	914	1100	1472	1762	2060	2365	2680	3006	3350
800	800	1150	1530	1930	2320	2760	3200	3650	4110	4610	5130
1200	1200	1632	2100	2570	3110	3635	4190	4760	5360	5985	6650
1600	1600	2100	264 0	3210	3810	4430	5080	5750	6440	—	
2000	2000	2560	3170	3820	4490	5195	5920	__	—	—	__
2400	2400	3018	3680	4390	5135	—		—	—	—	—
2800	2800	3465	4180	4990	—	—	—	__	—		—
3200	3200	3915	4690	__	—	__	—	—	—	—	—
3600	3600	4355	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Будем считать, как и прежде, что размеры внутреннего «хо-
лодного» слоя больше глубины проникновения тока в него— Ае,
что позволяет использовать формулы для полубесконечной двух-
слойной среды [28 ] при любой форме сечения детали. Обычно на
23

практике это условие соблюдается. Нужно отметить, что для тон-
костенных труб (т2 <С Дг) двухслойная среда очень кратковре-
менна и расчет этого режима производить не следует.
Активная и реактивная мощности могут быть найдены по фор-
мулам:
Ра = -^Пе1Н1у 10"3 кВт ,
Рр = Пе1Н^ 10~3 квар.
Здесь Пе— периметр сечения тела; Д2 = 5030	— глубина
проникновения тока в материал первого слоя («горя-чая» глубина
проникновения), см.
Коэффициенты <р и ф, учитывающие влияние второго слоя,
приведены в табл. 8 и 9 в зависимости от напряженности на гра-
нице раздела сред — Не. При большой толщине первого слоя
(хк > 1,5Д2) влияние второго слоя мало и <р = ф = 1.
Для вычисления Ра и Рр при заданных Но, хк, Д2следует найти
Не = f ^Но, -у-) по табл. 7, определить ср и ф = [ ^Не, -у-) по
табл. 8 и 9 и затем рассчитать величины мощностей.
8. Значение функции ф [12]
Но А/см	*К/Дз									
	0,1	0,2	0.3	0.4	0.5	0,6	0,7	0,8	0,9	1.0
100	—	—	—	2,185	1,815	1,56	1,386	1,242	1.14	1,067
200	—	3,405	2,575	2,08	1.75	1,516	1,345	1,225	1,13	1,06
400	4,06	2,98	2.355	1,946	1,662	1,458	1,310	1,199	1,115	1,052
800	3,21	2,546	2,10	1,81	1,557	1,386	1,26	1,17	1,083	1,04
1200	2,783	2,30	1,974	1,68	1,486	1,337	1,226	1,144	1.08 -	1,083
1600	2,505	2,115	1,819	1,60	1,43	1,298	1,201	1,13	—	—-
2000	2,3	1,98	1,727	1,535	1,385	1,272	—	—	—	—
2400	2,14	1,87	1,65	1,48	—	—	—	—	—	—
2800	2,01	1,777	1,585	—	—	—	—	—	—-	—
3200	1,91	1,700	—	—	—	—	—	—	—	—
3600	1,82	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Пример. хк = 0,5Д2, Но = 750 А/см, р2 = 10“4 Ом-см, f = 2500 Гц. На-
ходим 100 А/см, <р = 1,815, <р = 0,511, Д2 = 1 см.
Величины мощностей:
10“ 4
Ра =	Ле/-1002-1,815-10'»=1,815-10-3 кВт;
10'4
Рр = -у— пе1.1002-0,511 • 10-3 = 0,511 • 10-3 квар.

9. Значения функции ф [12]
Но А/см	хк/Д2									
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
100	—	—	—	0,513	0,511	0,535	0,566	0,618	0,665	0,73
200	—	0,917	0,660	0,577	0,563	0,575	0,607	0,648	0,690	0,735
400	1,117	0,996	0,745	0,650	0,623	0,628	0,652	0,685	0,724	0,763
800	1,578	1,042	0,819	0,734	0,690	0,688	0,705	0,733	0,761	0,797
1200	1,44.4	1,052	0,868	0,764	0,730	0,724	0,737	0,760	0,788	0,819
1600	1.399	1,047	0,875	0,792	0,759	0,753	0,763	0.785	—	__
2000	1,34	1,038	0,885	0,810	0,780	0,775	—	—		—
2400	2,288	1,029	0,892	0,825	—	—	—	—	—	—
2800	1,240	1.019	0,898	—	—		—	—	—	—
3200	1,202	1,008	—	—	—		—	—	—	—
3600	1,172	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Из примера видно, что при двухслойной среде активная мощ-
ность в нагреваемом теле может быть больше, чем реактивная.
Поэтому при нагреве стали cos <р индуктора обычно максимален
в промежуточном режиме, особенно при малых зазорах индуктор—
деталь.
Горячий режим. В электрическом расчете считаем,
что все сечение тела имеет постоянные р2 и р, = 1. Расчет исполь-
зуется для горячей стали (Т > 750° С) и немагнитных материалов
при любой температуре. В горячем режиме сечения обычно соиз-
меримы с глубиной проникновения Д2 и поверхностный эффект
нельзя считать ярко выраженным. Расчетные формулы для Ра и Рр
принимаются в том же виде, что и для ярко выраженного поверх-
ностного эффекта, а относительные размеры сечения учитываются
с помощью поправочных коэффициентов Ф, Чг, G, Q, М или N,
зависящих от формы сечения и частоты.
Для сплошного цилиндра радиусом /?2 и длиной /2 (см):
Ра =	2л7?2/2ЯоФЮ“3 кВт;
Рр =	2л/?2/2Н^1(Г3 квар.
Коэффициенты Ф и V (табл. 10) зависят от относительного радиуса
Для тела прямоугольного сечения Л2 х Ь2 (см):
Ра =	2 (й2 + b2)HlGiQT3 кВт;
Рр = -^==^-2(/г2 + 62)Я&,(Г3 квар,
25

10. Значения Ф и V [12]
т	ф		т	4-	ф
0	0	0	3,2	0,785	1,05
1	0,086	0,69	3,4	0,8	1,03
1,2	0,144	0,815	3,6	0,81	-1,02
1,4	0,218	0,92	3,8	0,82	1,01
1,6	0,305	1,0	4,0	0,825	1,01
1,8	0,4	1.06	5,0	0,855	1,0
2,0	0,49	1,09	6,0	0,88 •	1,0
2,2	0,57	1,1	7,0	0,895	1,0
2,4	0,64	1,11	8,0	0,91	1.0
2,6	0,69	1,09	9,0	0,92	1,0
2,8	0,735	1,07	10,0	0,93	1,0
3,0	0,765	1,06		1,0	1,0
Рис. 8. Функция G [32]:
I — b/h = со; 2 — b/h =10; 3 —
b/h—4\ 4 — b/h = 2; 5 — b/h = 1
ны стенки, то значения
Коэффициенты G и Q = f
приведены на графиках (рис. 8 и 9).
Для полого цилиндра с наруж-
ным радиусом К 2, толщиной стенки
т2, длиной /2 (см):
р = ф-2л/?2/2ЯоЛ-[1О'3 кВт;
<1	/\	Л a v	’
^2
Рр = -Ь- 2л7?2/2ЯоЛ4О'3 квар,
где N и М — коэффициенты, зави-
сящие от относительных размеров
сечения цилиндра: k =	— и
С. «— -«SSJ®	^2 Т2
От
г = -£ (из рис. 10, 11).
а2
Если радиус больше глубины
проникновения (k < 0,15) и толщи-
М и IV легко найти аналитически:
sh z + sin z -|- 2/е2 (sh z — sin z) + 2k (ch z — cos z) .
ch z — cos z 4- 2k2 (ch z + cos z) + 2k (sh z + sin z) ’
sh z —i, sin z 2k2 (sh z -[- sin z) 4- 2k (ch z 4- cos z)
ch z —'cos z 4- 2fe2 (ch z 4- cos z) + 2& (sh z 4- sin z)~"
Следует иметь в виду, что при слабом поверхностном эффекте
(низкая частота) все коэффициенты (Ф, G, Q, М, N) стремятся
26

Рис. 9. Функция Q [32]:
/ _ b/h = оэ; 2 — b/h = 10; 3 - b/h = 4; 4 — b/h = 2;
5 — b/h = 1
							
Vos'							
0.2							
0,4									
0,6						^,0.8	№/
0.8							
« = /						\0,06 o>04	^^-0.0 4ГГ0,4
					\ e		- 0,2	 0,1
					*--0,01		
0.01	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	1	2	5
^2
Рис. 10. Функция N
27

к нулю, а при ярко выраженном поверхностном эффекте (т 1,
Ь2 Д2> т2	А2) приближаются к единице.
Для сплошных тел при низкой частоте (р = const = ре) расчет
проводится по формулам для горячего режима, только вместо Д2
берется Дг. Полная мощность во всех случаях равна Р =
= ]/>2а + .Рр.
Активная мощность, передаваемая индуктором в заготовку,
должна быть такой, чтобы обеспечить требуемую полезную мощ-
ность и компенсировать тепловые потери: Ра = Р„ 4~ Рт п.
5.	Расчет параметров системы индуктор—деталь
Основной задачей расчета электромагнитной системы для ин-
дукционного нагрева является определение входных параметров
нагруженного индуктора: активного и реактивного сопротивлений,
к. п. д., коэффициента мощности, тока, напряжения и числа витков
по заданным геометрическим размерам (рис. 12), частоте тока,
мощности и электрическим свойствам материала индуктора и де-
тали. Поскольку индуктор и деталь образуют систему с распре-
деленными параметрами, понятия сопротивлений не являются
однозначно определенными, а обязательно относятся к схеме за-
мещения, представляющей собой электрическую цепь, которой
заменяется нагруженный индуктор. Каждое сопротивление харак-
теризует активную или реактивную мощность в том или ином
объеме реальной системы. В расчетах используется обычно два вида
сопротивлений. Если разделить мощность в детали (Ра или Рр}
на (И()Г)2, то получим сопротивления детали (г2 и х2м), приведен-
ные (отнесенные) к намагничивающему току на ее поверхности
(/„ = Яо0. Эти сопротивления иногда неточно называют соб-
28

ственными. Если вместо /н взять ток индуктора /и, то получим
приведенные к индуктору (или вносимые) сопротивления г% и х2м-
Для активного сопротивления детали
В результате расчета нужно найти вносимые сопротивления r-i
и Х2м- Сопротивления г2 и х2зл являются промежуточными и опре-
деляются по приведенным ранее формулам для Pz и Рр.
Величина С называется коэффициентом приведения параметров
и характеризует длину системы. Коэффициент приведения всегда
Рис. 12. Геометрические размеры системы индуктор—деталь
меньше единицы и лишь при большой длине системы (1г
и 1г = /2) стремится к ней.
Приведенные рассуждения справедливы лишь при условии,
что магнитное поле на поверхности детали однородно (Но — const).
Это допущение принимается при всех приближенных расчетах.
Лишь в последнее время появились расчеты по методу наведен-
ных э. д. с. [26, 27 ], в которых неоднородность поля учитывается
заранее. Эти расчеты дают точные результаты, однако они раз-
работаны только для простых индукционных систем.
Во всех приближенных методах сначала определяются вели-
чины г и х2м, которые затем пересчитываются в г2 и Х2М, т. е.
приводятся к току индуктора. Существующие методы отличаются
только способами приведения сопротивлений детали. Из них наи-
более распространены три метода — метод связанных контуров,
поправочных коэффициентов и метод общего потока. При любом
способе расчета предварительно определяются параметры пустого
индуктора — Гл и хг.
Сопротивления пустого индуктора. Если специально не огово-
рено, то принимается, что индуктор изготовлен в виде однослойной
29

катушки из медной трубки. Для индукторов следует исполь-
зовать только электротехническую медь марок МО или Ml, так
как наличие нежелательных добавок, например фосфора, резко
увеличивает ее удельное сопротивление. При рабочей темпера-
туре (204-50) °C сопротивление меди Ml можно считать р = (1,84-
4-2) 10’6 Ом-см. Трубка индуктора обычно профилируется на
прямоугольник. Принято считать, что в наружных индукторах
основная часть тока протекает по стенке
трубки, обращенной в сторону детали.
Тогда для индуктора длиной /15 из w
витков трубки с толщиной стенки тг (см)
активное сопротивление равно
Р1П^>2 h
Кг1'
где Ах— глубина проникновения тока
в медь; Пэ—-эквивалентный периметр
окна индуктора:
для цилиндрического индуктора
с внутренним радиусом R^
Пэ = 2л/?!;
для прямоугольного индуктора с окном /ц X Ъг
Пэ - 2 (/ij + b± + 2А).
Коэффициент увеличения сопротивления krl учитывает тол-
щину стенки трубки (рис. 13). Его минимальная величина, равная
11. Оптимальная и предельная толщина трубки индуктора
Толщина трубки. ММ	Частота тока, Гц					
	50	500	1000	2500	8000	70 000
Предельная	12—28	3,7—8,4	2,9—6,5	1,8—4	1—2,3	0,35—0,8
Оптимальная	16	5	3,6	2,3	1,3	0,4
Т1
Ат
0,92, соответствует
1,6. Поскольку минимальному гг
соответствуют минимальные потери тепла, толщину трубки сле-
дует брать в пределах тг = (1,254-2,8) Ах (табл. 11).
Для индукторов промышленной частоты изготовляются спе-
циальные неравностенные трубки (табл. 12). Иногда для этой цели
используют равностенные трубки толщиной тг = (Зн-4) мм. По-
скольку на частоте 50 Гц Ах = 10 мм и поверхностный эффект
30

в проводе выражен слабо, для однослойных обмоток гг (Ом) можно
определять, как на постоянном токе:
'1 — ё >
12. Сложные профили токопроводов
для индукторов
промышленной частоты тока
А	с	d
22	28	14
24	30	16
25	32	18
28	34	20
30	36	22
32	38	24
34	40	26
36	42	28
16	22	8
18	24	10
20	26	12
Размер сечения
мм
где So—площадь поперечного сечения меди проводника.
В формуле для гг на повышенной частоте обычно в знаменатель
вводится величина g — коэффициент заполнения индуктора
медью по длине. Изучение
распределения плотности то-
ка и потерь в проводни-
ках в зависимости от фор-
мы трубки и зазора между
витками показало, что гг на
повышенных частотах слабо
зависит от g в обычно исполь-
зуемом диапазоне (0,6 g
®g:0,9). Поэтому коэффициент
g из формулы исключен.
Форма проводника (прямо-
угольная или круглая труб-
ка) также не дает существен-
ных различий в гх, однако
прямоугольное сечение обес-
печивает большую площадь
окна для охлаждающей воды
при том же коэффициенте g.
Расчетные формулы для
цилиндрического индуктора:
1,757?! iQis2
А
/гг, 10~® Ом.
Аналогично для индуктора прямоугольного сечения высотой
окна hlt шириной и длиной /х
Г1 = 2Р1	+ k j 0-8 Ом
Реактивное сопротивление индуктора определяется по извест-
ной формуле:
А = соро kxl,
где со = 2л/— круговая частота; Sx— площадь окна индуктора,
ограниченная эквивалентным периметром, см2; kxl — поправоч-
ный коэффициент самоиндукции, зависящий от длины индуктора
(рис. 14).
31

Расчетная формула для цилиндрического индуктора:
лу 24,8 • 10-8  -fRlW . Ом.
/j + 0,97?}
Здесь принято
kxl
1
1 + 0,9/?1//1 ’
Для индуктора прямоугольного сечения
торов прямоугольного сечения
Рассмотрим основные методы расчета вносимых сопротивлений
детали.
Метод связанных контуров. Метод основан на аналогии индук-
тора и детали с двумя связанными катушками. Вторичная ка-
тушка, заменяющая деталь и имеющая один виток с радиуосм /?2
и длиной /2, замкнута на сопротивление г2, определенное для
отрезка длинного индуктора. Конечная длина индуктора и детали
учитывается поправочными коэффициентами. Полное сопротивле-
ние индуктора
2н = Г г 4-	/ (Xj -- X2Mkx2W2 X2W2)-,
здесь kr2 и kx2 — поправочные коэффициенты активного и ре-
активного сопротивлений детали (рис. 15, 16); х2м—индуктив-
ное сопротивление потоку внутри детали;
Y __ шВо1<>2 /
^2 '—	/	' ^Л'2»
12
где S2—площадь сечения детали по внешнему периметру.
32

33

13. Формулы для определения активных и реактивных сопротивлений нагреваемых тел различной формы
Сопротивле- ние	Режим		d 2		ь2	~/ \л>	21	Коэффициенты
								
Активное г2	Холодный	8,6 -Ь-	86_£2_ Jk ^2	2 74 Рз	+ 2 Ag	/2				Ле в табл. 2
	Промежуточный	6,28<Р Л2 12	6,28 -£2-2кф	9 Р2 Ь2 4- 112 2	/2				<р в табл. 11
	Горячий режим или немагнит- ные материалы	6,28-Ь--Ф- & ^2	^2	6,28 2 li	2 Р2 b2 + hi q Л2 I2				Ф в табл. 10, G из рис. 8, М из рис. 11

w (JI	Индуктивное сопротивле- ние потоку внутри заготовки Х2М	Холодный-	6,28 Р2 А2 *2	6,28-^--^- Д2 12
		Промежуточный	6'28 4, G *	6,28
		Горячий режим или немагнитные материалы	6,28-^--^^ Д2 2	6,28	N Л2 «2
	Индуктивное сопротивление в зазоре между индуктором и заготовкой xs		24,8.10-8/		- *2	
	Индуктивное сопротивление обратного замыкания х0		24,8-10“8 /	* 11	^2^X1	

	„ Pi b2-\-h2 Ae h	i|> в табл. 12	
	2 Pa h+h2 Aa	I %		
	n Pa b2 4- h2 Z Д	/	ч /л2	*	2	’F в табл. 10, N из рис. 10, Q из рис. 9	
	7,9-10-8/ 2	—	
	7,9-10-8 ^2^X1	kxl из рис. 14	

Для цилиндрических деталей
х2 ~ 24,8-10_-Д £л2 Ом.
‘2
Коэффициенты kr2 и kx2 зависят
размеров индуктора и детали:
только от геометрических

и применимы лишь при /2 При нагреве прямоугольных тел
вместо HL и Т?2 следует брать и 2/г.,. Метод не является универ-
сальным, так как и kx2 не зависят от частоты тока и свойств
нагреваемой детали. Однако он является самым простым и может
применяться для индукторов большой длины (/т > 5/?!).
Метод расчета по общему потоку. [27]. .Метод основан на
составлении и расчете магнитной схемы замещения нагруженного
индуктора. Допускается, что все его витки охвачены одним
общим потоком. Участок прохождения магнитного потока по
детали и по зазору вдоль ее поверхности является полезным и
рабочим, а участок внутри индуктора, но вне детали (при
> h) и снаружи индуктора — участком замыкания потока.
Сопротивления, обусловленные наличием зазора (xs) и детали
(г2 и х2м), рассчитываются как для отрезка длиной /2 бесконеч-
ной системы (если /2 > /х, то условно считаем /2 — /J. Расчет
прост и универсален. Ошибка расчета обычно не превышает
8% по хн и 10—15% по ги.
Полное сопротивление индуктора равно
z'h = Г1 -Н r^Cw- + jC (xs + х2м) +
где х0 — сопротивление обратного замыкания; С — коэффициент
приведения параметров;
х-г • С —	4
11 - №1	г:2 + (х0 + Xs + х2м)-
Формулы для расчета г2, х2м, х0 и xs сведены в табл. 13.
Порядок электрического расчета индуктора следующий.
1.	По электрическим свойствам определяем глубины проник-
новения:
Ах = СМ;
Г/
Д2 = 5030 см (см. табл. 1);
Ае = /(р2, р0 или Но) — по табл. 2.
36

Если Рз > 18 10 6, то полученное Де нужно увеличить в
V 18-10-е ра3'
2.	Находим расчетные геометрические размеры индуктора и
детали в каждом режиме в соответствии с табл. 13. В горячем
режиме расчетные размеры детали равны истинным.
3.	По формулам табл. 13 рассчитываем сопротивления г2, х2ы
и xs и вычисляем коэффициент С.
4.	Находим активное сопротивление пустого индуктора
5.	Сопротивления нагруженного индуктора:
zK = Г1  [ г2Сш2;
-?н = Г гн + Хн .
6.	Электрический к. и. д.
7.	Коэффициент мощности
cos .
8.	Активная и реактивная мощности индуктора:
U2 г
Ра н = -’V Ю-з кВт,
а. н г2
н
Рр.и — Ю 3 квар.
н
9.	Ток индуктора
/
‘к г ’
10.	Число витков. Если число витков заранее неизвестно,
в расчете полагаем w — 1 и затем число витков находим по фор-
муле
где Ра. н — мощность в кВт; z„ и г„ — сопротивления при w = 1.
37

11.	Пересчет индуктора. Индуктор будет потреблять мощ-
ность Ра. и вместо Ра. и при том же напряжении, если изменить
число витков
w' — W ~1 f .
V Ра. и
Индуктор с числом витков w' вместо w будет потреблять ту же
мощность, если на нем изменить напряжение U„ =	
6. Выбор частоты и размеров индуктора
Выбор частоты является одним из наиболее ответственных мо-
ментов при проектировании индукционных установок. Он опре-
деляется требованием высокого электрического к. п. д. как индук-
тора, так и всей установки, необходимостью получения заданного
распределения температуры по сечению детали, наличием и тех-
ническими данными оборудования (преобразователей требуемой
мощности, конденсаторов, контакторов). Окончательно частота
выбирается по результатам технико-экономического анализа.
Однако основные требования к частоте определяются системой
индуктор—деталь. При поверхностной закалке для получения
высокого термического к. п. д. и хорошего качества термообра-
ботки необходимо обеспечить так называемый глубинный тип
нагрева, при котором горячая глубина проникновения тока Д2
в один—три раза превышает толщину нагреваемого под закалку
слоя. Отсюда рекомендуемый диапазон частот равен
где хк — глубина закаленного слоя в см.
При сквозном нагреве противоположные требования предъяв-
ляют условия равномерного нагрева по всему сечению и высокого
электрического к. п. д. При понижении частоты равномерность
нагрева повышается, т. е. время нагрева может быть сокращено.
Однако, начиная с некоторой частоты, распределение мощности ста-
новится постоянным, при этом время нагрева является минимально
возможным. Для сплошных тел (круглого и прямоугольного се-
чений) при переходе от низкой частоты к высокой, при которой
вся мощность выделяется в тонком поверхностном слое, время
нагрева увеличивается примерно в 1,8—2 раза при той же равно-
мерности нагрева.
Зависимость электрического к. п. д. от частоты довольно сложна
и определяется характером детали и ее состоянием. Для сплош-
ных деталей (круглых и прямоугольных) к. п- д. обычно растет
с повышением частоты, стремясь к предельному значению. Для
полых цилиндров и широких пластин существует оптимальная

частота, при которой к. п. Д. максимален. При нагреве ферро-
магнитных тел к. п. д. зависит от частоты косвенно, через ре.
Одна и та же удельная мощность будет передаваться на более вы-
сокой частоте при меньших напряженностях Н0. Это приведет
к росту ре, и, следовательно, повышению г2 и т]и.
Используя полученные ранее формулы для т]и, можно написать
выражение
1________________1_______
Т,И“ 1 + ’
Сг2№2 ^стп2 V р2р2
из коэффициентов (<р, Ф, М, G), относящийся к дан-
и виду детали.
В 2 (при по-
всегда может быть взято
Рис. 17. К. п. д. индуктора при
нагреве еплошного цилиндра
где Y — один
ному режиму
В приведенной формуле от частоты зависят krl,
стоянстве р0), С и Г. Поскольку kt
близким к оптимуму, а С мало за-
висит от f, частотная зависимость т]и
определяется в основном коэффи-
циентом V. Наибольшему значению Г
соответствует максимум т]и: При по-
вышении частоты Г стремится к еди-
нице и к. п. д. достигает своего пре-
дельного значения
'|еи,=	27,'[/7Г;
ГС/72 У р2
здесь ра равна единице.
Предельный к. п. д. зависит только от геометрических размеров
системы и удельного сопротивления р2.
Сплошной цилиндр радиусом /?2. При ц2 = 1 и X = Ф частотная
зависимость т]и определяется видом функции Ф = f(f) (см. табл. 10).
Качественный характер кривой т]и = f (tri) приведен на рис. 17.
Из рисунка следует, что к. п. д. приближается к предельному
уже при т =	= 6 или R2 > 4Л2, при т < 2,5 резко па-
даст. Оптимальным можно считать диапазон 2,5 пг <7 5, в ко-
тором к. п. д. остается близким к предельному при удовлетвори-
тельной равномерности нагрева. Отсюда частота для нагрева
стальных деталей (р = 10-4 Ом см) равна
7500 _ £ _ 310* г
Гц.
Rl Rl
При отсутствии подходящего оборудования в этом диапазоне
частоту следует брать выше, одновременно увеличивая время на-
грева.
К. п. д. индуктора, длина которого больше диаметра, можно
вычислить достаточно точно, пользуясь графиками рис. 18 и 19 1591.
Для этого следует проделать следующее:
39


Рис. 19. К- п. д. системы индук-
тор—деталь в зависимости от С2~
=Cj /рр
Рис. 18. Вспомога-
тельная величина С\
40

найти отношение диаметра проводника к внутреннему диа-
метру индуктора d2/dx;
определить отношение внутреннего диаметра индуктора к его
длине djli,
вычислить квадратный корень пз произведения электрического
сопротивления проводника на его относительную магнитную про-
ницаемость (]/р2|-ч);
найти отношение диаметра проводника к глубине проникнове-
ния тока (d2/A2);
по кривым графика рис. 18 найти вспомогательную величину С\;
вычислить вспомогательную величину С2 = Сх 1/р2р2;
по графику на рис. 19 найти к. п. д. индуктора.
Рис. 20. Максимальный к. п. д. индуктора при на-
греве материалов с различными значениями р. Для
стали при р = 1
Пример. Вычислить к. п-. д. индуктора d1 = 65 мм, /х = 75 мм, в котором
нагревается цилиндрическая заготовка из немагнитной стали d2 = 50 мм, Z4 =
= 75 мм, р2=74-10-6, частота 10 000 Гц. Рассчитаем: d2/d1 = 0,77\ djl^ —
= 0,87; КрДЦ = 8,6- IO’3; Д2 = 5030 1/-Ц = 0,43 см; Ц2'Д2=11,6. По
Г 112/
графику рис. 18 находим Сх = 0,6; С2 = 5,2-10 3. Тогда по графику рис. 19
Цэ = 82%.
При уменьшении длины индуктора к. п. д. снижается из-за
уменьшения коэффициента приведения С.
Из графика следует, что увеличение зазора приводит к за-
метному снижению к. п. д., особенно при низкой частоте (/и < 2,5).
Кроме того, сильно падает коэффициент мощности индуктора и
увеличивается конденсаторная батарея.
Явление резкого падения к. п. д. индуктора при т < 2,5 мо-
жет быть использовано на практике для выравнивания темпера-
туры неравномерно нагретой по длине заготовки из ферромагнит-
ных материалов с последующим догревом на более высокой частоте
или в случае, когда требуется нагрев только до температуры
точки Кюри без опасения перегрева. Для этого частоту подбирают
так, чтобы в горячем режиме глубина проникновения не превы-
шала радиус детали. В холодном режиме ре велико и нагрев про.
41

исходит интенсивно. С потерей магнитных свойств т снижается
(m < 1,4) и нагрев практически прекращается. Этот способ ста-
билизации температуры требует осторожности, так как при пере-
ходе в горячий режим ток индуктора может сильно возрасти из-за
падения z,„ и мощность, потребляемая индуктором, снизится мало
при резком увеличении потерь в индуктирующем проводе.
На рис. 20 показан максимально возможный к. п. д. при на-
греве немагнитных материалов с разными значениями электро-
сопротивления. Предполагается, что djЛ2 = оо.
Заготовки прямоугольного сечения Так как Г = G, то зависи-
мость к. п. д. от частоты можно проследить по рис. 8. Для широких
пластин (Ь2/h2 —> оо) максимум к. п. д. соответствует й2 = лЛ2, т. е.
частоте f = 8,1 106 p2/ii. Нагрев квадратных заготовок аналогичен
нагреву цилиндра с той же площадью сечения. К. п. д. индукторов
для нагрева прямоугольных тел обычно выше, чем цилиндриче-
ских, не только за счет различия коэффициентов G и Ф, но и из-за
лучшего соотношения периметров деталей и индукторов.
Полый цилиндр с наружным радиусом /?2 и толщиной стенки т2.
К. п. д. длинного индуктора определяется формулой
1
т1и =-----Б----7=^-
1 + _pl
- Т VO Р2
Для полых цилиндров, в отличие от сплошных, имеется опти-
мальная частота, при которой к. п. д. максимален. Этот максимум
заметно выражен лишь при малых толщинах стенки (т2	0,27? 2):
с ___4,4- 107р2 р
/опт R2x2 Ц-
Максимум к. п. д. является пологим, и возможны значитель-
ные отклонения от оптимальной частоты без заметного падения
к. п. д., и можно рекомендовать следующие пределы:
2,5107р2	f 10107р2
/?2т2	^?2т2
Уменьшение частоты приводит к резкому падению к. п. д.
С увеличением частоты выше указанного диапазона к. п. д. падает
до минимума при т2 = -у Л2 и затем немного снова поднимается,
стремясь к предельному значению для сплошного цилиндра.
Для коротких индукторов (/1<47?1) при нагреве деталей
всех видов желательно увеличение частоты по сравнению с реко-
мендованной. Это увеличение может достигать полуторакратной
величины.
Например, при нагреве полых цилиндров в коротких индук-
торах (Д < 27?j частоту следует брать в диапазоне
4,5-107р., < ,	15- Ю7ра
/?2Tg	^2*^2

Глава III
ПЛАВКА МЕТАЛЛОВ
1.	Бессердечниковые печи средней частоты
Теория индукционных печей наиболее полно изложена в ра-
ботах С. А. Фарбмана и И. Ф. Колобнева [461. Для плавки черных
и цветных металлов известны два типа индукционных печей:
канальные с железным сердечником и бессердечниковые. Каналь-
ные печи промышленной частоты — самые дешевые по капиталь-
ным и эксплуатационным затратам, требуют минимальной
площади и низкой квалификации обслуживающего персонала. Не-
обходимость наличия металла в канале для пуска печи создает из-
вестные неудобства. Канальные печи практически не применяются
для периодической плавки. Однако они оказались весьма удоб-
ными в дуплекс-процессах в качестве миксеров для выдержки и
доводки чугуна. Конструкция канальной печи почти полностью
исключает окисление металла и позволяет накапливать большие
его количества при совершенно однородном химическом составе
и выдерживают постоянную температуру разлива. В СССР вы-
пускаются канальные печи для плавки меди, латуни, цинка, алю-
миния, плавки и выдержки чугуна.
В разработке отечественных индукционных бессердечниковых
печей особая заслуга принадлежит профессору В. П. Вологдину,,
который вместе со своими сотрудниками, в 1933 г. созвал
первые в Советском Союзе печи для плавки стали емкостью до
3000 кг.
Бессердечниковые печи (рис. 21) имеют многовитковый ци-
линдрический индуктор из медной трубки, тигель из огнеупорных
материалов (набивной или графитовый), каркас для крепления
индуктора и механизм наклона печи. Каркас обычно.выполняется
из немагнитных материалов. В новых конструкциях .печей для
уменьшения нагрева каркаса печи магнитным полем индуктор
снаружи окружается магнитопроводом.
Почти повсеместно для плавки стали в индукционных печах
применяется кислая футеровка, что пока ограничивает область их
применения. Основные футеровки применяются редко из-за от-
сутствия составов, обеспечивающих высокий срок службы тиглей.
Трудность проблемы состоит в подыскании материалов с более низ-
ким коэффициентом линейного расширения, чем магнезит. Счи-
тают, что при сокращении этого коэффициента в два раза можно
строить печи с основной футеровкой емкостью 16 т и выше.
43

При увеличении толщины футеровки увеличивается надеж-
ность и уменьшаются тепловые потери, однако возрастает мощ-
ность конденсаторной батареи.
1275	1512
Рис. 21. Плавильная печь емкостью 12 т, частотой
600 Гц
Для плавки латуни и алюминия применяются полукислые на-
бивные тигли на основе глинозема и кремниевой кислоты с содер-
жанием 30—40% А12Оа. В отдельных случаях (для плавки магния)
используется графитовый пли чугунный проводящий тигель.
2.	Перемешивание расплавленного металла
К особенностям плавки в индукционных тигельных печах
относится эффект перемешивания металла. В индукционных пе-
чах расплавленный металл испытывает радиальное давление
(сжатие), вызванное взаимодействием токов индуктора и садки
печи. Под влиянием этого давления происходит подъем уровня
металла по оси тигля на высоту h по отношению к уровню краев
(создается мениск), расплавленный металл стекает вдоль поверх-
ности мениска и тигля и поднимается снова вдоль оси, т. е. про-
исходит перемешивание всей массы металла. Величина электро-
магнитного давления на металл при ярком поверхностном эф-
фекте равна
F = ЯоЮ“7 кг/см2.
44

Высота подъема может быть определена из уравнения
1 F 1 ЛЧ 2 JT г ,2, г\—4	Р с 1 /~ 10
h = — 103 = —О1 -Яо1О = I/ —г см,
Y 9,81у	9,81-у Г p.J ’
где у — удельный вес металла, г/см3; Рс — удельная поверхност-
ная мощность, передаваемая в садку, Вт/см2.
Пример. Найти высоту подъема металла в печи емкостью 1 т, f = 1000 Гц>
у = 6,9 г/см3, р2 = 1,58-10-4 Ом-см, Но = 800 А/см, Рс = 50 Вт/см2.
Определяем:
9 .Q 1д
F =	8002-10-7 = 0,041 кг/см2,
Рис. 22. Перемешивание металлов в печи: а — одно-
частотной; б — двухчастотной
,	0,041 ЮЗ С
It = Ю3 — 6 см,
о,У
или
.	50	-I / 10-10*	„
h~ 9,81-6,9 У 103-1,58	6 СМ'
Движение металла начинается с момента расплавления и про-
должается до конца плавки, выравнивая температуру металла
в печи. Перемешивание равномерно распределяет даже тугоплав-
кие легирующие примеси, что весьма выгодно отличает высоко-
частотные печи от дуговых и мартеновских. Понижение частоты
увеличивает интенсивность электромагнитного перемешивания,
а увеличение объема — уменьшает. Опыт показывает, что у боль-
ших высокочастотных печей (выше 3 т) поток металла всегда спо-
койный и ламинарный. Это обстоятельство не позволяет эффек-
тивно проводить рафинирование и обезуглероживание в индук-
ционных печах большой емкости.
В литературе [511 приводится устройство печей двойной ча-
стоты (АСЕА, Швеция). Печи разработаны специально для уве-
личения перемешивающего эффекта. По индуктору таких печей
45

одновременно пропускается ток высокой частоты для нагрева и
двух-, трех-, четырех-, шестифазный ток 16 или 50 Гц для создания
турбулентного движения металла. В этих печах металл течет вдоль
стенок тигля от дна кверху и поднимается на поверхность зеркала
расплавленного металла, поглощая шлак (рис. 22). Температура
шлака поднимается, а поверхность контакта с металлом увеличи-
вается, что и обеспечивает быстрый процесс рафинирования и обез-
углероживания. Действия токов обеих частот могут регулиро-
ваться независимо. Активная мощность для перемешивания
настолько незначительна, что генератор низкой частоты обычно со-
единяется с валом приводного двигателя высокочастотного генера-
тора без увеличения его мощности. Однако индукционные печи
двойной частоты пока не получили распространения из-за слож-
ности конструкции.
3.	Бессердечниковые печи промышленной частоты
про-
Рис. 23. Конструкция печи
мышленной частоты:
1 — воздушные каналы для отходящих
газов; 2 — индуктор и дополнительная
катушка для охлаждения верхней ча-
сти тигля; 3 — магнитопровод
Индукционные бессердечниковые печи промышленной частоты
стали применяться сравнительно недавно, после того как были
решены вопросы питания мощного однофазного индуктора печи
от трехфазной сети с равномерной
нагрузкой фаз (посредством сим-
метрирующего устройства) и кон-
струкции печи, позволяющей ре-
гулировать интенсивность переме-
шивания ванны. Главное преиму-
щество печей промышленной
частоты состоит в их более низкой
первоначальной стоимости (при-
мерно 30%) и несколько меньшем
расходе электроэнергии. Но, с дру-
гой стороны, они имеют ряд недо-
статков.
Как уже указывалось, в печах
промышленной частоты наблю-
дается очень сильное движение
металла и в связи с этим быстрый
износ футеровки (вымывание). Для
ослабления этого эффекта высота
индуктора печи промышленной
частоты делается меньше, чем вы-
сота расплава (примерно в 1,4—
2 раза). Металл, находящийся вы-
ше индуктора, частично гасит силы перемешивания (рис. 23).
Однако при такой конструкции верхняя часть тигля в про-
цессе плавки оказывается без охлаждения, поэтому спрессо-
ванная масса трескается и быстро выходит из строя. Чтобы избе-
жать этого, применяется добавочная катушка, служащая только
46

для охлаждения тигля. Считается, что дополнительные потери
в катушке охлаждения компенсируются большей надежностью
печи в эксплуатации.
4.	Влияние частоты на передаваемую
в садку мощность
Известно, что в начале плавки шихта состоит из отдельных
кусков, как правило, с плохим контактом между собой. Индуктиро-
ванные токи замыкаются внутри этих кусков. Выделение тепла
в кусках шихты зависит от частоты и силы тока в индукторе и диа-
метра кусков. Поэтому в начале плавки рекомендуется применять
куски шихты примерно следующих размеров:
Частота, Гц ....	........ 50 500 1000 2500
Диаметр, см..................... 25	8	5,1	3,6
Это обстоятельство усложняет пуск холодной печи промышлен-
ной частоты, особенно пр'и небольшой емкости. Если в печи
имеется жидкий металл (болото), в который загружается холодный
лом, то контакт между отдельными кусками становится хорошим,
и тогда всю шихту’ можно рассматривать как большой цилиндр
с диаметром тигля. Необходимость в специальной шихте отпадает.
В связи с этим порядок загрузки печи имеет важное значение.
Рекомендуется на. дно тигля укладывать мелкую шихту (стружку),
а крупную у стенки тигля в средней части, где концентрируется
максимальный магнитный поток индуктора. При этом чем плотнее
уложена шихта, тем лучше.
Мощность, поглощаемая единицей поверхности расплавлен-
ного металла, определяется уравнением
pi = 2- 1О“7//о ]/p2f Ф кВт/см2.
Из этого выражения можно видеть, что влияние частоты на вы-
деляемую в садке мощность может быть компенсировано изменением
тока индуктора. Если при двух рассматриваемых частотах /д и f2
поверхностный эффект выражен достаточно, чтобы коэффициент Ф
считать равным единице, то удельную мощность можно сохра-
нить, изменив напряженность поля в отношении
^011^02 V f'Jfl 
Например, понижение частоты с 70 000 до 8000 Гц можно ком-
пенсировать увеличением Н 0 в пропорции
1  п / 70 °92 —1-17
V 8000	’ •
Таким образом, применение плавильных печей емкостью выше
25 кг с использованием ламповых генераторов вряд ли целесооб-
разно.
47

Тигельные печи промышленной и повышеннон частоты нашли
весьма широкое распространение для плавки стали, чугуна, алю-
миния, латуни и других металлов. Емкость печей достигла 12 и
даже 30 т. Широко применяются индукционные вакуумные бес-
сердечниковые печи. Количество высокочастотных установок для
индукционной плавки исчисляется сейчас многими, тысячами
штук, а их общая мощность превышает миллион киловатт.
5.	Технико-экономические показатели
применения индукционных печей для плавки
Печи для плавки чугуна. Для плавки чугунов используются
бессердечниковые индукционные печи емкостью от 500 кг до 30 т,
которые имеют следующие основные преимущества перед вагран-
ками.
1.	Резкое улучшение условий труда.
2.	Использование в качестве шихты стружки без предвари-
тельного брикетирования. Стоимость шихты восьмитонной индук-
ционной печи в два раза меньше, чем для вагранок с холодным
дутьем, и на 40% меньше, чем для вагранок с горячим дутьем
(данные ФРГ). При дуплекс-процессе при добавлении стружки
можно увеличить выход годного литья (до 50%).
14. Режимы плавки
Науглероживание плавки
в, я h I в	Загрузка		Проба 1		Добавка угля, кг	Время на- углерожива- ния, мин	Проба 2		Угар угля, %	Общий угар, %	1
	скрапа, кг	стружки, кг	Темпера- тура, °C	Содержа- ние угле- рода, %			Темпера- тура, °C	Содержа- ние угле- рода, %		
1	30	70	1580	0,09	1	10	1585	1,03	13,6	10,9
2	20	80	1610	0,17	2	20	1610	2,24	5,8	10,8
3	20	80	1610	0,11	3	24	1610	2,89	Н.9	7,8
4	20	80	1610	0,21	4	40	1620	3,88	12,8	8,7
Изменение содержания углерода в плавке добавлением скрапа
Номер плавки	Загрузка чугуна кг	Содержание углерода, % (проба 1)	Добавка стальной стружки кг	Проба 2		Общий угар %
				Темпе- ратура °C	Содержа- ние угле- рода %	
5	50	2,89	50	1590	1,51	5
6	50	2,88	50	1605	2,10	4
48

3.	Возможность легирования чугунов и исправления состава
ваграночного чугуна, который может получаться разным даже при
загрузке одной и той же шихты. В результате перемешивания
состав чугуна получается в высшей степени однородным.
4.	Возможность получения высокой температуры, что важно
для получения тонкостенных отливок (например, труб при центро-
бежной заливке, арматуры и др.).
5.	Возможность ведения процесса плавки при любом заданном
температурном режиме.
6.	Возможность получения синтетического чугуна с точным
содержанием углерода путем науглероживания или уменьшения
содержания углерода посредством добавления скрапа (табл. 14).
7.	Точность температурных режимов и возможность получе-
ния синтетического чугуна из стального лома с низким содержа-
нием серы обеспечивает высокое качество чугуна и сокращает
расход магния при получении модифицированных чугунов с шаро-
видным графитом.
15. Угар легирующих элементов при плавке стали (чугуна)
в индукционных тигельных печах, %
Номер плавки	Легирующие элементы	Содержание в шихте	Получено в анализе	Угар
1		17,40	16,99	0,41
2	Хром	18,75'	17,91	0,84
3		18,70	- 18,19	0,51
4		18,15	17,17	0,45
1		2,00	2,15	—0,15
2	Никель	10,00	10,31	-0,31
3		9,99	10,31	—0,32
4		10,09	10,32	—0,23
Г		1,13	1,06	0,07
2	Марганец	0,94	0,89	0,05
3		0,94	0,89	0,05
4		1,00	0,97	0,13
1		—-	.—	—
2	Молибден	2,16	2,14	0,02
3		2 16	2,12	0,04
4		2,15	2,06	0,09
49

Крупные индукционные установки для плавки чугуна исполь-
зуются для получения синтетического чугуна, применяемого
в производстве подшипников; для получения легированных чугу-
нов с высокой температурой в производстве труб методом центро-
бежной отливки и др. Они стали основными плавильными агре-
гатами чугунолитейных цехов.
Печи для плавки стали. Применение индукционных печей для
переплава стали по сравнению с дуговыми печами обязано сле-
дующим их преимущест-
вам:
1)	улучшению условий
труда;
2)	возможности исполь-
зования в качестве шихты
стружки (указывается, что
было получено 99,5% хо-
роших плавок с использо-
ванием в шихте 95% стру-
жек);
3)	значительному (до
50%) снижению легирую-
щих элементов в связи
с меньшим выгоранием
(табл. 15).
Индукционные печи яв-
ляются удобными для пе-
реплавки при получении
высоколегированных элек-
тротехнических и особенно
низкоуглеродистых марок
сталей и сталей с высоким
16. Потери металла
при плавке латуни *, %
Сплав	Печи		
	тигельные индук- ционные	мазутные и газовые	коксовые
п	отер и	цинка	
Л58	1,2	1,8	2,5
Л63	0,6	1,0	1,8
Л85	0,1	0,3	0,6
Нейзильбер	0,6	1,0	1,8
Потери		крапа	
Л58	1,8	2,8	5,2
Л63	1,5	2,2	4,0
Л85	0,6	1,2	2,5
Нейзильбер	1,2	2,0	4,2
* Загрузка: 50%		нового	металла
и 50% отходов.			
содержанием алюминия.
Низкое содержание углерода достигается за счет использования
скрапа, жести и др.
Известны установки для получения нержавеющих, быстроре-
жущих, трансформаторных и других сталей.
Печи для плавки латуни. Для плавки латуни используются
печи емкостью от 1000 кг до 25 т мощностью 400—3000 кВт.
Главным преимуществом тигельных индукционных печей по
сравнению с газовыми, мазутными или коксовыми печами является
сокращение расхода металлов, как это видно из табл. 16, и улучше-
ние условий труда.
Печи для плавки алюминия. Для плавки алюминия приме-
няются печи емкостью от 400 кг до 25 т с набивным тиглем. Ти-
гельные печи заняли прочное место в алюминиевой промышлен-
ности и применяются для переплавки или в качестве емкостей для
отстаивания расплавленного алюминия и его обработки перед
разливкой.
50

При загрузке ломом угар металла сокращается с 2% (в газо-
вых или мазутных печах) до 0,5%, а при загрузке стружкой
с 8 до 6,2%. В среднем угар металла сокращается на 1—1,5%.
По сравнению с канальными, преимущество тигельных индук-
ционных печей состоит в возможности использования для пере-
плава лома низкого качества, что нельзя делать в канальных
печах из-за опасения загрязнения обильным шлаком каналов.
Печи для плавки магния. Для плавки магния применяются
тигельные печи со стальным тиглем толщиной от 12 до 70 мм.
При плавке в тигельных печах получают хорошие результаты по
однородности химического состава.
Примерный расход электроэнергии на плавку [461 в тигель-
ных печах приведен в табл. 17.
17. Расход электроэнергии в кВт ч/т металла
Расплавляемый металл	Частота тока, Гц		Расплавляемый металл	Частота тока, Гц	
	500—10 000	50		500—10 000	50
Сталь	700—750	600—700	Никель	650—700	600—700
Чугун	550—700	500—650	Ферроникель	670	—
Медь	400	—	Мельхиор	450—475	—
Латунь Серебро	370—420 200	330—350	Алюминиевая бронза	—	450
Нихром	660—800	—	Алюминий Магний	650—700	600—650 600—550
6. Типы и комплектация плавильных установок
Все плавильные установки поставляются комплектно. Проек-
тирование их сводится к выбору соответствующего типа печи
с учетом требуемой производительности или емкости тигля и
решению вопросов размещения оборудования, водоохлаждения,
линии передачи тока 50 Гц к приводным двигателям или к печи
и тока повышенной частоты от генератора к конденсаторной бата-
рее и к индуктору печи. Технические характеристики индукцион-
ных печей, выпускаемых в СССР, приведены в табл. 18.
Условные обозначения: И—вид нагрева индукционный; С,
Ч, А, Г, Л — соответственно плавка стали, чугуна, алюминия,
магния и латуни; Т — тигельная конструкция; М — миксер
для подогрева. Например, ИЧТМ-2,5 — миксер индукционный
тигельный для чугуна, емкость 2,5 т.
В состав установки для плавки входят:
1.	Одна, две или три печи. Могут быть поставлены две или
три печи и два комплекта электрооборудования. В этом случае
одна печь работает в режиме расплавления, а другая — как
51

18. Технические характеристики плавильных установок
Тип печи (комплекта)	Емкость т	Коли- чество печей	Мощность преобразова- теля или трансфор- матора кВт	Произво- дительность, т/ч	В рем я расплавле- ния твердой шихты ч	Удельный расход кВт.ч/т	Расход воды на одну печь м3/ч	Напряжение питающей сети, В	Частота тока Гц
ИЧТ-1	1		360	0,56	1,78	638		380	
ИЧТ-1М1	1	2	360	0,56	1,78	638		380	
ИЧТ-2,5 ИЧТ-2.5М1	2,5		1300+400	1,23	2,04	585	4,5		
ИЧТ-2.5М2		3	1300+1300	1,23+1,23					
ИЧТ-6М01		2	1300					6000	
ИЧТ-6М02	6	3	1300+1300					или 1000	
ИЧТ-6МЗ		1	1300	2,26	2,65	547	11,4		
ИЧТ-6М4		2	1300+360						50
ИЧТ-10М1	10	1	2500	4,2	2,4	548	28,0		
ИЧТ-10М2		3	2500+400			548	28,0		
ИЧТМ-1М01	1	1	—	1,35	0,74	83	2,97	220	
ИЧТМ-2,5	2,5	2	400	4 *	0,63	63			
ИЧТМ-6	6	1	400	6,6 *	0,91	. 60	6,3		
ИЧТМ-10	10	1	1300	15,2 *	0,66	49,5	7,8	6000 или 1000	
ИЧТМА-16	16	2	1300	25,6	0,64	45,3	12		
ИЧТМ-16М1	16	1	1300	14,8 *	1,08	53,6	8,91		

w
ИСТ-0,06 ИСТ-0,16 ИСТ-0,4 ИСТ-1М1 ИСТ-1М2	0,06 0,16 0,4	2	50 100 250	0,06 0,128 ' 0,345
	1		500	0,67
ИСТ-1 М3				
ИСТ-2.5М1	2,5		1500	2,5
ИСТ-2.5М2	2,5	3	1500+1500	2,5+2,5
ИСТ-6М1	6	2	2520	3,5
ИСТ-10	10 .	2	1500+ 1500	5,1
ИАТ-0,4	0,4		180	0,235
ИАТ-1	1		400	0,565
ИАТ-2,5	2,5-		1300	1,32'
ИАТ-6	6	1	1300	2
ИЛТ-1	1		400	0,85
ИЛТ-2,5	2,5		1300	2
ИЛТ-10	10		1300	3,5
ИЛТ-25	25		6300	9,4
Приме	ч а н и е. Звездочкой отмечен перегрев на 100° С.			

1	950	1	220/380	
1,125	900	1	220/380	2500
1,16	890	5	3000/6000	
1,5	800	4,5	6000	1000
1	655	13	6000	
1	655	13	6000	500
1,7	635	21,6	380	
2,0	539	19,8	6000	
• 1,7	725	3	380	
1,77	610	8,6		
1,89	578	12		
3	557	17	6000 или 1000	50
1,17	380			
		5,5		
1,23	355	9,5		
2,9	375	21		
2,9	335	41		

миксер (ИЧТ-1М1, ИЧТ-2.5М1) или две печи в режиме расплав-
ления и одна резервная (ИЧТ-2.5М2, ИЧТ-6М2, ИЧТ-2,5М2).
2.	Высокочастотные генераторы. В отдельных случаях может
быть поставлен дополнительный генератор мощностью 25% от
основного. Дополнительный генератор подключается к печи для
поддержания температуры расплавленного металла на время
разогрева ванны или разлива. В это время основной генератор
работает на вторую печь.
3.	Многоступенчатые трансформаторы для печей промышлен-
ной частоты однофазные до 2500 кВт или трехфазные выше
2500 кВт. В последнем случае в комплект добавляется симметри-
рующее устройство.
4.	Конденсаторная батарея.
5.	Щиты и пульты управления. Установки снабжены специаль-
ным сигнализатором «проедания» тигля и автоматическим устрой-
ством для регулирования электрического режима плавки.
6.	Маслонапорная установка и пульт управления привода
наклона печи для слива металла и открывания крышки под за-
грузку.

Глава IV
ИНДУКЦИОННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
1. Основные параметры режимов закалки
При индукционной поверхностной закалке производится бы-
стрый нагрев на заданную глубину током, индуктированным в по-
верхностном слое.детали, с последующим охлаждением.
В результате такой закалки получается высокая твердость
поверхности при сохранении вязкости сердцевины. Метод индук-
ционной поверхностной закалки предложен проф. В. П. Волог-
диным, развит им и сотрудниками его лаборатории до промыш-
ленного внедрения.
Основными параметрами, характеризующими высокочастот-
ную закалку, являются:
1.	Глубина закаленного слоя хк, она принимается равной
(условно) расстоянию от поверхности до той зоны, где в структуре
имеется 50% мартенсита. Практически эта глубина определяется
по твердости, так как для каждой марки стали твердость полу-
мартенситной структуры известна. Для стали4 45 она равна 42—
45Rc.
2.	Время нагрева под закалку — время, необходимое для
повышения температуры слоя на глубине хк до закалочной. При
выбранной частоте тока время закалки в большинстве случаев
определяет глубину закаленного слоя. Кроме того, оно является
единственным параметром режима нагрева, который точно дози-
руется при помощи реле времени и легко - контролируется непо-
средственным измерением. Поэтому время нагрева может быть при-
нято в практике в качестве основного параметра режима нагрева.
3.	Температура закалки Тк — температура, при достижении
которой за время 4 произойдут необходимые структурные изме-
нения. Для каждой марки стали существует оптимальный интер-
вал температур Тк. При более низкой температуре в структуре
закаленного слоя наблюдается остаточный феррит — твердость
снижается. При более высокой температуре в закаленном слое
наблюдается крупноигольчатый мартенсит и аустенит. Твердость
также снижается. Интервал смещается в область более высоких
температур при увеличении скорости нагрева. В табл. 19 при-
ведены данные по выбору температуры нагрева при различных
режимах.
4.	Перегрев наружного слоя А71 — превышение температуры
поверхности закаливаемой детали над температурой закалки на
глубине хк.
55

19. Температура закалки при разных режимах нагрева, °C [13]
Марка стали	Нагрев в печи	Температура при скорости нагрева, град/с			
		100	250	400	500
40	840—860	850—900	880—920	930—980	960—1020
45	810—860	830-880	860—910	900—950	930—1000
50	820—840	810—850	830—880	870—920	900—960
У8	790—820	780—820	780—850	780—860	820—920
У12	760—780	780—820	780—850	780—860	820—920
40Х	850-870	830—880	860—920	900—960	950—1000
50Г	820—840	810—850	830—880	870—920	900—960
45Г2	830—850	810—850	830—880	870—920	900—960
50ХГ	830—850	810—850	830—880	870—920	900—960
35ХГ2	840—860	830—880	860—910	860—950	930—1000
ХВГ	800—830	830—870	860—900	880—920	900—950
Рис. 24. Два способа нагрева под за-
калку:
/ — поверхностный; 2 — глубинный
5.	Скорость нагрева он (град'с), ее принято вычислять как
среднюю в интервале температур структурных превращений,
т. е. практически от момента достижения температуры, соответ-
ствующей потере магнитных
свойств, до момента достижения
температуры закалки.
6.	Критическая скорость
охлаждения. Мартенсит при за-
калке получается только при
условии охлаждения со скоро-
стью, превышающей определен-
ную, так называемую критиче-
скую. Для каждой марки стали
характерна своя критическая
скорость. Скорость охлаждения
по мере удаления от поверхно-
сти резко уменьшается. В зави-
симости от требуемой скорости
охлаждения применяют различ-
Изделия из углеродистой стали
или в водном растворе соли.
среды.
ные охлаждающие
обычно охлаждают в воде
Легированные стали требуют меньших скоростей охлаждения.
Поэтому для них иногда применяют масло. Скорость охлаж-
дения в области мартенситных превращений для углеродистых
сталей равна 400—500 град/с, а для легированных — 50—
200 град/с. Резкое повышение скорости охлаждения может вызвать
трещины в закаленном слое, особенно у тел сложной конфигура-
ции (шестерни, кулачки и т. д.).
56

Скорость охлаждения водой зависит от давления, под которым
вода попадает на поверхность, и от темпаратуры воды.
7.	Термический к. п. д. ip. Под ip понимают отношение тепла,
потребного для нагрева поверхностного слоя глубиной хк до
температуры Тк, ко всему теплу, сообщаемому телу. Термиче-
ский к. п. д. определяется типом нагрева и температурой пере-
грева.
Различают два типа нагрева (рис. 24):
1) глубинный, когда Л2 > хк, а удельная мощность на еди-
ницу нагреваемой поверхности достаточно велика;
2) поверхностный, при котором Д2 <С хк. Удельная мощность
в этом случае незначительна.
При поверхностном типе нагрева тепло выделяется в тонком
слое и глубже распространяется путем теплопроводности.
В табл. 20 указаны характерные особенности обоих типов нагрева.
20. Типы индукционного нагрева под закалку и их характеристики
Характеристики	Типы нагрева	
	Глубинный	Поверхностный
Выделение тепла при	Главным	образом	В тонком поверхност-
нагреве	внутри	закаленного слоя	ном слое
Распределение темпе-	Приближается к пря-	Как при нагреве
ратуры	моугольнику	внешними источниками , тепла
Перегрев поверхности	Малый	При быстром нагреве значителен
Нагрев внутренней не- заналиваемой части де- тали	»	Значителен
Время нагрева	Мало (секунды)	Значительное, осо- бенно при малом пере- греве и больших глу- бинах
Термический к. п. д. при перегреве в 100° С	20—30%	Менее 13%
Очевидно, что во всех случаях индукционной поверхностной
закалки нужно стремиться к осуществлению глубинного способа
нагрева.
На основании этих условий в табл. 21 приведены значения
наиболее выгодной глубины закаленного слоя и возможных
пределов ее изменения для различных частот.
На рис. 25—27 приведены кривые, по которым можно опреде-
лить время нагрева и удельную мощность при радиочастоте,
57

Рис. 25. Зависимость времени нагрева под
закалку tK (----) и удельной мощности
р0, сообщаемой детали (-------), от диа-
метра нагреваемого цилиндра при частоте
2500 Гц при различных глубинах зака-
ленного слоя хк
Рис. 26. Зависимость времени нагрева под
закалку tK (-----) и удельной мощности р0,
сообщаемой детали (---------), от диаметра
нагреваемого цилиндра при частоте 8000 Гц
Рис. 27. Зависимость времени
нагрева под закалку /к (---->
и удельной мощности р0, сооб-
щаемой детали (------), от диа-
метра нагреваемого цилиндра
при радиочастоте

21. Глубина закалки для различных частот [15]
Глубина закаленного слоя, мм	Частота, кГц			
	8,0	2,5	1,о	0,05
Наименьшая	1,3	2,4	3,6	17
Наибольшая рекомендуемая	5,5	10,0	16,0	70
Оптимальная	2,7	5,0	8,0	34
2500 и 8000 Гц (цифры на кривых указывают глубину закаленного
слоя в сантиметрах).
Графики действительны для углеродистых и низколегирован-
ных сталей при температуре поверхности 900°С [43].
2.	Определение мощности генератора
Техническими условиями на закалку задаются твердость и
глубина закаленного слоя, границы его расположения, указы-
вается марка стали, исходная термическая обработка и требуе-
мая производительность процесса.
По заданной глубине закаленного слоя и размерам детали
выбирается наиболее подходящая стандартная частота тока;
выбирается или разрабатывается заново процесс закалки, кон-
струкция индуктора и закалочного станка, .схема питания с уче-
том максимальной нагрузки оборудования и обеспечения заданной
производительности.
По выбранным значениям tK и р0 определяется мощность
генератора (в кВт)
р __ P»S
Г РиРтрРк^л ’
где S — площадь, нагреваемая под закалку, см2; р0 — удельная
мощность в кВт/см2; т)и, т]тр, т]к, т]л — к. п. д. индуктора, транс-
форматора, конденсаторной батареи и линии передачи.
Для предварительных расчетов можно рекомендовать следу-
ющие значения к. п. д.: т]и = 0,75; т]тр = 0,87; т]к = 0,97; т]л =
= 0,95. Точные значения определяются расчетом.
Пример. Требуется закалить шейку коленчатого вала диаметром 85 мм и
шириной 58 мм. Глубина закаленного слоя должна быть в пределах 4—3,5 мм,
ширина — 50 мм. По табл. 21 выбираем частоту тока 2500 Гц. По кривой рис. 25
для 2500 Гц находим, что время закалки должно быть в пределах 6—6,5, а удель-
ная мощность 1,15—0,9 кВт/см2. Такой режим нагрева обеспечивает заданную
глубину закаленного слоя. Среднее значение мощности, отдаваемой генератором,
равно
_	3,14-8,5-5	„
Рг-Ро 0,75-0,87.0,97-0,95 ~ 195 '' 250 кВт'
59

Опытом установлен следующий режим закалки:
Частота, Гц...................................     .	. .	2400
Время закалки, с........................................ 6—7,5
Мощность от генератора, кВт • •  .......................150—170
Когда площадь, подлежащая закалке, невелика, или когда
требуется большая производительность процесса, рекомендуется
применять одновременный способ закалки. В этом случае нагре-
вается одновременно вся зона, подлежащая закалке. При дости-
Рис. 28. Закалка непрерывно-последовательным способом: а — на-
чало нагрева при неподвижном индукторе; б — продолжение на-
грева при движении индуктора и подаче охлаждающей жидкости;
в — положение в момент включения при закалке «находом»; г— про-
должение закалки «находом»
женин необходимой температуры нагрев прекращается и произ-
водится охлаждение детали. Если подвергающаяся упрочнению
поверхность детали велика (например, валы холодной прокатки,
станины станков и др.), при одновременном нагреве необходимы
слишком большие мощности питающих генераторов, что становится
неосуществимым или экономически невыгодным. Для таких
деталей применяется непрерывно-последовательный способ за-
калки. При этом способе нагрев производится постепенно при
непрерывном перемещении индуктора или детали относительно
друг друга. Нагретые участки также непрерывно охлаждаются,
как бы следуя друг за другом (рис. 28). Охлаждающая жидкость
подается на нагретую поверхность из душевой камеры, часто
являющейся полостью индуктирующего’провода. При непрерывно-
последовательном способе закалки время нагрева определяется
приближенно
60

где /] — ширина индуктирующего провода; v—скорость пере-
мещения индуктора (или детали).
Вследствие растекания тока под индуктором реальное время
нагрева больше расчетного tK, особенно при малой ширине про-
вода, соизмеримой с зазором индуктор—деталь.
Мощность генератора в этом случае следует увеличить на 20%
для компенсации утечки тепла от зоны нагрева к зоне охлаждения.
Непрерывно-последовательный способ позволяет закалить
большие поверхности при сравнительно малых мощностях. Оче-
видно, что производительность закалки при этом пропорционально
уменьшается. Пользуясь табл. 21 и графиками рис. 25—27,
можно выбрать частоту тока, рассчитать потребные мощности
и скорость перемещения при заданных условиях на закалку так,
как это было проделано для одновременной закалки. Можно также
путем подбора ширины индуктирующего провода обеспечить
режим закалки при заданном типе генератора. Например, тре-
буется закалить внутреннюю поверхность гильзы цилиндра дви-
гателя внутреннего сгорания. Внутренний диаметр гильзы da =
= 144 мм, толщина стенки т2 = 12 мм, длина зоны, подлежащей
закалке, /2 = 330 мм, требуемая глубина закаленного слоя
хк = 2,2ч-2,5 мм.
По табл. 21 выбираем частоту тока 8000 Гц. Зазор между
индуктором и деталью 3 мм. По графику рис. 26 находим время
нагрева, обеспечивающее глубину закаленного слоя в 2,2—
2,5 мм, tK = 2ч-3 с и удельную мощность р0 = 1,71ч-,5 кВт/см2.
Если имеются два генератора ВПЧ 100—8000 по 100 кВт,
можно найти предельную ширину активного индуктирующего
провода (индуктор с магнитопроводом):
, _ Рт ВДтрЧк'Чл _ 200-0,75 0,87-0,97-0,95	« . U7„„
11 ~ nd2 р01,2	’ 3,14-14,4(1,7-н1,5)1,2	1,0 ’ ’ ' СМ'
К-п. д. индуктора 75%. Скорость движения индуктора равна
v = ~ = 0,5 -г- 0,6 см/с.
*к
Время движения индуктора с нагревом
' = -F = oJTTS- = 55*66 <:-
Можно подсчитать и производительность закалки, если учесть
время на перестановку детали.
3.	Индукторы для закалки
Индуктор имеет ряд обязательных основных элементов (рис. 29):
индуктирующий провод, создающий магнитной поле (/); токо-
подводящие шины (2); колодки, служащие для соединения индук-
тора с понижающим трансформатором (3).
61

При одновременной закалке зазор между закаливаемой поверх-
ностью и индуктирующим проводом не должен превышать 5—
10% от диаметра закаливаемой детали и не должен быть больше
10—15% ширины закаливаемого слоя. Когда вращение детали
не предполагается, желательно иметь зазор не менее 2—.3 мм.
Увеличение зазора уменьшает к. п. д. и коэффициент мощности
индуктора. Ширина индуктирующего провода выбирается на
10—20% больше ширины закаленного слоя. Толщина меди индук-
тирующего провода, если отсутствует постоянное охлаждение,
Рис. 29. Индуктор для одновременной закалки: а — при средней частоте;
б — при радиочастоте
должна быть в 2,5—4 раза больше требуемой глубины закален-
ного слоя, но не свыше 12 мм; тх (2,5-н4) хк. Это обеспечивает
допустимое повышение температуры индуктирующего провода
во время нагрева.
Отверстия для закалочной воды просверливаются диаметром
1,5—2 мм в шахматном порядке при расстоянии между центрами
7—12 мм. Воду подают через камеру, припаянную с внешней
стороны индуктирующего провода. Токоподводящие шины вы-
полняются из листовой меди толщиной 2—5 мм. Ширина шин
у колодок, служащих для присоединения к закалочному транс-
форматору, должна быть равна высоте выводов вторичной обмотки
трансформатора. Расстояние между шинами не следует увеличи-
вать свыше 2—3 мм, так как при этом возрастает индуктивность
шин. Длина их должна быть в пределах 100—150 мм. Увеличи-
вать длину шин без особой надобности не рекомендуется.
При непрерывно-последовательной закалке индуктирующий
провод выполняется из медной трубки прямоугольного сечения,
непрерывно охлаждаемой водой. Толщина трубки выбирается
близкой к оптимальной, ширина провода — как указано в при-
62

мере. Вода или эмульсия для охлаждения под закалку подается
через отверстия, расположенные по окружности на одной из гра-
ней индуктирующего провода. Угол падения струи воды на по-
верхность детали не должен превышать 45°. Часто для охлажде-
ния используют специальный спрейер (душевое устройство),
который крепится на индукторе после индуктирующего провода.
Иногда дополнительно устанавливается кольцо с такими же
отверстиями, как и на индуктирующем проводе, через которые
подается воздух, предотвращающий попадание воды на нагретую
поверхность. Воздушное кольцо и спрейер изолируются от токо-
ведущих шин индуктора или изготовляется из токонепроводящих
материалов (нейлон).
4.	Индукторы с магнитопроводом
Магнитопровод (рис. 30) применяется для вытеснения тока
в сторону открытого паза, главным образом, при закалке внутрен-
них или плоских поверхностей, а также в случаях, где требуется
неодинаковая степень нагрева. Без магнитопровода ток в силу
кольцевого эффекта концентрируется на внутренней, удаленной
от нагреваемой детали, поверхности индуктирующего провода,
напряженность поля на поверхности детали падает и к. п. д.
индуктора резко уменьшается. Магнитопровод изготовляют из
пластин трансформаторной стали марки Э42 или Э44 толщиной
0,2 или 0,35 мм. Для радиочастоты используют ферриты. Ширина
паза в магнитопроводе выбирается равной заданной ширине
нагретой полосы. Индукция в магнитопроводе не должна пре-
вышать 5000 Гс при частоте до 2500 Гц, 3000 Гс при 8000 Гц и
1000 Гс при радиочастотах (ферриты). При больших значениях
индукции требуется специальное охлаждение магнитопроводов.
Индукция в магнитопроводе
Гс,
4,44/c'gc
где Uw — напряжение на единицу длины индуктирующего про-
вода (с магнитопроводом), В/см; gc — коэффициент заполнения
стали, можно принять gc = 0,8; с'—-ширина башмака, см.
Для индукторов с магнитопроводом при нагреве стали под
закалку с зазорами 4—6 мм напряжение и ток индуктора без
большой ошибки можно вычислить следующим образом [43]:
. для частоты 2500 Гц
t/lo^0,75 ]/р(| В/см; /и0«^ 3400 А/см;
для' частоты 8000 Гц
П10	1,3В/см; /ио ^2500 А/см.
63

Здесь /и(| — ток в индукторе на 1 см ширины паза; р0 —
удельная мощность, передаваемая в деталь, кВт/см2; Ulo — на-
пряжение на 1 см длины индуктирующего провода.
К. п. д. индукторов с магнитопроводом в среднем 80%.
Пример. Найти параметры индуктора для закалки внутренней поверхности
гильзы. Ширина провода 1,2 см, ширина паза 1,4 см, Rt = 7,2 см, б = 0,4 см.
Мощность генератора 200 кВт, частота 8000 Гц
(условия закалки такие же, как в предыдущем
примере).
р0= 1,7 кВт/см2, (710 = 1,3	1,7 В/см,
/ио = 2500	= 3275 А/см.
Напряжение на индукторе
= 2nR1U10 = 2л-7,2-1,7 =77 В.
Ток в индукторе:
/и = /и0-1,4 = 4550 А.
Рис. 30. Индуктор с магнитопроводом: 'а — для нагрева внутрен-
них поверхностей; б — для нагрева плоских поверхностей
COS сри
p02nR2lt 1,7 2-3,14-6,8-1,2-103 _ 0
—	“	0,8-77-4550
U1
77
4550
0,017
Ом.
И
Ширина башмака магнитопровода
,	1,7-108	_2
С ~ 4,44-8000-3000-0,8
64

Для цилиндрических индукторов без магнитопровода напря-
жение и величину тока можно найти из графиков рис. 31—33
[43] и рис. 34:
Ui = lAVВ; /н = Л А.
Г ^ИО	г /ио
Здесь Рк — мощность, подводимая к индуктору, кВт; Ри0 —
мощность, для которой приведены графики (Ди0 = 100 или
60 кВт); [Ji, /[ — значения из графика рис. 31—34, где зазор
Рис. 31. Зависимость напряжения на индуктирующем
проводе Ui и тока в индуктора /1 при частоте 2500 Гц
и мощности Рио = 100 кВт от диаметра одновиткового
индуктора
между индуктором и нагреваемым цилиндром принят равным
0,3 см; цифры на кривых указывают ширину индуктирующего
провода в сантиметрах.
Для того чтобы определить напряжение на индукторе, следует
учесть падение напряжения на токоподводящих шинах. Обычно
оно равно АД = (0,15-4-0,25) Ula, где Д1а — напряжение на ак-
тивном проводе одно-, двухвиткового индуктора.
Индукторы для закалки на радиочастоте имеют более легкие
конструкции, поскольку ток индуктора меньше, чем при звуковых
частотах.
Индуктирующий провод можно изготовлять из трубки с тол-
щиной стенки в 1 и даже 0,5 мм. Легкость конструкции и про-
стота изготовления индукторов составляют весьма важное пре-
имущество применения ламповых генераторов при мелкосерийном
производстве.
65

Рис. 32. Зависимость напряжения
на индуктирующем проводе 1/1 и
тока в индукторе /1 при частоте
8000 Гц и мощности Рив = 100 кВт
от диаметра одновиткового индук-
тора; I—10 — ширина активного
провода, см
и},В Г^А
Рис. 33. Зависимость напряжений на
индуктирующем проводе 1/1 и тока
в индукторе /{ ПрИ частоте 70 кГц и
мощности Рно = 100 кВт от диаметра
одновиткового индуктора
Рис. 34. Зависимость напряжения на
индуктирующем проводе 171 и тока
в индукторе /1 при частоте 440 кГц и
мощности Рии — 60 кВт, подводимой
к индуктору, от диаметра одновитко-
вого индуктора
66

5.	Рекомендации по применению
индукционной поверхностной закалки
Индукционная поверхностная закалка нашла самое широкое
применение для упрочнения поверхности шеек коленчатых валов,
гнльз цилиндров, распределительных валиков, клапанов и дру-
гих деталей двигателей внутреннего сгорания, шлицевых валов,
валиков переключения коробки передач, шестерен (тепловозов,
экскаваторов, металлообрабатывающих станков), прокатных вал-
ков, направляющих станин, рельсов и т. п.
Опыт внедрения этого метода поверхностной закалки позво-
ляет рекомендовать его:
1.	Во многих случаях вместо цементации. Стоимость термо-
обработки при этом снижается примерно в пять раз. Сокращается
общий цикл термообработки до секунд вместо часов. Легирован-
ные стали заменяются на простые углеродистые без ухудшения меха-
нических свойств. Коренным образом улучшаются условия труда.
Процесс термообработки может быть автоматизирован и включен
в поток или автоматические линии.
2.	В тех случаях, где по условиям работы допускается местная
закалка, этот метод позволяет вести процесс закалки с высоким
термическим к. п. д. и исключает необходимость защиты мест,
не подлежащих закалке.
3.	.Для упрочнения поверхности деталей, термообработка ко-
торых обычным способом невозможна или трудоемка (коленчатые
валы, крупные валы, шестерни и т. п.).
4.	В автоматических линиях, требующих четкого согласования
работы устройств для термообработки деталей со станками меха-
нической обработки. Особенно важной является возможность зна-
чительного сокращения габаритов закалочных устройств.
6. Установки закалочные
Отечественными заводами выпускаются высокочастотные уста-
новки с машинными генераторами двух исполнений: комплексного
(рис. 35) и блочного (рис. 36). В разработке установок принимали
участие инженеры ВНИИТВЧ С. Е. Рыскнн, М. И. Агеев,
Г. В. Благовещенский, В. Г. Комлякова, И. Л. Щербакова. Эти
установки выпускаются взамен старых закалочных станций типа
МГЗА. Блочное исполнение отличается от комплексного только
тем, что блоки нагревательной ?станции (трансформаторный,
закалочный, конденсаторный) при необходимости могут разме-
щаться раздельно один от другого. В обоих исполнениях уста-
новки разделены на генераторную (рис. 37) и закалочную стан-
ции (рис. 38). В табл. 22 приведены основные параметры уста-
новок. Состав установок изображен на рис. 39.
В закалочной станции размещены закалочный трансформа-
тор Т32-800, конденсаторы, элементы системы охлаждения
67

(рис. 40), подачи и отвода закалочной жидкости (вентили, элек-
трогидравлический кран, сливной блок). Закалочный трансфор-
матор может быть установлен со смещением вправо или влево
на 300 мм от центра (завод поставляет с центральным распо-
ложением).
Два блока могут быть смонтированы рядом, образуя как бы
двухпозиционную нагревательную станцию. В конструкции слив-
Рис. 35. Закалочная станция комплексная
ного блока предусмотрена возможность монтажа технологических
устройств для крепления индуктора, загрузки и выгрузки дета-
лей. Сами технологические устройства заводом не поставляются.
Имеется только механизм для вращения детали (водяная турбинка),
на котором в некоторых случаях можно закрепить деталь или
несложное технологическое устройство и осуществить закалку
без установки дополнительной оснастки.
Вращение обеспечивается струей воды, подаваемой на крыль-
чатку.
Шкаф управления. В шкафу размещены тиристорный возбуди-
тель ВТ-20, который одновременно служит автоматическим ста-
билизатором напряжения высокочастотного генератора, блоки
бесконтактных электрических элементов, на которых выполнена
68

Рис. 36. Закалочная станция блочная: а — вид спереди; б — вид сбоку
Рис. 37. Блок-схема генераторных станций: а—ГС1-200/2.4;
ГС2-200/8; б — ГС1-100/2,4; ГС2-100/8, ШП — шкаф пу-
сковой; ВПЧ — преобразователь; БО—блок охлаждения;
ШУ — шкаф управления; ШК — шкаф контакторный

электрическая схема управления режимами закалки, а также
реле токовой защиты, измерительные приборы (высокочастотные
амперметр, вольтметр, фазометр, ваттметр и амперметр тока воз-
Рис. 38. Блок-схема закалочной станции: БН —
блок нагревательный; БС — блок сливной (осталь-
ные обозначения те же, что на рис. 37)
Рис. 39. Блок-схема станций типа ИЗ: а — И31-100/2,4;
И32-100/8; б - И31-200/2.4; И32-200/8
От индуктора
Рис. 40. Схема охлаждения закалочной станции ИЗ:
1 — водораспределитель; 2 — трансформатор; 3 — конденсаторы; 4 — воронка; Ф —
фильтр; РД — реле давления; М — манометр
буждения). Электрическая схема управления позволяет осуще-
ствить процесс закалки четырьмя основными способами:
1.	Ручным. Используется для проверки элементов установки
и при настройке режима.
70

22. Характеристика закалочных установок с машинными генераторами
Наименование	И31-30/8	И32-100/2.4	И32-100/8	И31-200/2.4	И31-200/3	, 1 1
Напряжение питающей' сети, В	—	220—380		.—	1 ВПЧ-100/8 ।
Тип преобразователя	ВПЧ-30/8	ВПЧ-ЮО/2,4	ВПЧ-100/8	ВПЧ-ЮО/2,4	
Количество преобразователей	1	1	1	2	2
Мощность приводных двигателей, кВт	50	140	140	2Х 140	2Х 140
Мощность по высокой частоте, кВт	30	100	100	2Х ЮО	2Х 100
Частота тока, Гц	8000	2400	8000	2400	8000
Напряжение, В	400	800	800	800	800
Количество конденсаторов	2	5	5	5	5
Мощность конденсаторной батареи	—	' 1500	1500	1500	1500
Тип закалочного трансформатора	ТЗ1-200	—	Т32-800	—	—
Мощность трансформатора, кВа	200	800	800	800	800
Расход воды на охлаждение, м3/ч	2,6	6	6	9,4	9,4
Давление воды для охлаждения, кгс/см2	2-3	2—3	2—3	2—3	2—3
Диаметр нагреваемой детали (мини- мальный), мм2	19	35	19	35	19
Рекомендуемая поверхность для одно- временного нагрева, см2	100	200	200	400	400
Глубина закаленного слоя, мм	1,3—5	2,5—10	1,3—5	2,5—10	1,3—5
Вес установки (без преобразователей), кг	—	4500	4500	—		J

К индуктору
Рис. 41. Электрическая схема закалочных станций И31-100/2.4 и И32-100/8:
Тр — трансформатор закалочный; Г1 — генератор; ВТ — возбудитель тиристорный; КЛ — контактор; С2 — по-
стояиная емкость; С1 — переменная емкость

Рис. 42. Электрическая схема закалочных станций ИЗ 1-200/2,4 и И32-200/8
К индуктору

Рис. 43. Электрическая
схема подключения двух
нагревательных постов
к одной генераторной
станции
ЗН50Гц 380 В
К индуктор//
I позиции

2.	Одновременным. Ручное включение нагрева, автоматиче-
ская выдержка времени с последующей подачей закалочной среды
сразу после окончания нагрева или с паузой.
3.	Одновременно-последовательным. Используется при за-
калке нескольких участков на одной детали или когда детали
подаются в индуктор импульсами.
4.	Непрерывно-последовательным. Могут быть осуществлены
и другие способы, определяемые конструкциями технологических
устройств. Шкаф управления
одинаков для всех устано-
вок. Небольшое отличие толь-
ко в схемах возбуждения,
связанное с параллельной
работой двух преобразовате-
лей в установках мощностью
200 кВт. Схема предусматри-
вает возможность управления
технологическими устройст-
вами (станками), которые мо-
гут быть выполнены заказ-
чиком.
Шкаф контакторный. В
шкафу размещены разъеди-
нители, высокочастотные кон-
такторы, защитный разряд-
ник, измерительные транс-
форматоры тока и напряже-
ния. Шкафы для установок
ИЗ-100 и ИЗ-200 разные.
Шкаф пусковой с аппара-
турой для пуска двигателя
преобразователя. Пуск пря-
мой от сети 50 Гц, 380 В ав-
томатом и линейным контак-
Рис. 44. Общий вид закалочного станка
IV630
тором. Шкафы одинаковые
для всех установок, но количество их разное. Включение может
осуществляться с пускового шкафа или шкафа управления.
Блок охлаждения преобразователей. Содержит вентили, водо-
распределитель, манометр, сливную воронку и реле протока.
При отсутствии потока воды на выходах ветвей охлаждения
преобразователей реле протока отключает двигатель от сети.
Блоки у всех установок одинаковы.
На рис. 41—43 приведены электрические схемы установок.
Ламповые генераторы (гл. VIII) выпускаются без технологи-
ческих устройств. Имеется возможность заказа в ГДР универ-
сальных закалочных станков 1У630 (рис. 44).
Станок имеет ряд приспособлений, которые позволяют исполь-
зовать его, как специальную закалочную установку. Базовая
75

Рис. 45. Возможные способы закалки на станке IV630: а —
одновременный: б—г — непрерывно-последовательный (цилинд-
ров, окружностей ис предварительным подогревом): д — одно-
временный с охлаждением отдельным спрейером; е — закалка
на двух ступенях мощности
Рис. 46. Станок для закалки шеек коленчатых валов
76

Рис. 47. Станок для закалки валиков. Пи-
тание от ВЧИ-25/0,44

Рис. 48. Станок для закалки гильз цилиндров

конструкция рассчитана на закалку непрерывно-последователь-
ным способом и имеет следующие данные:
Диаметр закаливаемой детали, мм............... До 80
Длина между центрами, мм...................... 870
Вес детали, кг ............................... До 200
Вес станка, кг .................................... 1200
Зона перемещения индуктора,	мм ................... 630
Зона нагрева, мм.................................. 630
Скорость перемещения индуктора, мм/с.......... 0—60
Скорость холостого перемещения индуктора, мм/с	100
Частота оборотов вращения детали, об/мин • • •	50—400
Диаметр закаливаемой шестерни (специальное
сменное приспособление с делительным меха-
низмом), мм.....................-.............. До	400
Скорость перемещения индуктора при закалке по
окружности, об/мин........................... 1—8
Минимальный модуль при закалке по зубцу ...	3
Габариты, мм.................................. 2400X	900X1850
На рис. 45 показаны возможные случаи закалки на станке.
В массовом производстве применяются главным образом спе-
циальные станки (рис. 46—48), которые даже для деталей одного
типа (например, коленчатых валов) могут отличаться большим
разнообразием.

Глава V
НАГРЕВ ЗАГОТОВОК
В КУЗНЕЧНЫХ ЦЕХАХ
1.	Технико-экономическое обоснование
применения индукционного нагрева
В 1952 г. на Московском автозаводе им. Ленинского комсомола
был построен первый в СССР кузнечный цех, где нагрев заготовок
осуществлялся только индукционным способом. В 1968 г. таких
цехов имелось уже несколько десятков и в них эксплуатировалось
более 450 индукционных нагревателей.
Быстрое распространение индукционного нагрева объясняется
его большими преимуществами по сравнению с нагревом в ма-
зутных и газовых пламенных печах. При индукционном нагреве
теплота от вихревых токов выделяется непосредственно в самой
заготовке, в слое, толщина которого достигает 30—35% величины
ее радиуса. В этот слой может быть передана большая мощность
(до 2 кВт на 1 см2 нагреваемой поверхности), что позволяет быстро
нагреть заготовку. При непродолжительном нагреве резко сни-
жается окисление и обезуглероживание поверхностного слоя,
улучшается пластичность, увеличивается стойкость штампов,
а следовательно, сокращаются расходы на их изготовление,
достигается экономия металла, и повышается загрузка ковочного
оборудования во времени.
Высокочастотное оборудование для нагрева состоит из сле-
дующих элементов: генераторов, щитов станций управления,
нагревателей. Большинство из них — серийно выпускаемое элек-
тротехническое оборудование. Собственно нагреватель не выде-
ляет теплоты в цех, так как все тепловые потери уносятся водой.
В его конструкцию входят простые механизмы, работающие вне
зоны высоких температур. Это позволяет улучшить условия труда
в кузнечных цехах, механизировать и автоматизировать процессы
загрузки, выгрузки и транспортировки заготовок, создавать более
простыми средствами специализированные агрегаты или автома-
тические линии.
Именно этим можно объяснить резкое снижение текучести
рабочих кадров в цехах с индукционным нагревом. Ритмичная
выдача нагретых заготовок, надежность нагревателей в эксплуа-
тации, более легкая загрузка и выгрузка, улучшение условий
труда, возможность включения нагревателей в любой нужный
момент способствуют значительному росту производительности
79

труда и повышению загрузки ковочного оборудования по мощ-
ности.
Однако индукционный нагрев имеет и недостатки. К основным
из них относятся более высокие расходы на энергоноситель и
повышенные капитальные затраты на сооружение высокочастот-
ных установок. Поэтому экономическая эффективность примене-
ния индукционного нагрева в каждом конкретном случае различна
и в первую очередь определяется степенью реализации ..всех его
преимуществ.
Следует отметить, что индукционный нагрев целесообразно
применять:
в автоматических линиях или специализированных агрегатах
(в отдельных случаях только индукционный нагрев позволяет
создавать автоматическую линию или специализированный
агрегат);
для нагрева легированных сталей или легкоокисляемых ме-
таллов и сплавов (уменьшается расход дорогостоящих материалов);
в уникальных агрегатах (обеспечивается максимальная за-
грузка агрегатов);
в обычных цехах (улучшаются условия труда и появляется
возможность механизировать производство).
Во всех случаях величина экономического эффекта от внедре-
ния индукционного нагрева повышается в цехах с небольшой
номенклатурой заготовок по типоразмерам и в цехах, где преоб-
ладают прессы или специальные агрегаты.
При составлении технико-экономического обоснования (ТЭО)
для внедрения индукционного нагрева в кузнечных цехах серий-
ного машиностроительного завода (автомобильного, тракторного
и инструментального) в качестве исходных данных (по сравнению
с нагревом в газопламенных печах) можно принимать (на 1 т
поковок) следующие показатели:
Расход электроэнергии, кВт-ч (по сети) ............ 500
Расход воды, м3....................................... 25
Экономия металла, кг.................................. 20
Снижение расхода на штампы, %......................... 20
Увеличение съема готовых поковок (увеличение выпуска)
при принятых для газового нагрева коэффициентах за-
грузки оборудования, %............................. 20
Снижение расходов на зарплату, %	................ 30
Амортизационные расходы, руб................... 	• 1,0—1,2
Капитальные затраты на высокочастотное нагревательное
оборудование приближенно равны 10—12 руб. на тонну годового
выпуска заготовок.
2.	Режимы нагрева
При нагреве под ковку всегда необходим быстрый, но равно-
мерный нагрев заготовок по всему сечению. Поскольку при индук-
ционном нагреве теплота в заготовке выделяется в поверхностном
80

слое, а остальная ее часть нагревается за счет теплопроводности,
то равномерное распределение температуры по сечению можно
достигнуть для данной частоты тока только при определенной
продолжительности нагрева.
На рис. 49 показано возрастание температуры заготовок на
поверхности То и в центре в зависимости от продолжитель-
ности нагрева.
Кривые Б характерны для так называемого обычного нагрева.
При этом режиме нагрева температура поверхности возрастает
Рис. 49. Зависимость температуры от времени нагрева заготовок:
А — при ускоренном нагреве; Б — при обычном нагреве
медленно, достигая заданного значения в конце его. Вначале
температура в центре заготовки значительно ниже, чем на поверх-
ности, и только к концу нагрева она выравнивается.
Между температурами на поверхности заготовки и в центре
ее к концу нагрева существует перепад А71. .Общая продолжи-
тельность нагрева в значительной степени зависит от этого пере-
пада, который обычно задается. После окончания нагрева перепад
уменьшается, температура по сечению выравнивается. Выравни-
вание происходит очень быстро, и, как правило, это происходит
в течение времени, которое затрачивается на транспортировку
нагретой заготовки от нагревателя до ковочного агрегата.
Кривые А характерны для ускоренного нагрева. При этом
режиме нагрева температура поверхности быстро достигает ко-
нечного значения и в дальнейшем поддерживается на этом уровне.
В начале нагрева температура в центре заготовки значительно
ниже температуры ее поверхности. Создается большой перепад,
81

за счет которого теплота от поверхности быстро проникает к центру.
Общая продолжительность нагрева при этом сокращается при-
мерно в 2,5—3 раза [52].
На практике применяют оба режима нагрева, однако пред-
почтение отдают обычному нагреву. Обычный режим нагрева
(кривые Б) происходит при удельной мощности, близкой к по-
стоянной, в индукторах, витки которых равномерно распределены
по всей длине. Конструкция индуктора проста. Один и тот же
Рис. 50. Время нагрева заготовок при частоте:
1 — 500 Гц; 2 — 1000 Гц; 3 — 2500 Гц; 4 — 4000 Гц; 5 — 10 000 Гц
индуктор можно использовать для нагрева заготовок, близких
по диаметру, но самых разнообразных по длине. Это и составляет
главное преимущество обычного режима нагрева.
Для ускоренного нагрева обязательна непостоянная удельная
мощность, передаваемая в заготовку в течение цикла нагрева.
Для мерных заготовок режим ускоренного нагрева осуществляется
в индукторах с неравномерной плотностью витков по длине
(количество витков на единицу длины).
В начале нагрева заготовка должна попасть в первую зону
индуктора с большой плотностью витков, чтобы мощность, пере-
даваемая заготовке, была достаточна для быстрого нагрева ее
поверхности до конечной температуры.
Во второй зоне удельная мощность, а следовательно, и плот-
ность витков индуктора резко снижаются до уровня, достаточного
для поддержания температуры на поверхности, которая снижается
из-за утечки теплоты внутрь заготовки. В отдельных случаях для
82

осуществления описываемого режима достаточно разделить индук-
тор на две зоны, но в большинстве случаев необходимо иметь
три зоны. При этом конструкция индуктора становится сложнее
и в нем нельзя нагревать заготовки разной длины.
Главное преимущество режима ускоренного нагрева состоит
в том, что при одной и той же производительности длина индуктора
значительно сокращается и можно обойтись одним нагревателем
вместо двух при обычном режиме. Иногда это является важным
или решающим фактором при выборе режима нагрева. Возможно
осуществление и любого другого промежуточного режима нагрева:
от обычного до оптимального ускоренного [3]. В практике, как пра-
вило, имеет место именно промежуточный режим, что, в частности,
затрудняет расчет времени нагрева и параметров индукторов.
На рис. 50 приведен график продолжительности нагрева заго-
товок разных диаметров (температура поверхности 1250 С, пере-
пад АТ = 100 С, режим нагрева—-обычный).
Для квадратных заготовок со стороной h2 принимают экви-
валентный диаметр da2 1,14й2.
3.	Время нагрева
До настоящего времени нет точных формул для расчета вре-
мени нагрева. Это объясняется сложностью учета тепловых по-
терь с поверхности нагреваемой заготовки, изменений физических
свойств материала и удельной мощности в процессе нагрева.
При нагреве сплошного цилиндра с постоянной средней удель-
ной мощностью время нагрева [52] в секундах
Здесь /?2— радиус заготовки, см:
йн Тф/ц2,
где Тф — критерий Фурье.
Формула справедлива при Аг 0,4Д2. Если это условие не
выполняется, следует принять при расчете tH Д' = 0,4Д2.
На рис. 51 показан график зависимости тф от относительного
температурного перепада АТ/Т0.
Пример. Найти время нагрева заготовки из-углеродистой стали диаметром
100 мм при частоте тока 1000 Гц. Температура поверхности То = 1250° С; пере-
пад в конце нагрева АТ = 100° С; а = 0,083 см2/с; Аг = 18 мм.
Определяем
АТ
„-- 0,08; тф=1,5 (см.рис. 51).
I о
83

Время нагрева при скоростном режиме может быть подсчитано
по формуле [52]
Здесь также Аг «С 0,4/?2.
Значения kH и /гус приведены в табл. 23 для некоторых значе-
ний температурных перепадов при температуре поверхности
1250° С (сталь углеродистая).
К сожалению, достаточно проверенных практикой расчетных
формул для определения времени нагрева 'заготовок прямоуголь-
Рис. 51. Зависимость критерия Фурье от перепада
температур по сечению заготовки
ного сечения нет. В нашей литературе теория теплопередачи при
индукционном нагреве наиболее полно изложена в книге
проф. А. Е. Слухоцкого [39]. Для заготовок бесконечной ширины
дается выражение
л2 S (а, 0) — ~S (а, 1)
t =	_________-V_______ С
н 4а То/Тц-!
где h2 — толщина заготовки, см; а = 2A2//i2; S (а, 0) и S (а, 1) —
на рис. 52.
Однако результаты расчетов по этому уравнению для заго-
товок конечных размеров получаются завышенными. Так, для
23. Значения коэффициентов Кн и Кус
ДГ, °C	40	50	75	100	125	150	175	200	250
Ан	36,0	31,5	24,6	18,0	16,0	14,6	13,0	11,8	10,5
Аус	10,8	10,2	9,1	8,3	7,6	7,1	6,7	6,3	5,7
84

квадратного сечения расчетное время нагрева в два раза больше,
чем это требуется практически. В выводе уравнения принято, что
поток энергии проходит только через поверхности Ь2, так как
при Ь2 - >сю боковые поверхности можно не учитывать. Когда
размеры Ь2 и h2 соизмеримы, боковые поверхности оказывают
значительное влияние. Было предложено [321 ввести коэффи-
циент, учитывающий изменение удельной объемной мощности от
соотношения сторон заготовок.
Кроме того, по примеру расчета
для сплошных цилиндров целе-
сообразно и'здесь ввести поня-
тие эквивалентной толщины:
/гэ2 = h2— Д2 (вероятно, нужно
ввести и понятие эквивалент-
ной ширины' Ьэ2 = Ь2— Д2).
Тогда уравнение перепи-
шется
г	У	П
l, = ^[S(a,0)-^S(a,l)] X
1
х Т0/Тц-1’
(уравнение действительно для
h2 1,5Д).
Для определения времени
нагрева заготовок в виде по-
лого цилиндра, когда т2>1,5Д
и К2^т2, можно использовать
выражения, выведенные для на-
грева тел конечной толщины
с плоской поверхностью при по-
стоянной удельной мощности
S (а,1)0,14
Рис. 52. Значения функций S (а, 0) и
S (а, 1)
S (а, 0)-^S(a, 1)
f _ 1Э2 ______7 Ц_____р
н а Д/Д1
Здесь а = ~.
Т2
Когда толщина стенки значительно больше, желательно ввести
коэффициент, учитывающий изменение объемной удельной мощ-
ности при изменении толщины.
Тогда уравнение запишется
S(a,0)-^S(a,l)
f _ ТЭ2 ______7 Ц_____ ( 1__Т2 \ р
а Г0/7ц-1 V 2Р2;С’
где 7?2 — наружный радиус цилиндра; тэ2 = т2 —	.
85

Недостаточно изучен вопрос расчета температурного распре-
деления в тонкостенных трубах, т, е. при т2 sg Аг. Если т2 /?2
и т2< Аг, можно приблизительно считать, что в горячем режиме
(выше точки Кюри) нагрев происходит равномерно по всему сече-
нию. Если при этом мощность тепловых потерь велика (например,
в нефутерованном индукторе), то теплоперепад может быть даже
обратным, т. е. температура внутренних слоев будет больше, чем
поверхности. Время нагрева и размеры индуктора для тонко-
стенных труб обычно следует выбирать не по теплоперепаду АТ,
а из условий эффективной и надежной работы индуктора. Нужно
отметить, что при т2 < Аг может наблюдаться значительная
неравномерность нагрева по периметру из-за разностенности труб.
Эта неравномерность больше, чем при нагреве тех же труб в пла-
менных печах, так как в местах с меньшей т2 при индукционном
нагреве выделяется большая мощность, чем в соседних участках.
Как можно было заметить, нагрев в минимальное время тре-
бует понижения частоты тока, тогда как стремление к увеличению
к. п. д. заставляет выбирать ее более высокой.
В табл. 24 приведены рекомендуемые частоты для нагрева
стальных заготовок.
24. Оптимальная частота тока
для сквозного нагрева стальных заготовок
Частота Гц	50	500	1000	2500	4000	8000 и 10 000
d2, мм /г2. мм	Более 160	70—160 65—160	55—120 45—80	35—80 25—60	30—60 20—50	20—40 15—40
4.	Время выравнивания температуры по сечению
Всегда с момента окончания нагрева заготовки до начала де-
формации затрачивается время на ее транспортировку от нагре-
вателя до ковочного агрегата. За это время температура по
сечению выравнивается. Выравнивание температуры позволяет по-
лучить несколько меньший-перепад температуры по сечению заго-
товки и, следовательно, ускорить темп ее выдачи из нагревателя.
На рис. 53 [57 ] представлена кратность изменения перепада
температуры kt относительно начального в зависимости от r$;
_ __
ф ~ R22 ’
где а— коэффициент температуропроводности, сма/с; — время
выравнивания, с; Т?2—радиус заготовки, см. Пользуясь кри-
выми, можно определить или время, необходимое для умень-
шения перепада, или конечный перепад, зная время, затрачи-
ваемое на транспортировку.
86

Следует иметь в виду, что кривые выравнивания температуры
(рис. 54) строго справедливы только при отсутствии тепловых
потерь с поверхности. В реальных случаях, особенно при больших
Рис. 53. Кривые выравнивания температуры:
1 — кратность изменения температуры на поверхности; 2 — крат-
ность изменения температуры в центре заготовок
температурах нагрева (70 >> 1100° С), кривая температуры по-
верхности падает значительно быстрее и пересекается с кри-
вой 7ц. Теплоперепад при этом становится отрицательным. Подоб-
ная же картина наблюдается в индукционном термостате, когда
при постоянстве 70, темпе-
ратура внутренних слоев
может быть выше 70. Это
превышение температуры
тем значительнее, чем
больше тепловые потери
с поверхности.
5.	Нагреватели для
мерных заготовок
В практике применяет-
ся много разных схем на-
грева заготовок. Однако
все они отнесены к нагре-
ву методическому или пе-
риодическому. Соответст-
Рис. 54. Время выравнивания температуры
заготовок при различных перепадах в % от
начального
венно и конструкции на-
гревателей разделяются на
«методические» и «периоди-
87

ческие» (рис. 55). В методических нагревателях мерные заго-
товки с постоянной скоростью или через интервалы (с равным
темпом) перемещаются через индуктор. В индукторе одно-
временно находятся несколько заготовок, нагретых от 20° С
на входе до 1250° С на выходе. Длина индуктора, число
заготовок и скорость перемещения их рассматриваются таким
образом, чтобы заготовки на выходе достигали ковочной темпе-
ратуры и заданного перепада по сечению.
Желательно, чтобы в индукторе находилось не менее трех
заготовок, так как электрический режим работы нагревателя
Рис. 55. Способы нагрева заготовок: а — периодический; б — ме-
тодический
в момент загрузки холодной заготовки и выгрузки нагретой в этом
случае практически остается без изменения.
В индукторе периодического действия нагревается только одна
заготовка (или часть ее) в течение времени tn, достаточного для
прогрева ее до ковочной температуры и до заданной степени
равномерности (перепада). Если по условиям производительности
требуется темп выдачи t0 меньше необходимого времени нагрева /н,
нужно иметь два или несколько нагревателей (индукторов),
в которых одновременно нагревается несколько заготовок. Число
их будет равно п = t„/t0- Загрузка заготовок в индукторы должна
быть сдвинута по времени на t0.
Кузнечные индукционные нагреватели методического действия.
Нагреватели серии КИН-К с кулисным приводом толкателя пред-
назначены для нагрева мерных заготовок по всей длине из стали,
цветных металлов и их сплавов цилиндрического и квадратного
сечения в широком диапазоне типоразмеров.
На рис. 56 показан принцип работы нагревателя серии ИНМ
с толкателем. Перемещение заготовок в этом нагревателе осу-
ществляется толкателем с кривошипным механизмом, который,
в свою очередь, приводится от электродвигателя постоянного
тока.
88

Толкатель непрерывно совершает возвратно-поступательное
движение, заталкивает холодную заготовку, поступившую из
загрузочного лотка на линию толкания, и перемещает одновре-
менно все заготовки в индукторе, выбрасывая с другого его
конца нагретую. Число ходов толкания в минуту, а следовательно
и темп выдачи нагретых заготовок регулируется в пределах
Рис. 56. Схематиче-
ское изображение
индукционного- на-
гревателя КИН-К:
1 — индуктор; 2 —
заготовки; 3 — тол-
катель
3—20 с оборотами приводного двигателя серии ПМУ. При этом
электродвигатель остается постоянно включенным. Темп толка-
ния свыше 20 с регулируется реле времени. Привод толкателя
в этом случае работает с остановками электродвигателя.
Загрузка заготовок на лоток ручная. Одновременно загру-
жается 10—20 заготовок. Дальнейшее движение их с лотка до
Рис. 57. Принцип работы нагревателя с шаговым перемещением
заготовки ИНМ-Ш и КИН-Ш
выдачи происходит автоматически. Конструкция не предусматри
вает механизированную загрузку вибробункерами, кассетами
или другими средствами. На выходе из индуктора имеется раз-
грузочное устройство, состоящее из редуктора и вращающегося
ролика. Нагретая заготовка при выталкивании попадает перед-
ним концом на ролик и быстро удаляется из индуктора. Индуктор
легкосъемный и быстро может быть заменен на другой. Однако
длина его для каждого типа нагревателя сохраняется постоянной.
Технические характеристики приведены в табл. 25.
Индукционные нагреватели серии ИНМ-Ш (с шаговым меха-
низмом) показаны на рис. 57. В табл. 26 даны их технические
характеристики.
89

g	25. Технические характеристики индукционных методических нагревателей серии КИН-К
Тип	Частота, Гц	Мощность, кВт	Размеры нагреваемых заготовок, мм			Длина индуктора мм	Произво- дительность		Батарея кон- денсаторов		Габариты нагревате- ля, мм			Расход воды, м’/ч
			Диаметр	Сторона квадрата 		Длина		Диаметр заготовки мм	кг/ч	В	квар	Длина	Ширина	Высота	
КИН5-250/2.4К	2 400	250	30—80	30—80	До 400	1000	60	600	12	3 600	3250	1800	2000	7
КИН7-250/4К	4 000	250	20—80	20—80	» 400	1000	50	500	12	4 200	3250	1800	2000	7 |
КИН6-250/10К	10 000	250	15-80	15-80	» 400	1000	30	550	12	4 800	3250	1800	2000	7 !
КИН1-500/1К	1 000	500	60—150	60—120	» 600	2000	90	1300	24	6 000	4250	1800	2000	14
КИН2-500/2.4К	2 400	500	30—80	30—80	» 600	2000	60	1200	24	7 200	4250	1800	2000	14 (
КИНЗ-500/4К	4 000	500	20—80	20-80	» 600	2000	50	1000	24	8 400	4250	1800	2000	14
КИН4-500/10К	10 000	500	20—80	15—80	» 600	2000	30	800	24	9 600	4250	1800	2000	14 !
КИН2-750/1К	1 000	750	60—150	60—120	» 600	3000	70	2700	36	9 000	5250	1800	2000	20
КИНЗ-750/2.4К	2 400	750	30—80	30—80	» 600	3000	50	1900	36	10 800	5250	1800	2000	20
КИН4-750/4К	4 000	750	20—80	20—80	» 600	3000	40	1600	36	12 600	5250	1800	2000	20
Примечания: 1. Минимальная длина заготовок 1,5d, но не менее 60 мм.
2. Габариты нагревателя в комплекте со шкафами.
3. Расшифровка обозначения КИН4-750/4К: мощность 750 кВт, частота 4 кГц, механизм толкателя кривошипный.

Заготовки, подлежащие
нагреву, загружаются в бун-
кер или кассеты, откуда они
автоматически подаются на
три направляющие, проходя-
щие через индуктор. Средняя
из них подвижная и конст-
руктивно сделана так, что за-
готовки на ней легко удержи-
ваются. Подвижная направ-
ляющая приводится в воз-
вратно-поступательное дви-
жение электродвигателем
посредством червячного, ре-
дуктора и кулачкового дис-
ка. При своем движении она
поднимает заготовки с край-
них направляющих и пере-
мещает их небольшими ша-
гами через индуктор. Ско-
рость перемещения опреде-
ляется числом ходов в ми-
нуту и длиной перемещения
за один шаг. Изменяя число
оборотов двигателя, можно
менять темп выдачи нагретых
заготовок. Такая система по-
зволяет полностью освобож-
дать индуктор от заготовок
в конце нагрева и подавать
их по, одной на время на-
стройки нагревателя или
штампов. Кроме того, в этом
случае направляющие прак-
тически не изнашиваются,
а требования к торцам заго-
товок могут быть менее жест-
кими, рекомендуются для за-
готовок больших сечений и
сравнительно небольшой
длины.
Некоторым недостатком
нагревателей является обя-
зательное увеличение воз-
душного зазора между ин-
дуктором и заготовкой, а сле-
довательно, повышенная
мощность конденсаторной ба-
S
о
S
п
X
X
«в
X
ф
S
S
3
сч
91

тареи. Во всем остальном они повторяют конструкцию нагре-
вателя с толкателем.
На рис. 58 и 59 показана компоновка и комплектность по-
ставки нагревателей.
Каждый нагреватель состоит:
а)	из нагревательного блока 3 с механизмами толкания, лот-
ком загрузки 2, разгрузочного устройства 4, заготовок, индуктора
и системы водоохлаждения (рис. 58);
Рис. 58. Компоновка нагревателя КИН-К:
1—трансформаторный шкаф; 2 — загрузочный лоток; 3— на-
гревательный блок с индуктором и механизмами толкателя;
4 — разгрузочное устройство; 5 — шкаф управления; 6 —
конденсаторная батарея
б)	трансформаторного шкафа 4 с разъединителем, контакто-
ром, измерительными трансформаторами тока и напряжения
и автотрансформатором (рис. 59);
в)	шкафа управления 5 с реле автоматики и измерительными
приборами. Шкаф выполнен в двух модификациях: один для
подключения к высокочастотным генераторам, собранным по
схеме централизованного питания (без возбудителя) и второй—для
индивидуального питания от машинного генератора. В последнем
случае в шкафу дополнительно установлен тиристорный возбуди-
тель ВТ-20;
г)	конденсаторной батареи 3.
Размер А для КИН-250, КИН-500 и КИН-750 соответственно
равен 2800, 3800 и 4800 мм.
На рис. 60 приведена силовая электрическая схема. Разъеди-
нителем и контактором нагреватель может подключаться и отклю-
92

Рис. 59. Компоновка нагревателя
ИНМ-Ш:
1 — нагреватель индукционный; 2 — ин-
дуктор; 3 — батарея конденсаторов; 4 —
шкаф трансформаторный; 5 — шкаф
управления; 6 —- бункер
индуктор: С — конденсаторы; К. — контакторы; TH — трансформатор
напряжения; 1Р — разъединитель; ЛК. — контактор; АТ — автотран-
сформатор; ТТ—трансформатор тока; РМ — максимальное реле за-
щиты; ]РВ — переключатель
93

чаться или от питающего генератора, или от сборных шин высо-
кочастотного распределительного устройства. Автотрансформатор
позволяет ступенями (ручным переключением) изменять нап-
ряжение на индукторе, а следовательно, потребляемую им мощ-
ность и темп выдачи нагретых заготовок. На рис. 61 показан
общий вид нагревателя ИНМ-Ш.
На рис. 62 показан вид кузнечного цеха с индукционными
нагревателями типа КИН.
В таблицах технических характеристик нагревателей и пас-
порте указана производительность для определенного диаметра
заготовок. Для других типоразмеров она иная и будет опреде-
Рис. 61. Общий вид нагревателя ИНМ-Ш
ляться длиной индуктора или мощностью конденсаторной бата-
реи. Чтобы найти возможную производительность нагревателя,
надо произвести следующий расчет.
Пример. Рассчитаем возможную производительность нагревателя
КИН2-500/2,4К при нагреве заготовок d2 = 50 мм, /2 = 100 мм, g2 = 1,5 кг
(масса заготовки), f = 2500 Гц, = 2000 мм, Рс = 7200 квар. Находим: /н =
= 85 с (см.рис. 50). Число заготовок в индукторе—30 (п — й//2)- Темп выдачи
нагретых заготовок tH/n = 3 с. Возможная производительность по длине индук-
тора П = 1800 кг/ч.
Однако эту производительность можно не получить, если мала
мощность конденсаторной батареи. Поэтому желательно сделать
проверку. На рис. 63 приведены графики средних значений cos <ри
от диаметра заготовки при различных частотах. Поскольку зазоры
и, следовательно, отношение RjRz в разных конструкциях раз-
личаются, реальные значения cos <ри могут отклониться от при-
веденных. Из графика на рис. 63, а находим, что для диаметра
заготовки 70 мм cos <ри = 0,15. Максимальная мощность индук-
тора составит Ри = Рс cos <ри. Ра — 7200-0,15 — 1000 кВт.
При этой мощности производительность нагревателя по кон-
денсаторной батарее для d2 = 50 мм найдем из выражения
л = т/ч
8о
Ориентировочный электрический к. и. д. индуктора (рис. 63, б)
Ли. э = 0,70, тепловой (в среднем) ш = 0,85, общий т]и =
94

Рис. 62. Вид кузнечного цеха с индукционными нагревателями
Рис. 63. Коэффициент
мощности (а) и к. п. д. (б)
индуктора для заготовок
различных диаметров и
частоты (горячий режим,
постоянный зазор)
95

= 0,70-0,85 = 0,60. Теплосодержание—g0 = 230 кВт ч/т
(см. рис 5).
Тогда производительность равна
п_ 1000 0,6
11 ~	230
2,6 т/ч.
Производительность КИН2-500/2,4К для заготовки 42 = 50 мм
ограничивается длиной индуктора и может быть доведена только
до 1800 кг/ч. При этом потребляемая мощность от генератора
900 кВт. На эту мощность должны быть рассчитаны параметры
(витки) индуктора. Возможные производительности нагревателей
в расчете на все длины индуктора приведены в табл. 27.
27. Производительность П (кг/ч) и мощность Ри (кВт)
индуктора длиной 1 м при различных частотах тока
и диаметрах нагреваемых заготовок
Диаметр заготовки мм	Частота тока, Гц									
	1000		2500		4000		8000		10 000	
	П	Р	п	р	11	р	п	р	П	р
20	—	—	—	—	—	—.	300	170	800	410
30	—	—	—	—	850	380	400	200	660	290
40	—	—	610	290	710	280	455	220	600	240
50	790	390	640	290	630	240	510	240	560	220
60	720	325	620	280	590	220	470	234	—	—
70	675	290	600	245	560	200	490	234 ,	—	—
80	654	273	580	235	540	190	490	234	—	—
90	640	256	570	230	540	190	490	234	—	•—
100	630	248	540	220	—	—	—	—	—	—
ПО	610	240	5Ю	—	—	—	—	—	—	—
120	590	230	495	.—	—	—	—-	—.	—	.—
130	577	223	470	—	—	—	—	—	—	—
140	565	213	—	—	—	—	—	—	—	—
150	542	200	—		—	—	—	—	—	—
Примечания: 1. При длине индуктора, отличающейся от 1 м. приве-
денные значения умножаются на длину индуктора в метрах.
2. Расчет производительности н мощности выполнен для нагрева стали
до температуры 1250° С с теплоперепадом 100° С.
96

6.	Нагреватели периодические. Серия КИН-П
Предназначены для нагрева концов мерных заготовок или
прутков. Все нагреватели одноручьевые. Имеют правое и левое
исполнение, что позволяет два нагревателя монтировать вплотную
друг к другу, образуя как
бы один двухручьевой.
Прутки загружаются
в индуктор вручную и по-
сле нагрева также вруч-
ную извлекаются. Нагрев
включается кнопкой после
загрузки прутка. Продол-
жительность нагрева регу-
лируется реле времени.
На рис. 64 приведена элек-
трическая силовая схема.
В конденсаторной батарее
установлены рубильники
для ручного и пневматиче-
ские контакторы для авто-
матического подключения
конденсаторов. Контакто-
ры в трансформаторном
шкафу предназначены для
автоматического измене-
ния напряжения на индук-
торе в процессе нагрева.
В табл. 28 приведены тех-
нические характеристики
периодических нагревате-
лей. Производительность
нагревателя не указана,
так как она зависит от
диаметра заготовки и дли-
ны нагреваемой части
прутка.
Пример. Найдем производи-
тельность КИН1-150/8 при на-
греве прутка d2 = 40 мм, длина
нагреваемой части прутка /2 =
=200 мм, масса 2 кг, in = 75 с
(см. рис. 50). Отсюда производи-
тельность одного ручья соста-
вит 48 нагревов или 96 кг/ч.
fidowndaHDi у
На рис. 65 приведен га-
баритный чертеж и компо-
новка нагревателя в целом.
97

28. Техническая характеристика
кузнечных индукционных периодических нагревателей
Т ип	Исполнение	Диаметр нагреваемых заготовок мм	Мощность конденсаторной батареи, квар
КИНЗ-150/10	Правое	20—50	3600
КИН4-150/10	Левое	20—50	-3600
КИН 1-150/8	Правое	25—50	2700
КИН2-150/8	Левое	20—50	2700
КИ111-250/2,4	Правое	40—80	2640
КИ112-250/2,4	Левое	40—80	2640
КИНЗ-250/1	Правое	60—120	1740
КИН4-250/1	Левое	60—120	1740
Примечания: 1. Давление воды 1,5—2 ати, расход воды 3 м3/ч» давле-
ние воздуха 6 ати, расход 5 мя/ч.
2. Габаритные размеры трансформаторного шкафа — 1300X900X 2200 мм,
пульта управления — 1000X 600X 2200 мм, нагревателя — 3420X 750X 1500 мм.
3. Длина заготовок — 100 -500 мм.
4. Расшифровка обозначения К.ИНЗ-150/10: кузнечный индукционный на-
греватель, мощность 150 кВт, частота 10 000 Гц.
7.	Нагреватели специализированные
Нагреватели типа ИН1-751/С, ИН2-752/С для нагрева концов
мерных (трубных) заготовок имеют четыре ручья (рис. 66). За-
готовки укладываются на стеллажах, отсюда они автоматически
цепным трансформатором распределяются по индукторам, загру-
жая их поочередно через определенные заданные промежутки
времени. При загрузке холодная заготовка выталкивает нагретую
на разгрузочный транспортер. Комплект оборудования нагрева-
теля такой же, как у ИНМ-1001-Ш. Технические характеристики
нагревателей ИН1-751/С, ИН2-752/С:
Частота тока, Гц................................. 1000	и 2500
Размер нагреваемых заготовок, мм:
диаметр ....................................... 100—150
длина...................................... 400—600
длина нагреваемого конца................... 150—200
Количество индукторов ................................   4
Длина индуктора, мм........................ •	•	300 и 400
Батарея конденсаторов, шт.................. •	•	30
Батарея конденсаторов, квар.................... •	4350 и G600
Габариты нагревателя, мм	-6000X 5000X 3000
Нагреватели со щелевыми индукторами (рис. 67). Нагрев осу-
ществляется в продольном магнитном поле при непрерывном
перемещении заготовок через индуктор. К. п. д. индуктрра в зна-
чительной степени зависит от потерь в перемычках, образующих
98

Рис. 65. Перио-
дический нагре-
ватель КИН-П:
а — общий вид;
б — габаритный
чертеж:
1 — загрузочный
стол; 2 — индук-
тор; 3 — заготов-
ка; 4 — шкаф
трансформатор-
ный; 5 — шкаф
управления
OOZZ
Рис. 66. Специализированный нагреватель: ИН1-751/С; ИН2-752/С
99

Рис, 67. Щелевой индуктор: а — проходной; б — открытый с одной
стороны
Рис. 68. Овальный индуктор
Рис. 69. Нагрев заготовок в индукторе с поперечным магнитным полем
100

щель на входе и выходе индуктора. Поэтому нагреватели реко-
мендуются для нагрева коротких концов заготовки, когда длина
индуктирующего провода может быть больше длины перемычек.
Нагреватели с овальным индуктором (рис. 68). Заготовки на-
греваются в продольном магнитном поле за время перемещения их
от одного края индуктора до другого. Рекомендуются для нагрева
заготовок небольшого диаметра и длины или только концов.
Заготовки (рис. 69) нагреваются в индукторе с поперечным
магнитным полем. Расчетное время нагрева в 1,2 для коротких
и 1,5 раза для длинных заготовок больше, чем при нагреве в ци-
линдрических' индукторах. Требуется согласование размеров
индуктора с размерами заготовки во избежание перегрева тор-
цов. К. п. д. овальных индукторов выше, чем цилиндрических,
в основном из-за лучшего соотношения периметров окна индуктора
и нагреваемых деталей.
8.	Индукторы для сквозного нагрева
Выполняются в виде цилиндрического, овального, прямо-
угольного соленоида из медной трубки. Каждый виток изоли-
руется стеклолентой, пропитывается кремнеорганическим лаком
и заливается жаропрочным бетоном. Внутри индуктора на бетон
укладываются две направляющие трубки из немагнитных марок
стали (обычно Х18Н10Т), по которым в процессе нагрева пере-
мещаются заготовки. Трубки из обычных сталей сильно нагре-
ваются, поэтому не применяются. По трубкам соленоида и на-
правляющим пропускается вода для охлаждения.
В нагревателях КИН-К (рис. 70) каждый индуктор собирается
из двух, четырех и шести секций длиной по 500 мм. Секции двух
типов. Секция (рис. 70, б) имеет расширение на конце и уста-
навливается на выходе из индуктора, когда нагреваются короткие
заготовки. В этом случае разгрузочное устройство не применяется.
Заготовки скатываются из индуктора под действием силы тяжести.
Соединяя группы секций последовательно или параллельно,
можно получить необходимую мощность. При сборке индуктора
секции устанавливаются вплотную одна к другой (рис. 71). На-
правляющие укладываются после их сборки сразу на весь индук-
тор. Каждая секция охлаждается самостоятельно и имеет один
подвод воды и один или два слива.
Индуктор является наиболее уязвимым элементом нагревателя.
Срок службы в значительной мере определяется условиями экс-
плуатации. От обслуживающего персонала требуется:
следить за состоянием бетона; при наличии разрушений, тре-
щины надо тщательно замазать бетоном, иначе под действием
высокой температуры и окалины с заготовки электрическая изо-
ляция быстро приходит в негодность и происходит электрический
пробой — наиболее частая причина выхода индукторов из строя;
следить за охлаждением катушки и направляющих; в конце
работы раскаленную заготовку нельзя оставлять в индукторе,
101





а воду можно отключать только после того, как футеровка
остынет;
беречь от механических ударов, чтобы не повредить бетон.
В заграничной практике дополнительно в индуктор вставляют
керамические (на основе карборунда) цилиндры с толщиной
стенки 5—10 мм. Слой бетона внутри в этом случае делается
тоньше. Цилиндры предохраняют бетон и витки. Сами они при'
повреждениях легко заменяются.
В табл. 29 приведены данные индукторов к нагревателям
КИН-К. Индукторы в таблице рассчитаны для максимального
диаметра на напряжение около 600 В (на индукторе) и мощность
в среднем из условий расхода энергии 300 кВт-ч/т. Конструкция
предусматривает нагрев заготовок меньших диаметров. При этом
мощность, необходимая для получения указанной в таблице
производительности, достигается за счет повышения напряжения
до 800 В и увеличения числа подключаемых конденсаторов при-
мерно в 1,2—1,5 раза. Например, в индукторе диаметром 116 мм,
расчет которого выполнен на заготовку 60 мм, можно с той же
производительностью осуществить нагрев заготовок диаметром
45 мм. Для этого нужно повысить напряжение до 800 В, чтобы
сохранить мощность, потребляемую индуктором. Поскольку воз-
душный зазор индуктора при этом увеличится, потребуется до-
бавить и число конденсаторов Ч
9.	Особенности расчета индукторов
методического действия
В индукторах методического действия температура заготовок
изменяется от 20° С до 1250° С. Следовательно, удельное сопро-
тивление и магнитная проницаемость их разные. Разными будут
также реактивное и активное сопротивления. Поэтому расчет
индукторов методических нагревателей затруднен и не дает вы-
сокой точности. Как правило, он приводит к завышенным коли-
чествам витков. Было предложено для расчета индуктор разбить
на три зоны и каждую считать отдельно. Проф. А. Е. Слухоцкий
предложил для каждой зоны принять следующие величины:
1)	холодная зона—/21«=Ю,105и/2; удельная мощность р01=
= ~Н1 2те	где ре = 60-10-® Ом см, Ае = 50301/Д>
Z	г Ве/
/2— длина одной заготовки, п— количество заготовок в индук-
торе;
2)	промежуточная зона—Z22	0,145/zZ2; удельная мощность
р0 = Рпг^
0,207 И Це
1 Расчет индукторов выполнен по заданию ВНИИТВЧ сотрудниками ка-
федры электротермических установок Ленинградского ордена Ленина Электро-
технического института им. В. И. Ульянова (Ленина) под руководством
канд. техн, наук Н. А. Павлова.
103

29. Типовые индукторы
А. Индукторы к нагревателю КИН-250/—К-
Длина — Ю00 мм. Число секций — 2. Соединение — последовательное.
Напряжение — 600—800 В
Диаметр заготовки (макс/мии), мм	Данные индуктора					Секции		Количество кон- денсаторов
	Производи- тельность кг/ч	Диаметр катушки, мм	Диаметр фу- теровки, мм /	Число после- ; довательных секций !	Число па- раллельных групп	Количество витков	Сечение трубки,» мм	
			КИН5-250/2.4К 2400 Гц					
30/—	850	70	42	2	1			14
45/30	800	90	60	2	1	23	14Х 15	9
							10Х 11	
60/45	600	116	76	2	1			6
80/60	600	140	100	2	1	21	16X20 12х1б	6
			KHH7-I	250/4К 4С	00 Гц			
20/—	900	54	30	2	1			12
30/20	800	70	42	2	1	23	14Х 15 ^10Х 11	7
45/30	600	90	60	2	1			5
60/45	500	116	76	2	1	17	20Х 14 16Х 10	6
80/60	450	140	100	2	1	16	22X20 18Х 16	5
			КИН6-250/10К Ю 000 Гц					
20/15	700	м	30	2	1	1Я	18Х 12	7
							14X8	
30/20	550	70	42	2	1	17	20Х 14 16Х Ю	7
45/30	600	90	60	2	1	14	25Х 15 21X11	5
60/45	400	116	76	2	1	11	32Х 15	5
							28Х 11	
80/60	350	140	100	2	1	12	28X20 22Х 14	4
104

Продолжение табл. 29
Б. Индукторы к нагревателю КИН-500/—К- Длина 2000 мм, секций 4.
Соединение: две последовательно в группе, а группы параллельно.
Напряжение 600—800 В
Диаметр заготовки (макс/мин), мм	Данные индуктора					Секции		Количество кон- денсаторов
	Произвол- тельность кг/ч	Диаметр катушки, ММ ;	Диаметр фу- теровки, ММ	Число после- довательных секций	Число па- раллельных групп	Количество витков	Сечение трубки, мм	
			КИН 1-500/1 к, 1000 Гц					
60/—	1800	116	76	4	1	14	22X20 18Х 16	21
80/60	1400	140	100	4	1	12 1	28X20	21
100/80	1300	160	120	4	1	12 1	24Х 16	17
			КИН2-500/2,4К, 2400 Гц					
30/—	1700	70	42	4	1	17	20Х 14	
							16Х 10	
45/30	1600	90	60	4	1	12	28X20	16
							24Х 16	
60/45-	1250	116	76	2	2	23	14X15	19
							10Х 11	
80/60	1200	140	100	2	2	2! 1	16X20	11
100/80	900	160	120	2	2	21 J	12Х 16	9
			КИНЗ-500/4К, 4000 Гц					
30/20	1600	70	42	2	2	23 1	14Х 15	13
45/30	1250	90	60	2	2	23 )	10Х 11	10
60/45	1050	116	76	2	2	17	20Х 14 16Х 10	12
80/60	900	140	100	2	2	16 1	22X20	10
100/80	800	160	120	2	2	•6 J	18Х 16	10
		КИН4-500/10К, Ю000 Гц						
30/20	1100	70	42	2	2	17	20Х 14 16Х 10	11
45/30	900	90	60	2	2	14	22X20 18Х 16	10
60/45	800	116	76	2	2	11 1	32Х 15	10
80/60	750	140	100	2	2		28Х 11	8
105

Продолжение табл. 29
В. Индукторы к нагревателю КИН-750/—К- Напряжение 600—800 В.
Длина 3000 мм, секций 6. Соединение: три последовательно
и две группы параллельно
S а: са £ s С	Данные индуктора					Секции			К
Диаметр загс (макс/мин), t	Производи- тельность кг/ч	Диаметр катушки, мм	Диаметр фу- теровки, мм]	Число после- довательных секций	! Число па- 1 раллельных групп	Количество витков		Сечение трубки, мм	Количество кс денсаторов
			КИН2-750/1К, 1000 Гц						
80/60	2100	140	100	3	2	16			31
100/80	1800	160	120	3	2	16			26
130/100	1600	200	150	3	2	16		22X20	19 18
160/130	1400	230	180	3	2	16		16Х 14	
200/160	1250	270	220	.3	2	16			13
			КИНЗ-750/2,4К, 2400 Гц						
45/30	2200	90	60	з	2	17		20Х 14	22
								16Х 10	
60/45	1900	116	76	2	3	23		14X15 10Х 11	18
80/60 100/80	1800	140	100 120	2	з	21		16X20	16 26
	1400	160		2	3	16		12X16 22X20 18Х 16	
130/100	1300	200	150	2	3	17		20Х 14 16X10	14
			КИН4-750/4К, 4000 Гц						
45/30	1900	90	60	2	з	23		14X15	15
								юх п	
60/45	1600	116	76	2	3	17		20X 14	17
								16Х 10	
80/60 100/80	1400 1250	140 160 ’	100 140	2 2	3 3	16		22X20 18Х 16	15 14
106

3) горячая зона /23	0,75п12; удельная мощность
р01ФК2~
Pos 0,425 Км/
где Ф = f — по табл. 10.
\ /
Задавшись тремя-четырьмя значениями ре и определив для
них по кривой намагничивания (см. рис. 2) соответствующие
значения р01 и вычислив р02, pos и среднюю удельную мощность
Ро Ср =	(р0141	р02^22	Ро3^2з)» СТрОИМ КрИВуЮ Роср =
= f (ре). Искомое значение ре соответствует значению средней
удельной мощности р0 с„ .=	, где Р2 —активная мощ-
‘	Л	g
ность, которую необходимо сообщить в заготовку. Тогда активное
сопротивление всех заготовок в индукторе
г - Р*
2 ~ (n/2Wc)2 ’
где Не = f (ре) определяется для найденного значения рг по
кривой намагничивания (см. рис. 2). Собственное индуктивное
сопротивление заготовок
-'-гм (nl2He)2 (^'Ро'р “Ь ^22р02р " Г ^23р03р)>
где реактивные удельные мощности по зонам р01р = у^; р02р =
=	; Розр = Ро.Л7Ф; — по табл. 10.
Остальные расчеты соответствуют табл. 13.
Расчет индукторов методического действия для ускоренного
нагрева. Ускоренный нагрев обеспечивается неравномерным ша-
гом витков индуктора. Обычно выделяют три зоны индуктора.
Плотность витков в 1-й зоне—наибольшая, в 3-й зоне—наи-
меньшая. Ориентировочная длина зон определяется следующими
соотношениями (по А. Е. Слухоцкому): /21 /22 (0,2 — 0,32) X
х п/2; /23 = (0,4 — 0,55) п/2. Распределение удельной мощности
по зонам с учетом постоянства температуры То можно определить
по формуле
”=с°	2 '
р0 = 8,37-10-3-^° У e 'v"T кВт/см2,
где V— корни уравнения (vn) = 0; для п = 1, 2, 3, 4, 5
v„ = 2,405; 5,51; 8,654; 11,792; 14,931;
X — теплопроводность, кал/см с град; То = 1250° С —• темпе-
, at2
ратура на поверхности заготовки; т = —— критерий Фурье;
К
107

a — температуропроводность, см2/с; tK — время нагрева в зоне:
в 1-й зоне /К1 = /ус ; во 2-й зоне tK2 = tyc /м^<22 ; в 3-й зоне
/кз = tyc> iyc— время ускоренного нагрева. Для 1-й зоны удель-
ная мощность может быть выражена формулой
Для 2 и 3-й зон удельную мощность определяем графически по
ступеням удельных мощностей в координатах р0 = f\tK) и к ним
прибавляем удельную мощность тепловых потерь.
Переходные режимы считаем законченными в 1-й зоне. Тогда
значения сопротивления заготовок по зонам можно записать
в следующей форме:
г21 = ^3,6- IO-6 /f Ом;
‘21
х2м = 0,298г21 Ом; г22 = Ф-
*22	/Л2
Ф .
^2м2 — ^22 ip- >
г г ^22 .
*23 - г 22 /	>
‘23
v ____ v ^22
Л2мЗ — Л2м2 /
‘23
Действующие значения напряженности магнитного поля (А/см)
по зонам:
нл = У	А/см.
<21 Г	Г21
не2 = У У	А/См;
<22 '	Г22
Нел = 1- У	А/См
Среднедействующее значение
я = //е^21 + Д^22 + Яе8ггз А/с
еСР	nl2	'
Результаты вычислений верны, если
2п/?2 (р01/21 + р0242 + РМ =
108

Суммарная реактивная мощность
Рр — 2лР2 ^О,298ро1/21 Рог4г 4“ ~ф Роз4з) •
Тогда общие сопротивления нагреваемых заготовок (Ом):
__ Р2	Рр
Г* ~'(п12НесрГ ’ %2М ~ (п/2«еср)2 ’
Далее расчет индуктора, как при равномерном распределении
витков.
Разбивка витков по зонам с учетом одинакового в них тока
(последовательное соединение зон):
Wi = №ср//д///еср;
= wcpHe2IHe^,
= ^ср^з/^еср,
где <х1ср — число витков по усредненным параметрам.
Расчет считается законченным, если удовлетворяет равенство:
lyW = liiWy 4“ /12^2 “I- ^13^3-
Если правая часть больше — уменьшаем витки во 2 и 3-й зонах.
При малой разнице.-—уменьшаем витки только в 3-й зоне. Если
левая часть больше — увеличиваем витки в первой секции, чтобы
приблизить режим к случаю То = const.
10.	Расчет и выбор оборудования
Выбору оборудования предшествует проработка техниче-
ского задания, в котором должны быть следующие данные:
распределение заготовок по ковочным агрегатам с указанием
размеров, материала и зоны, подлежащей нагреву; желательно
за одним агрегатом закреплять заготовки одной формы (сечения)
и близкие по диаметру; это позволит сократить число применяе-
мых типов индукторов;
температура нагрева, перепад температуры по сечению, про-
должительность транспортировки нагретых заготовок до ковоч-
ного агрегата;
фонды рабочего времени каждого агрегата и цеха в целом,
годовую программу для каждой заготовки;
коэффициент одновременности и совпадения максимальных
нагрузок;
планировка размещения ковочных агрегатов, желаемое раз-
мещение нагревателей и высокочастотных генераторов;
сведения о наличии сжатого воздуха, воды, подвалов (под
нагревателями), средств автоматизации, способе и точности резки
заготовки.
109

Выбор оборудования состоит из следующих этапов.
1.	Определение частоты тока по табл. 24. Желательно в цехе
иметь ток одной частоты; в отдельных случаях для заготовок,
удельный вес которых в годовом объеме незначителен, целесооб-
разно сделать отступление от рекомендаций в пользу частоты.
2.	Подбор для каждого диаметра заготовки и заданной про-
изводительности нагрева наиболее подходящего индуктора по
табл. 29. Желательно иметь меньше разных типов инду-кторов.
Каждый индуктор рассчитан таким образом, что в нем могут
нагреваться без существенного снижения производительности
и к. п. д. заготовки следующих диаметров (в мм): 20—30; 30—45;
45—60; 60—80; 80—100; 100—130; 130—160.
3.	Выбор типа нагревателя по табл. 25 и 26.
4.	Определение максимальной мощности каждого нагревателя
и мощности генераторов.
При централизованном питании нагревателей
п
Р t ~ ^сн^о ^итах,
1
где ko — коэффициент одновременности работы нагревателей;
/гсн — коэффициент совпадения максимальных загрузок; kCH и
ko должны быть указаны в задании на проектирование. Обычно
/гс„ = 0,84-0,85; k0 = 0,84-0,85.
Очень часто в заданиях занижают эти коэффициенты. Поэтому
полезно сделать проверку расчета мощности по часовому выпуску
поковок:
Рт = 500М кВт,
где М' — часовой объем выпуска поковок, т/ч (возможный);
500—расход электроэнергии кВт ч/т.
Если такая проверка даст другое значение мощности, необ-
ходимо уточнить коэффициенты.
11.	Нагрев на промышленной частоте
Главные преимущества применения промышленной частоты
для индукционного нагрева состоят в снижении расхода электро-
энергии (не затрачивается энергия на преобразование частоты),
отсутствии дорогостоящих высокочастотных преобразователей и
уменьшении времени нагрева.
Рассмотрим, когда и как реализуются эти преимущества. Рас-
ход. электроэнергии при нагреве на повышенной частоте состав-
ляет в среднем 500 кВт ч/т. Если принять теплосодержание
заготовок, нагретых до 1200° С, равным 230 кВт ч/т, то средний
к. и. д. установки составит 46%. Примем к. п. д. преобразователя
равным 82%, линии передачи и конденсаторов—92%, индук-
тора— 80%, тепловой — 90% и к. п. д., учитывающий непро-
110

изводительные затраты энергии, обязанные неполной загрузке
генератора (в среднем за год), 85%.
Если потери в линии передачи и конденсаторах при повышен-
ной и промышленной частотах считать одинаковыми, а к. п. д.
силового трансформатора равным 98%, то условие, необходимое
для реализации первого преимущества, выразится неравенством
0,98ци50 > 0,82 0,8 0,85; т]и50 > 0,56,
т. е. к. п. д. индуктора на промышленной частоте должен быть
не ниже 56%. Предельные размеры заготовок для разных мате-
К2 R2. о
риалов ориентировочно определяются соотношением —
и для частоты тока 50 Гц приведены в табл. 30.
30. Предельные размеры заготовок для нагрева
на промышленной частоте тока
Наименование	Сталь	Алюминий	Медь	Никель •	Титан
Температура нагре- ва, °C	1200	600	1000	1200	1200
Диаметр заготовок, см:					
минимальный	18	7	7	12	20
оптимальный	33	9	9	21	40
При оптимальных условиях расход электроэнергии на про-
мышленной частоте равен 340 кВт-ч/т.
Капитальные затраты установки в основном определяются
стоимостью источников питания, конденсаторной батареи, нагре-
вателя и связанными с ними строительно-монтажными работами.
Стоимость аппаратуры управления, линии передачи в обоих
случаях примерно одинакова. Нагреватель на промышленной
частоте вдвое дороже нагревателя на повышенной частоте. Ориен-
тировочный расчет стоимости по главным статьям расходов для
установок мощностью 500 и 1500 кВт при нагреве стальных заго-
товок диаметром 18 и 32 мм показывает, что капитальные затраты
при промышленной частоте уменьшаются не более, чем на 35%.
До настоящего времени не выпускаются устройства для плав-
ного и легкого регулирования режима индукционного нагрева
на промышленной частоте. При повышенной частоте оно легко
осуществляется вручную и автоматически весьма простыми
устройствами.
Площади, занимаемые установками, и затраты на помещения
для размещения оборудования можно считать практически оди-
наковыми, не определяющими общей стоимости установки.
111

Необходимость использования трехфазной системы вызывает
особые требования к выбору схемы нагрева на промышленной
частоте. Известно несколько разновидностей схем:
1. Нагрев в однофазном индукторе аналогичен нагреву на
средней частоте. Такая схема самая удобная для создания наи-
более простой конструкции нагревателя и средств автоматиче-
ского управления. Однако она не обеспечивает равномерную
загрузку фаз питающего трансформатора, типовая мощность кото-
рого в этом случае должна быть увеличена в 1,73 раза (при пита-
нии от трехфазного трансформатора). Неравномерность загрузки
дополнительно вызывает перекос фаз в энергосистеме. Схема
рекомендуется для установок небольшой мощности (меньше
Рис. 72. Индуктор для нагрева на промышленной частоте:
Ах — 1-я фаза; By —2-я фаза: Сг — 3-я фаза
500 кВт) в зависимости от мощности энергосистемы, в которую
установка включается. Когда мощность установки больше 500 кВт,
рекомендуется применять симметрирующие устройства. Это
устраняет указанные выше недостатки, но удорожает установку
на 25—30 %.
2. Нагрев одновременно в трех однофазных индукторах, со-
единенных в трехфазную систему. Три индуктора могут быть рас-
положены в ряд или в линию. В практике наиболее часто исполь-
зуется линейное расположение.
Осуществление нагрева требует сложных механизмов передачи
холодных и нагретых заготовок. Практика показала, что такая
схема может быть рекомендована только для нагрева длинных заго-
товок (больше 1,5 м) при их непрерывном (или шаговом) переме-
щении.
Три секции индуктора могут быть объединены в один трехфаз-
ный индуктор. Чтобы исключить провалы магнитного поля в зоне
стыков секции, применяют соединение их внахлест. Средняя фаза
при этом включается встречно, что создает пульсирующее поле
в индукторе. Эта конструкция является более сложной по токо-
подводам, системе водоохлаждения и изоляции; к. п. д. индук-
тора ниже, чем в других случаях.
На рис. 72 изображена схема такого индуктора. К. п. д. индук-
тора зависит от величины воздушного зазора, который должен
находиться в определенном соотношении с полюсным шагом.
112

Заготовки (особенно холодные) в таком индукторе испытывают
большие усилия в направлении поля и потому должны жестко
крепиться во время нагрева. Все это усложняет конструкцию
механизмов нагревателя и схем автоматики. Имеются конструк-
ции трехфазных индукторов с магнитопроводами. Однако магнито-
проводы резко увеличивают вес индукторов, делают их неудоб-
ными для замены и ремонта.
Известно, что объем и вес электроаппаратуры уменьшаются
при увеличении частоты тока. Вес индукторов для нагрева заго-
товок на промышленной частоте при той же производительности
Рис. 73. Общий вид индукционной печи промышленной частоты
в несколько раз больше, чем на повышенной частоте. Повышенные
вибрации вызывают нарушения сварных швов, повреждения изо-
ляции витков и керамики (особенно в индукторах для нагрева
прямоугольных заготовок), требуют усиленных конструкций и
креплений. Пробои между витками или короткое замыкание вызы-
вают значительные повреждения индукторов. На повышенной
частоте повреждения легко устранимы.
В практике промышленная частота широко и успешно приме-
няется для нагрева алюминия и меди перед выдавливанием. Соз-
даны печи промышленной частоты для подогрева штанг перед рез-
кой их на пресс-ножницах (рис. 73). Печи устанавливаются в ли-
нии рольганга пресс-ножниц. Одновременно нагревается вся
штанга в длинном индукторе. Загрузка штанг и выдача их из
индуктора автоматизированы. Установки надежны в работе,
просты для обслуживания и сравнительно с газовыми печами
экономичны (табл. 31).
Двухчастотный нагрев. В предыдущем параграфе было пока-
зано, что промышленную частоту целесообразно использовать
только для нагрева заготовок сравнительно больших диаметров.
Стремление расширить область ее применения на меньшие диа-
113

34. Характеристика индукционных печей
промышленной частоты для нагрева сортового проката
под резку на пресс-ножницах
Наименование	Тип печи		
	НИМ-1-2000/0,05	НИМ-1-1000/0,05	НИМ-1-1600/0,05
Усилия пресс-ножниц, тс	1600	500	"1000
Мощность печи, кВт	1800	1000	1350
Тип питающего транс- форматора	ТСЗ-1000 (2 шт.)	ТСЗ-1600 (1 шт.)	
Производительность при нагреве до 750° С, т/ч	6—8	4	4—6
Размеры прутков, мм:			
диаметр	До 230	80—130	130—180
сторона квадрата	» 220	90—140	140—170
длина	» 7000	До 7000	До 7000
Размеры печи в плане, м	21Х 14	21X4	21X4
метры привело к двухчастотному нагреву. Двухчастотный нагрев
предусматривает последовательный нагрев заготовок из ферро-
магнитных материалов на двух частотах: промышленной до тем-
пературы 600—700° С и повышенной до 1200—1300° С. Поскольку
к. п. д. индуктора определяется отношением глубины проникно-
вения к размерам заготовок, а глубина проникновения в холод-
ном режиме много меньше, чем в горячем, на обеих частотах
обеспечивается высокий к. п. д. даже при сравнительно неболь-
ших диаметрах.
В практике известны две схемы нагрева на двух частотах.
Первая схема предусматривает два самостоятельных индуктора,
рассчитанных на разные частоты. Нагретые до 600—700° С в ин-
дукторе на 50 Гц заготовки передаются для дальнейшего нагрева
в индуктор повышенной частоты.
Попытки создать промышленную установку по этой схеме
(со всеми возможными вариантами одно- и трехфазных индукторов
50 Гц) для нагрева коротких мерных заготовок не увенчались
большим успехом. Причина неудачи была в трудности конструкти-
вного решения механизмов перемещения заготовок с симметрич-
ным расположением их в индукторах, обеспечивающих равномер-
ный нагрев по длине.
Во ВНИИТВЧ разработана конструкция специального двух-
частотного индуктора, в котором нагрев заготовки можно осуще-
ствлять поочередно на обеих частотах без ее перемещения. Приме-
нение двухчастотного индуктора исключает сложные механизмы
для перемещения заготовок. Еще одно важное преимущество
114

этого индуктора заключается в том, что в нем можно нагревать
заготовки по одной. В случае каких-либо задержек в приеме их
ковочным агрегатом оставлять в индукторе и после окончания
остановки догревать.
Схема двухчастотного индуктора показана на рис. 74. Индук-
тор двухслойный. При включении его на промышленной частоте
витки наружного и внутренних слоев соединяются последова-
тельно. Общее число витков рассчитано так, чтобы индуктор при-
нимал нужную мощность от трансформатора 50 Гц. На средней
частоте подключаются только витки внутреннего слоя. Переклю-
чение витков автоматическое.
Двухчастотная индукционная печь. Первая промышленная
установка с двухчастотным нагревом, построенная в СССР, пред-
Рис. 74. Схема работы
двухчастотного индук-
тора:
1 — нагреваемая заго-
товка; 2 — наружный
слой обмотки индуктора;
3 —внутренний слой об-
мотки; 1 КП — контак-
торы средней частоты;
2КП — контакторы про-
мышленной частоты
назначена для нагрева стальных заготовок диаметром от 60 до
120 мм, длиной 1600—2200 мм до температуры 1200—1250° С.
Производительность установки — 7 т/ч; общая мощность —
2 тыс. кВт, из которых 1000 кВт на частоте 1000 Гц и 1000 кВт —
ток промышленной частоты.
Чтобы обеспечить заданный темп выдачи нагретых заготовок
при равномерном прогреве ее по сечению, необходимо одновре-
менно четыре заготовки, поэтому нагреватель должен иметь ми-
нимум четыре индуктора, если в каждом из них помещается
одна заготовка.
При использовании двухчастотных индукторов все четыре
индуктора расположены по схеме, показанной на рис. 75, попарно
по обе стороны приемного рольганга. Общий вид печи изображен
на рис. 76. Конденсаторная батарея смонтирована на двухэтаж-
ном стеллаже в приямке под индукторами.
Каждая пара индукторов питается поочередно от одного гене-
ратора 500 кВт, 1000 Гц и трансформатора 1000 кВт, 525 В,
50 Гц и имеет по одной общей конденсаторной батарее как на 50 Гц,
так и на 1000 Гц, одно загрузочное и одно разгрузочное устрой-
ства. Пары индукторов могут работать независимо друг от друга.
Загрузочное устройство состоит из рамы, несущей направляющие
ролики, цепного толкателя и рычажно-поворотного механизма.
Разгрузочный механизм отличается от загрузочного тем, что он
115

не имеет цепного толкателя. Оба устройства работают синхронно
от одного привода.
Заготовка из пресс-ножниц поступает на приемный рольганг
нагревателя и занимает положение против загрузочных устройств.
Рамы обоих загрузочных устройств в этот момент повернуты так,
Подача _
заготовок
Во/дача
Заготовок
Рис. 75. Схема печи с двухчастотными индукторами.
Порядок загрузки и выгрузки заготовок из индук-
торов: 1—3—2—4
что их приемные рычаги находятся ниже приемного рольганга.
В следующий момент одна из рам поворачивается, заготовка под-
нимается и скатывается на направляющие ролики. Рама с заго-
Рис. 76. Двухчастотный индукционный нагреватель 1000 кВт,
50 Гц и 1000 кВт, 1000 Гц, 7 т/ч
товкой останавливается против одного из индукторов. Толкатель
загружает заготовку в индуктор, одновременно выталкивая нахо-
дящуюся в нем нагретую заготовку на ролики разгрузочного
механизма. Затем возвратным поворотом рамы нагретая заготовка
передается на рольганг прокатного стана, а загрузочное устрой-
ство занимает начальное положение, чтобы принять новую заго-
товку для подачи ее к следующему индуктору. Весь процесс авто-
матизирован.
116

В эксплуатации были получены следующие технико-экономи-
ческие показатели работы при нагреве до 1250° С заготовок диа-
метром 115 мм и длиной 2200 мм:
Производительность, т/$	  6
Расход энергии от сети, кВт-ч/т .......................400
Продолжительность нагрева заготовки, мин................. 8
В том числе:
током 50 Гц, мин ................................... 4
током 1000 Гц, мин .................................. 4
Расход воды на охлаждение, м3/ч:
нагревателя........................................ 60
двух генераторов.................................... 70
К. п. д., %:
индуктора на 50 Гц ............................... 70
индуктора на 1000 Гц (с учетом тепловых потерь через
футеровку)....................................... 70
Мощность потребляемая индуктором, кВт:
средняя 50 Гц......................................500
1000 Гц (от генератора)............................500
Коэффициент мощности:
1000 Гц (постоянный) .............................0,12
50 Гц (самый низкий при 700° С)...................0,2
На основании опыта эксплуатации установки складывается
мнение, что двухчастотный нагрев целесообразно применять для
заготовок диаметром более 80 мм в нагревателях производитель-
ностью свыше 3 т/ч и где не требуется частная смена индукторов.
При проектировании двухчастотных установок мощность обору-
дования и время нагрева на промышленной и повышенной часто-
тах следует принимать одинаковыми.
Известно, что при штамповке деталей из прутка на горизон-
тально-ковочных машинах конец его после штамповки перед нача-
лом повторного нагрева имеет различную по длине температуру
в пределах до 800° С, необходимо равномерно нагреть заготовки
в этих условиях. Двухчастотный нагрев для предварительного
выравнивания температуры по длине может решить эту задачу.
Мощность, поглощаемая заготовкой при данных ампервитках и
диаметре, определяется коэффициентом поглощения ]/(>2р«Л Сле-
довательно, имеется возможность так подобрать напряженность
поля, что на участке прутка, нагретом выше 800° С, будет выде-
ляться мощность, достаточная только для компенсации тепловых
потерь, а на холодных участках — для нагрева до 800° С. В ре-
зультате через некоторое время вся заготовка будет иметь одина-
ковую по длине температуру и ее дальнейший догрев можно легко
осуществить на средней частоте. Такое выравнивание на частоте
50 Гц можно осуществлять при нагреве ферромагнитных заго-
товок диаметром до 90 мм.
Этот же принцип можно применять для выравнивания темпе-
ратуры по длине непрерывно движущихся изделий (ленты, трубы
и др.) перед нагревом на повышенной частоте.

Глава VI
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СВАРКА
I.	Принцип сварки
Метод высокочастотной сварки, обеспечивающий высокую
скорость и хорошее качество сварного шва, нашел широкое при-
менение в производстве электросварных труб, вытесняя контакт-
ную сварку сопротивлением, дуговую под флюсом и в защитных
атмосферах, а также индукционную сварку примыкающим (линей-
ным) индуктором.
Построено большое количество электросварочных станов для
высокочастотной сварки труб, а также закрытых и открытых про-
филей из углеродистых и нержавеющих сталей, алюминия и
латуни, металлических оболочек кабеля из алюминия и стали.
По способу подвода тока к кромкам свариваемой трубы сварку
принято разделять на индукционную и контактную, а по источ-
никам питания на радиочастотную и сварку на средних частотах.
Однако во всех случаях принцип сварки сохраняется одним и
тем же.
При индукционной сварке предварительно сформованная из
рулонного штрипса или листа трубная заготовка, имеющая
V-образную щель, проходит через кольцевой индуктор (рис. 77).
Индуктированный в трубе ток концентрируется на кромках
трубы, замыкаясь в точке схода. Кромки разогреваются до сва-
рочной температуры и свариваются шовосжимающими валками.
Плотность тока в силу поверхностного эффекта и явления близости
достигает наибольшего значения на кромках свариваемой трубы
(рис. 78).
Такое благоприятное распределение тока позволяет вести про-
цесс сварки с оплавлением их кромок при минимальном времени
разогрева, что и обусловливает высокое качество сварки. Как
схематично показано на рис. 79, только часть индуктированного
в трубе тока i, а именно ток проходит по кромкам, производя
полезный нагрев. Другая его часть (ток i2) замыкается по внутрен-
ней поверхности трубы и не дает никакого полезного эффекта.
Чтобы уменьшить потери от шунтирующего тока i2, внутри трубы
по оси индуктора устанавливается водоохлаждаемый магнито-
провод на радиочастоте из ферритов, а на средней частоте—из
шихтованной трансформаторной стали.
Магнитопровод усиливает магнитное поле в пространстве между
кромками и индуктором, а также увеличивает индуктивное со-
118

Рис. 78. Распределение [плотности тока в
кромках свариваемой трубы (/)



противление току по внутренней поверхности трубы, в результате,
чего ток t2 уменьшается.
В отличие от индукционной сварки охватывающим индукто-
ром при контактной сварке (рис. 80) ток к кромкам трубы под-
водится через скользящие
контакты (/). Ток высокой ча-
стоты от первого контакта
проходит по кромке, замы-
кается в месте схода щели
и возвращается по другой
кромке ко второму контакту.
Индуктивное сопротивле-
ние пути тока по кромкам
в силу небольшого расстоя-
ния между ними оказывается
много меньше, чем по пери-
метру трубы. Поэтому здесь
большая часть тока является
полезной. Магнитопровод
дополнительно увеличивает его величину (долю). Уменьшение
диаметра трубы приводит к уменьшению полезной части тока.
Объем нагреваемого металла, размеры труб, к. п. д. и качество
сварки тесным образом связаны с частотой тока, величиной угла
щели, расстояния от точки сварки до контактов или края индук-
тора, наличия и положения магнитопровода.
2.	Радиочастотная сварка
Для радиочастотной сварки разработаны специальные лампо-
вые генераторы и сварочные головки. В табл. 32 приведены их
основные технические данные.
3.	Генераторы однофазные
двухконтурные с самовозбуждением
Нагрузочный контур состоит из емкостей и высокочастотного
трансформатора, ко вторичной обмотке которого присоединяется
индуктор либо контактная система подвода тока к кромкам свари-
ваемой трубы. Этот контур оформлен в виде самостоятельного
блока — сварочной головки (рис. 81). Анодный контур состоит
также из емкостей и индуктивностей. Перемещением специальных
короткозамкнутых катушек с механическим приводом можно
согласовать параметры нагрузки и, обеспечив оптимальный режим
работы генераторных ламп, получить высокий к. п. д. генера-
тора (не ниже 70%). При этом никаких переключений в нагру-
зочном контуре выполнять не требуется. Сварочная головка и
анодный контур соединяются посредством радиочастотных ка-
белей РКС.
120

32. Технические данные установок для радиочастотной сварки
Наименование	ВЧС2-160/0.44 *	ВЧС1-160/1,76	ВЧС1-250/0.44	ЛН2-4ОО	ВЧС1 -600/0,44
Номинальная колебатель- ная мощность, кВт	160	160	250	400	600
Рабочая частота, кГц	440	1760	440	440	400
Напряжение питающей се-	380	380	6000 или 10 000	6000 или 10 000	6000
ти, В					или 10 000
Номинальная мощность	320	250	560	1000	1000
анодного трансформатора, кВА					
Тип анодного трансформа- тора	ТМА-320/10	ТВМА-250/10	ТМА-560/35	ТМА-1000/35	ТМА-1000/35
Вторичное напряжение анодного трансформатора, В	8400	8400	8 400	9 500 ±5%	9 500±5%
Тип генераторных ламп	ГУ-23А	ГУ-23А	ГУ-23А	ГУ-23А	ГК-5
Количество ламп	2	2	4	4	4
Анодное, выпрямленное напряжение, кВ	10,5	10,5	10,5	12,0	12,0
Тип выпрямительных ламп	Диод ВЛ-200	Диод ВЛ-200	ТР1-40/15	ТР 1-40/15	В В Т-250/12
Количество ламп (венти- лей)	180	180	14	14	—
Точность стабилизации анодного напряжения, %	±1	±1	±2	±2	±1
Тип конденсаторов	К15У-1А-15-1500	К15У-26-7-3300 К15У-26-10-330	К15У-1А-15-1500	К15У-1А-15-1500	К1511
Расход охлаждающей во- ды, м3/ч	5,3	5,3	25	14	30
* Имеется установка ВЧСЗ-160/0,44, отличающаяся сварочной головкой, которая имеет кондуктор для контактного подвода тока					
к кромкам свариваемой трубы.	Разработан для сварки спиральношовных		труб.		

Рис. 81. Сварочная головка
Рис. 82. Принципиальная электрическая силовая схема лампового генератора
ВЧС1-250/0.44:
1 — анодный трансформатор; 2 — выпрямитель; 3 — блок автоматического регулиро
вания и стабилизации анодного напряжения; 4 — фильтр сглаживающий; 5 — генера-
тор; 6 — нагрузочный контур (сварочная головка)
122

Двухконтурная схема генератора (рис. 82) позволяет удалить
генераторный блок от стана (сварочной головки) на расстояние
до 20 м. Благодаря этому создаются дополнительные удобства
в размещении сварочного оборудования в линии трубосварочного
стана и его обслуживания. Кроме того, при двухконтурной схеме
генератора удерживается частота тока в пределах 440 ± 2,5 кГц,
что является обязательным условием для СССР. У генераторов
250, 400 и 630 кВт выпрямитель выполнен по трехфазной двух-
полупериодной схеме на ртутных тиратронах. Он управляемый
и стабилизированный. Для повышения надежности в каждую
фазу обоих каскадов включено по два тиратрона последовательно.
Выпрямитель генераторов 160 кВт управляемый на полупровод-
никах Г
Стабилизация обеспечивается за счет автоматического изме-
нения угла регулирования при изменении напряжения силовой
сети± 10%. Генераторы снабжены специальной быстродействую-
щей схемой защиты генераторных ламп. Время срабатывания за-
щиты не превышает 5 мс.
Анодный контур, генераторные лампы, выпрямитель, входной
трансформатор, фильтры и другая аппаратура смонтированы
в отдельных герметически закрытых шкафах — блоках. Шкафы
с односторонним обслуживанием. Генераторный блок и блок
анодного контура имеют одну замкнутую систему охлаждения.
Генераторы мощностью 160 кВт, а в последнее время и более
мощные, комплектуются быстродействующей системой автомати-
ческого регулирования режима сварки (система БАРС). Действие
этой системы основано на том, что стабилизируется интегральное
излучение очага сварки (очага расплава и нагретых кромок).
Датчиком служит фотоэлектрический пирометр, установленный
над очагом сварки. Выходной сигнал датчика, пропорциональный
отклонению регулируемой величины от заданного уровня, опре-
деляющего оптимальный режим сварки, через канал усиления
регулирует мощность, подводимую от генератора к свариваемым
кромкам.
Система БАРС одновременно осуществляет и стабилизацию
анодного напряжения генератора. Автоматическое регулирова-
ние режима сварки позволяет получить высокое качество сварного
шва при изменении скорости сварки от 30 до 70 м/мин, изменении
толщины ленты, наличии поперечных сварных стыков лент и
других возмущающих факторов. Практика показала, что приме-
нение автоматического поддерживания режима сварки уменьшает
отходы на 5—7% и облегчает труд обслуживающего персонала.
Сварка стальных труб и труб из алюминиевых сплавов диа-
метром до 220 мм осуществляется с индукционным подводом тока.
Индукторы применяются одно- или многовитковые, разъемные
1 С 1974 г. выпрямитель будет заменен на полупроводниковый и у генера-
торов 250, 400 и 630 кВт.
123

и неразъемные. Внутри трубы под зоной нагрева располагается
магнитопровод из ферритовых водоохлаждаемых колец или стерж-
ней. К преимуществам такого способа подвода тока следует отнести
простоту конструкции индукторов и их надежность в работе.
Однако при индукционном подводе для сварки требуются более
высокие мощности генераторов, что ограничивает его применение.
Максимальная скорость сварки при индукционном подводе тока
радиочастоты получается при диаметре трубы около 50 мм (тол-
щина стенки постоянна).
Скользящие контакты применяются сейчас для сварки профи-
лей прямошовных труб большого диаметра, спиральношовных
труб, труб со спиральным и прямошовным оребрением. На спе-
циальном стане свариваются стальные трубы диаметром 150—
350 мм с толщиной стенки 0,8—1,5 мм из холоднокатаной рулон-
ной полосы без предварительной подготовки. Сварка осуще-
ствляется внахлест спиральным швом. Скорость сварки по пери-
метру— до 30 м/мин при использовании генератора 160 кВт,
440 Гц. Для сварки создана оригинальная сварочная головка и
система кондукторов. Спиральношовные трубы используются для
оросительной техники в сельском хозяйстве, промышленной вен-
тиляции и т. д.
При контактном подводе тока потребляемая мощность в 1,5—
1,6 раза меньше, чем при индукционном. Недостатком этого спо-
соба является сравнительно небольшая стойкость контактов,
сильно зависящая от качества поверхности штрипса.
Шагом вперед, по нашему мнению, является замена скользя-
щих контактов на катящиеся. Такая система применяется в СССР
на станах сварки труб диаметром 159—220 мм. Энергетические
показатели сварочных головок с катящимися электродами- такие
же, как со скользящими. Однако стойкость их выше и они не
оставляют следов на кромках трубы. Во ВНИИТВЧ разработаны
оригинальные устройства, в которых катящиеся электроды связаны
с вращающейся вторичной обмоткой трансформатора. Первичная
высоковольтная обмотка в этом случае остается неподвижной.
Каждый из описанных способов подвода тока к кромкам сваривае-
мой трубы имеет свои преимущества и недостатки, и пока нет
убедительных данных в пользу какого-либо одного способа.
Очень важно для режима сварки создать и стабильно поддер-
живать угол схода кромок. Для этого перед индуктором устанав-
ливается специальная шовонаправляющая клеть. При сварке
стальных труб диаметром от 18 до 220 мм угол схода лежит в пре-
делах 1,4—3°. Нижний предел ограничивается возможностями
создания и стабильного поддержания угла. Увеличение угла
ухудшает концентрацию тока на кромках и, следовательно, вле-
чет повышенный расход электроэнергии.
Трубы диаметром 10—12 мм удается сваривать при угле
не свыше 6°. Трубы из алюминиевых сплавов свариваются при
угле 4°. Не менее важно точно установить расстояние от края
124

33. Технические параметры радиочастотной сварки труб
Тип стаиа	Диаметр и толщина : КРОМОК Трубы, ММ	Внутренний диа- метр индуктора	Расстояние от цен- тра шовосжимаю- 1 щих валков индук- тора (контактов)	Ферритовый сердечник		Режимы сварки		Мощность (КВТ), отнесенная к ско- рости (м/мин) и тол- щине стеики в 1 мм	Способ подвода тока и тип генера- тора
					 Диаметр, мм	Длина, мм	Скорость м/мин	Мощность кВт		
			Трубы ст		аль	я ы е			
32	юх1	16—17	28—30	6	140	60	70	1,18	
	18Х 1,2	25—27	40—42	10	240	70	80	0,95	Индукционный, ВЧС2-160/Р.44
	28Х 1,5	35—38	48—50	17,5	240	70	90	0,86	
76	22 X 2	30—32	55—58	12	240	75	140	0,94	
	51X2.5	60—62	58—60	36	240	65	160	0,99	Индукционный, ВЧС2-160/0.44
	76X3	85—88	65—70	60	240	50	160	1,06	
5—114	102X3	118 —	100—	75	360	85	280	1,1	
		120	110						
	102X4	118 —	100 —	75	360	60	280	1,15	Индукционный,
		120	110						ВЧС1-250/0.44
	114X5	118 —	по—	75	360	45	280	1,25	
		120	115						
3—220	159X5	200	210	140	800	45	500	2,2	
	168Х 6	200	240	140	800	38	520	2,3	Индукционный,
	219X6	250	280	140	800	38	550	2,4	ВЧС1-630/0.44
	219X7	250	280	140	800	32	550	2,5	
220	159X5	—-	200	140	600	48	340	1,4	
	168X6	—	200	140	600	42	360	1,43	Катящиеся контакты, «ЛН2-400
	219X6	—	200	140	600	35	310	1,46	
	219X7	—	200	140	600	34	360	1,5	
250	250Х 1,2	—	—	—	—	25	125	4,2	Скользящие контакты.
ральные)									ВЧС2-160/0,44
		Т	р у б ы	а л ю	м н н	и е в ы е			
16 — 76	22Х 1,5	30—32	55—58	12	240	80	75	0,62	Индукционный,
	51X2	60—62	58 — 60	36	240	80	ПО	0,67	ВЧС2-160/0,44
73—220	220X4	250	280	140	800	45	250	1,4	Индукционный,
	110Х-2	120	115	75	360	60	250	2,1	ВЧС1-250/0.44
125

индуктора до центра шовосжимающих валков и положение маг-
нитопровода относительно индуктора и точки схода кромок.
Последний должен устанавливаться ближе к точке схода кромок,
хотя и не обязательно до нее доходить, особенно при малых углах
схода. Длина магнитопровода обычно задается в два-три раза
Рис. 83. Скорость сварки
трубы диаметром 50 мм на
радиочастоте с индук-
ционным подводом тока
(а); коэффициент коррек-
тировки на диаметр тру-
бы, отличающийся от
0 50 мм (б)
больше расстояния от индуктора до шовосжимающих валков.
В табл. 33 приведены основные технические параметры радио-
частотной сварки труб на частоте 440 кГц. Графики на рис. 83
позволяют найти скорости сварки труб разных диаметров и тол-
щин стенок при индукционном подводе тока к свариваемым кром-
кам.
Пример. Определить скорость сварки для трубы 0 80 мм с толщиной стенки
3 мм на установке ВЧС1-160 мощностью 160 кВт. По графику (рис. 83, а) нахо-
126

дим возможную скорость сварки для трубы 0 50 мм. Она равна 55 м/мин. По
графику (рис. 83, б) определяем коэффициент снижения скорости kc для трубы
0 80 мм (kc -- 0,9). Искомая скорость будет равна 55X0,9 = 49 м/мин.
4.	Радиочастотная сварка металлических
оболочек кабеля
В СССР успешно применяется радиочастотная сварка метал-
лических оболочек электрических кабелей связи. Для этой цели
применяется два типа ламповых генераторов, которые являются
составной частью с пециаль-
ных станов.
Процесс производства
кабеля в сварной оболочке
начинается с формования
из металлической ленты
оболочки корытообразной
формы и введения в нее
кабельного сердечника.
Затем оболочка доводится
до цилиндрической формы
и сваривается методом ра-
диочастотной сварки с ин-
дукционным подводом то-
ка. Энергетические пока-
затели при сварке оболо-
чек ниже, чем для труб
из-за невозможности вве-
дения внутрь ферритового
сердечника.
Дальнейшими опера-
циями предусмотрено сня-
тие наружного грата, при-
дание оболочке нужных
геометрических размеров,
резка кабеля на заданную
34. Режимы радиочастотной сварки
кабельных оболочек
Наименование	ВЧС2-160/0.44	СО о со о ЕГ И
Материал свари- ваемой оболочки Размеры оболоч- ки, мм:	Алюми- ний	Сталь
диаметр	10—30	10—30
толщина	0,7—1,5	0,3—0,5
Скорость сварки м/мин	100	100
Мощность генера- тора, кВт	160	160
Частота тока, кГц	440± ±2,5%	1760± ±2,5%
Установленная мощность (50 Гц, 380 В), кВА	320	250
длину и укладка его на
приемный барабан. Операция стыковки концов кабельных сердеч-
ников и задача концов кабеля на новый барабан производятся
вручную при скорости сварки не более 50 м/мин.
Автоматический регулятор поддерживает режим сварки неиз-
менным при снижении скорости на время заправки нового бара-
бана и последующем увеличении ее после заправки. Высокоча-
стотное оборудование выпускается для сварки алюминиевых и
стальных оболочек. Стан для сварки стальных оболочек дополни-
тельно оборудуется гофрирующим устройством.
В табл. 34 приведены параметры радиочастотной сварки ка-
бельных оболочек.
127

Пг мм
Рис. 84. Скорость
сварки труб диамет-
ром 180 мм на ча-
стоте 10 000 Гц
охватывающими ин-
дукторами (индук-
ционном подводе
тока) (а); коэффи-
циент корректиров-
ки на диаметр тру-
бы, [отличающийся
от 0 180 мм (б)
ас. 85. Трубосвароч-
>1Й_стан радиочастот-1
)й сварки. Стан
25-114. Генератор
ВЧС2-160/0,44
I

35. Режимы сварки стальных труб на частоте 8—10 кГц
с внутренним индуктором
Тип стана»	Тип	Размер	Скорость	Потреб- ляемая	Приве- денная
сварка	установки	трубы мм	сварки м/мии	мощность кВт	мощность кВт
159—529,	ИС1-1500/8	219X7	55	1350	3,50
прямошовная	1500 кВт,	273X7	52	1300	3,57
	8 кГц	325X8	46	1400	3,81
		426X8	38	1200	3,95
		426X9	32	1180	4,10
530—820,	ИС2-1000/8	530Х 6	32		5.20
прямошовная	1000 кВт,	530X8	24	1000	5,20
	8 кГц	720X8	23		5,45
		720Х 10	18		5,55
		820Х 10	18		5,65
1020—1460,	ИС1-3000/10	1020Х 10	17		2X5,9
двухшовная	2Х 1500 кВт,	1020Х 12	13	2Х 1500	2X6,4
	10 кГц	1220Х 10	17		2X5,9
		1220Х 15	8		2X8.3
36. Сравнительные качественные показатели
различных способов сварки труб
Способ сварки	Средняя оценка качества сварного шва (макс. 100)	Степень сложности в эксплуатации (макс. 200)	Расход электро- энергии для труб 102x4, КВт-ч/т	Высота внутрен- него грата, мм	Необходимость уда- ления окалины с по- верхности штрипса перед сваркой	Предельная ско- рость сварки, м/мин
Печная	75	25	350	1-1,5	Нет	Не огра- ничена
Сопротивлением 50 Гц	90—100	60	32	1,5—2	Да	30 м/мин
Индукционная, ли- нейным индуктором на средней частоте	85	100	45	2—3	Нет	Не огра- ничена
Индукционная ра- диочастотная 440 кГц	95—100	30	20	0,3—0,7	»	То же
Радиочастотная с контактным подводом тока 440 кГц	95—100	40	19	0,3—0,7	»	»
129

Алюминиевые или стальные оболочки применяются вместо
свинцовых. Процесс производства кабеля с радиочастотной свар-
кой оболочки имеет следующие преимущества:
1)	уменьшается стоимость производства кабеля на 20—25%.
2)	уменьшается вес кабеля на 30—50%;
3)	улучшаются электрические характеристики кабеля — зату-
хание, симметрируемость и др.
5. Сварка труб на средней частоте
Трубы диаметром свыше 200 мм с толщиной стенки более 5 мм
свариваются на частоте 8—10 кГц наружным индуктором или
установленным внутри трубы. Основанием для выбора частоты
тока 8—10 кГц послужили следующие соображения:
Рис. 86. Кабельный стаи радиочастотной сварки металли-
ческой оболочки. Узел сварки. Генератор ВЧС/11-160,76
желание увеличить глубину разогрева кромок и их осадку для
компенсации дефектов кромок и допусков на периметр заго-
товки;
необходимость снизить скорость последующего охлаждения
металла сварного соединения для повышения его пластичности;
стремление к более равномерному нагреву свариваемых по-
верхностей кромок.
Однако практика показала, что сварка охватывающим индук-
тором имеет ряд серьезных недостатков:
трудно обеспечить оптимальное, с точки зрения получения
качественного сварного соединения и уменьшения расхода энер-
гии, расстояние индуктора от места соприкосновения кромок,
130

опасность аварии в результате нарушения сплошности стыков;
значительный нагрев шовообжимных валков станка;
высокий расход энергии.
Пример. Определить возможную скорость сварки для трубы 0 426 мм с тол-
щиной стенки 8 мм на установке мощностью 1500 кВт 10 000 Гц. По кривой
(рис. 84, а) находим скорость 40 м/мин для трубы 0 180 мм. По кривой
(рис. 84, б) находим коэффициент снижения скорости для трубы 0 350 мм (kc =
= 0,6). Возможная скорость сварки трубы 0 426 мм с толщиной станки 8 мм
будет равна 24 м/мин. Приведенная мощность для трубы 426X8 равна
7,8 КВТ
м/мин-мм).
В поисках устранения недостатков охватывающих индукторов
был разработан процесс сварки внутренним индуктором. Как
видно из табл. 35, расход электроэнергии при внутренних индук-
торах почти в два раза меньше, чем при охватывающих.
В табл. 36 дана сравнительная качественная оценка различных
способов сварки труб. Видно, что радиочастотная и индукционная
сварка на средней частоте имеет наиболее высокую экономич-
ность.
На рис. 85 и 86 приведены общие виды трубосварочного и ка-
бельного стана радиочастотной сварки.

Глава VII
ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ
В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1. Установки для нагрева трубных заготовок
перед редуцированием
Эксплуатация индукционных печей показала, что в составе
такого оборудования высокочастотные установки являются наи-
более подходящими из всех существующих сейчас типов печей.
По сравнению с газовыми печами они имеют следующие преиму-
щества:
в 5—6 раз меньше габариты по длине, что очень упрощает их
установку в линии агрегата;
высокую надежность; это преимущество — одно из самых важ-
ных для высокопроизводительных линий, каковыми являются
трубопрокатные агрегаты и трубосварочные станы;
постоянную готовность к работе и оперативность;
отсутствие тепловыделений, что позволяет индукционные печи
устанавливать в непосредственной близости от редукционных ста-
нов;
почти полное отсутствие окалины, что повышает срок службы
клетей стана;
резко упрощается уборка окалины от печи, что при газовом
нагреве превращается в сложную задачу;
легкость автоматизации поддержания и изменения режима
нагрева и его согласования с режимами работы редукционного
стана и агрегатами, расположенными до печи.
Разработано несколько конструкций индукционных печей.
В табл. 37 приведены их основные характеристики.
Все печи секционные. Каждая секция снабжена одним индук-
тором мощностью 1500 кВт или двумя по 750 кВт и системой
роликов, поддерживающих трубу. Секция'питается от отдельного
источника тока.
Расстояние между роликами выбрано так, чтобы нагретая труба
не имела заметного прогиба. На входе и выходе из печи и, если
требуется, внутри печи между секциями устанавливаются тяну-
щие ролики.
Печи устанавливаются в 0,5—1 м от редукционных и калибро-
вочных станов. В процессе нагрева труба находится одновременно
в клетях стана (нагретая часть) и в печи (ее конец). Поэтому ско-
рость тянущих роликов печи согласуется со скоростью реду-
132

37. Технические данные индукционных печей
для нагрева трубных заготовок перед редуцированием и калибровкой
Наименование	ИН-4500/2,5	ИН >6000/1	ИН-7500/2,4	ИН-9000/2,4	s'c/ooo п-ни	ИН-15 000/2,5
Мощность, кВт	4500	6 000	7 500	9 000	12 000	15 000
Частота, Гц	2500	1 000	2 500	2 500	2 500	2 500
Количество секции	6	4	5	12	16	10
Мощность индукто- ра, кВт	750	1 500	1 500	750	750	1 500
Длина секций, мм	1200	3 000	1 500	1 500	1 200	1 500
Длина нагревателя,	8500	22 000	14 000	22 000	22 000	25 000
ММ						
Диаметр нагреваё-	89—114	108—160	89—114	89—114	108	108
мых заготовок, мм						
Производительность (700—1100° С), т/ч	12 *	60	20 *	25	120	150
* Нагрев от 20 до	1100° С.					
ционного стана, а в трубосварочных станах — и со скоростью
сварки.
Конденсаторная батарея печи размещается под индукторами
в специальных приймках.
Нормальный режим работы печей предусматривает прохожде-
ние трубных заготовок одна за другой с интервалом не более
150 мм.
Однако, на практике такой режим не выдерживается и часто
требуется нагрев одиночных труб.
В этом случае индукторы оказываются или загруженными
полностью или пустыми. Когда труба выходит из индуктора, на-
пряжение на генераторе резко возрастает из-за избытка емкости
в колебательном контуре.
При большой скорости прохождения труб системы автомати-
ческого поддержания напряжения и поддержания постоянного
коэффициента мощности посредством подключения и отключе-
ния конденсаторов не гарантируют стабильную и надежную ра-
боту.
Поэтому все печи имеют электрическую схему с последователь-
ной емкостью. Приблизительно 70% полной мощности конден-
саторной батареи подсоединено параллельно индуктору, а осталь-
ная ее часть — последовательно к генератору и контуру.
133

Такая схема устраняет возникнованис аварийных перенапря-
жений и, более того, позволяет дополнительно выравнивать на
входе температуру по длине заготовки, если она перед входом
в индукционную печь была неравномерно нагрета в пределах
650—800’ С с разбросом до 150° С.
На индукционной печи ИН1-12000/2.5 в трубопрокатном
агрегате 30—102 (рис. 87) предусмотрены два режима: один для
Рис. 87. Индукционная
печь НН 1-15000/2,5 мощ-
ностью 15000 кВт, 2500Гц
в линии трубопрокатного
агрегата 30-102
первой секции, в которую заготовки входят с температурой
650° С (холодный режим), и второй для вссл остальных (горячий
режим).
Каждая секция состоит из двух индукторов, подсоединенных
параллельно к одному генератору ВГФ-1500-2500 мощностью
1500 кВт, 1500 В, 2500 Гц. Когда в первую секцию входит заго-
товка с температурой выше 650° С, потребляемая индуктором
мощность за счет расстройки контура уменьшается, в результате
температура заготовки на выходе секции остается на одном уровне
и окончательно выравнивается в пределах ±25° С на выходе из
печи.
134

Режимы настройки печи следующие:
Горячий Холодный
Мощность генератора, кВт.................... 1450	1500
Напряжение генератора, В.................... 1500	1500
Напряжение на индукторе, В ................. 1500	1500
Количество конденсаторов:
параллельных............................ 34	29
последовательных..................... 11	9
Напряжение на последовательных конден-
саторах, В ................................ 1000	1000
Ток генератора, А • • 	. .	Н00	1050
Ток возбуждения, А.......................... 14,5	15
Число витков индуктора....................... 29	26
Внутренний диаметр катушки индуктора, мм 192	192
Внутренний диаметр футеровки индуктора,
мм......................................... 162	162
Длина катушки индуктора, мм................. 660	660
Диаметр нагреваемых труб, мм................ 108	108
Толщина стенки, мм....................... До 8 До 8
2. Установки для нагрева лент
Установки используются при нагреве тонких лент для сушки
лакового, полихлорвинилового или термозащитного покрытия
на черной жести, трансформаторной ленте, а также при нагреве
под термообработку, правку, прокатку. Высокочастотные уста-
новки в этом случае легко встраиваются в непрерывные агрегаты
даже при больших скоростях движения ленты.
Процесс сушки покрытия при индукционном нагреве идет
за счет тепла, выделяемого в ленте, что повышает качество покры-
тий и во много раз (иногда в 100 и более) скорость процесса сушки.
Применяются два вида установок — с овальными индукторами
и индукторами для нагрева ленты в поперечном магнитном поле.
Способ нагрева в овальных индукторах. Нагрев осущест-
вляется в продольном магнитном поле (рис. -88). Индуктированный
ток замыкается по периметру ее поперечного сечения. Нам уже
известно, что в этом случае для эффективного нагрева необхо;
димо достаточное проявление поверхностного эффекта, т. е. тол-
щина ленты должна быть по крайней мере в два раза больше
глубины проникновения тока.
Отсюда ясно, что способ может быть реализован для нагрева
тонких лент только из ферромагнитных материалов. Глубину
проникновения можно регулировать изменением напряженности
магнитного поля (магнитной проницаемости). Условие для выбора
частоты тока в зависимости от относительной магнитной проницае-
мости материала на поверхности ленты имеет вид
0,64-108-#-.
где й2— толщина ленты, см; р2, Ом-см.
135

Поскольку pf зависит от напряженности магнитного поля или,
в конечном счете, от удельной мощности р0, появляется возмож-
ность выбрать такую длину индуктора, что эффективный нагрев
тонких лент можно осуществить при частоте не выше 8000—
10 000 Гц. Необходимость увеличивать длину индуктора является
недостатком способа нагрева.
Удельная мощность связана с ре уравнением [39]:
ро= 2,72-10 1 Н2е |/ре |/p2f кВт/см2,
где Не — действующее значение, А/см.
Рис. 88. Нагрев лент в
овальных индукторах:
/ — индуктор; 2 — лента;
3 — направление магнитного
поля индуктора; 4 — на-
правление тока в лейте
Приведенные уравнения можно использовать для определе-
ния Не, р{. (по кривой намагничивания) и р0 при выбранной ча-
стоте тока.
Для примера определим, при каких условиях можно осуще-
ствить сушку термозащитного покрытия на трансформаторной
ленте шириной b = 400 мм, толщиной 0,35 мм, на частоте тока
10 000 Гц, если для этого требуется передать в ленту 400 кВт.
р2 = 20-10'6 Ом-см.
0,64-108р2 .
Ре 5г 100;
Де V ^e 20-104 (см табл. 2);
р0 < 2,72- 10-?Д;]/ре /pj; р0 25 Вт/см2.
Длина индуктора 12 =	/2 — 400 см.
-	“ Ро&
Итак, в ленту толщиной 0,35 мм и шириной 400 мм может быть
передана мощность до 400 кВт, 10 000 Гц с к. п. д. не менее 80%,
если суммарная длина индуктора будет не менее 400 см.
Способ нагрева в поперечном магнитном поле. Впервые этот
способ предложен В. П. Вологдиным и А. Е. Слухоцким1
в 1939 г.
При таком нагреве (рис. 89) индуктор имеет два магнитопро-
вода, между которыми располагается лента. В пазах магнито-
1 Авт. свид. № 60670, 1939 г.
136

провода размещены витки индуктирующего провода. Направление
тока в противолежащих витках в любой момент совпадает. Магнит-
ный поток, создаваемый индуктором, направлен перпендикулярно
к поверхности ленты. Индуктируемый в ленте ток замыкается
в плоскости ленты, а не по периметру ее поперечного сечения.
Частота тока здесь определяется не толщиной ленты, а расстоя-
нием между соседними пазами магнитопровода, которое принято
называть шагом индуктора. Высокая эффективность нагрева
обеспечивается при следующих соотношениях для лент из неферро-
магнитных материалов [32]:
Рис. 89. Нагрев лент в поперечном магнитном поле:
1 — магнитопровод; 2 — лента; 3,— витки провода индуктора; 4 — линии тока
в ленте; б — воздушный зазор; а — ширина паза магнитопровода; т — шаг ин-
дуктора; b — ширина ленты; 2т — секция индуктора
1)	отношение ширины паза магнитопровода а к шагу индук-
тора t:ah<i 0,75;
2)	отношение зазора между магнитопроводами 6 к шагу индук-
тора в пределах: 0,4	6/т	0,75;
3)	ширина ленты — больше шага индуктора;
4)	частота тока:
f = 2,1-10®-^--Д-Ь.
'	’ т2 /г2 1
Здесь /г2—толщина ленты, kf—коэффициент по табл. 38.
38. Допустимые значения kf
б/г	0,25	0,5	°’75 _	1,0
kf, мин	0,75	0,48	0,42	0,33
kf, макс	1,9	1,14	0,74	0,52
137

Главным преимуществом способа является возможность при-
менения частоты 10 000 Гц и ниже для нагрева тонких лент и
практически неограниченная скорость нагрева.
Основной недостаток такой конструкции индуктора — труд-
ность обеспечения высокой равномерности нагрева по ширине
ленты. Без каких-либо дополнительных ухищрений всегда суще-
ствует перегрев кромки ленты по отношению к ее середине. Вели-
чина перегрева зависит от соотношений шага индуктор'й т, глу-.
бины проникновения тока Д и величины воздушного зазора б,
когда —В к. п. д. индуктора максимален, а перегрев кромок
достигает 30%. Если отношение больше единицы, неравномер-
ность увеличивается, и наоборот.
При большой (по сравнению с шагом индуктора) ширине ленты
все отклонения температуры от среднего ее значения концентри-
руются на краях ленты.
По мере уменьшения b/t эти отклонения распространяются от
кромок на все большую часть ленты. Рекомендуется соотношение
b/t 3^-4. Посредством разных добавлений в конструкцию индук-
тора можно значительно снизить неравномерность нагрева. Спо-
соб рекомендуется для нагрева лент из цветных металлов и немаг-
нитных марок сталей, когда не требуется высоких требований
по равномерности нагрева.
Типы установок. Разработано несколько типов установок для
нагрева лент. Их основные данные приведены в табл. 39. Уста-
новка состоит из нескольких одинаковых секций индуктора,
размещенных, как правило, на конструктивных элементах сушиль-
ных или прокатных агрегатов (рис. 90). Вблизи каждой секции
индуктора смонтированы конденсаторы. Высокочастотные преоб-
разователи устанавливаются отдельно и чаще всего подключаются
параллельно к общим сборным шинам. В составе установки
имеется аппаратура, которая автоматически изменяет потреб-
ляемую мощность в соответствии со скоростью движения ленты.
На входе и выходе индуктора, а иногда и между его секциями
устанавливаются приводные ролики для натяжения ленты, нахо-
дящейся в зоне индуктора. Натяжение ленты — обязательное
условие для надежной работы установок.
3. Установки для термообработки проката
Почти весь сортовой прокат диаметром до 50 мм поставляется
термообработанным с целью умягчения стали и. снятия оста-
точных напряжений. Термообработка производилась (на неко-
торых заводах производится и сейчас) отдельными садками
в пламенных или электрических печах. Процесс термообработки
занимал много времени и сопровождался поверхностным оки-
слением, обезуглероживанием и неравномерностью свойств по
сечению и длине прутков.
138

139'
39. Технические характеристики установок для нагрева тонких стальных лент											
Тип	Мощность, кВт	Частота, Гц	Размеры полосы мм		Температура °C	Скорость, м/мин	Количество секций	Общая длина,-м	Тип преобразо- вателя	Количество преобразовате- лей	1 Назначение
			Ширина	Толщина							
ИЛ 1-100/8 ИЛ 1-500/10	100 500	8 000 10 000	180—360 240—360	0,2—0,35 0,2—0,35	300 320	До 30 До 100	4 12	2 . 6	ВПЧ-100-8000 ОПЧ-250-6000	1 2	Сушка лаково- го покрытия Нанесение по- лихлорвинилово- го и полиэтилено- вого покрытия
ИЛ 1-ЮОО/Ю	1000	10 000	550—1050	0,3—0,47	100	До 120	14	7	ОПЧ-250-380	4	Сушка термо- защитного покры- тия на трансфор- маторной ленте
ИЛ1-1500/1 *	1500	1 000	300—800	0,2-0,6	800	До 120	1	0,6	ВГО-1500-Ю00	1	Нагрев полосы перед правкой
ИЛ 1-3000/1 *	3000	1 000	300-800	0,2—0,6	800	До 120	2	0,6X2	ВГО-1500-Ю00	2	Нагрев полосы перед прокаткой
ИЛ-1000/8	1000	8 000	1000	0,2—1	200—300	До 60	8	4	ВГО-500-8000	2	Нанесение пластмассового покрытия
* Нагрев	в поперечном поле.										

Рис. 90. Расположение
индукторов для сушки
термозащитного покрытия
трансформаторной ленты
в линии непрерывных
агрегатов
Рис. 91. Индукцион-
ная печь для рекри-
сталлизационного от-
жига прутков. Произ-
водительность 2 т/ч
140

Исследованиями было установлено, что для большинства ста-
лей время нагрева может быть взято в 100—500 раз меньше про-
должительности их термообработки в пламенных печах. Для
реализации такого явления и были созданы индукционные уста-
новки, позволяющие осуществить высокие скорости нагрева.
Вначале были созданы установки для рекристаллизационного
отжига прутков, при котором снимаются напряжения в металле,
полученные в процессе волочения (рис. 91).
Каждая установка состоит из приемного загрузочного стола
с автоматической раскладкой прутков и непрерывной подачей их на
линию индукторов,- соединенных в параллельно-последователь-
ные группы, и приемного стола с карманом-копильником, где
нагретые прутки остывают на воздухе. Все индукторы имеют
общую конденсаторную батарею и подключены к одному высоко-
частотному преобразователю. В индуктор прутки подаются при-
водными магнитными роликами. Производительность регули-
руется скоростью подачи прутков. На практике установлено, что
при нагреве прутков до температуры точки Кюри достигаются
хорошие результаты отжига для марок ферромагнитных сталей,
в том числе для всей калиброванной шарикоподшипниковой стали.
При этом качество обработки (твердость, микроструктура,
однородность свойств по сечению и длине, технологические свой-
ства и степень обезуглероживания) оказалось намного лучше, чем
при термообработке в печах. Применение высокочастотных уста-
новок решило вопрос механизации и автоматизации процесса
и почти полностью устранило ручной труд.
Краткие технические характеристики действующих индук-
ционных печей для рекристаллизационного отжига стальных
прутков:
Производительность, т/ч	~	•	До 1	2
Мощность средней частоты, кВт		250	500
Частота тока, Гц		2500	2500
Напряжение на конденсаторной батарее, В	750	750
Мощность конденсаторной батареи, квар	750	1500
Длина индуктора, мм		700	700
Количество индукторов 	 Расход воды на охлаждение при давлении	4	. 8
2—3 атм, м3/ч	 Расход сжатого воздуха при давлении 4—	2,5	5
6 кгс/см2, м3/ч 			10	20
Площадь, занимаемая печью, мм		14,7Х 4,25	18Х 4,25
Диаметр нагреваемых прутков, мм . • . .	15—50	15—50
Длина прутков, м		2—6	2—6
Температура нагрева 		До точки Кюри и выше	
для диаметров
более 25 мм
Успех применения высокочастотных установок для рекристал-
лизации позволил распространить индукционный нагрев для тер-
мообработки с целью измерения структуры и свойств проката
диаметром до 130 мм.
141

Разработаны установки (рис. 92) для нормализации, закалки,
улучшения и ликвидации карбидной сетки у заэвтектоидных ин-
струментальных и шарикоподшипниковых сталей. Последняя
операция в обычных условиях термообработки садками в печах
доставляла всегда много хлопот, особенно для сталей инструмен-
тальных типа У7А—У8А, из-за опасности обезуглероживания.
Во всех случаях как результат скоростного нагрева наблкь
дается повышение механических свойств, и очень мелкодисперс-
Рис. 92. Индукционные печи для термообработки прутков диаметром 15—
130 мм. Производительность до 5 т/ч
ный перлит при структурном отжиге, что должно повысить работо-
способность подшипников и инструмента.
Установки для термообработки прутков также секционные,
проходные. Отличие от предыдущего типа печей сводится главным
образом к тому, что для осуществления процесса закалки доба-
влен спрейер для охлаждения.
После непрерывно-последовательного нагрева в индукторах
прутки поступают в закалочную камеру, где охлаждаются при
помощи водяного душа. Из камеры прутки проходят на отводя-
щий рольганг, сбрасываются на цепной транспортер и поступают
в накопитель.
При отпуске и нормализации прутки охлаждаются на воздухе
во время их движения в сторону накопителя. В спрейер вода
не подается.
Из-за широкого диапазона типоразмеров обрабатываемых
прутков проходные печи выполнены двухручьевыми, где каждый
ручей индукторов принимает определенный верхний или нижний
142

ряд прутков. Конденсаторная батарея переключается на любой
из ручьев печи.
Душевое устройство состоит из нескольких групп кольцевых
спрейеров, смонтированных на раме. При помощи подъемного
механизма, помещенного в закалочной камере, спрейеры могут
устанавливаться по оси прутков илй подниматься выше прутков,
когда не требуется душевое охлаждение. Каждый спрейер имеет
независимый подвод закалочной среды, регулируемой индиви-
дуальным вентилем.
Ролики печного и спрейерного рольгангов парные, причем
верхние прижимные ролики имеют механизм регулировки усилия
прижима. Ведущие ролики, расположенные между индукторами,
охлаждаются водой и приводятся электродвигателем постоянного
тока с регулировкой числа оборотов.-
Для контроля и регистрации температуры нагрева прутков пе-
ред закалочной камерой установлен фотоэлектрический пирометр.
Краткая техническая характеристика действующих проход-
ных индукционных печей для термообработки проката:
Тип печи....................
Производительность, т/ч
Количество ручьев ..........
Диаметр прутков, мм:
на первом ручье ........
на втором ручье ........
Длина прутков, м • • • 
Напряжение, В................
Скорость перемещения прутков,
м/мин ......................
Мощность по средней частоте.
кВт.........................
Частота тока, Гц............
Мощность конденсаторной ба-
тареи, квар.................
Габариты подавала для кон-
денсаторов, м...............
Количество параллельных кон-
денсаторов .................
Количество последовательных
конденсаторов ............
Габариты печи в плане, м2
Габариты нормализационного
конвейера, м2 ..............
Расход закалочной воды, м3/ч
Расход охлаждающей воды (дав-
ление 2—3 кгс/см2), м3/ч
ИТ 1-1500/8	ИТ 1-1500/05
2—5	До 5
2	2
12—30	50—80
30—50	80—130
2—6	2—6
750—1000	750—1000
5,46—30	0,81—15,2
1500	1500
8000 (3 В ГО-500-8000)	500 (ВГО-1500-500)
28 800	24 500
11X6X4,2	13Х 10Х 4,2
140	550
20	150
29Х 8,5	29X7
13X6	13X6
До 150	До 150
40	40
Пусковые режимы осуществляются ручной корректировкой
тока возбуждения генераторов:
Температуры нагрева:
отпуск............	.... 600—800° С
закалка.......	........ 710—870° С
нормализация ....................... 800—900° С
структурный отжиг (для ликвидации карбидной
сетки)............................. 1000—1200° С
143

Работами ВНИИТВЧ установлено *, что применение индук-
ционного нагрева и душевого охлаждения повышает на 20% и
более прочность труб из стали 25 и 45Г по сравнению с термообра-
боткой в печах без снижения пластичности.
Так, при термообработке труб из стали 45Г диаметром 168 мм
с толщиной стенки 6—8 мм получены следующие сравнительные
результаты в кгс/мм1 2:
Исходный ......................................... 40	28
После термообработки в	обычных печах............. 80	70
После термообработки в	индукционных печах	• • .	100	90
Наибольший эффект достигается после низкого отпуска до
температуры 300—400° С. В этом случае свойства — пределы
прочности и сужение после термообработки в индукционных
печах—оказываются • на 30—35% выше по сравнению с трубами,
обработанными в обычных печах.
Трубы из стали 25 приобретают свойства труб из стали 38ХНМА
после термообработки по режиму: нагрев до 980—1020° С, душе-
вое охлаждение водой, отпуск при температуре 300—400° С.
В результате термообработки (закалка и отпуск) сварных газо-
проводных, спиральношовных труб диаметром 1020 мм с толщи-
ной стенки 10 мм прочность их повысилась в 1,5—2 раза
(табл. 40).
40. Прочность спиральношовных труб
Исследуемая величина	Сталь Ст. 2кп		Сталь 15ГС	
	Исход- ная	После тер- мообработки (без отпуска)	Исход- ная	После тер- мообработки (с отпуском)
Предел прочности ов, кгс/мм2	32	48	58	85
Предел текучести о012, кгс/мм2	20	35	45	75
Относительное удлинение а, %	22	17	22	14
Более высокие свойства труб, обработанных в индукционных
печах, обеспечиваются стабильностью режимов нагрева, лучшим
охлаждением и мелким зерном из-за быстрого нагрева.
1 Все исследования выполнены во ВНИИТВЧ докт. техн, наук Г. Ф. Голо-
виным, кандидатами технических наук Н. В. Зиминым, Е. П. Евангуловой и др.
144

Для термообработки труб нефтяного сортамента диаметром
140—168 мм и толщиной стенки 7—14 мм построена индукцион-
ная печь производительностью до 4 т/ч.
Интересные результаты получены по хладноломкости при тем-
пературе 60° С холода. Эксперименты проводились на прутках
арматурной стали. После закалки и отпуска показатели хладно-
ломкости резко улучшились.
Такой же результат был получен при нормализации сварного
шва газопроводных труб диаметром 520—1220 мм из стали
17Г2СФ с индукционным локальным нагревом шва по ширине
40 мм. Ударная вязкость при температуре минус 40° С по всему
сварному соединению, включая и зону видманштетта, значительно
повышается.
После дуговой сварки с74°=0,5-ь2 кгм/см2; в самом шве а^4С =
= 5-?-7 кгм/см2; в зоне видманштетта аи4(> = Зн-5 кгм/см2.
Это послужило основанием для создания специальных высоко-
частотных установок для нормализации сварного шва в линии
трубосварочных станов.
4. Установки для нагрева прутков под прокат
Потребность в установках появилась после создания новых
агрегатов поперечного проката и штамповочных прессов с высо-
кой производительностью, достигавшейся за счет применения
специального дорогостоящего инструмента, механизации подачи
нагретых прутков и автоматизации всего комплекса машин от
момента загрузки холодных прутков до уборки готовых из-
делий.
Малоокислительный индукционный нагрев как ни какой дру-
гой способ нагрева соответствовал успешному внедрению в прак-
тику нового прогрессивного оборудования.
В СССР и за рубежом практически все станы поперечного про-
ката шаров, велосипедных втулок, трехвалковые станы профиль-
ного проката, разработанные Всесоюзным научно-исследователь-
ским институтом металлургического машиностроения под руко-
водством академика А. И. Целикова, и ковочные прессы типа
Вагнер в своем составе имеют высокочастотные установки индук-
ционного нагрева.
Индукционными нагревателями оборудованы валковые про-
катные станы, прессы точных фасонных профилей, станы «Кварто»
для проката биметаллических прямоугольных заготовок (суту-
нок), волочильные станы прутков из труднодеформируемых марок
сталей и др.
Установка к стану 120 профильного проката. Установка пред-
назначена для нагрева заготовок диаметром от 60 до 120 мм,
длиной от 650 до 1400 мм. Мощность печи 3000 кВт, 1000 Гц.
Производительность до .7 т/ч при температуре нагрева 1250° С.
145

Индукционная печь секционная, двухручьевая. В одном ручье
нагреваются заготовки диаметром от 60 до 80 мм и во втором —
от 80 до 120 мм. Наличие двух ручьев позволило осуществить
нагрев всего диапазона типоразмеров заготовок без смены индук-
торов, хотя всегда работает только один ручей. В каждом ручье
имеется 40 индукторов длиной по 200 мм.
Индукторы могут соединяться в последовательные группы.
Группы параллельно подключаются к сборным шинам общей кон-
Рис. 93. Индукционная печь для нагрева заготовок диаметром 60—120 мм в ли-
нии стана 120 профильного проката подшипниковых колец. Производительность
7 т/ч
денсаторной батареи. Применение единой батареи значительно
упрощает систему и подключение индукторов. Батарея каждый
раз переключается к работающему ручью индукторов специальным
разъединителем с ручным приводом.
На выходе заготовок индукторы соединяются в группы после-
довательно по два, затем по три-четыре и в конце печи по пять-
шесть. Этим создаются условия дня ускоренного нагрева заготовок.
Печь оборудована устройством для мехайизированной загрузки
заготовок. Передвижение заготовок осуществляется приводными
роликами, расположенными- между индукторами. Нагретые заго-
товки специальными устройствами передаются в прокатный стан.
Печь и стан работают по общей согласованной схеме авто-
матики. Питание — от шести машинных преобразователей по
500 кВт, 1000 Гц, работающих параллельно на общие сборные
шины. Длина печи 25 мм, ширина — 8 м (рис. 93).
П6

Практика подтвердила высокие показатели установки: надеж-
ность, экономичность, оперативность и качество нагрева. Недо-
статками схемы печи являются:
перегрев концов заготовок, если они поступают в индукторы
по одной или с разрывом одна от другой — более 100 мм;
необходимость изменения емкости конденсаторной батареи
в момент вывода печи на режим в начале работы;
поскольку скорости движения заготовок в печи невысоки,
добавление емкости производится вручную с пульта управления
по заранее установленному графику; с увеличением скоро-
стей такой способ не будет гарантировать от аварийных ре-
жимов;
затруднения с выдачей заготовок или прекращением нагрева
в момент остановки прокатного стана. При коротких остановках
нагрев заготовок не прекращается и они выбрасываются для
охлаждения и повторного нагрева. На время длительных оста-
новок нагрев прекращается, но появляются трудности ввода
установки в работу.
Следует заметить, что попытки .создать условия постоянной
температуры заготовок в печи на время остановки стана с после-
дующей ритмичной подачей заготовок не доведены до положи-
тельных результатов. Это относится ко всем типам действующих
индукционных проходных печей, в которых нет обратной связи,
по температуре или источники питания включены параллельно.
Установка к сортопрокатному стану 280. Конструкция и схема
аналогичны рассмотренным: мощность 4000 кВт, источник пита-
ния — восемь преобразователей по 500 кВт, 1000 Гц, 750 В,
производительность 10 т/ч. Установка предназначена для наг-
рева заготовок из легированных сталей сечением 57x57 и
86x86 мм, длиной 1400—2000 мм.
Количество индукторов 30, длина каждого— 350 мм. Индук-
ционный нагрев применен с целью уменьшить обезуглероживание,
которое при печном газовом нагреве превышало допустимые нормы,
что требовало больших усилий и затрат по удалению поверхност-
ного слоя.
Предварительный анализ результатов нагрева заготовок поз-
воляет сделать следующие выводы (по данным УкрНИИспец-
сталь):
1)	при нагреве до температуры 1250° С заготовок круг или
квадрат 80—100 мм за 4 мин обезуглероживания в конструкцион-
ных, шарикоподшипниковых, рессорно-пружинных и инструмен-
тальных сталях вдвое меньше, чем при пламенном нагреве в мето-
дических печах; обезуглероженный слой укладывается в допусти-
мые величины, что исключает последующее механическое снятие
слоя после раскатки заготовок;
147

2)	легированные стали обезуглероживаются меньше, чем угле-
родистые;
3)	основное влияние на образование обезуглероженного слоя
оказывают продолжительность и высокая (более 800° С) темпе-
ратура нагрева;
4)	при быстром . нагреве сталей ХВГ, Х12М, Р18 и др.
нарушения сплошности металла на поверхности не обнаружи-
вается.
Можно утверждать, что самым легким путем борьбы с окисле-
нием и обезуглероживанием является применение индукционного
или комбинированного нагрева.
5. Установки к прессам горячего прессования
Прессование требует обязательного безокислотельного нагрева.
Разработаны два типа проходных индукционных печей.при уско-
ренном режиме нагрева. В отличие от других печей индукторы
с приводными роликами размещены в герметизированной камере,
которая заполняется нейтральной атмосферой.
Индукционная печь разработана для нагрева заготовок до
1250° С с перепадом до 25° С, заготовок диаметром от 140 до
265 мм и длиной от 560 до 800 мм с двумя сменными комплектами
индукторов: для диаметров 140—170 мм при длине 560—720 мм
и для диаметров 170—265 мм при длине 720—800 мм.
Питание—от трех генераторов ВГВФ-1500-2500, каждый
по 1500 кВт, 2500 Гц. Производительность печи 10 т/ч, длина
26 000 мм и ширина 4000 мм. Обеспечены механизированная
загрузка холодных заготовок и выдача нагретых заготовок
к прессу.
На время кратковременной остановки предусмотрен режим
термостатирования заготовок путем покачивания (возвратно-
поступательного движения) их в зоне термостата. Кроме того,
на пути заготовок к прессу предусмотрен подогреватель в виде
индуктора для одной заготовки с питанием от тиристорного пре-
образователя ПЧВ1-630 (630 кВт, 1000 Гц). В подогревателе
поддерживается требуемая температура заготовки- после оста-
новки печи.
Для нагрева заготовок диаметром 95—120 мм и длиной 340—
460 мм разработана другая печь. Ее мощность 1500 кВт, 2500 Гц
(один генератор ВГВФ-1500-2500), производительность 3 т/ч,
длина 16 000 мм, ширина 4000 мм.
Оба типа печи находятся в опытно-промышленной эксплуата-
ции. Однако уже установлено, что печь выдает заготовки севера
шенно чистые (светлые) без следов окисления, при малом расходе
нейтрального газа. Оборудование для получения газа входит
в состав установки. Главная трудность, с которой встретились при
наладке печи, — это установление режима термостатирования.
148

Несмотря на введение термоста-
та, термостатированне во время
длительных остановок пресса все
же решается неудовлетворительно.
6. Установки
для нагрева прутков
Разработан типаж установок
для нагрева прутков диаметром
от 15 до 150'мм под . прокат, те-
плое волочение, штамповку и дру-
гие операции (рис. 94). Некоторые
типы находятся в стадии изготов-
ления и внедрения. Все печи яв-
ляются проходными и составля-
ются из секций. Каждая секция
с одним или двумя индукторами,
приводными роликами на входе,
проводкой между индукторами
и конденсаторной батареей яв-
ляется модулем. Из таких секций
(модулей) может быть набрана
вся печь на любую мощность.
Мощность секции 250 кВт. Для
диаметров до 70 мм модуль имеет
два индуктора, рассчитанных на
потребление мощности 125 кВт
и свыше 70 мм — один индуктор.
Длина индуктора равна 400 и
800 мм. Длина модуля 1250 мм.
Конденсаторная батарея одна и
имеет 12 конденсаторов серии
ЭСВ. Питание предусмотрено от
машинных преобразователей ОПЧ
мощностью 250 и 500 кВт. При
этом к одному генератору 500 кВт
подключаются два модуля. Допу-
скается включение всех генера-
торов и модулей параллельно.
Возможные варианты устано-
вок приведены в табл. 41. Про-
изводительность указана для на-
грева до температуры 1200° С
В установках нагреваются прутки
с кривизной не более 2 мм на
метр длины. Длина прутков ' до
6 -м.
Рис. 94. Индук-
ционная печь типа
ИН-3000 для # на-
грева прутков
149

41. Типажный ряд установок для нагрева прутков до 1200° С
Базовый типоразмер	Диаметр заготовки	Производительность кг/ч	Количество модулей
ИН-1250/1		2 700—2170	5
НН-1500/1		3 240—2600	6
ИН-2000/1		4 320—3480	8
ИН-2500/1	70—150	5 400—4700	10
ИН-3000/1		6 470—5220	12
ИН-4000/1		8 650—7000	16
ИН-5000/1		10 800 8700	20
ИН-250/2,4		380—520/480—400	1
ИН-500/2,4		760—1 040/960—800	2
ИН-1000/2,4		1520—2 080/1920—1600	4
ИН-1250/2,4		1900—2 600/2400—2000	5
ИН-1500/2,4	35—70/70—12Q	2300—3 130/2880—2500	6
ИН 2000/2 4		3000—4 150/3840—3200	8
ИН-2500/2,4		3800—5 200/4800—4000	10
ИН-3000/2,4		4550—6 250/5780—4800	12
ИН-4000/2,4		6100—8 300/7700—6400	16
ИН-5000/2,4		7600—10 400/9600—8000	20
ИН-250/4		840—440/445—430	1
ИН-500/4		1 680—876/890—862	2
ИН-1000/4		3 360—1760/1790—1720	4
ПН-1250/4		4 200 - 2200/2100—1100	5
ИН-1500/4	25—70/70—90	5 000—2650/2640—2580	6
ИН-2000/4		6 730—3520/3560—3440	8
ИН-2500/4		8 400—4400/4450—4300	10
ИН-3000/4		10 000—5270/5340—5150	12
ИН-4000/4		13 400—7000/7100—6900	16
ИН-5000/4		16 800—8800/8900—8600	20
150

Продолжение табл. 41
Базовый типоразмер	Диаметр заготовки	Производительность кг/ч	Количество модулей
ИН-250/8		440—380	1
ИН-500/8		880—760	2
ИН-1000/8		1760—1520	4
ИН-1250/8 ’		2200—1900	5
ИН-1500/8	15—70	2640—2280	6
ИН-2000/8		3520—3040	8
ИН-2500/8		4400—3800	10
ИН-3000/8		5290—4560	12
ИН-4000/8		7000—6100	16
JIH-5000/8		8800—7600	20
ИН-250/10		1 000—440	1
ИН-500/10		2 000—880	2
ИН-1000/10		4 000—1760	4
ИН-1250/10 '		5 500—9200	5
ИН-1500/10	15—50	6 000—2640	6
ИН-2000/10		8 000—3530	8
ИН-2500/10		10 000—4400	10
ИН-3000/10		12 000—5300	12
ИН-4000/10		16 000—7000	16
ИН-5000/10		20 000—8860	20

Глава VIII
ЭЛЕМЕНТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
УСТАНОВОК
1. Состав оборудования
Любая высокочастотная установка имеет ряд одинаковых эле-
ментов, связанных единой электрической схемой. В нее всегда
входят: индуктор одновитковый или многовитковый; генератор
высокой частоты (машинный, ламповый, ионный, тиристорный);
конденсаторная батарея; закалочный трансформатор, автотранс-
форматор или устройство для переключения витков индуктора;
контактор для подключения и отключения тока нагрузки; линия
передачи тока высокой частоты от источника питания до индук-
тора; система водяного охлаждения; высокочастотные измери-
тельные приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр;
амперметр для измерения тока возбуждения; измерительные транс-
форматоры напряжения и тока. Дополнительно в зависимости от
назначения установки комплектуются технологическими устрой-
ствами: станком для закалки, плавильной печью, кузнечным на-
гревателем, аппаратурой автоматики для поддержания и кон-
троля режима нагрева.
Каждый элемент установки имеет свое назначение и место
в схеме. Правильный выбор оборудования установки, его рацио-
нальное размещение и согласование между собой составляют
одну из задач проектирования установок. Именно от этого в зна-
чительной мере зависят надежность работы установки, удобство
ее эксплуатации, качество продукции и технико-экономическая
целесообразность всего процесса в целом.
2. Машинные преобразователи
Конструкция. Высокочастотный машинный преобразователь
состоит из генератора средней частоты и трехфазного приводного
двигателя 50 Гц. Большая заслуга в создании и производстве
машинных ‘ преобразователей принадлежит проф. В. П. Волог-
дину. С 1910 по 1935 г. Вологдиным совместно с инженерами
М. А. Спицыным, И. И. Конторой, М. М. Вербицким, С. Н. Пе-
ровским, А. А. Фогелем и др. были построены машины мощностью
от 0,5 до 600 кВт на частоту от 1000 до 60 000 Гц, предназна-
чавшиеся первоначально для питания радиопередатчиков. С по-
мощью одной из машин была осуществлена первая прямая связь
152

СССР с США. В настоящее время в СССР и других странах
создано большое количество разнообразных конструкций машин
мощностью более 1500 кВт в единице. Среди иностранных фирм
ведущее место занимают фирмы «Эльфиак» (Бельгия), АСЭА
(Швеция), «Вестингауз», «Дженерал-Электрик», «Токко» (США),
АЭГ (ФРГ), «Броун-Бовери» (Швейцария) и др.
Машинные преобразователи являются главным источником
питания электротермических установок. Общая мощность уста-
новок с машинными генераторами исчисляется уже несколькими
миллионами кВт. Главные достоинства их составляют:
простота ’конструкции, а следовательно, высокая надежность
в работе и легкость обслуживания, не требующая высококвалифи-
цированного персонала;
возможность легкого включения нескольких преобразователей
на параллельную работу;
сравнительно низкая стоимость, особенно при больших мощ-
ностях.
К недостаткам машинных преобразователей относится умень-
шение их к. п. д. при неполной загрузке. Эта особенность в ко-
нечном счете приводит к повышенному среднему расходу электро-
энергии, поскольку почти невозможно загрузить любой генератор
в режиме работы высокочастотной установки на номинальную
мощность в течение всего времени ее работы. Другие недостатки
(шум, сложность системы смазки, водоохлажден и я и монтажа)
успешно преодолены в последних конструкциях.
Заслуга освоения промышленного производства преобразова-
телей средней частоты в СССР принадлежит заводам «Электрик»,
«Электросила» (Ленинград), Сибэлектротяжмашу (Новосибирск)
и Армэлектрозаводу (Ереван).
Генератор средней частоты относится к типу индукторных ма-
шин. Индукторная машина, как и синхронная, возбуждается
постоянным током. Однако, если у синхронных машин обмотки
возбуждения и рабочие обмотки переменного тока перемещаются
относительно друг друга при вращении ротора, то в индукторных
машинах изменение взаимосвязи между обмотками происходит
за счет вращения ферромагнитной массы ротора. При этом на
роторе никаких'обмоток нет или, по крайней мере, размещение их
на роторе необязательно. Ротору придается зубчатая форма,
аналогичная ротору явнополюсной синхронной машины. Для
целей электротермии применяются генераторы практически только
в однофазном исполнении.
Известны два основных типа индукторных генераторов —
одноименнополюсные (гомополярные) и разноименнополюсные
(гетерополярные). Исторически первыми появилисьгомополярные
машины (рис. 95). Статор машины выполнен из шихтованной
листовой электротехнической стали. По длине он разделен на две
части (два пакета): Л и Б. Обмотка якоря, уложенная в пазы с опре-
деленным шагом, образует секции. Обмотка возбуждения (ОВ)
153

в виде кольца помещена в паз между пакетами. Ток возбуждения
создает магнитный поток, путь которого проходит вдоль статора,
пронизывая обмотки якоря, через воздушный зазор и вдоль ротора.
Рис. 95. Индукторная машина гомополярного типа
При этом все зубцы роторного пакета, находящегося справа от
обмотки возбуждения, имеют одну полярность (в данном случае
южную), а зубцы левого— противоположную (северную). Поляр-
ность всех зубцов каждого пакета одинакова. Поэтому такую
Рис. 96. Взаимное расположение зубцовых зон ротора п
статора при перемещении ротора (I—IV позиции)
машину иногда называют кольцевой или машинной с продольным
полем. Число зубцов и пазов на роторе в два раза меньше, чем на
статоре (полюсный шаг в два раза больше). Ширины же зубца
ротора и статора одинаковы (классическая система зубцовой
зоны). Рассмотрим, как образуется напряжение высокой частоты.
На рис. 96 показаны четыре позиции взаимного расположения зуб-
154

цовой зоны ротора и статора при перемещении ротора. В позиции I
каждый зубец статора Cl, СЗ и С5 точно находится против зубца
ротора Pl, Р2, РЗ, а зубцы статора С2, С4, С6 — против впадины
на роторе. Весь магнитный поток концентрируется в воздушном
зазоре между зубцами.
В позиции II все зубцы статора находятся в одинаковом поло-
жении относительно зубцов ротора. Магнитный поток разделен
равномерно между ними. В позиции III ротор повернулся на один
полюсный шаг статора (зубец плюс впадина статора или зубец
плюс 1/2 впадины ротора). Зубцы статора С1, СЗ, С5, которые
Наибольшая плотность маг штного поьгшна
lllicT О ИО <Э1И1 оно опию
1	2	3	❖	12	3	6
Рис. 97. Изменение напряжения статорной обмотки за вре-
мя перемещения ротора на один полюсный шаг
имели в позиции I наибольшую плотность потока, сейчас его не
имеют, а зубцы С2, С4 и С6 — наоборот.
Позиция IV повторяет позицию I. В позиции I и IV провод-
ники статорной обмотки 1, 3, 5 имеют максимум плотности маг-
нитного потока в зубцах С1, СЗ, С5 слева, а обмотки 2, 4, 6 —
справа (по направлению вращения). В позиции III они меняются
местами. Следовательно, при перемещении ротора обмотки статора
пересекаются изменяющимся от максимума до минимума магнит-
ным потоком и в них возбуждается э. д. с. При этом, когда поток
в обмотках увеличивается (при переходе витков 1, 3 и 5 из пози-
ции I в позицию III), э. д. с. в них возбуждается в одном направле-
нии, а когда исчезает—в обратном. Таким образом, за время
перемещения ротора на один полюсный шаг (зубец плюс впадина
ротора) в каждом проводнике статорной обмотки произойдет
полный цикл изменения напряжения (рис. 97). В связи с тем, что
155

число полюсных шагов ротора равно' числу его зубцов, частота
получаемого напряжения будет равна
. zn „
f= 60 Гц
где z — число зубцов ротора; п — частота вращения, мин.
Соединяя витки обмотки статора в секции и сами секции после-
довательно и параллельно, можно получить генераторы на различ-
ные номинальные напряжения и ток. В гомополярной машине
ротор не перемагничивается, поэтому он и не нагревается, что
является серьезным преимуществом его перед другими типами
Рис. 98. Индукторная машина гетерополярного типа:
1 — статор; 2 — ротор; 3 — обмотки возбуждения; 4 — воз-
душный зазор. При перемещении зубца ротора от полю-
са (5) к полюсу (6) направление поля в ием меняется
генераторов. К недостаткам такой конструкции следует отнести
наличие остаточного напряжения даже при токе возбуждения,
равном нулю.
Гетерополярные машины отличаются от рассмотренных разме-
щением обмотки возбуждения. Вместо двух пакетов статора у них
только один. Обмотка возбуждения расположена в больших пазах
на статоре. Пазы размещены среди пазов статорной обмотки и па-
раллельны валу. Гетерополярные машины имеют не одну, а не-
сколько магнитных цепей (полюсов). Чаще всего их четыре
(рис. 98), хотя может быть и больше. Число пазов обмотки воз-
буждения равно числу полюсов.
В основе работы машины также лежит создание мощного маг-
нитного потока в воздушном зазоре ротор—статор, пульсирую-
щего от максимума до минимума в зоне витков статора. Остаточ-
ного магнитного поля в роторе нет, так как он перемагничивается
с частотой, пропорциональной числу полюсов и оборотов ротора.
Чтобы уменьшить нагрев ротора, его изготовляют, как и статор,
из шихтованной листовой электротехнической стали. Охлаждение
ротора у этого типа машин представляет серьезную проблему.
Из рис. 98 видно, что каждый из участков статора между двумя
смежными пазами обмотки возбуждения намагничивается в одина-
ковом направлении, а рядом с ним — в противоположном. Поэтому
156'

принцип работы машины такой же, как и у гомополярной, и
объясняется так же. Отличие состоит только в том, что у гомо-
полярной машины направление э. д. с одинаково в проводниках
всего пакета (но разное в обоих пакетах), а здесь только в провод-
никах, лежащих под одинаковыми полюсами. Соединяя провода
под каждым полюсом и целиком обмотки под полюсами парал-
лельно или последовательно, можно получить нужные номиналь-
ные напряжение и ток. Величина напряжения у машинных гене-
раторов легко регулируется от нуля до максимума изменения тока
возбуждения. Ток возбуждения небольшой, и для его регулирова-
ния не требуется сложной аппаратуры.
Разновидностью гетерополярных (сегментных) генераторов яв-
ляются генераторы с гребенчатой зубцевой зоной статора (система
Гюи). В этом случае весь статор разбивается на определеннное
число гребенок. Рабочие пазы с обмотками размещены между
зубцами гребенки. Гребенчатую зону можно выполнить с различ-
ным числом зубцов в смежных гребенках. Однако должно быть
соблюдено такое условие, что числа зубцов по одну и другую сто-
роны рабочего паза будут одинаковыми, а положение зубцов
ротора под ними — противоположным (если в одной из гребенок
зубцы совпадают с зубцами ротора, то в соседней находятся против
впадин).
Конструкция гребенчатой зубцовой зоны позволяет иметь ши-
рокие рабочие пазы и заложить в них обмотку большего сечения,
что очень важно для генераторов на частоту свыше <2500 Гц.
Особенностью индукторных генераторов является малый воздуш-
ный зазор (0,5—2 мм). Это необходимое условие, обеспечивающее
сильно выраженную пульсацию магнитного потока. Очень важно,
чтобы зазор был равномерным по окружности. В противном случае
создаются дополнительные нагрузки на подшипники, что часто
является причиной их разрушения.
Характеристика холостого хода. Холостой ход имеет ярко вы-
раженный максимум. Наличие максимума объясняется насыще-
нием зубцов ротора и статора, вследствие чего при увеличении
тока возбуждения пульсация потока в зазоре уменьшается.
Внутреннее сопротивление обмотки статора генератора с повы-
шением частоты увеличивается. Это приводит к тому, что ток корот-
кого замыкания при номинальном возбуждении часто меньше
тока нагрузки. Полное внутреннее сопротивление находится по
кривым холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ) как
отношение Exx/IK3^z0^x0 (при одном и том же токе воз-
буждения) или по формуле
„ __ Ц.к Ur
Х° ~ «во Рг ’
где iB. к и iB0 — токи возбуждения при коротком замыкании и
холостом ходе для номинальных значений тока и напряжения,
Ur и Рг — напряжение и мощность генератора.
157

От индукторного генератора трудно получить номинальную
мощность на активную и особенно на индуктивную нагрузку. Вот
почему для большинства из них предусматривают нагрузку с номи-
Рис. 99. Схема генератора с последовательной емкостью
(а) и векторная диаграмма (б)
нальным опережающим коэффициентом мощности. По этой же
причине для генератора безопасны короткие замыкания. В отдель-
ных конструкциях последовательно с обмоткой генератора вклю-
Рис. 100. Диаграмма изменения напряжения на обмотках
генератора Ur с последовательной емкостью. Ток возбуж-
дения постоянный. Коэффициент мощности нагрузки ме-
няется
чают емкость (рис. 99). Емкость в этом случае является как бы
составной частью генератора. Ноимнальное напряжение генера-
тора получается уже на клеммах после емкости. На клеммах же
158

последовательно включенных конденсаторов и выводах обмоток
напряжения будут другими в зависимости от величины емкости и
коэффициента мощности нагрузки. Величина последовательной
емкости указывается в паспорте генератора. Емкость полностью
или частично компенсирует индуктивное сопротивление обмоток.
При полной компенсации (х0 = хсс) напряжение на нагрузке
будет равно э. д. с. независимо от величины и фазы нагрузки, т. е.
оно автоматически поддерживается постоянным без каких-либо
регуляторов, если ток возбуждения не изменяется (при этом не
учтены активное падение напряжения и насыщение стали). На
рис. 100 показано изменение напряжений у генератора 8000 Гц,
600 В, 292 А, х0 = 2,3 Ом, с последовательной емкостью 8,7 мкф,
106
хсс = ь гг = 2,3 Ом, при cos <Pi = 1; cos <р2 = 0,82 (опережа-
2 Л/ С сс
ющий) cos <р3 = 0,66 (отстающий). Можно видеть, что напряже-
ние на обмотках генератора Ur изменяется, когда UK остается
постоянным (600 В), и может достигнуть опасных значений в слу-
чае емкостного характера нагрузки. Именно поэтому генераторы
с последовательной емкостью рекомендуется подключать только
на паспортную нагрузку.
Ток короткого замыкания у генераторов с последовательной
емкостью резко возрастает и при полной компенсации достигает
аварийных значений. Это является их главным недостатком.
Ток короткого замыкания может быть подсчитан по формуле
I - .
2К.З v V ’
ЛСС ЛО
Вместе с током при коротких замыканиях растет и напряжение
на обмотках генератора. В табл. 42 приведена зависимость тока
генератора от величины последовательной емкости. В процессе
42. Изменение тока короткого замыкания
в зависимости от величины последовательной емкости.
Генератор: 600 В, 292 А, х0= 2,3 Ом, 8000 Гц
Ссс мкФ	хсс Ом	/к, А	•S, %	7К, А (с учетом скольжения)	/к. А (измеренное)
5,15	3,86	385	0,2	385	385
6,48	3,06	780	0,72	740	710
7,43	2,67	1500	1,9	1200	1120
7,54	2,64	1650	2,1	1270	1160
7,78	2,55	2120	2,75	1460	.—.
8,0	2,48	2700	3,45	1620	—
8,6	2,3	4600	5,5	2050	—
159

эксперимента обмотки генератора были защищены разрядником.
При емкости Ссс=7,8 мкФ разрядник пробивался при напряжении
на обмотках Ur = 3200 В и токе /к = 1250 А. Эксперимент про-
водился путем подачи полного тока возбуждения на короткозам-
кнутый генератор. Ток достигает своего полного значения через
0,5 с после включения возбуждения (постоянная обмотки возбуж-
дения равна 0,72 с). Надо заметить, что при расчетном значении
резонансной емкости ток нагрузки оказывается ниже, чем при не-
сколько меньшей емкости. Это объясняется падением частоты при
нагрузке генератора током короткого замыкания за счет скольже-
ния приводного двигателя. Чтобы избежать больших токов и
перенапряжений при режимах, близких к короткому замыканию,
последовательную емкость обычно выбирают так, чтобы реактив-
ное сопротивление генератора было компенсировано неполностью
(%сс 0,6%о).
Особенности пуска. Масса ротора индукторного генератора
больше, чем у низкочастотных машин. Поэтому время разгона
и выбега у них также больше. При проектировании линии питания,
выборе пусковых устройств и защите двигателей это необходимо
учитывать. Во время пуска короткозамкнутые обмотки ротора
двигателя сильно нагреваются, почему повторный пуск некоторых
машин не рекомендуется и допускается не чаще, чем через 4 ч.
Особенности пуска требуют тщательного изготовления коротко-
замкнутых обмоток. В практике часто наблюдается их разрушение
во время пуска, особенно в местах пайки и переходов. Многие
зарубежные фирмы обмотку ротора двигателей изготавливают
из медных хорошо пропаянных стержней.
Постоянная времени возбуждения — это время, за- которое
напряжение генератора уменьшается в е раз после закорачивания
обмотки возбуждения. У индукторных - машин гетерополяркого
типа она составляет 0,02—0,1 с и может быть уменьшена путем
включения в цепь возбуждения дополнительного активного со-
противления.
Реакция якоря. Большое влияние на режим работы генератора
и на установку в целом оказывает реакция якоря. Различают три
предельных случая [33].
А. Нагрузка активная. Ток нагрузки и напряжение
совпадают по фазе <р = 0 (рис. 101, а). Ток в катушке достигает
максимума одновременно с э. д. с. Создаваемое этим током маг-
нитное поле направлено поперек основного поля возбуждения.
При этом на набегающем крае полюса (слева) оно ослабляет его,
а на сбегающем — усиливает. В итоге при включении генератора
на активную нагрузку напряжение несколько падает (рис. 102).
Б. Нагрузка чисто индуктивная, ф = 90°.
Ток достигает максимума спустя четверть периода после достиже-
ния максимума Е (рис. 101, б), т. е. после поворота ротора на 90
электрических градусов по направлению вращения. Магнитное
поле нагрузки оказывается направленным встречно основному
160

полю возбуждения и размагничивает его. Напряжение на генё-
раторе при включении резко падает.
В. Нагрузка чисто емкостная, ф =— 90°
(рис. 101, в). Ток достигает максимального значения на четверть
периода раньше достижения максимума Е. Созданное им магнит-
ное
направлением основного поля и усиливает
его. Напряжение на гене-
раторе после включения на
емкостную нагрузку резко
возрастает.
Таким образом, если не
принимать специальных
мер по стабилизации на-
пряжения генератора, оно
в процессе нагрева будет
поле совпадает с
а)
0)
нагрузки
Рис. 102. Нагрузочные характе-
ристики индукторной [машины
при постоянном токе возбужде-
ния:
1 — при опережающем cos <р; 2 —
при cos <р = 1; 3 — при отстающем
cos <р
Рис. 101. Реакция якоря индукторного гене-
ратора: а — активная нагрузка; б — индук-
тивная нагрузка; в — емкостная нагрузка;
а, х — прямой и обратный токопроводы об-
мотки
изменяться соответственно изменениям тока и коэффициента
мощности нагрузки (рис. 102).
Параллельная работа. Экспериментальные исследования пока-
зали, что для включения на параллельную работу индукторных
генераторов с асинхронными и синхронными приводами не тре-
буется каких-либо специальных синхронизирующих устройств.
Однако следует отметить некоторые особенности параллельной
работы.
А. Включение на холостом ходу. Частоты вклю-
чаемых генераторов равны, но напряжение Uг уже подключенного
генератора может быть не равно £2 подключаемого в параллель-
ную работу второго генератора.
161

Пусть U! > Е2. В замкнутом контуре, образованном обмотками
статоров обоих генераторов, появится разностный вектор ДЕ =
=	— Е2, который направлен в сторону вектора t/x. Под
действием этой э. д. с. по обмоткам статоров обоих генерато-
ров потечет уравнительный ток /у = ДЕ/х01 + х02. Вектор /у
отстает от Uх на 90° и опережает на 90° э. д. с. Е2. Таким образом,
по отношению к напряжению первого генератора он является
индуктивным, а к э. д. с. второго -— емкостным. Следовательно,
создавая соответственно продольно-размагничивающую и про-
90
80
70
60
50
90
30
20
10
о
1 2 3 9 5 6 7 8iB1A
Рис. 104. Векторная диа-
грамма токов биения
Рис. 103. Токи и напряжение при
параллельной работе генераторов на
холостом ходу
дольно-намагничивающую м.-д. с. реакции якоря, он стремится
выравнять э. д. с. параллельно работающих генераторов. На
шинах устанавливается какое-то среднее напряжение. Так как
уравнительный ток является реактивным, то он не нагружает
первичные двигатели и не является опасным. Величина его также
не выходит за пределы номинального тока даже в случае, когда
ДЕ = 2Е. На рис. 103 показано изменение уравнительного тока
и напряжения на шинах Um при параллельном включении двух
генераторов ПВС-100-2500 (100 кВт, 2500 Гц), когда один из них
(второй) имел постоянное номинальное возбуждение, а возбужде-
ние первого изменялось. Уравнительный ток с повышением тока
возбуждения падает до нуля при равенстве t/2 = а затем меняет
свое направление и вновь растет по мере увеличения Ех. Генера-
торы с последовательной емкостью могут иметь большие уравни-
тельные токи, их следует включать без возбуждения или применять
схемы, где бы ограничивался уравнительный ток.
Синхронизация на холостом ходу с одинаковым или различ-
ным напряжением генераторов проходит спокойно без бросков
162

тока и напряжения как при асинхронном, так и при синхронном
приводе.
Б. Включение под нагрузкой (генераторы
с асинхронным приводом). В этом случае частоты не равны /\
fz, но допустим, что U2 = £\- Сразу после включения наблю-
даются биения напряжения ДЕб как следствие разных частот.
На рис. 104 видно, что э. д. с. первого генератора может сов-
падать с напряжением второго, находиться с ним в противофазе
или занимать промежуточное положение. Сумма напряжений
изменяется от 0 до 2U2. Биения проходят тем медленнее, чем ближе
между собою частоты:
= 60	— 51) 100 Гц’
где z — число зубцов ротора; п — скорость при холостом ходе,
об/мин; S—скольжения приводных двигателей, %.
Биение напряжения вызывает биение тока 1б, отстающего от
А£б по фазе почти на 90°. В отличие от уравнительного тока, ток
биения может составлять с Ег и U2 угол сдвига от 0 до 90°, т. е.
имеет активную составляющую и не только загружает генератор
током, но и создает дополнительные электромагнитные моменты,
влияющие на режим работы приводных двигателей. Вновь вклю-
чаемый генератор, у которого в первый момент = 0, при несов-
падении мгновенных значений Ег и Е2 принимает на себя повышен-
ную нагрузку, разгружая одновременно второй генератор. В ре-
зультате могут возникнуть сильные механические удары, которые
могут вывести генераторы из синхронизма. С нагрузкой обороты
подключенного генератора упадут, а обороты работающего, наобо-
рот, повысятся. Их частоты сблизятся, биения исчезнут и генераторы
войдут в синхронизм. Практика показывает, что высокочастот-
ные генераторы, как правило, легко входят в синхронизм. Уже
через 2—3 с после включения биёния прекращаются. На рис. 105
напряжение на сборных шинах иш = 550 В. Э. д. с. второго гене-
ратора до подключения к сборным шинам (72 = Ю40 В. Установив-
шееся новое напряжение— 760 В. БиеннепрекратилосьчерезЗс.
Генератор, у которого приводной двигатель имеет меньшее
скольжение, принимает большую нагрузку (рис. 106). Только это
обстоятельство при значительном различии в характеристиках
приводных двигателей не позволяет загрузить генераторы на
полную суммарную мощность.
В. Включение под нагрузкой (генератор с син-
хронным приводом). Наиболее интересные исследования выполнены
сотрудниками СибНИЭТИ (Новосибирск). Когда генераторы
имеют синхронный привод, то при включении их на параллель-
ную работу биения, возникающие из-за неравенства частот,
отсутствуют. Однако биения как разность напряжений генерато-
ров все же имеют место. Эти биения возникают в результате того,
что внутренние углы двигателей и генераторов разные (внутренний
163

Рис. 105. Изменение напряжений и токов генераторов ВГО 500/2500 при вклю-
чении их на параллельную работу при общем источнике возбуждения: а— на-
пряжения при подключении к шинам второго генератора; б — токи и напряже-
ние иш при подключении третьего генератора к двум работающим; е — изменение
напряжения возбудителя при подключении третьего генератора к двум работаю-
щим
Рис. 106- Загрузка генераторов
по мощности при параллельной
работе
164

угол 0 определяет сдвиг между э. д. с. генератора и его напряже-
нием или, иначе, — это угол между осью магнитного поля ротора
и результирующего поля статора). Величина внутреннего угла
определяет, какую нагрузку примет генератор в момент включения
и после синхронизации:
PM = ^sln0,
Л0
где Рм — электромагнитная мощность; Ео, U0 — э. д. с. и напря-
жение генератора; х0 — синхронное сопротивление; 0 — внут-
ренний угол.
При малых углах воспринимаемая нагрузка будет мала, а при
больших — может достигнуть такой величины, что электромаг-
нитная мощность, развиваемая генератором, не сможет удержать
ротор. Произойдут дальнейшее ускорение ротора и увеличение
угла 0 > 90°. Ротор начнет вращаться несинхронно с потоком
статора, и генератор выпадет из-синхронизма.
Внутренний угол задается током возбуждения двигателя, по-
этому весьма важно, каким он должен быть в момент включения
генераторов и в процессе нормальной работы. Дополнительно
на распределение мощности влияет начальный угол разворота
роторов генераторов (угол разворота полумуфт) у двухкорпусных
преобразователей. Было установлено, что при максимально воз-
можном угле разворота роторов (электромагнитный угол —180°)
и равных токах возбуждения обоих генераторов уменьшение актив-
ной мощности одного из генераторов по отношению к номинальной
составляет 23% (исследования проводились на генераторах
ВГВФ-1580-2500 с приводными двигателями СТМ-3500-2).
Генератор: 1500 кВт, 1500 В, 1050 А, 2600 Гц, iB = 13,6 A, cos <рг =
= 0,95 (опережающий). Двигатель: 2000 кВт, 10 000 В, Д 74,5 А,
50 Гц, cos <рд = 0,7, 3000 об/мин, 1д = 266 А.
Для выравнивания мощностей необходимо в этом случае сни-
зить ток возбуждения одного из двигателей на 18% от номиналь-
ного. Практически ток возбуждения не будет отклоняться от номи-
нального значения более, чем на ± 10%.
На рис. 107 показана загрузка генераторов после синхрони-
зации в зависимости от тока возбуждения двигателя генератора
(условно второго), когда мощность первого была перед синхро-
низацией номинальной. Чтобы нагрузка равномерно распределя-
лась между генераторами, ток возбуждения 1д2 приближенно
можно вычислить по формуле
где: SPn — сумма потерь в агрегате генератор — двигатель, кВт;
*д1» гд2 — ток возбуждения двигателей, А; Рг •— мощность гене-
ратора, кВт.
165

Для нормальной синхронизации генераторов небходимо, чтобы
внутренний угол двигателя подключаемого (ненагруженного)
генератора был равен сумме внутренних углов двигателя и гене-
ратора нагруженного, или, иначе, проебразователь необходимо
подключать при сниженном токе возбуждения двигателя примерно
Рис. 107. Загрузка генераторов после синхронизации в за-
висимости от тока возбуждения двигателя при углах раз-
ворота Оо, равных -15° (/); +165° (2); +60° (3);
+240° (4); 0° — расчет (5)
на 10% номинального значения или же синхронизировать их
после отключения тока возбуждения двигателя через определенное
количество биений разности напряжений генераторов.
Таким образом, синхронный привод позволяет лучше загрузить
или перераспределить мощности генераторов при их параллель-
ной работе. Однако для синхронизации требуется установить
одинаковый угол разворота полумуфт и дополнительное регули-
рование тока возбуждения двигателей при включении генератора
под нагрузку. Поэтому в схемах централизованного питания сей-
час часто предусматривается перед включением нового генератора
166

предварительное смятие возбуждения со всех работающих и иногда
одновременное отключение нагрузки от сборных шин.
Общие условия параллельной работы генераторов. Устойчи-
вость параллельной работы генераторов определяется синхрони-
зирующей мощностью, т. е. способностью продолжать работать
синхронно с сетью при значительных изменениях внутреннего
угла 6.
Когда происходит изменение момента на валу двигателя, угол
между э. д. с. подключаемого генератора и напряжением сети или
между э. д. с. двух работающих генераторов также изменяется.
Как мы уже отмечали, в этом случае генераторы развивают допол-
нительную мощность. Часть этой мощности идет на удержание
генераторов в синхронизме—синхронизирующая мощность Рсх,—
а остальная часть меняет отдаваемую мощность генератора -— де-
синхронизирующая мощность Рдсх. Если расхождение по фазе двух
работающих генераторов 26, то дополнительная мощность выража-
ется формулой
П ._. 172Д х0__________х0 Ун______
д	'о + *о	('о + Ян)2 + (*0 + Ун)2 ’
где г0 и х0 — активное и реактивное сопротивления обмоток гене-
ратора; RH, X — активное и реактивное сопротивления нагрузки,
подключенной к генератору.
Первый член формулы выражает синхронизирующую, а второй
десинхронизирующую мощности. Очевидно, для устойчивой работы
нужно, чтобы их разность была положительной. Для высокочас-
тотных генераторов, работающих на нагрузку в виде колебатель-
ного контура, действительны соотношения: г0 < х0 — активное
сопротивление обмоток генератора много меньше индуктивного.
Поскольку генератор загружается на настроенный контур с коэф-
фициентом мощности, близким к единице, то Хн 0 и RH х0
— эквивалентное сопротивление контура'выбирается таким,
чтобы выполнялось это равенство. Рассматривая выражение для
Рд, можно прийти к выводам:
на холостом ходу, когда 7?н —> оо и десинхронизирующей
мощности нет, синхронизирующий момент максимальный; гене-
раторы устойчиво входят в синхронизм;
 при настроенном контуре всегда синхронизирующая мощность
больше десинхронизирующей, Рсх 2РДСХ;
при коротком замыкании (7?н = 0) генераторы могут выйти
из синхронизма, Рсх Рдсх;
генераторы с последовательной емкостью должны работать
более устойчиво;
параллельная работа генераторов с синхронным приводом
более устойчива, поскольку она определяется синхронизирующей
мощностью не только генератора, как при асинхронном двигателе,
но и синхронного двигателя.
167

43. Высокочастотные преобразователи серин ПВ завода «Электрик»
Наименование	П В-50/2500	ПВС-100/2500	ПВВ-100/8000
Частота тока (синхрон- ная—рабочая), Гц	2700—2650	2700—2650	8000—7870
Г енератор	ВГ-50/2500	ВГ-100/2500-11	ГВВЧ00/8000
Мощность, кВт/кВА	50/55	100/111	100/111
Напряжение, В	750/375	750/375	750/375
Ток, А	74/148	148/296	. 148/296
Коэффициент мощности (опережающий)	0,9	0,9	0,9
Напряжение возбужде- ния, В	60	60	60/120
Ток возбуждения, А	5—6	6—7	12/6
Двигатель (асин- хронный)	ВДЭ-60-2	ВДЭ-125-2-Ш	ВВД-120-2
Мощность, кВт	60	125	120
Напряжение, В	380/220	380/220	380/220
Ток, А	110/191	222/385	211/366
Скорость вращения (син- хронная рабочая), об/мин	3000/2950	3000/2950	3000/2950
Коэффициент мощности	0,91	0,92	0,93
К- п. д. преобразовате- ля, %	75,0	75,0	75,0
Вес преобразователя, кг	2100	3000	4000
Охлаждение	Воздушное		Водяное
Расход воды, м3/ч	Нет	Нет	5
Подшипник со стороны	№ 314	№ 2315	К° 32316
генератора	шариковый	роликовый	роликовый
Подшипник со стороны	№ 314	К» 315	№ 2В316
двигателя	шариковый	шариковый	шариковый
Количество масла на под- шипник, г Габаритные размеры, мм:	600	600	1000
длина	.1120	1495	1616
ширина	1000	1040	1150
высота	1040	1040	1110
Примечание. В обозначениях первая цифра после букв — мощность (кВт), вторая — частота (Гц).			
168

Высокочастотные преобразователи серии ПВ. Преобразователи
завода «Электрик» (Ленинград) — однокорпусные горизонтального
исполнения с воздушным и водяным охлаждением. Роторы привод-
ного двигателя и генератора смонтированы на одном валу, а
статоры запрессованы в один корпус. Вал ротора опирается на
два подшипника качения. Преобразователи сняты с производства,
но еще работают на многих заводах. Их основные характеристики
приведены для справок в табл. 43.
Высокочастотные генераторы однофазные (ВГО). Моторгенера-
торы разработаны заводом «Электросила» (Ленинград), модерни-
зированы и выпускаются Новосибирским заводом Сибэлектро-
тяжмаш в виде двухкорпусных агрегатов горизонтального испол-
нения. Генераторы 250 и 500 кВт имеют асинхронный привод,
а 1500 кВт—синхронный. Основные характеристики приведены
в табл. 44 и 45. Двигатель и генератор —в о з д у ш-
ного охлаждения. Система охлаждения может быть
открытой и замкнутой. В последнем случае воздух охлаждается
посредством водоохладителей-. Подача воздуха осуществляется
вентиляторами, установленными на валу генератора и двигателя.
У генераторов 1500 кВт имеется дополнительное водяное охлаж-
дение статора. Смазка кольцевая и принудительная. Для прину-
дительной смазки рекомендуется схема на рис. 108. Агрегат не
может работать без подачи масла даже на время его выбега. По-
этому в схеме рекомендована установка резервного бака с маслом.
Бак монтируется на высоте 8—-10 м по отношению к уровню под-
шипников. Масло из него подается самотеком в случае аварийного
отключения маслонасосов. Рекомендуется также рекуперативное
торможение, при котором отключаемый генератор нагружается
на активное сопротивление. Отдавая энергию в нагрузку, агрегат
быстро останавливается.
Высокочастотные преобразователи частоты (ВПЧ). Преобразо-
ватели выпускаются Армэлектрозаводом (рис. 109). Преобразо-
ватели однокорпусные, в вертикальном закрытом исполнении
с воздушно-водяным охлаждением. Индукторный генератор рас-
положен в нижней части корпуса. Сердечники роторов генератора
и двигателя расположены на общем валу. Вал опирается на под-
шипники качения, имеющие консистентную смазку. Преобразо-
ватель устанавливается на резиновые опоры, прикрепленные
к нижнему подшипниковому щиту, на ровном горизонтальном
полу и специального крепления не требует. Основные технические
характеристики приведены в табл. 46. Охлаждение воздушно-
водяное по замкнутой системе. Радиаторы для охлаждения воз-
духа расположены внутри корпуса преобразователя. Двигатель
асинхронный, допускает прямой пуск от номинального напряже-
ния. Время разгона 15 с. К. п. д. преобразователей 12, 30 и 100 кВт,
не ниже 75% и 70% у 20 и 50 кВт. Допускают перегрузку по мощ-
ности при номинальном напряжении (или токе) и коэффициенте
мощности —до 10% в течение 90 мин и 30%— до 2 мин.
169

44. Высокочастотные генераторы завода
Наименование	В ГО-1Б00-500	В ГО-500-1000	В ГО-250-2500
Мощность, кВт Частота тока (син- хронная/рабочая), Гц Напряжение, В Ток, А Коэффициент мощ- ности (опережающий) К. п. д. генерато- ра, % Вес генератора, кг Вес фундаментной плиты, кг Вес всего агрегата, кг Напряжение воз- буждения, В Ток возбуждения, А Тип возбудителя Смазка подшипни- ков Расход масла на два	подшипника, л/мин Давление масла на входе, кгс/см2 Охлаждение Расход воды на охлаждение, м3/ч: статора ротора подшипников Тип воздухоохла- дителя Количество водо- охладителей Расход воды на охладитель, м3/ч Габаритные разме- ры агрегата, мм: длина ширина высота Приводной двига- тель Время выбега, мин	1500 500 1500/750 1110/2220 0,9 88 9800 2000 25800 100 149 Принудительная 12—14 0,25—0,5 ВУП-22Х6Х 1500 1 59 7278,5 2040  1665 ДАЗ-1616-4 40	500 1100/1090 1500/750 333/666 1,0 88,3 5700 1970 13075 90 7,5 Дисковая В о з д у 1,0 ВУП-16Х6Х 1000-6 1 17 4770 1708 1108 АТМ-700-2 25	250 2'600/2575 1500/750 175/350 0,95 81,5 4900 2100 10200 70 4,2 Кольцевая ш и о е 1,0 ВУП-16Х6Х 1000-6 1 17 4025 1708 1108 КАМО-350-2 20
Примечание. В числителе — значения при включении генератора на большее,
170

«Электросила» серии ВГО
	В ГО-500-2500	ВГВФ-1580-2500	В ГО-500-8000	В ГО-1500-1000
	500	1500	500	1500
	2600/2575	2600	8000	1100
	1500/750	1500/750	750	1500/750
	350/700	1054/2108	740	1054/2108
	0,95	0,95	0,9	0,95
	81,5	88	84	90
	8365	15 000	8955	.	14 900
	2535	2000	2680	2000
	16 505	37 000	18 180	—
	140/70	70	65	70
	4,2/8,4	15	И,7	15
	—	А2-91-4+ПВ-92	—	ПВ-92-1-А2-91-4
		П р и н у д и	тельная	
	9—10	20	10	20
	0.5	0,3—0,5	0,3—0,5	0,3—0,5
	Воздушное	Воз	душно-водЯН	о е
	—	10	6	10
	•—	—	6	—
			—					
	ВУП-16Х6Х 1000-6	ВУП-16Х 6X1000-6	ВОП-78-700	ВУП-16Х 6X 1000-6
	2	1	1	1
	17X2= 34	23	11	23
	5460	6494	5340	6314
	1708	2250	1730	2250
	1475	1475	1185	1475
	АТМ-700-2	СТД-4000-2	АТМ-850-2	СТД-4000-2
	25	40	25	40
в знаменателе — на меныпее напряжение.				
171

45. Приводные электродвигатели, поставляемые с высокочастотными генераторами типа ВГО
Наименование	К.АМО-350-2	АТМ-700-2	ATM-850-2	СТД-4000-2	ДАЗ-1616-4	СТМ-3500-2
Тип двигателя Мощность, кВт Напряжение, В Ток статора, А Коэффициент мощности К. п. д. двигателя, % Скорость вращения (син- хронная/рабочая), об/мин Маховой момент, кгм2 Вес без генератора и фундаментной плиты, кг Смазка подшипников Расход масла на два подшипника, л/мин Давление масла на вхо- де, кгс/см2 Расход воды на два под- шипника, м3/ч Расход воздуха, м3/с Тип воздухоохладителя Количество воздухо- охладителей Расход воды на охлади- тели, м3/ч	А 350 6000/3000 42/84 0,87 92,7 3000/2970 50 3200 1,5 ВОП-126-1250 1 15	синхроннь 700 6000/3000 82/164 0,88 3000/2970 100 5405 Кол ьцев a s 1,0 2,0 ВУП-16Х6Х X 1000-6 1 10	Й 850 6000/3000 98/196 0,88 95 3000/2975 100 6565 1,0 2,0 ВУП-16Х6Х X 1000-6 1 10	Синхронный 2000 6000/10000 220/132 0,9 (опережающий) 95 3000 228 12 500 26 0,3—0,5 4,0 ВБ-70 2 2X26	Асинхронный 2000 6000 248 0,82 95 1492 700 14 000 Принудительна 6—8 0,5 4,2 ВУП-16Х6Х X 1000-6 2 17X2	Синхронный 2000 6000 279 0,9 95 3000 500 17 000 т 36 0,3—0,5 Нет 4,0 „ВУП-22Х 6Х X 1500-4 1 60
Примечание. Электродвигатель СТД-4000-2 поставляется со спаренным возбудителем типа ПВ-92 + А2-91-4. Напряжение возбудителя 380 В, 122/31 + 380 В, мощность 39 + 72 кВт, масса 1255 кг; пуск при напряжении 25% от номинального.						

1
Условные обозначения:
£ Вентиль
О Реле давления или
струйное реле
¥ Термометр
|^~Ц Клапан электрический
(м) Нанометр универсальный
К преобразователям
от преобразователей
Рис. 108. Рекомендуемая система смазки генераторов: а — схема маслоснаб-
жения агрегата с генератором ВГВФ-1580-2500; б — схема маслоснабжения
агрегата с генератором ВГО-500-2500; в — схема маслоснабжения нескольких
преобразователей:
1 — напорная магистраль; 2 — масляные насосы; 3 — маслонакопитель с системой
охлаждения и пеногасительной решеткой; 4 — аварийный бак
173

Рис. 109. Высокочастотный преобразователь ВПЧ. Размеры /ij даны в табл. 46

46. Технические данные преобразователей типа ВПЧ
Тип	Генератор					Двигатель			Габариты преобразо- вателя		Расход воды на охлаждение л/мин
	Частота Гц	Мощ- ность кВт	Напряжение В	Ток, А	Мощность (не более) кВт	Мощность (не более) кВт	Ток (не более) Л	Коэффи- циент (не менее)	Вы- сота	Вес	
ВПЧ 12-8000	8000	12	200/100	66,7/133,4	0,4	16	29/50	0,85	950	650	12
ВПЧ20-8000 ВПЧ20-2400	8000 2400	20	400/200	55,6/111,2	0,45	30	54/93	0,85	1092 972	870 750	25
ВПЧ30-8000 ВПЧ30-2400	8000 2400	30	400/200	83,3/166,6	0,5	41	73/126	0,85	1092 972	1030 800	30
ВПЧ50-8000 ВПЧ50-2400 ВПЧ50-8000 ВПЧ50-2400	8000 2400 8000 2400	50	400/200	139/278	0,7	76	’ 136/235	0,85	1391 1306 1391 1306	1870 1660 1870 1660	35
			800/400	69,5/139							
ВПЧ 100-8000 ВИЧ 100-2400 ВПЧ 100-8000 ВПЧ 100-2400	8000 2400 8000 2400	100	400/200	278/556	1,0	138	233/405	0,9	1686 1536 1686 1536	2610 2240 2610 2240	40
Примечания: 1. ВПЧ означает вертикальный преобразователь частоты, первое число — мощность в кВт, второе — частота
в Гц.
2. Пересоединсние обмотки генератора производится на панели выводов.

47. Технические характеристики преобразователей
	Тип			
Наименование	1-6000; •3000	-380/660	-6000; -3000	-380/660
	'-io	О		
		о	оо	о
	«Я	со	С4 СМ	см
		ЕГ	ЕГЕГ	ЕГ
	сс	с	КС	с
	ее	о	оо	с
Преобразователь				
Полезная мощность, кВт	320	320	250	250
Потребляемая мощность, кВт	364	364	291	291 .
Коэффициент полезного действия, %	88	88	86	86
Скорость вращения рабо- чая/синхронная, об/мин	2965/3000	2960/3000	2970/3000	2965/3000
Расход охлаждающей во- ды, м3/ч	3,6	3,6	3,6	3,6
Вес, кг	4290	4290	4250	4250
Генератор				
Частота рабочая син-	1.085/1,1		2,38/2,4	2,37/2,4
хронная, кГц				
Напряжение, В	800		800	
Ток, А	400		329	
Коэффициент мощности	1,0		0,95 *	
	4-	-5	3,7-	-4,7
Ток возбуждения, А	8-	-10	7,4-	-9,4
Напряжение возбужде- ния, В ***	125-	-160	НО-	-140
	63-	-80	55-	-70
Последовательная ем-				
кость:				
величина, мкФ	Нет		Нет	
напряжение, В				>
Напряжение на обмот-	800		800	
ках генератора, В				
Двигатель Частота, Гц	50	50	50	50
Напряжение, В **	6000/3000	380/660	6000/3000	380/660
Ток, А	39/78	608/350	31,2/62,4	486/280
Коэффициент мощности	0,9	0,91	0,9	0,91
176

частоты типа ОПЧ ТУ 16-516.101-70
преобразователя						
ОПЧ-250-4,0-6000; ОПЧ-250-4,0-3000	ОПЧ-250-4,0-380/660	ОПЧ-250-Ю,0-6000; ОПЧ-250-Ю,0-3000	ОПЧ-250-Ю,0-380/660	ОПЧ-500-1,0-6000; ОПЧ-500-1,0-3000	ОПЧ-500-2,4-6000; ОПЧ-500-2,4-3000	ОПЧ-500-4,0-6000; ОПЧ-500-4,0-3000
250 294 85 2970/3000 3,9 4250 3,8 8 а 4,2 8,4- 110 50 2 е 1 50 6000/3000 31,4/62,8 0,9	250 294 85 2965/3000 3,9 4250 6/3,9 00 13 ,0 -5,2 -10,4 — 124 -62 0,2 30 020 50 380/660 491/283 0,91	250 305 82 2970/3000 4,8 4710 10/1 80 32 0,95 4— 8^ 102- 51- 5, 91 10 50 6000/3000 32,6/65,2 0,9	250 305 82 12965/3000 4,8 4710 3,1 3 9 * £ 12 154 77 7 5 0 50 380/660 509/293 0,91	500 556 . 90 2980/3000 5,4 5285 1,09/1,1 800/1600 625/313 1,0 4,5—5,7 9,0—11,4 155—195 78—98 Нет » 800/1600 50 6000/3000 59,5/119 0,9	500 568 88 2980/3000 6,0 6140 2,38/2,4 800/1600 658/329 0,95 * 3,8—4,9 7,6—9,8 155—200 78—100 Нет » 800/1600 50 6000/3000 61/122 0,9	500 575 87 2980/3000 6,6 6100 3,87/3,9 800/1600 624/312 1,0 4,3—5,3 8,6—10,6 130—162 65—81 41,6/10,2 610/1220 1010/2020 50 6000/3000 61,5/123 0,9
177

				Тип
Наименование	ОПЧ-320-1,0-6000; ОПЧ-320-1,0-3000 		ОПЧ-320-1,0-380,660	ОПЧ-250-2.4-6000; ОПЧ-250-2,4-3000	I ОПЧ-250-2,4-380/660
Соединение фаз Пусковой ток при номи- нальном напряжении, А Время пуска при номи- нальном напряжении, с Высота (размер L, из рис. НО), мм Диаметр (размер D, из рис. НО), мм * Опережающий. *	* Пример заказа на пр< *	** в числителе — при п	170/340 15 1870 1062 эобразователь ч оследовательно	м 2460/1420 16 1870 1062 астоты 250 кВт м включении с	170/340 15 1870 1062 , 2,4 кГц с наг бмоток, в знак	м 2460/1420 16 1870 1062 ряжением при енателе — при
Однофазные преобразователи частоты (ОПЧ). Они выпускаются
заводом Сибэлектротяжмаш (рис. 110). Преобразователи серии
ОПЧ однокорпусные, вертикального закрытого исполнения;
состоят из индукторного генератора и приводного трехфазного
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. В нижней
части расположен статор генератора, в верхней—статор двигателя.
Сердечники роторов расположены на общем валу. Вал опирается
на подшипники качения, имеющие автономную смазку: вверху —
консистентную, внизу — жидкую. Верхний подшипник изо-
лирован, что устраняет опасность появления подшипниковых
токов. Чтобы разгрузить нижний подшипник, применена электро-
магнитная катушка, притягивающая ротор к верхнему щиту.
Электромагнит питается от сети трехфазного тока 380 В, 50 Гц
через специальное устройство.
Охлаждение преобразователей воздушно-водя-ное с замкнутым
циклом по воздуху и разомкнутым по воде. Охлаждение воздуха осу-
ществляется встроенными в корпус воздухоохладителями. Преоб-
разователи устанавливаются на пол на виброизолирующих опорах
178

Продолжение табл. 47
преобразователя						
	о		О со Ср			
						
оо		88	со	О О ОО		
		<ОСО		о о		
				со со	СО СО	
				О О		
						
—. *	*				к В.	
				1-00 V00		
			о		СО о	
						
СМ см	см	СМ СМ				ю ю
	&	ЕВ*	у			
сс	С	ЕС	с	сс	сс	сс
со	С’	ОО	с	оо	оо	оо
	и		и			
170/340	2460/1420	170/340	2460/1420	330/660	330/660	330/660
15	16	18	19	10	14	14
1870	1870	1980	1980	1990	2180	2180
1144	1144	1144	1144	1144	1144	1144
водного двигателя 6000 В «Преобразователь частоты параллельном включении обмоток.				ОПЧ-250-2,4-6000 ТУ16-516. 101-70»		
без какого-либо крепления к фундаменту. Они оборудованы
аппаратурой контроля температуры воды, воздуха, подшипников,
концентричности воздушного зазора, а также защитой по темпе-
ратуре подшипников и расходу воды. Генераторы допускают пере-
грузку по мощности (току) соответственно 150, 140, 130 и 120%
в течение 30, 40, 60 и 120 с и длительную перегрузку при 110% мощ-
ности.
Благодаря значительному снижению механических потерь
обеспечивается высокий уровень к. п. д. при недогрузках гене-
раторов. Так, при нагрузке 50% от номинального к. п. д. снижа-
ется только на 3—6%. Этим устраняется один из основных недо-
статков машинных преобразователей. Характеристики ОПЧ при-
ведены в табл. 47. Следует заметить, что преобразователи по своим
технико-эксплуатационным показателям находятся на уровне
лучших мировых образцов. Их к. п. д. сохраняется высоким при
относительно малой загрузке (рис. 111).
Высокочастотные электромашинные .преобразователи (ВЭП).
Разработана новая конструкция преобразователей для замены
179

серии ВПЧ. Преобразователь выполнен в вертикальном закрытом
совмещенном (однороторном) исполнении с воздушно-водяным
охлаждением. Внутри расточки неподвижного статора индуктор-
ного генератора расположен вращающийся на подшипниках каче-
Рис. ПО. Преобразователь частоты
ОПЧ:
/ — коробка выводов двигателя; 2 —
коробка выводов генераторов ОПЧ-250
и ОПЧ-320; 3 — штуцера водяной си-
стемы охлаждения; 4 — виброизолиру-
ющие опоры; 5 — коробка выводов ге-
нераторов ОПЧ-500 и ОПЧ-250-10; 6—
выводы электромагнита; 7 — выводы
теплоконтроля и катушек для конт-
роля воздушного зазора генератора
ния ротор преобразователя. В свою
очередь, ротор охватывает распо-
ложенный внутри него неподвиж-
ный статор трехфазного обра-
щенного асинхронного двигателя.
Сердечники ротора генератора и
двигателя имеют общие листы и
образуют один шихтованный сер-
дечник. Наружная поверхность
сердечника является венцом ро-
тора генератора, а внутренняя —
ротора двигателя. Пакеты стато-
Чпр
Рис. 111. Зависимость к. п. д. преобразо-
вателей т]пр типа ОПЧ от коэффициента
загрузки /г3:
1 — ОПЧ-500 —1000;	2 — ОПЧ-500—2400;
3 — ОПЧ-320 —1000 и ОПЧ-500—4000; 4,
5 — ОПЧ-250—2400; 6 — ОПЧ-250 —10 000
ров и роторов собраны из листов трансформаторной стали Э44
толщиной 0,2 мм для 8000 Гц и 0,35 мм в машине 2400 Гц.
Преобразователи опираются на виброизолирующие опоры,
прикрепленные к подшипниковому щиту. Ротор преобразователя
опирается на нижний радиально-упорный шарикоподшипник
В46416Е и верхний радиальный роликоподшипник В32316Л,
у которых наружное кольцо вращающееся, а внутреннее— непо-
движное. Смазка консистентная, охлаждение замкнутое воздушно-
водяное посредством радиатора. Змеевики радиатора охватывают
180

станину преобразователя и прикрыты звукопоглощающим кожу-
хом. Статор двигателя охлаждается водой, протекающей в полном
неподвижном вале. Технические характеристики приведены в
табл. 48. Коэффициент мощности генератора — 0,9 (опережающий).
48. Технические характеристики преобразователей серии ВЭП
Наименование	ВЭП-60/2400	ВЭП-60/8000	ВЭП-100/2400	ВЭП-100/8000
Преобразователь				
Расход воды при давле-	1,5		2,1	
нии не более 3,5 кгс/см2,				
м3/ч				
Габариты:				
высота, мм	1070		1170	
(диаметр у всех ра-				
вен 920 мм)				
Вес, кг	1450	1430	1750	1730
Г енератор				
Мощность, кВт	60	60	100	100
Частота, Гц	2400	8000	2400	8000
Напряжение, В		800/400		
Ток, А	83,4/166,8		139/278	
Мощность возбужде-	0,15	0,25	0,2	0,4
ния при напряжении				
60 В (не более), кВт				
Двигатель				
Мощность, кВт	80	82	125	128
Ток (при 50 Гц,	135	145	210	225
380 В), А				
3. Ламповые генераторы
Конструкция. Ламповые генераторы преобразуют ток частотой
50 Гц в высокочастотный (до сотен мегагерц). Преобразование
в генераторах производится дважды: вначале ток промышленной
частоты выпрямляется, а затем постоянный ток преобразуется
в переменный высокой частоты. В простейшем случае они состоят
из трех основных частей: выпрямителя с анодным трансформато-
ром, генераторной лампы и колебательного контура.
Генераторная лампа (триод), применяемая до настоящего
времени в ламповых генераторах, представляет собой выполнен-
ный из стекла и металла (или одного стекла) баллон с тремя изо-
лированными друг от друга электродами: катодом, анодом и сеткой.
181

Внутри баллона создан высокий вакуум (порядка 10"6 мм рт. ст).
Катод изготовлен из торированного и карбидированного воль-
фрама. Сетка и анод окружают катод, причем сетка расположена
ближе к катоду и имеет отверстия, через которые могут прохо-
дить электроны. Катод, сетка и анод имеют наружные выводы.
Напряжение между катодом и анодом, принято называть анодным
(еа), а между катодом и сеткой—сеточным (еЁ). Под действием поло-
жительного анодного и сеточного напряжений электроны, испуска-
емые катодом, движутся к аноду. Часть их (большая) проходит
через отверстия в сетке и попадает на анод лампы. Меньшая часть
перехватывается сеткой. Электроны, движущиеся в пространствах
катод—сетка и сетка—анод создают суммарный (is) и анодный
(ia) токи лампы (триода). Ток, образуемый электронами, которые
перехватываются сеткой, называется сеточным током.
В пространстве сетка—катод на электроны действует суммар-
ное поле, создаваемое как сеткой, так и анодом; Однако поле анода
во много раз слабее поля сетки, так как сетка расположена ближе
к катоду и экранирует его. Поэтому практически можно считать,
что анодный ток определяется прежде всего напряжением на сетке
(eg). Вид зависимости ia = f (eg) называют статической характе-
ристикой лампы.
При сравнительно больших отрицательных напряжениях на
сетке ток через лампу не течет. Но по мере увеличения напряжения
в сторону положительных значений анодный ток растет почти ли-
нейно. Затем его рост прекращается. Наступает насыщение. Мак-
симальное значение анодного тока называется током насыщения.
Величина его определяется количеством электронов, которое катод
может эмиттировать при номинальной температуре его нагрева.
Температура задается напряжением накала. Способность сетки
перехватывать электроны, зависит помимо ее конструкции от на-
пряжений на сетке и на аноде.
Электроны, вылетевшие с катода и притянутые анодом и сет-
кой, отдают им свою энергию, что приводит к разогреву электро-
дов. Поэтому каждая конструкция лампы лимитирует величины
теряемой мощности (мощность рассеивания). Для отвода тепла
от анода применяют водяное или воздушно-принудительное охлаж-
дение. Анод в этом случае выполнен в виде медного цилиндра,
сваренного со стеклянным баллоном. На баллоне крепятся катод
и сетка. К аноду приварен фланец для крепления лампы. Во избе-
жание порчи ее следует переносить только за фланец или анод.
Медный анод помещается в специальный бачок, к которому под-
водится вода. Подвод воды должен быть снизу, отвод—сверху.
Поскольку анод находится под напряжением относительно земли,
подводящие воду шланги должны быть из хорошего изоляцион-
ного материала (полиэтилена, каучуковой резины), а длина их
достаточной, чтобы ток утечки не превышал 5 мА. Если на сетку
подать синусоидальное напряжение, в цепи лампы возникнут
импульсы анодного тока.
182

В зависимости от характеристики триода, величины .сеточного
и анодного напряжений форма импульсов будет разная: полуси-
нусоидальная, почти прямоугольная и, чаще всего, остроконечная
и уплощенная (усеченная сверху).
В ламповых генераторах триод работает, как и в случае машин-
ных генераторов, на колебательный контур. Периодический ток
произвольной формы на контуре создает гармоническое напряже-
ние, создаваемое первой гармоникой, частота которой совпадает
с собственной частотой контура. Все остальные гармоники кон-
туром отфильтровываются. Собственная частота соо определяется
из равенства
1
(On - ' г:	f
° V lc
где L и С — индуктивность и емкость контура.
Контур в этом случае будет обладать эквивалентным (резонанс-
ным) сопротивлением 7?э0 и на нем возникнет колебательное на-
пряжение UK
хо	1
^эо — — > I хо I = “<Л =	;
ик = АЛ О-
Здесь х0 и г — индуктивное и активное сопротивления контура;
t/K, — амплитуды колебательного напряжения и тока в кон-
туре.
Промышленные схемы ламповых генераторов обычно имеют
не один, а два контура. Однако наличие второго контура не меняет
общей картины. Влияние второго контура учитывается путем
введения в первый вносимого сопротивления zBH. Вносимое сопро-
тивление имеет максимум, когда второй контур настроен в резо-
нанс с первым и становится чисто активным гвно (при слабой связи).
Спо • —~
где хсв — реактивное сопротивление связи.
При отклонении от резонанса гвн резко падает, а хвн возраста-
ет, достигая максимума хвн = -у“ при <р2 = 45°, при этом х2 =
= г2.
Все типы ламповых генераторов для электротермии работают
в режиме самовозбуждения (автогенераторы). Для этого с колеба-
тельного контура (нагрузки) снимают часть напряжения таким
образом, чтобы.оно было в противофазе к анодному (коэффициент
обратной связи положительный). Условие соблюдается, когда
сопротивления xgf и xaf одинакового знака, a xlg — противопо-
ложного (правило фаз). На практике условие всегда соблюда-
ется, если анод и сетка подключаются к точкам колебательной
183

системы, находящимся ближе к ее краям (точки соединения индук-
тивности и емкости), чем точка присоединения катода.
Для автогенераторов широкое распространение получила схема
с автотрансформаторной и емкостной обратной связью. В схеме
(рис. 112) можно подобрать Lg так, что напряжение Ug (получа-
емое от индивидуального источника) будет равно ULg по величине
и фазе. Если сейчас подключить к сетке вместо источника тока
независимого возбуждения напряжение ULg, работа генератора
не нарушается. Итак, если на анод лампы подать постоянное напря-
жение, а на сетку лампы — переменное с колебательного контура,
то в анодной цепи возникнут импульсы тока, которые на колеба-
Рис. 112. Схема генераторного блока лампового генератора: а —
с автотрансформаторной обратной связью; б — с емкостной об-
ратной связью
тельном контуре создают гармоническое напряжение собственной
частоты контура. Изменяя величину обратного напряжения на
сетке, можно управлять анодным током. При этом обязательно,
чтобы сдвиг по фазе между первой гармоникой тока и напряжением
на контуре (нагрузке), зависящий от параметров сеточной цепи,
не превышал 90°. Чем ближе он будет к 0°, тем эффективнее работа
генератора (преобразователя).
Ламповые генераторы для индукционного нагрева1. В СССР
генераторы мощностью свыше 10 кВт выполнены по двухконтур-
ной схеме. Двухконтурная схема позволяет л”чше стабилизи-
ровать частоту и осуществлять настройку оптимального режима
при изменяющихся параметрах нагрузки в процессе нагрева.
Однако это приводит к увеличению габаритных размеров генерато-
ров и потерь энергии в контурах. Анодное напряжение и напряжение
накала в генераторах стабилизированы: при колебаниях напряже-
ния питающей сети ±10% анодное и накальное напряжения поддер-
живаются автоматически в пределах ± 1,5—-2%. Все двери бло-
ков генераторов, в которых напряжение свыше 1000 В, имеют
электромеханическую блокировку. При правильной очередности
1 Все типы ламповых генераторов ВНИИТВЧ разработаны под руковод-
ством инж. Ю. Б. Вигдоровича, Д. Б. Мондруса и В. А. Балашова.
184

открывания дверей прежде всего снимается питающее напряжение.
Когда очередность нарушается, открывание дверей приводит
к принудительному «закорачиванию на землю» частей схемы
с высоким напряжением. Двери шкафов, где имеется напряжение
ниже 1000 В, запираются специальными замками. На дверях уста-
новлены пружинные контакты, а узлы, находящиеся под высоко-
частотным напряжением, экранированы алюминиевыми листами.
Рис. 113. Ламповый генератор ВЧИ-25/0,44 и ВЧИ-63/0,44:
а — нагрузочный контур; б — генератор
Этим достигается снижение радиопомех и защита обслуживающего
персонала от излучения.
Генераторы ВЧИ-25/0,44 и ВЧИ-63/0,44 (рис. 113)
изготовляются в виде четырех отдельных шкафов—блоков:
трансформаторного, генераторного, выпрямителя и нагрузочного
контура. Генераторный и выпрямительный имеют общую систему
автоматической термостабилизации. Поэтому они всегда устанав-
ливаются вместе. Нагрузочный контур может устанавливаться
отдельно на расстоянии до 15 м и соединяться с генераторным
высокочастотным кабелем. Оба генератора унифицированы. Раз-
личаются анодными трансформаторами и параметрами контуров
(табл. 49).
Г енератор ВЧИ-10/0,44-ПТ-Л01 — специальная уста-
новка для плавки и центробежной отливки зубных протезов из
нержавеющей стали или хромокобальтового сплава виталиума.
Можно производить также плавку и центробежную отливку мел-
ких деталей весом до 100 г. В состав установки входят генератор
и индукционная плавильная печь из двух тиглей, закрепленных
185

49. Технические Данные ламповых высокочастотных
	ВЧИ4-10/0.44	ВЧИ7-10/0.44	| ВЧИ-25/0,44	|	ВЧИ-63/0,44	|	
Наименование			Нагрев под закалку, пайку		
Номинальная мощ- ность высокой частоты, кВт	10	10	25	63	
Рабочая частота, кГц	440	440	440	440	
Напряжение питаю- щей сети, В	380	380	380	380	
Мощность, потреб- ляемая от сети при коэффициенте мощно- сти 0,85, кВт	14	14	37	90	
Мощность анодного трансформатора, кВА	25	25	40	100	
Тип анодного транс- форматора	ТВМА-25/Ю	ТВМА-25/10	ТВМА-40/10	ТВМА-100/10	
Вторичное напряже- ние анодного трансфор- матора, кВ	5,0	6,0	8,4	8,4	
Количество генера- торных ламп	1	1	1	1	
Тип генераторных ламп	ГУ-59А	ГУ-59А	ГУ-62А	ГУ-62А	
Анодное напряже- ние, кВ	6,0	7,5 '	10,5	10,5	
Количество ламп (вен- тилей) выпрямителя	84	108	7	7	
Тип ламп (вентилей) выпрямителя	ВК-2-Ю-10А	ВЛ-Ю	ТР1-6/15	ТР1-6/15	
Точность стабилиза- ции анодного напряже- ния, %	Нет	0,1	1,5—2	1,5—2	
Расход охлаждаю- щей воды, м3/ч	1,2	1,2	1,4	2,1	
Вес установки, кг Габариты, мм:	700	1300	1800	2150	
в плане	1200Х 1000	1200X 990	3250X830, 1700Х 700	3250X 830, 1100X 700	
высота	1900	2270	2200, 1800	2200, 2200	
Вес загрузки (сталь), кг	—	—	—	—	
Время плавки, мин	—	—	—	—	
* Числитель указывает мощность ** На индукторе.		(кВт), знаменатель — частоту (МГц).			
186

установок для индукционного нагрева *
| ВЧИ2-100/0.066	ВЧИЗ-160/0,066	ВЧШ-3/0,44	ВЧИ-63/5-ИГ-Л01	ВЧИ-10/0,44
И другие технологии		Литье микропровода	Получение плазмы	Плавка и цент- робежная отливка мелких деталей
100	160	6,3	6,3	10
66	66	440	5280	440
380	380	380	380	380/220
140	220	—	90	145
160	250	25	100	15
ТВМА-160/100	ТВМА-250/10	ТВМА-25/Ю	ТВМА-100/10	Собственного
				изготовления
8,4	8,4	6	8,4	6,6
1	2	1	1	1
ГУ-23А	ГУ-23А	ГУ-59А	. ГУ-23А	ГУ-59А
11	11	7,5	11	8
7	7	108	7	6
ТР1-6/15	ТР1-15/20	ВП-10	ТР1-6/15	ТГ1-2/8
1,5—2	1,5—2	0,1 **	1,5—2	Нет
6,1	7,3	1,2	3,6	0,75
3000	3300	1300	3350	535
2910Х 1420,	4300X1400,	1200X 990	5500X 800,	1500Х 800
1200Х 1400	1400Х 1200		600Х 400	
2240, 1400	2300, 1600	22 700	2090, 1600	1800 0,1
—	—	—	—	1,0
187

на одной оси (в противовес один другому) и могущих поворачи-
ваться. Установка рассчитана на нагрев в течение одной минуты
при общем цикле 4 мин.
Генератор ВЧП 1-6,3/0,44. Специальный генератор к стан-
ку для литья микропровода со стеклянной изоляцией отличается
высокой точностью стабилизации напряжения на индукторе
(0,1%) и малой величиной пульсации выпрямленного напряжения
(не более 5%). Нагрузочный контур выносной, располагается
непосредственно у станка на расстоянии не более 5 м от генератора;
схема одноконтурная с емкостной обратной связью. Выпрямитель
собран на полупроводниковых диодах по трехфазной и двухполу-
перйодной схеме и является одновременно управляемым и стаби-
лизированным.
Генераторы ВЧИ7-63/5ИГ и ВЧИ2-160/5ИГ двухкон-
турные с емкостной обратной связью, специальные для питания
плазменных горелок с диаметром индуктора соответственно 85 и
165 мм. Допускают непрерывную работу в течение 50 ч с небольшим
перерывом для следующего цикла. Управление генераторами
дистанционное с пульта, на котором имеются приборы для наблю-
дения за режимами и сельсины.
Генератор ВЧИ-10/0,44 одноконтурный с емкостной
связью. Выпрямитель собран на полупроводниковых диодах по
трехфазной двухполупериодной схеме и является одновременно
управляемым и стабилизированным. Точность стабилизации —
до 0,1% при колебании сети 10%.
Управление выпрямителем и стабилизация производятся
с помощью тиристоров на первичной стороне анодного трансфор-
матора. Регулирование величины выпрямительного напряжения
производится плавно в пределах 30—100% от номинального зна-
чения за счет изменения момента включения силовых тиристоров.
Предусмотрено измерение анодного напряжения и напряжения
на индукторе.
Генератор выполен в виде стального шкафа с четырьмя две-
рями, снабженными электромеханическими блокировками безо-
пасности. Аппаратура стабилизации анодного напряжения выпол-
нена на панелях печатного монтажа и расположена на лицевой
стороне в виде выдвижных кассет.
Ламповые генераторы для нагрева непроводниковых материа-
лов (табл. 50 и 51). Генераторы ЛД1-40, ЛД2-60 (лампо-
вые генераторы для диэлектрического нагрева, 1 и 2 — модифи-
кации, 40 или 60 кВт, ) предназначены для обработки материалов,
свойства которых в процессе нагрева мало изменяются, или на-
грева в поточных линиях с непрерывным движением изделий. Это
обусловлено необходимостью поддержания частоты в заданном диа-
пазоне. Генераторы выпускаются без технологических устройств.
Последнее время находят применение для получения тепло-
изоляции из вспененного полистирола. Рассчитаны на емкость
рабочего конденсатора 100—1000 мкФ.
188

	50. Технические характеристики установок с ламповыми генераторами для сварки пленок, нагрева диэлектриков и склейки древесины *							
	Наименование	Для нагрева диэлектриков		Для сварки пленки		Для склейки древесины		
		ЛД1-40	ЛД2-60	ВЧД-0,4/40 (клещи)	ЛСП1-4М	ВЧД-2,5/13	ВЧД-16/13	ВЧД-25/27
	Номинальная колеба- тельная мощность, кВт	40	60	0,4	4	2,5	16	25
	Рабочая частота, МГц	13,56	13,56	40,68	40,68	13,56	13,56	27,12
	Напряжение питаю- щей сети, В Мощность анодного трансформатора, кВА	380	380	220 (однофазное)	380/220	220 или 380	380	380
		63	100	1,2	9	6	40	40
	Тип трансформатора	ТВМА-63/10	ТВМА-100/10	С г	е ц и а л ь н	ы й	ТВМА-40/10	ТВМ-40/10
	Вторичное напряже- ние трансформатора, В	8400	8400	2680	4800	3900	6000	6000
	Тип лампы	ГУ-23А	ГУ-23А	ГУ-48	ГУ-58Б	ГУ-58Б	ГУ-45А	ГУ-62А
	Анодное напряжение,	10,5	10,5	2	6,0	5	7,5	7,5
	Количество ламп (вен- тилей) выпрямителя	7	7	8	6	18	7	108
	Тип ламп (вентилей) выпрямителя	ТР1-6/15	ТР-6/15	Д-1010	ТГ-2/8	Д-ЮЮ	ТР1-6/15	ВЛ-25
	Точность стабилиза- ции анодного напряже- ния, % Расход охлаждающей воды, м3/ч	±2	±2	Нет	• Нет	Нет	±2	Нет
		3,6	3,6	»	»	»	2,5	1,2
	Вес установки, кг Габариты, мм:	1950	2100	42	1200	380	1200	950
	в плане	1870	1710 	875X 460	1450Х 2300	900Х 1145	1900Х 1090	1170Х 1656
Оо co	высота * Все установки имек	2250 >т по одной генер	2250 игорной лампе.	900	2510	1500	2000	2010

to
о
51. Технические характеристики установок с ламповыми генераторами
для нагрева пресс-порош ков и сушки литейных стержней
Наименование	ЛД1-06	ВЧД-1,6/40	ЛД1-4	ВЧД1-2.5/81	ВЧД7-6.3/81	ВЧДЗ-63/27
Номинальная колеба-	0,6	1,6	4	2,5	6,3	63
тельная мощность, кВт						
Рабочая частота, МГц	40,68	40,68	40,68	81,36	81,36	27,12
Напряжение питающей	220	380/220	220 или 380	380	380	380
сети, В Мощность анодного	(однофазное) 1,6	5	9	7	4,5	100
трансформатора, кВА						
Тип трансформатора Вторичное напряжение	2900	С 3200	пециальны 4000	й 4500	4000	ТВМА-100/10 8400
анодного трансформато-						
ра, В	ГУ-48					
Тип ламп		ГУ-566	ГУ-10А	ГУ-59А	ГУ-58А	ГУ-23А
Анодное напряжение, кВ	•—	4	5	5	5	10,5
Количество ламп (вен-	6	6	6	6	6	7
тилей) выпрямителя	Д-1010 (диоды)					
Тип ламп выпрямителя		ТГ1-2/8	ТГ 1-2/8	СВК-3/7,5	СВК-3/7,5	ТР1-6
Точность стабилизации		Устройства стабили		зации нет		±2
анодного напряжения, %	В о з д					
Расход охлаждающей		ушное	0,9	4	5	6
воды, м3/ч Вес установки, кг						
	90	225	420	300	300	6000
Габариты, мм:						
в плане	800Х 520	550X 680	961X842	700Х 855	700Х 855	—.
высота	577	1380	1600	2014	2014	—
Вес загрузки, г	80—170 	200—600	500—1000	300	120	—.
Время нагрева, с	30—60	30—90	30—60	10—15	10—15 !	—
Примечания: 1. 2. Установка состоит	Все установки имеют по одной генераторной лампе. из трех блоков: выпрямительного с размерами 1900Х 800Х 2260 мм; пульта управлени?					с размерами
 800X500X 1900 мм; генератора с конвейерным сушилом с размерами 17 575X 1785X 3060 мм.						

Генератор ВЧД-0,4/40 (высокочастотная установка для
диэлектрического нагрева, мощность 0,4 кВт, частота 40 МГц) —
передвижная установка для сварки упаковочной тары из поливи-
нилхлоридной пленки. Сварка’ осуществляется переносными
клещами—электродами. Длина свариваемого шва 130 мм, тол-
щина— 0,2—0,8 мм. Время сварки
до 1 с.
Г енератор ЛСП1-4М (ком-
плексная установка для сварки пласт-
масс, мощность 4 кВт, модернизиро-
ванная) состоит из генератора и
пресса для сварки термопластиче-
ских материалов. Привод пресса
пневматический. Давление 4 ати.
Установки автоматизированы и
экранированы. Рассчитаны для ра-
боты с электродами площадью 50—
100 см2. Толщина свариваемых пле-
нок 0,2—0,8 мм в два слоя.
Г енератор ВЧД-2,5/13 ре-
комендуется для склейки изделий
в мебельной и деревообрабатываю-
щей промышленности. Площадь клее-
вых швов 500 см2. Время нагрева
20 с для клея М70. От одного гене-
ратора могут питаться поочередно
два поста (технологических устрой-
ства).
Г енератор ы ВЧД-16/13 [и
ВЧД-25/27 применяются для питания
технологических устройств в линиях
склеивания паркетных щитов и
брусьев среднего сечения и других
технологических операций.
Г енератор ы ВЧД-2,5/81 и
ВЧД1-6.3/81 (рис. 114) предназна-
чены для скоростного нагрева таблетированных реактопластов
в электрическом поле высокой частоты. Установка комплекс-
ная, экранированная. Таблетки весом до 300 г (ВЧД1-6.3/81)
вручную загружаются в камеру. Время нагрева 10—15 с до 150° С;
выгрузка также ручная.
Генератор ВЧДЗ-63/26 предназначен для сушки литей-
ных стержней, латексной резины, изделий из древесины ценных
пород, шерсти, искусственной пряжи и др.; состоит из генера-
торного блока с ленточным конвейером, блока питания и пульта
управления. Нагрев и сушка производятся при прохождении
изделия через зону рабочего конденсатора, высокопотенциальная
пластина которого расположена над лентой конвейера на расстоя-
Рис. 114. Генератор ВЧД-6,3/81
для нагрева реактопластов
191

нии 250—500 мм. Генератор имеет замкнутую водовоздушную
систему охлаждения и вентиляции, защищающей его от пыли.
Блок питания и пульт управления могут быть размещены отдельно
от генератора. Блок питания снабжен устройством для автома-
тического поддержания температуры воздуха в определенных
пределах. В пульте управления размещены контрольно-измери-
тельные приборы, пускорегулирующая аппаратура, кнопки упра-
вления, регулятор анодного напряжения, задатчик скорости кон-
вейерной ленты и указатель положения высоковольтной пластины
рабочего конденсатора. Производительность 800 кг/ч.
4. Статические преобразователи частоты
В качестве источников питания электротермических установок
токами повышенной частоты в диапазоне 200—1000 Гц могут исполь-
зоваться статические преобразователи частоты. Преобразование
частоты в таких устройствах осуществляется за счет коммута-
ции постоянного тока управляемыми вентилями. Схемы преобра-
зования частоты могут быть осуществлены как на полностью управ-
ляемых вентилях, так и на вентилях, имеющих полууправляемую
характеристику (тиратроны, экситроны, тиристоры и т.п.). Во вто-
ром случае включение вентилей осуществляется импульсами, пода-
ваемыми на управляющий электрод, а выключение -— обратным
напряжением, приложенным к промежутку анод—катод вентиля.
В основном в качестве источника напряжения выключения вентиля
используется коммутирующая емкость, на обкладках которой
в процессе работы схемы создаются потенциалы соответствующего
знака.
Полная схема преобразователя частоты включает звено посто-
янного тока (выпрямитель), звено преобразования (инвертор),
цепи контроля и управления и вспомогательные узлы (реакторы,
теплообменники и т. п.). Известны схемы с совмещенными звеньями
выпрямителя и инвертора. По способу включения коммутирую-
щей емкости инверторы делят на параллельные, последовательные
и смешанные.
Основными разновидностями схем по структуре являются
нулевая, мостовая и различные варианты многоячейковых схем.
Наконец, по способу возбуждения инверторы могут выпол-
няться с независимым возбуждением от задающего генератора и
с самовозбуждением. Одной из разновидностей инвертора с неза-
висимым возбуждением является схема с автоматической под-
стройкой режима за счет обратной связи с нагрузки на задающий
генератор.
Для уяснения принципа работы инвертора рассмотрим нуле-
вую схему с параллельной коммутирующей емкостью (рис. 115, а).
При подаче управляющего импульса на вентиль В он откры-
вается и пропускает ток по цепи + Еа, полуобмотка W1, вентиль
В1, — Еа. При этом коммутирующий конденсатор Ск заряжается
192

до напряжения, близкого к Еа, с указанной на рисунке поляр-
ностью.
При подаче управляющего импульса на вентиль В 2 положи-
тельный потенциал обкладки конденсатора. Ск прикладывается
к катоду вентиля Bin вентиль закрывается. Ток протекает по
цепи + £а, полуобмотка W2, вентиль В2, —Еа.
В период проводимости вентилей В1 и В2 во вторичной обмотке
W3 индуктируется один период переменного напряжения. В связи
с тем, что при проводимости вентиля В2 конденсатор Ск заряжа-
ется до полярности, обратной изображенной на рис. 115, а, при
повторном включении вентиля В1 'вентиль В2 закрывается, после
Рис. 115. Принципиальная схема параллельного инвертора:
а — нулевая; б — мостовая
чего цикл повторяется. Таким образом в нагрузке возникает
переменный ток определенной частоты.
Довольно распространенной разновидностью параллельного
инвертора является мостовая схема (рис. 115, б). Схема отличается
от вышеописанной тем, что нагрузка подключается в диагональ
вентильного моста В1—В4, благодаря чему можно обойтись без
инверторного трансформатора. При открывании пары вентилей
В1—ВЗ ток протекает в направлении /; при открывании пары
вентилей В2—В4 — в направлении 2. Коммутация вентилей
осуществляется емкостью Ск.
По мостовой схеме выполнены инверторные блоки тиристор-
ных преобразователей частоты ТПЧ-1 и ТПЧ-800-1/05.
Схемы параллельного и последовательного инверторов при
неизменной частоте не могут устойчиво работать в большом диа-
пазоне изменения эквивалентных параметров нагрузки. А режимы,
близкие к холостому ходу и короткому замыканию, могут привести
к аварийному режиму инвертора.
В связи с этим в промышленных образцах преобразователей
для обеспечения надежности предусматривается схемное обеспе-
чение работы на переменной частоте. Такое регулирование частоты
совпадает с требованием поддержания оптимального режима при
изменении параметров нагрузки.
Защита от аварийных ситуаций обеспечивается автоматиче-
скими устройствами защиты, введенными в схему управления.
193

Имеются схемы преобразователей, обеспечивающие надежную
работу на одной частоте в широком интервале изменения парамет-
ров нагрузки. Так, например, осваиваемый промышленностью
ионный преобразователь частоты СЧГ1 -2x800/1, построенный
по схеме с удвоением частоты и встречно-параллельными вентилями,
обладает V-образной характеристикой, исключающей аварийные
режимы как в зоне холостого хода,так и в зоне короткого замыка-
ния нагрузки. Такая характеристика обеспечивает устойчивую
работу преобразователя на потребителей с широким диапазоном
изменения параметров в процессе работы, как-то: индукционные
плавильные печи, индукционные установки периодического
сквозного нагрева магнитных металлов и т. п.
Положительными характеристиками статических преобразо-
вателей частоты являются, в сравнении с электромашинными, высо-
кий электрический к. п. д., обусловленный незначительным паде-
нием напряжения на вентилях, отсутствие больших вращающихся
масс и малые статические весовые нагрузки, что позволяет уста-
навливать преобразователи без фундаментов.
Статические преобразователи частоты сохраняют высокий
к. п. д. при неполной нагрузке из-за малых потерь холостого
хода. Так, при нагрузке до 0,25 Рном к. п. д. снижается на 1—2%.
Преимуществом статических преобразователей является также
наличие большого числа каналов регулирования: напряжения
выпрямителя, напряжения и частоты инвертора. Для параллель-
но работающих ячеек возможно фазовое регулирование напря-
жения.
В табл. 52 приведены основные технические данные выпуска-
емых и готовящихся к выпуску электротехнической промышлен-
ностью статических преобразователей частоты.
Согласование с нагрузкой преобразователей, работающих по
схеме параллельного инвертора, требует подбора величины ком-
мутирующей емкости, обеспечивающей нужный коэффициент
нагрузки для данного класса схем и вентилей. При этом имеется
в виду, что нагрузка скомпенсирована до cos<р = 1.
k —____!_
н ~ fR3CK ’
где: /г,, — коэффициент нагрузки; R3 — эквивалентное активное
сопротивление компенсированной нагрузки; Ск — коммутиру-
ющая емкость.
Выражая R3 через напряжение U„ и мощность в нагрузке Рн,
получаем
Для параллельных инверторов, работающих на ионных при-
борах, рекомендуется kK == 2-^5; в случае применения тиристо-
ров kK — 6-г- 10.
194

52. Основные технические характеристики
промышленных образцов статических преобразователей частоты
Наименование	Тип преобразователя			
	ТПЧ-1	тпч-2	ТПЧ-800-1/05	СЧГ1-2Х 800/1
Тип вентиля	Лавинный тиристор ТЛ2-200			Экситрон Э1-150/7А
Номинальная	630	. 630	800	1 600
мощность, кВт				
Частота, Гц	500/1000	150—300	500/1000	800—1 300
 Выходное напря-	800—1000	800—1000	600—1000	500—1 800
жение, В				
Питающее напря-	3X380	3X380	3X380	3X6 000/10 000
жение, В				
К- п. д., не менее	92	92	94	92
Охлаждение	Воздушное принудительное		Водяное	
Расход воды, м3/ч	—	—	6	13
Вес, кг	3650	3650	4400	35 370
Габариты, мм:				
длина	5100	5100	5211	—
ширина	1000	1000	900	—
высота	2480	2480	2680	—
Изготовитель	Электротехнический им. М. И. Калинина,		завод г. Таллин	Ленинградский завод высоко- частотных установок
Примечание. Для тиристорных преобразователей параллельная ра-
бота не предусматривается.
Пример. Рассчитать коммутирующую емкость для тиристорного преобразо-
вателя частоты ТПЧ-800-1/05 для питания индуктора сквозного нагрева металла.
UK = 800 кВт; Рн = 800 В; f = 1000 Гц.
Принимаем k„ = 8, Ск = 177 мкФ. Номинальная емкость конденсатора типа
ЭСВ-800-1—40 мкФ. Параллельно нагревательному контуру подключаются
4—5 конденсаторов этого типа.
5. Конденсаторы
. В установках средней частоты (до 10 кГц) применяются кон-
денсаторы с бумажным диэлектриком, пропитанным маслом или
синтетической жидкостью.
Однако «Дженерал Электрик» выпускает бумажно-масляные
конденсаторы со специальным маслом, которыми комплектуются
установки высокой частоты до 450 кГц. Главная роль в создании
195

отечественных конденсаторов и организации их производства при-
надлежит коллективам Серпуховского завода «Конденсатор» и фи-
лиала Всесоюзного электротехнического института им. В. И. Ленина
по конденсаторостроению и их руководителю канд. техн, наук
М. М. Морозову.
Технические характеристики конденсаторов приведены в табл.
53—55. В табл. 55 приведены данные новой серии, выпуск которых
начат в 1971—1972 гг.
Во всех случаях обкладки пакета конденсатора изготовляются
из алюминиевой фольги. Диэлектриком служит конденсаторная
бумага, пропитанная минеральным или синтетическим маслом
(совол, нитросовол). Пакет конденсатора разделен на две, четыре
или пять секций. Каждая секция представляет самостоятельный
конденсатор. Имеются два различных по конструкции типа кон-
денсаторов. У первого все секции имеют одинаковую в пределах
допуска емкость (мощность). Поэтому они могут соединяться
между собой как параллельно, так и последовательно (табл. 56).
Секции второго имеют различную емкость. Они называются
подстроечными и служат для более точного подбора емкости при
настройке режимов нагрева. Секции подстроечного конденсатора
можно подключать только параллельно. Обкладки всех секций
(всего пакета) с одной стороны соединены и к ним припаяна
медная трубка 010/7 мм, по которой пропускается вода для
охлаждения. Концы трубок выведены и припаяны к корпусу
конденсатора, образуя общий вывод. Вторые обкладки секции
изолированы одна от другой и от корпуса. Выводы от них прохо-
дят через изоляторы, припаянные к крышке.
Таким образом, в рабочем режиме корпуса конденсаторов всегда
находятся под напряжением, и поэтому они должны монтиро-
ваться на изолированных от земли основаниях на расстоянии
не менее 20 мм друг от друга. Конденсаторы герметичны,
поскольку всякое попадание внутрь влаги делает его непригод-
ным к дальнейшей эксплуатации. Чтобы не нарушить гермети-
чности и особенно места пайки изоляторов, электрические соедине-
ния следует обязательно выполнять гибкими проводами, а затяжку
гаек производить очень осторожно. Конденсаторы должны уста-
навливаться в вертикальном положении. Не следует браться
за изоляторы при подъеме или переносе конденсатора. В случае
течи ее можно устранить путем пайки оловянно-свинцовым при-
паем ПОС-40, ПОС-61 и др. Необходимо исключить попадание
воды, грязи и пыли на изоляторы, корпус и монтажные конструк-
ции конденсатора.
Для того чтобы получить достаточную емкость, не-
сколько конденсаторов включают параллельно, создавая конден-
саторные батареи. Конденсаторы имеют водяное охлаждение.
Эффективность системы отвода тепла составляет главную проблему
в конструкции конденсаторов и обычно определяет их мощность
196

53. Технические характеристики конденсаторов
бумажно-масляных серии ЭМВ и ЭМВП
Тип	Напря- жение, В	Частота Гц	Мощность квар	Емкость мкФ	Число секций	№ схемы по табл. 56
ЭМВ-500-1 ЭМВ-750-1 ЭМВ-1000-1	500 750 1000	1000	95	60,5 26,9 15,12	2	1
ЭМВ-1500-1 ЭМВ-2000-1	1500 2000	1000	95	6,74 3,78		2
ЭМВ-375-2,5 ЭМВ-500-2,5 ЭМВ-750-2,5	375 500 750	2500	180	81,6 37,0 16,44	4	3
			145			
ЭМВ-1000-2,5 ЭМВ-1500-2,5	1000 1500			9,25 4,11		4
ЭМВ-375-8 ЭМВ-500-8 ЭМВ-750-8	375 500 750	8000	200	28,3 14,3 6,36		3
			180			
ЭМВ-1000-8	1000			3,57		4
ЭМВП-500-1 ЭМВП-750-1	500 750	1000	95	60,5 26,9	5	5
ЭМВП-375-2,5 ЭМВП-500-2,5 ЭМВП-750-2,5	375 500 750	2500	180	81,6 37,0 16,44		
			145			
ЭМВП-375-8 ЭМВП-500-8 ЭМВП-750-8	375 500 750	8000	200	28,3 14,3 6,36		
			180			
Примечания: 1. Обозначение: Э — для электротермических установок;
М — пропитка маслом; В — водяное охлаждение; П — подстроечный; 375—
1500 — напряжение, В; 1—8 — частота, кГц.
2. Габариты, мм: 338Х 122, высота с изоляторами 450. Вес 26 кг.
3. О — вывод, соединенный с корпусом.
197

54. Технические характеристики конденсаторов
соволовых ЭСВ и ЭСВП (старая серия)
Тип	Напря- жение, В	Частота Гц	Мощность квар	Емкость мкФ	Число секций	№ схемы соедине- ния по табл. 56
ЭСВ-750-0,5 ЭСВ-1000-0,5 ЭСВ-1500-0,5 ЭСВ-2000-0,5	750 1000 1500 2000	500	70	39,6 22,2 9,9 5.55	2	1
						2
ЭСВ-500-1 ЭСВ-750-1 ЭСВ-1000-1 ЭСВ-1500-1 ЭСВ-2000-1	500 750 1000 1500 2000	1000	145	92,5 41,0 23,1 10,25 5,75		1
						2
ЭСВ-375-2,5 ЭСВ-500-2,5 ЭСВ-750-2.5 ЭСВ-1000-2,5 ЭСВ-1500-2,5	375 500 750 1000 1500	2500	270 220	122 56 24,8 14 6,2	4	3
						4
ЭСВ-375-8 ЭСВ-500-8 ЭСВ-750-8 ЭСВ-1000-8	375 500 750 1000	8000	300	42,6 23,9 10,6 5,97		3
						4
ЭСВ П-500-1 ЭСВП-750-1	500 750	1000	145	92,5 41	5	5
ЭСВП-375-2,5	375		270	122		
ЭСВП-500-2,5 ЭСВП-750-2,5	500 750	2500	220	56 24,8	5	5
ЭСВ П-375-8 ЭСВП-500-8 ЭСВ П-750-8	375 500 750	8000	300	42,6 23,9 10,6		
Примечание. Габариты, мм: 338х 122, высота с изоляторами 450. Вес
30 кг.
198

55. Конденсаторы соволовые повышенной частоты серии ЭСВ и ЭСВП
(новая серия)
Т ип	Номинальные значения		№ схемы соединения по табл. 56
	Мощность, кВА	Емкость общая, мкФ	
ЭСВ-0,8-0,5 ЭСВ-1-0,5		74,60 47,80	1; 2
ЭСВ-1,6-0,5 ЭСВ-2-0,5	150	18,65 11,95	3; 4
ЭСВ-0,8-1 ЭСВ-1-1	250	62,60 39,80	1; 2
ЭСВ-1,6-1		15,55	—
ЭСВ-2-1		9,95	3; 4
ЭСВ-0,5-2,4		79,60	1
ЭСВ-0,8-2,4		31,20	1; 2
ЭСВП-0,8-2,4		31,20	5
' ЭСВ-1-2,4	300	19,90	1; 2
ЭСВП-1-2,4		19,90	5
ЭСВ-1,6-2,4		7,80	3; 4
ЭСВ-2-2,4		4,97	3; 4
ЭСВ-0,5-4		54,80	1
ЭСВ-0,8-4,0		21,80	1; 2
ЭСВП-0,8-4,0		21,80	5
ЭСВ-1-4	350	13,90	1; 2
ЭСВП-1-4		13,90	5
ЭСВ-1,6-4		5,45	3; 4
ЭСВ-2-4		3,48	3; 4
ЭСВ-0,5-10		25,50	1
ЭСВ-0,8-10	400	9,96	1; 2
ЭСВП-0,8-10		9,96	5
Примечания: 1. Конденсаторы ЭСВП выполняются со ступенями 1/16;
2/16; 4/16 и 9/16 от общей емкости.
2. Первое число после букв означает напряжение в кВ, вторая — частоту
в кГц.
3. Диаметр резьбы шпилек 1 кГц — М10; 2,4 кГц — MI2; 4 и 10 кГц — М16.
199

56. Схема включения конденсаторов на номинальное напряжение
Схема включения на номинальные
напряжения
Точки приложения напряжения	Величина емкости	Число ступе- ней ем- кости
0—1+2 0—1 0—2	2С С С	2
0—1+2+ +3+4 0—1 (2; 3; 4) 0—1+2 0—1+2+3	4С С 2С ЗС	4
1—1	С/2	1
1+2—3+4 1—2 3—4	С С/2 С/2	2
0-1+2+ • +3+4 0—1 0—2 0—3 0—4	с= Cj + +с2+с3+ +с4 Сх = 2/16С С2 = 4/16С С3 = 2/16С С4 = 1/16С	4
в единице объема. Обеспечению охлаждения должно быть уделено
особое внимание при эксплуатации. Охлаждающая вода подво-
дится гибкими резиновыми или полиэтиленовыми шлангами дли-
ной 1 м в растече на 1 кВ напряжения. Допускается последова-
тельное соединение трех (но не более) конденсаторов 1по воде.
При этом расход протекающей воды регулируется так, чтобы
температура воды на выходе конденсатора не превышала 40° С
[у конденсаторов старой серии (табл. 53 и 54) 35° С при нормаль-
ном исполнении и 40° С — при тропическом], а давление на входе
было не более 6 атм. Без воды конденсаторы эксплуатироваться
не должны. Поэтому слив воды из конденсаторов делается сво-
бодным, удобным для наблюдения и контроля.
200

После снятия напряжения на конденсаторах остается заряд.
Если конденсаторная батарея по схеме не остается закороченной
на индуктор или обмотку трансформатора, следует предусмотреть
специальные разрядные сопротивления или устройства для сни-
жения заряда (закорачивающие контакторы и т. п.) во избежание
несчастных случаев.
6.	Трансформаторы и автотрансформаторы
Трансформатор почти всегда необходим в установках поверх-
ностной закалки, а автотрансформатор входит в состав индук-
ционных кузнечных нагревателей.
Трансформаторы выпускаются серийно двух типов и только
для установок с машинными генераторами: с постоянным и пере-
менным коэффициентом трансформации. Для потребителя более
удобным является трансформатор с переменным коэффициентом
трансформации, поскольку с ним гораздо проще осуществить
настройку наиболее благоприятного режима, особенно в случае,
когда на одной установке подвергаются закалке несколько типо-
размеров деталей. Однако это преимущество достигается усложне-
нием конструкции трансформатора и более высокими затратами
на его изготовление.
В табл. 57 приведены основные данные серийных трансформа-
торов.
Трансформаторы с постоянным коэффициентом трансформа-
ции (Лт) ВТО-500 и ВТО-1000. Изменение /?т возможно только при
замене первичной (или вторичной) обмотки на другую с новым
числом витков. Эта замена предусмотрена конструкцией. По дого-
воренности трансформатор ВТО-500 может поставляться с пятью
первичными обмотками с 16, 19, 24, 28 и 30 витками. Как правило,
поставляется только две с 24 и 30 витками. Трансформатор
ВТО-1000 снят с производства. Обмотки трансформаторов однослой-
ные, водоохлаждаемые концентрические из медных трубок. Вто-
ричная обмотка имеет один широкий виток. Магнитопровод ших-
тованный броневого типа из стали Э42 толщиной листа 0,35 мм.
Охлаждается медными радиаторными листами с напаенными мед-
ными трубками. Трубки имеют сечение 5X4 мм, и поэтому для
нормальной эксплуатации трансформатора совершенно необхо-
дима мягкая и чистая (без механических примесей) вода.
Трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
ТВД-2, ТВД-3. Магнитопровод принципиально такой же кон-
струкции, как и у ВТО-500, но выполнен из листов стали толщи-
ной 0,2 мм. Первичная обмотка дисковая, в виде плоской спирали
овальной формы из медной трубки. Трубки с обоих концов закан-
чиваются контактными колодками для подключения к схеме.
Вторичная обмотка выполнена в виде одновитковых незамкнутых,
полых дисков. Диски в месте разреза заканчиваются колодками
для объединения их в обмотку. Изменение /?т осуществляется
201

57. Данные серийных закалочных трансформаторов.
Частота 2500/8000 Гц
Наименование	Тип трансформатора			
	ВТО-500 *	В ТО-1000 *	твд-з	Т32-800 *
Первичное напряже- ние, В	400—800	750	400—800	800
Коэффициент транс- формаций при холостом ходе	Один по выбору **: 16; 19; 24; 28 и 30	10; 15; 30	5—58	3,25—24
Число ступеней	1	1	44	37
Максимальное вто- ричное напряжение при холостом ходе ПВ 100%	33/39	55/65	100/120	245
Минимальное вторич- ное напряжение при хо- лостом ходе ПВ 100%	30	30	15	25/30
Максимальный пер- вичный ток, А	1100/800	1700/1300	3000/2700	1000/8000
Максимальный вто- ричный ток, тыс. А	17,5/13,5	17/13	30/25	24,0/19,2
Номинальная мощ- ность, кВА	300	600	850	800/640
Максимальная мощ- ность при ПВ 100% и высшей ступени вторич- ного напряжения, кВА	550/400	1000/750	2200/2000	1470/1150
Сопротивление корот- кого замыкания 2К0, приведенное к одному витку (X 10~4, Ом)	2,8/7,5	4/10	1/2,5	3,0
Сечение сердечника, см®	61	117	80	45
Максимальная индук- ция при ПВ 100% , Гс Габариты, мм:	4700/1700	4200/1600	11 200/4200	10 000/4000
высота	445	535	510	320
ширина	360	440	440	400
длина	415	480	575	465
Общий вес, кг	90	200	277	100
Расход воды на охлаж- дение (давление 1,5— 2 кгс/см2), м3/ч	1,6	1,5	3,0	1,5
* Число обозначает максимальную мощность в кВА.
** При коэффициенте трансформации 16 и 19 для ВТО-500 и первичном на-
пряжении 800 В допускается ПВ до 40%. Температура воды на входе (-f-15-f-
+ 25)° С, на выходе — 4-50° С.
202

Набором нужного числа витков первичной й дисков вторичной
обмоток.
Трансформатор с переменным коэффициентом трансформации
Т32-800 (рис. 116) Он имеет магнитопровод броневого типа
из стали Э44 толщиной
0,2 мм. Состоит из Т-об-
разного сердечника и за-
мыкающего П-образного
ярма. Магнитопровод за-
лит алюминиево-цинковым
сплавом, в который зало-
жены трубки охлаждения.
Трубки имеют размер 8х
X12 мм, что значительно
облегчает эксплуатацию.
Первичная обмотка
многовитковая, дисковая.
Ее витки выполнены из
трубки, изолированной
термостойкой изоляцией.
24 витка обмотки разделе-
ны на четыре секции (га-
леты). Каждая секция за-
лита алюминием; заливка
образует один незамкну-
тый вторичный виток
овальной формы. Для от-
вода тепла от вторичной
обмотки в алюминий зало-
жены трубки охлаждения
из нержавеющей стали.
Выводы первичной обмот-
ки залиты эпоксидным ком-
паундом. Изменение^ про-
изводится переключением
числа витков первичной
обмотки и параллельно-
последовательным включе-
нием галет на вторичной
стороне.
Трансформатор Т32-800
полностью заменяет ВТО-
Рис. 116. Трансформатор закалочный Т32-800:
а — вид со стороны выводов вторичной об-
мотки, к которым крепится индуктор; б —
вид сзади
500 и в большинстве режимов ТВД-3 и ВТО-ЮОО. На базе Т32-800
разрабатываются трансформаторы ТЗ-200, ТЗ-400, ТЗ-1600 и T3-3200
с серийным освоением в 1974—76 гг.
1 Разработан во ВНИИТВЧ инженерами Н. И. Дорофеевой и Н. С. Ко
пейкиным под руководством канд. техн, наук А. Д. Демичева.
203

Тепло от магнитопровода, первичной и вторичной обмоток
отводится через вторичную обмотку трубками из нержавеющей
стали, заложенными в литье. Трансформатор залит эпоксидным
компаундом. Он может быть установлен в любом положении отно-
сительно выводов (колодок) индуктора.
Следует иметь в виду, что к. п. д. закалочных трансформато-
ров снижается при уменьшении коэффициента мощности индук-
тора.
_ PHcos(p„ 100 0.
'тр P„cos(p„-|- Рп.т
Р„ т — потери в трансформаторе, кВт.
Поэтому конструировать индукторы желательно с малыми воз-
душными зазорами, а внутренние и плоские—обязательно с магни-
топроводами. *
Потери мощное» в трансформаторе складываются из потерь
в магнитопроводе, зависящих от напряжения (индукции), и потерь
в меди обмоток. Предельные значения напряжения зависят от
конструкции мангитопровода, активного сечения сердечника и
' системы его охлаждения, а также от частоты тока и режима работы
*(ПВ %). Они однозначно задаются величиной допустимой индук-
ции в сердечнике.
При повторно-кратковременных режимах допускается более
высокая индукция
Здесь ПВ — продолжительность включения, равная —з—— %.
Гц
Потери в меди трансформатора зависят от тока/2 и сопротивле-
ния обмоток, обусловленного конструкцией трансформатора.
Предельный вторичный ток обмотки ориентировочно можно опре-
делить из выражения
J _____ ^2
z2max — г г 9
^2 mln
где S2 и (72mln — номинальная кажущаяся мощность и минимально
допустимое вторичное напряжение трансформатора по паспорту.
Сохранение малых потерь энергии в трансформаторе является
основным фактором при выборе его конструкции.
Потери энергии минимальны, когда параметры нагрузки нахо-
дятся в пределах паспортных данных трансформатора.
^2т >	^2т	^и>
где 5И и S2t — полная мощность, потребляемая индуктором, и
кажущаяся мощность трансформатора (табл. 57); С/и, С/2т — напря-
жение индуктора и вторичное номинальное напряжение трансфор-
матора.
204

Все высокочастотные трансформаторы имеют большое внут-
реннее падение напряжения (напряжение короткого замыкания
zk0 %). Это следует учитывать при определении числа витков
первичной обмотки (или коэффициента трансформации)
Ui
W1 =------1,
+ ^22к0
где u>lt w2 — число витков первичной и вторичной обмоток;
Zko — из табл. 57; и U2 — первичное и вторичное напряжения;
/2 — вторичный ток (ток в индукторе).
Разрабатываются трансформаторы на мощность 1600 и 3200 кВА.
Автотрансформатор АТС-500. Он используется в кузнечных
нагревателях. Магнитопровод стержневой с водяным охлаждением
медными трубками и радиаторами. Обмотка многовитковая из
трубки, водоохлаждаемая, размещена на обоих сердечниках.
Изменение kT производится переключением числа витков (отпаек).
Всего предусмотрено 20 отпаек через каждые 15—25 В от 800 до
340 В.
Первичное напряжение, В....................... 800
Коэффициент трансформации при холостом ходе 1—2,85
Расход воды на охлаждение при давлении 1,5—
2 кгс/см2, м3/ч .............................. 1,5
Габариты, мм................................... 665X	300X 470
Вес, кг....................................... 140
7.	Линии передачи токов средней частоты
Отличие линии передачи тока средней частоты от линий
передачи постоянного тока или тока промышленной частоты 50 Гц
состоит в увеличении активного и особенно реактивного сопро-
тивления линии. Увеличение активного сопротивления rf обуслов-
лено поверхностным эффектом и эффектом близости, которые
не позволяют, как правило, использовать полностью все сечение
проводника. Индуктивное сопротивление проводника х/ тоже
возрастает с повышением частоты передаваемого тока, причем
быстрее, чем rf.
Линия передачи может быть выполнена плоскими шинами,
трубчатыми проводами, концентрическим трубчатым фидером,
коаксиальным высокочастотным кабелем, и наконец, силовыми
одножильными и многожильными кабелями, применяемыми в сетях
промышленной частоты.
В задачу расчета линии входит определение активного и реак-
тивного сопротивлений линии, допустимых токовых нагрузок,
потерь мощности и напряжения. В табл. 58 приведены расчетные
формулы для линии передачи тока 1000—10 000 Гц из шин
трубчатых проводников.
Шины. Шины выгоднее располагать, как показано на рис. 117.
В этом случае создаются благоприятные условия для прохождения
-Тока повышенной частоты и лучшего охлаждения шин. Шинопро-
205

nd
58. Формулы для расчета шинопроводов
Параметры линии передачи	Конструкция линии передали															
	Две шины *						Несколько шин *							Трубчатые токопроводы **		
		Т							Г						г	v	
		Z;	d	1	с ..1				й		1	4 1				
											d	<				
																
г;, Ом	2pL *** hA						2рЛ (п — 1) ЛА							Я I	PL ?•-4:	А
X/, Ом	rf + 7,9fL±j 10-8						гЯ-7,9/-^-/ IO’8—Ц- '	' Л '	п — 1							8л/Л Ing	(ln R2 — по рис.	Ing) 118
If, А * Форм1 ** Радиу *** L — ;	'#4 /лы пригодны для расчета шин, ко сы труб приняты одинаковыми: т ? лина линии, см.						п — 1 /2 /п гда толщина крайних шин > 1,2Д, d > (2/?! + 2) см.						К4 Кр > 1,2Д, а средних	/п|/ г -ТСР > 2,4Д.		_ А 	2 т

вод может иметь две, три, четыре, пять и более шин. При этом
нужно, чтобы по соседним шинам токи проходили в противопо-
ложном направлении. Если толщина шины больше глубины про-
никновения, то ток в каждой шине сосредотачивается в слое,
равном глубине проникновения тока на внутренних поверхностях
прямого и обратного проводов.
Рис. 117. Распределение плотно-
сти тока в токопроводах: а —
в кабелях промышленной ча-
стоты; б — в шинах; в — в ко-
аксиальном кабеле
Опытами установлено, что увеличение расстояния между шинами
больше, чем на 0,25 их ширины не повышает допустимого тока -
нагрузки (условия теплоотдачи не увеличиваются). Минимальные
расстояния между шинами определяются величиной напряжения.
В зависимости от условий цеха, при частотах до 10 000 Гц для
неизолированных шин рекомендуются следующие расстояния:
10—-15 мм — при 500 В, 15—20 мм — при 1000 В, 20—25 мм —
при 1500 В.
Индуктивное сопротивление линии передачи обусловлено
главным образом зазором между шинами (внешнее индуктивное
сопротивление).Внутреннее индуктивное сопротивление при частоте
1000 Гц и выше не превышает 10% от внешнего. Учет его важен
только при низких частотах. Когда толщина шины т > 1,6 А,
Xf равно активному сопротивлению. Функция j учитывает маг-
нитный поток вне шин (рис. 118).
Ток нагрузки определяется из соображений, что величина
потерь мощности, которую может рассеять шинопровод, при оди-
наковых условиях остается постоянной для всех частот тока.
При расстоянии между шинами d = 0,25/г эти потери можно принять
207

равными потерям в уединенной шине и рассчитать боковые на-
грузки при различных частотах и конструкциях линии передачи:
/2ПГП = /^; /f=7nj/^.
Здесь /п и гп — ток нагрузки и сопротивление для одиночной
шины (трубки кабеля) по постоянному току; If и rf — соответст-
Рис. 118. Функции / и In £
венно для взятой конструкции и~частоты.
Важное значение при конструировании
шинопровода для тока высокой частоты
имеет выбор толщины шины. Выше было
показано, что оптимальная толщина тру-
бок обеспечивается при практическом рав-
номерном заполнении током равна т0 =
= 1,57 А. Это относится так же к шинам и
означает, что по шинопроводу, у которого
толщина каждой из двух шин равна т0,
можно передать максимальный ток при
одних и тех же потерях мощности. С умень-
шением или увеличением толщины шины
потери увеличиваются и, следовательно,
токовые нагрузки уменьшаются. Однако
этот выигрыш в токовой нагрузке дости-
гается за счет дополнительного расхода
меди или алюминия в расчете на единицу
передаваемого тока. Минимальный расход
материалов обеспечивается при практичес-
ки равномерном заполнении током всего
сечения шин. Плотность переменного тока постоянна при толщине
шины тsg 0,7 А. Это и есть условие максимального использо-
вания материала проводника при передаче переменного тока.
Расчет параметров линии передачи переменного тока в этом случае
не отличается от расчетов линии для постоянного тока. Следует за-
метить, что при уменьшении толщины шин падает их внутреннее
индуктивное сопротивление, а увеличение числа шин понижает
внешнее индуктивное сопротивление. Если нет возможности уве-
личить число шин, то их толщину следует выбирать в пределах
т = (1,2—2) А.
В табл. 59—62 приведены параметры линий передачи с исполь-
зованием стандартных шин, труб и кабелей согласно ГОСТу,
на электротехнические кабели и шины. Удельное сопротивление
при 20° принято: для меди 1,84x10“® Ом-см; для алюминия
2,95X10“® Ом-см. Из таблиц видно, что применение алюминие-
вых шин для передачи тока повышенной частоты более благопри-
ятно, чем для постоянного тока и для тока промышленной частоты.
Трубчатые проводники. В качестве трубчатых проводников
используются медные, редко алюминиевые трубки, через которые,
как правило, подается вода для их охлаждения. Интенсивное
208

по величине допусти-
охлаждение позволяет в десятки раз увеличить токовые нагрузки.
Трубчатые проводники удобно применять для передачи больших
значений тока на небольшие расстояния (подводы к индукторам,
ошиновка конденсаторных батарей). Толщину стенки следует брать
близкой к 1,5 А, а эффективное сечение нужно выбирать по мак-
симальной плотности тока (~ ЗОА/мм2) или
мых потерь в токопроводе.
Концентрический фидер. Концентриче-
ский фидер выполняется из двух трубча-
тых проводников, расположенных один
в другом. Главное преимущество концент-
рического фидера заключается в значи-
тельно меньшей величине индуктивности
и отсутствии внешних полей. Поэтому он
может быть положен вблизи металличе-
ских частей. В отдельных случаях наруж-
ный проводник может быть заземлен и
тогда фидер может монтироваться непо-
средственно на конструкциях. Ток в таком
фидере течет по внутренней поверхности
наружного и наружной поверхности внут-
реннего проводника. Выполнение концен-
трического фидера сложнее других кон-
струкций линий передач, особенно при
наличии криволинейных участков.
Коаксиальный высокочастотный сило-
вой кабель (КВСП). Специальный кабель
имеет полиэтиленовый сердечник, на кото-
рый наложен внутренний провод в виде
повива 11 прямоугольных медных отож-
женных проволок номинальным размером
каждая 1,56x6,4 мм, полиэтиленовую изо-
ляцию толщиной 2 мм, наружный провод
из повива 14 медных проволок и наружной
полиэтиленовой изоляции толщиной 3 мм.
Наружный диаметр кабеля 43 мм, стро-
ительная длина 125 м. Кабель рассчитан для передачи тока
400 А частотой до 2400 Гц и тока 300 А при частотах до 10 000 Гц
при напряжении до 2000 В. Предназначен для укладки в закрытых
помещениях, кабельных каналах при температуре окружающего
воздуха от — 40° до + 25 °C. Монтаж допускается производить
при температуре не ниже 0 °C. Радиус изгиба не менее 750 мм.
Данные кабеля приведены в табл. 63. На рис. 119 приведена схема
рекомендуемой разделки кабеля. Прокладку кабеля следует про-
изводить на специальных лотках, исключающих пережимы и
промины кабеля.
Использование кабелей промышленной частоты на повышен-
ной частоте. Одножильный кабель можно применять только без
Рис. 119. Разделка ка-
беля КВСП:
Л 3 —подмотка липкой по-
ливинилхлоридной лентой;
2 — подмотка стеклолентой;
4 — бандаж из суровых ни-
ток; 5 — кабель
209

59. Характеристика одного метра токопровода из двух медных и алюминиевых
70е С; температура окру
Частота» Гц				500			1000		
Глубина ироникновени			я, мм	3.3/4,2			2,4/3,0		
Минимальная толщина шины, мм				4,0/6,5			3,0/4,7		
й	ф X	« -	к s • к s			«  -я «		й	3s Д
5 & S	К S о > _	d сх ф	о о а о К ° 5*=^-	О 7	О 7	!дел,ьн1 нагру А	О 7	.. О о	S >, rt
п -	§ X S			»“<	»—<		>—<		
« 3	«V Ф л					£ о s		tr	
СХ Я	О, X X		Н S I К		к	С ь я		к	Сн х
								Медные	
	10	?$5	—		900	680		1630	580 I
50X6	15	135	960	270	1160	700	370	2150	605
	10	150			800	815		1450	690
60X6			1145	225	990	870	315		
	15	170						1830	735
	10	180			600	1040	210	1100	865
80X6	15	210	1510	170	800	1120	240	1500	935
	20	220			930	1135		1760	955
	15	220			625	1280		1170	1050
100X6	20	250	1875	135	765	1360	190	1150	1150
	25	265			900	1400		1710	1180
	15	260			540	1540		1020	1275
120X8	20	290	2600	по	680	1620	160	1300	1350
	25	320			775	1710		1490	1430
							А л	ю м И н	е в ы е
	10	116	—		970	585		1735	495	|
50X6	15	125	74 5	340	1230	625(	475	2255	525
60X6	10	139		280	855	700	395	1430	590
									
	15	154	800		1045	735		1910	620
	10	168	—		640	890		1155	755
80X6	15	194	—	210	840	960	295	1555	810
	20	200	1770		970	975		1815	830
	15	208	—		660	1120		1215	935
100Х 6	20	235		170	800	1200	236	1500	1000
	25	250	1455		835	1230		1755	1020
	15	248	—		570	1360		1060	1120
120Х 6	20	280	—	140	710	1430	197	1340	1180
	25	300	2010		806	1470		1530	1260
210

шин, расположенных на ребро в открытом воздухе (рабочая температура
жающего воздуха 25° С)
2500			4000			8000			10 000		
1,5/1,9			1.19/1.50			0,84/1,06			0,75/0,95		
2,0/3,0			—			1,0/4,7			1,0/1,5		
S		« 	S		-2.		S	з5.	S	S	
о	о		О	о	я о. Л U.	о	О	я & л	о	о	я с, J3
ОС	ОС		гр	CD	р; и		со			гр	Е? W
д	о	8=<	1 о		й=<			8=<			Ф Я^и
					Пре ток ки,	»—<		Пре ток ки,	Г"—< к?"		Пре ток кн,
шин	ы										
	3730	460		5796	408		11 200	340		13 800	320
| 590	5040	480	746	7866	426	1100	15 300	350	1200	19 000	325
490	3340	555		5175	485		10 000	410		12 400	390
	4290	590	635	6695	517	880	13 000	440	1000	16 200	410
	2520	695	415	3975	610		7 540	520		9 400	480
370	3510	750	485	5535	658	660	10 760	560	750	13 400	530
	4170	770		6565	672		12 830	575		16 000	540
	2750	855		4305	740		9 375	645		10 400	605
300	3440	915	385	5435	810	525	10 700	690	600	13 200	645
	4100	940		6465	830		12 700	710		15 800	665
	2400	1040		3760	898		7 300	770		9 100	- 720
250	3100	1080	320	4880	950	440	9 560	810	500	11 900	760
	3580	ИЗО		5640	1010		11 100	850		13 800	800
шин	ы										
	4000	395		6000	350		11 440	290		14 100	
745	5200	420	950	8070	372	1340	15 590	310	1490	19 300	280
625	2475	470	790	4940	418	1120	10 220	355	1240	12 640	355
	4425	495		6850	440		13 290	370		16 440	350
	2615	600	590	4030	535		7 720	445		9 535	425
465	3605	645		5640	’ 575	840	10 940	480	935	13 535	455
	4265	660	530	6730	588		13 010	490		16 135	465
	2820	750		4395	662		8 520	560		10 545	530
370	3510	800	475	5535	710	670	10 770	590	745	13 345	560
	4170	820		6565	723		12 840	610		15 950	580
	2460	895		3745	795		7 440	665		9 220	630
310	3360	950	395	4975	835	560	9 680	710	620	12 020	670
	3640	995		57	895		11 210	740		13 920	700
211

60. Параметры одного метра токопровода из алюминиевых шихтованных
_______________________________________25° С; перепад 45° С; максималь
Конструкция токопровода	Частота тока, Гц (глубина					
	1000 (3,0)			2500 (1,9)		
	I, А	г.10-в, Ом	х.Ю-в, Ом	I, А	Г.10-е, Ом	Л-10~6, Ом
2 шины 6Х100: одна прямая, одна обратная	1000	236	1500	800	370	3510
3 шины 6X100: две прямые и одна обратная	1410	118	750	ИЗО	185	1755
4 шины 6Х100: две	2120	79	500	1700	123	1170
прямые и две обратите 5 шин 6X100: три пря- мые, и две обратные	2820	59	376	2260	93	875
6 шин 6Х 100: три пря- мые и три обратные	3540	47	300	2820	74	700
7 шин 6X100: четыре прямые и три обратные	4240	40	250	3390	62	555
8 шин 6X100: четыре прямые и четыре обратные	4830	34	214	3940	53	500
* I — ток; г — активное, х — реактивное			сопротивления.			
61. Характеристика одного метра линии передачи из трубчатых медных и
перепаде в 45° С; расстояние
Частота, Гц				500			1000		
Глубина проникновения				3,3/4,2			2.4/3,0		
S		Й2				со			go
S		О’”	® к	S					
сх -	И	S га		О	О		о	о	
р	а а S'*	к = ф 5 к	га। о а а а К За			га		о	га “с
			* а 5			а .		। <	а .
	о £	° о S	о к з к о			о к	•		о к,
	Н о	Свч	Н К Е й	к	ч	н а			н и
								Медные	
20/84	2,0	115	600	320	1710	600	321	3400	598
22/26	2,0	123,5	650	293	1645	650	292	3290	651
25/30		141	830	205	1580	830	230	3160	780
29/34		153	925*	179	1505	925	198	ЗОЮ	877
35/40	2.5	181,5	1100	150	1430	1100	167	2860	1040
40/45		194,5	1200	133	1380	1200	147	2760	1150
45/50		210	1330	119	1340	1330	131	2680	1260
49/55	3,0	226	1580	97	1305	1530	106,2	2610	1460
53/60	3,5	246	1860	79,5	1280	1760	95	2560	1610
62/70	4,0	281	2295	61,5	1230	2140	80	2440	1810
72/80			2610	53,5	1190	2440	70,5	2380	2120
									
							А л ю	ЛИНИ	в ы е
26/30	2,0	133	575	404	1550	575	404	3100	575
25/30	2,5	134	640	328	1580	640	328	3160	640
36/40	2,0	176	765	302	1420	765	302	2840	765
35/40		173,5	850	241	1430	850	241	2860	850
40/45	2,5	185	935	212	1380	935	212	2760	935
45/50		206	1040	190	1340	1040	190	2680	1040
60/65		225	1145	172	1300	1145	172	2600	1145
54/60		237	1340	132	1280	1340	144,5	2560	1280
64/70	3,0	268	1545	112	1230	1545	123	2460	1780
74/80		306	1770	97,7	1200	1770	107		1700
72/80	4,0	308	2035	79,5		2040	92	2400	1830
212

шин с расстоянием между шинами 20 мм (температура окружающего воздуха ная температура 70° С)								
проникновения тока, мм)*								
4000 (1,5)			8000 (1,06)			10 000 (0,95)		
I, А	г.Ю-», Ом	х-10-% Ом	/, А	г. 10-е, Ом	Ом	/, А	г.10-% Ом	х.10-6, Ом
710	475	5535	590	670	10 770	560	745	13 345
1000	238	2770	830	335	5 385	790	370	6 670
1510	158	1840	1250	223	3 600	1180	249	4 450
2000	119	1380	1660	170	270	1580	186	3 340
2510	95	1105	2070	134	2 160	1980	148	2 670
3020	79	925	2500	112	1 800	2370	124	2 220
3520	68	790	2900	96	1 640	2760	107	1 920
алюминиевых проводников (максимальная температура проводников 70° С при
между проводниками 20 мм)
	2500			4000			8000			10 000		
	1,5/1,9			1,19/1,50			0,84/1,06			0,75/0,95		
			о			СО			го			го
	К	S			S			S				у>Т
	О	О		о	О		О	О		О	о	
						со'			га			га
	о				о	=<		о	=<			=<
	 »	у—ч	54 -					у—*	54 «			54 -
			О S			о к		•|1чи	о к		«А-	О S
		*	£- Я		*		к.	ч	£- 54			Н 54
	труб	к и										
	510	8500	476	647	13 600	400	700	27 200	405	809	34 000	377
	465	8230	515	590	13 150	430	645	26 300	440	740	32 900	408
	310	7900	676	465	12 620	590	577	25 200	495	646	31 600	467
	268	7520	755	400	12 040	655	507	24 000	550	570	30 100	517
	226	7150	895	337	11 420	775	430	22 800	650	480	28 000	615
	200	6900	972	297	11 030	847	380	22 000	716	425	27 600	676
	180	6700	1160	264	10 700	931	342	21 400	784	382	26 800	741
	166	6530	1170	214,0	10 440	1100	310	20 900	855	342	26 100	812
	156	6400	1251	192	10 220	1110	284	20 420	930	318	25 600	880
	132,5	6150	1460	162	9 780	1290	242	19 750	1080	272	24 600	1020
	118	5950	1640	142,5	9 550	1450	212	19 060	1220	238	23 800	1151
	труб	к н										
	456	7760	541	808	12 400	500	696	24 800	437	785	31 000	410
	398	7800	571	796	12 650	505	725	25 300	430	810	31 600	407
	338	7100	722	604	И 390	670	516	22 700	585	590	28 400	546
	294	7150	770	482	11 450	680	538	22 850	570	602	28 600	556
	259	6900	846	424	11 050	735	475	22 010	625	532	27 600	591
	247	6700	915	380	10 720	820	426	21 400	697	480	26 800	656
	210	6500	1030	344	10 400	895	387	20 800	765	435	26 000	721
	188	6400	1120	289	10 250	965	362	20 500	812	402	25 600	770
	161	6150	1250	246	9 850	1105	310	19 700	930	344	24 600	885
	149	6000	1485	214	9 600	1275	270	19 200	1062	300	24 000	1010
	147		1450	184	9 600	1450			1070			1019
213

62. Параметры многожильных кабелей
Номиналь- ное сечение жил, мм2	Сопротивление на 1 см										
	500 Гц						1000 Гц				
	Медь			Алюминий			Медь			Алюминий	
	г	1*1'		г | X		/	г	Л	|	.			
2х 25	15,00	21,30	115	20,00	26,30	100	21,80	34,60	95	28,60	41,40
2X35	12,60	18,20	130	16,80	22,40	115	18,30	29,30	110	24,00	35,00
2X50	10,00	14,80	150	13,90	18,80	130	15,30	24,90	120	20,00	29,60
2Х 70	8,75	12,60	180	11,70	15,50	155	12,70	20,30	150	16,70	24,30
2'Х 95	7,42	10,90	205	9.90	13,40	180	10,80	17,80	170	14,10	21,00
2Х 120	6,57	10,10	225	8,75	12,30	200	9.70	16,70	190	12,50	19,50
2х 150	5,76	8,90	260	7,70	10,80	225	8,40	14,60	215	11,10	17,30
3X25 .	12,80	18,50	135	17,20	22,80	115	18,70	29,90	по	24,50	35,70
3X35	10,90	15,60	159	14,50	19,20	135	15,80	25,20	125	20,70	29,50
ЗХ 50	9,00	13,10	180	12,00	16,10	155	13,10	21,30	150	17,20	25,30
3X70	7,60	11,10	210	10,00	13,60	180	11,50	18,30	170	14,50	21,30
3X95	6,45	9,60	245	8,60	11,70	205	9,40	15.,50	195	12,30	18,40
ЗХ 120	5,63	8,60	285	7,50	10,50	230	8,20	14,20	230	10,70	16,70
ЗХ 150	4,93	7,60	305	6,55	9,30	270	7,15	12,50	260	9,40	14,70
ЗХ 185	4,44	7,10	340	5,90	8,60	280	6,50	11,80	280	8,45	13,80
3X240	4,07	6.50	375	5,45	7,95	325	5,95	10,90	310	7,80	12,70
ЗХ 50+ + 1X25	4,07	6,10	290	5,45	7,50	235	5,95	10,00	235	7,80	11,90
3X7+ + 1X35	3,42	5,10	320	4,56	6,30	280	5,00	8,42	265	6,50	9,90
3X954- + 1 Х50	2,86	4,30	385	3,82	5,30	335	4,15	7,05	325	5,50	8,40
ЗХ 120+ + 1X50	2,53	3,96	430	3,40	4,80	370	3,70	6,60	335	4,80	7,70
ЗХ 150 + + IX 70	2,30	3,60	470	3,06	4,40	415	3,35	5,98	385	4,40	7,03
ЗХ 185 + + 1X70	2,08	3,40	510	2,76	4,07	450	3,02	5,60	430	3,95	6,60
Примечание. Приведенные в таблице величины сопротивлений соответствуют
брони, без защитной свинцовой или алюминиевой оболочки.
Двух-, трех- и четырехжильный кабель можно применять с броней
и защитными металлическими оболочками, когда прямой и обрат-
ный ток протекает по одному кабелю. При использовании несколь-
ких кабелей в линии следует использовать только небронированные
кабели. В практике наблюдались случаи нагрева брони при вклю-
чении в одну линию 10 бронированных двужильных кабелей.
Сечение жилы кабеля не используется полностью до тех пор,
214

марки СГ или АСГ на напряжение 1 кВ
	длины кабеля		(мкОм/см) при частоте										
		2500 Гц						8000 Гц					
		Медь			Алюминий			Медь			Алюминий		
	1 '	г			г	х		г		I			1
	80	35,00	67,0	76	45,0	77,0	66	61,7	164,0	57	86,0	188,0	47
	95	29,40	57,9	86	38,4	66,9	75	52,0	140,0	65	72,0	160,0	55
	105	24,50	48,3	96	31,5	55,3	84	43,2	119,0	72	60,0	136,0	62
	130	20,40	39,3	115	26,3	45,2	100	36,0	96,1	90	50,0	110,0	75
	150	17,30	34,6	135	22,1	39,5	120	30,5	86,1	100	42,3	97,9	85
	170	15,30	32,7	150	19,7	37,1	135	27,0	82,7	115	37,5	93,2	105
	185	13,50	29,0	170	17,4	32,9	150	23,7	73,2	130	33,0	82,5	110
	95	30,00	58,0	90	38,6	66,6	75	53,0	143,0	65	73,5	163,0	55
	110	25,30	48,9	100	32,6	56,2	85	44,7	120,0	75	62,0	138,0	65
	130	22,00	42,3	115	27,0	47,3	100	37,0	102,0	90	51,5	107,0	75
	150	17,70	35,4	135	22,8	40,5	120	31,2	85,7	105	43,4	97,9	90
	170	15,00	30,3	155	19,3	34,6	135	26,5	75,4	115	36,8	85,7	100
	200	13,10	28,1	180	16,9	31,9	160	23,2	71,2	135	32,2	80,2	115
	220	11,50	24,8	205	14,8	28,1	180	20,2	62,7	155	28,1	70,6	125
	250	10,30	23,6	220	13,3	26,6	195	18,2	60,7	165	25,4	67,9	140
	285	9,35	21,6	250	12,3	24,5	220	16,8	55,8	185	23.4	62.4	155
	205	9,35	19,5	185	12,3	22,4	160	16,8	49,7	135	23,4	56,3	115
	230	8,00	16,6	210	10,3	18.8	185	14,1	41,9	155	19,6	47,4	135
	305	6,70	14,0	250	8,6	15,9	220	11,8	34,9	190	16,4	39,5	160
	310	5,90	13,1	280	7,6	14,8	250	10,5	33,5	210	14,5	37,5	180
	340	5,40	12,0	310	6,9	13,50	260	9,5	30,5	230	13,1	34,1	195
	375	4,90	11,5	340	6,2	12,8	300	8,5	29,5	250	11,8	33,8	210
температуре -|-80о С; ток I дан в амперах.
пока высота сектора жилы не будет меньше глубины проникнове-
ния. Поэтому у кабеля с малым сечением жилы использование
материала проводника является лучшим, но требуется большее
количество кабелей. В целом применение кабелей среднего сече-
ния более выгодно.
Монтаж линий передачи. Шины и трубчатые проводники мон-
тируются на изоляторах или клицах из текстолита, пластмассы.
В цехах с наличием копоти применение клиц является менее жела-
215

63. Параметры кабеля КВСП в расчете на метр длины
Частота, Гц	/. А		Rf	xf		ДС/а	Потери мощности
		Ом/м			B/м		
2 500	400	0,00102	0,0005175	0,000879	59,5	0,207	82,8
10 000	300	0,00326	0,000897	0,00313	74	0,27	81
тельным, так как увеличивается вероятность пробоев. Вблизи
шин на расстоянии не менее 200 мм не должно находиться метал-
лических конструкций, особенно стальных.
Крепеж для соединения шин допускается стальной (немагнит-
ный) и латунный. Кабель двух-, трех- и четырехжильный можно
Рис. 120. Потеря напряжения в ли-
нии передачи
грузки и большом реактансе
может быть даже больше, чем
укладывать на металлические кон-
струкции (уголок, скобы). Для
укладки одножильных кабелей
нельзя применять металлические
лотки (поддоны) и трубы. В осталь-
ном для кабелей и шин приме-
нимы все нормы и условия, раз-
работанные для линий передачи
тока промышленной частоты.
Учет параметров линии пере-
дачи. Напряжение в конце линии
зависит от тока и коэффициента
мощности нагрузки. Поскольку
cos <рн в процессе нагрева изме-
няется, меняется и направление
в конце линии U 2, даже когда
напряжение в начале линии t/j
остается постоянным (рис. 120).
При емкостном характере на-
линии напряжение в конце линии
в начале. Поэтому линию передачи
всегда желательно иметь с малым индуктивным сопротивлением.
Как правило, линию передачи выбирают таким образом,
чтобы падение напряжения в ней не превышало 50 В (Пл = /лгл <С
< 50 В).
Однако даже при большом падении напряжения потеря напря-
жения At/ = | U1 | — | U2 | может быть небольшой и даже иметь
отрицательное значение. Величину At/ можно определить путем
построения векторной диаграммы (рис. 120). Линия передачи
меняет не только величину напряжения с U2 на Ult но и угол
<р с <р2 на <р„. Это значит, что для получения требуемого угла на-
216

грузки, подключаемой к генератору, величину емкости контура
следует увеличить, чтобы скомпенсировать реактивную мощ-
ность линии передачи.
Очень важно учесть падение напряжения в линии передачи
от индуктора до конденсаторной батареи. На этом участке токи
велики и падение напряжения бывает настолько большим, что
мощность, потребляемая индуктором, резко падает. Это происходит,
когда кабель от генератора подключается к шинам конденсаторной
батареи. Наоборот, если кабель поключить к индуктору, то индук-
тивное сопротивление линии передачи индуктор — конденсатор-
ная батарея; которая играет роль последовательно включенного
дросселя, приведет к значительному повышению напряжения
на конденсаторах. Часто это является причиной их выхода из
строя.
8.	Контакторы
Для разрыва цепей с током высокой частоты разработана спе-
циальная серия контакторов КЮОО. Контакторы открытого испол-
нения, двухполюсные, рассчитанные на номинальное напряжение
до 1600 В и частоту от 500 до 8000 Гц. Применение на частоты ниже
500 Гц не допускается. В каждом полюсе имеется два контакта:
главный (рабочий) и рвущий (дугегасительный). Неподвижные
главные контакты полые и могут охлаждаться водой. Рвущие
контакты закрыты дугогасительной камерой с решеткой и допол-
нительно имеют катушку с магнитопроводом для магнитного
дутья. Каждая пара контактов включена параллельно. Втягива-
ющие катушки контакторов двухсекционные, работают на выпрям-
ленном токе от сети переменного тока 127, 220 и 380 В или на
постоянном токе НО или 220 В. На напряжения 127 и 220 В кон-
такторы могут поставляться с выпрямляющим устройством,
смонтированным непосредственно на панели контактора.
Катушки обеспечивают нормальную работу контакторов при
колебании напряжения в сети постоянного тока от 80 до 105%
и в сети переменного тока—от 85 до 105% номинального. Обе секции
катушки включены последовательно; одна из них служит для удер-
жания якоря после включения, вторая—втягивающая—работает
только в момент включения. В процессе перемещения магнитной
системы вначале замыкаются дугогасительные контакты, а затем —
главные. Опережение замыкания должно составлять не менее
4 мм по ходу магнитной системы. При размыкании первыми отхо-
дят главные контакты, а затем дугогасительные, на которых воз-
никает электрическая дуга. Под действием электромагнитного
поля, создаваемого катушкой магнитного дутья, дуга движется
в область узкой щели и там гаснет.
В табл. 64 приведены технические характеристики контакто-
ров.
Расход охлаждающей воды—1 л/мин при давлении 1—Зкгс/см2.
Температура на входе—не менее 15° С, на выходе—не более 50° С.
217

64. Технические данные контакторов серии К1000 *
Напря- жение главной цепи	Номинальный ток, А при частотах		Предельный ток включения и отключения, А при частотах		Соединение контактов главной цепи	Охлаждение
	от 500 до 2500 Гц	8000 Гц	от 500 Г ц до 2500 Гц	8000 Гц		
800	500	400	2400	800	Нормаль-	
1600		Нет		Нет	ное	Воздушное
800	800	800	1200	800	Парал- лельное	
800	1200		2400		Нормаль- ное	Водяное, не менее 1 л/мин
1600		Нет	1200	Нет		
800	2400		2400		Парал- лельное	
* Буквы н цифры данной серии означают: К — контактор; 1 — серия К1000; 0 — исполнение по напряжению главной цепи (1 — 800 В, 2 — 1600 В); 0 — ис- полнение по напряжению втягивающей катушки (1 — 127 В, 2 — 220 В, 3 — 380 В); 0 — исполнение с установленным на контакторе выпрямляющим устрой- ством для втягивающей катушки: 1 — от выпрямителя, установленного на кон- такторе; 2 — от постоянного тока (обеспечивает заказчик). Например: КИ21 — контактор серии К1000, с напряжением главной цепи 800 В, с втягивающей катушкой 220 В без выпрямителей на контакторе.						
При токах 400 А контакторы допускают 600 включений в час
с ПВ не более 40%, а при токах выше 400 А — только 30 вклю-
чений.
Для работы контакторов без водяного охлаждения и токах до
800 А (800 В) необходимо произвести параллельное соединение
главных контактов и в этом случае контактор используется как
однополюсный.
Для разрыва цепей с током 1200 А и выше устанавливаются
два контактора параллельно. Длину соединительных шин жела-
тельно иметь одинаковой для каждого контактора, чтобы ток рас-
пределялся между ними равномерно. Катушки также включаются
параллельно. Дугогасящие контакты рассчитаны на разрыв цепи
с током до 2400 А (800 В). Время гашения дуги не более 0,1 с.
9.	Высокочастотные разъединители
По исполнению, способу привода и техническим данным разъе-
динители изготавливаются согласно табл. 65. Они предназначены
для разрыва цепи без тока. Номинальное напряжение 2000 В,
режим работы длительный. Механическая износостойкость —
5000 коммутационных циклов. Температура окружающей среды
(при воздушном охлаждении) от — 40 до -+- 35 °C. При больших
токах применяется водяное охлаждение контактов. Расход воды
218

65. Технические данные высокочастотных разъединителей
Разделители	Тип	Конструк- ция привода	Номинальный ток, А		Габариты, мм		
			8000 Гц	2500 Гц	Ши- рина	Высо- та	Глу- бина
Однополюсные	ВЛПФ-1-100 ВЛДФ-1-100	БП ЦР	100 Нет	250 Нет	285	250	212
	ВЛПФ-1-250 ВЛДФ-1-250	БП ЦР	250 Нет	400 Нет	285	310	212
	ВЛПФ-1-400 ВЛПФ-1-400	БП ЦР	400 Нет	630 Нет	285	340	212
Двухполюсные	ВЛПФ-2-400 ВЛДФ-2-400	БП ЦР	400 Нет	630 Нет	380	340	207
	ВЛПФ-2-630 ВЛДФ-2-630	БП ЦР	630 Нет	ПОР Нет	380	430	263
	ВЛПФ-2-1000 ВЛДФ-2-1000	БП ЦР	630 1000	1100 Нет	380	506	263
	ВЛПФ-2-3000 ВЛДФ-2-3000	БП ЦР	Нет	Нет зоб	380	506	263
Примечания: 1. БП — боковой привод; ЦР — с центральной ру-
кояткой.
2. Б числителе охлаждение воздушное, в знаменателе — водяное.
для 1000 А — 5 л/мин, для 3000 А — 7,5 л/мин при давлении до
1,4 ати. Температура воды на входе от 15 до 30 °C, на выходе —
не свыше 50 °C. Вода к контактам должна подводиться каучуко-
выми или поливинилхлоридными шлангами. Максимальный ток
утечки через воду не должен превышать 5 мА. Разъединитель имеет
1НО и 1НЗ блок-контакты. Номинальный ток 16 А. Номинальное
напряжение 380 В (переменное) и 440 В (постоянное). Разъедини-
тели с боковым приводом изготовляются с рукояткой, с рычажным
приводом и с рычагом для включения и выключения изоляционной
штангой.
219

10.	Возбудитель тиристорный
Для возбуждения машинных генераторов высокой частоты
и стабилизации напряжения выпускаются два типа тиристорных
возбудителей —ВТ-20 и ВТ-80. Они отличаются только типами
вентилей в силовом блоке и габаритами. Технические данные их
приведены в табл. 66.
66. Технические данные тиристорных возбудителей
Наименование	ВТ-20	ВТ-80
Ток выходной номинальный, А	20	80
Напряжение выходное, постоянного то-	0-	180
ка, В		
Напряжение выходное номинальное, В	120	120
Точность стабилизации высокочастотного	±1	±1
напряжения в точке подключения обратной		
связи, %		
Напряжение обратной связи, В	75-	-100
Напряжение питающей сети 50 Гц, В	220 (однофазное)	
Тип вентилей силового блока	Т-25	Т-160
	В К-2-25	В к-2-200
Габариты, мм:		
ширина	590	590
глубина	550	550
высота	250	500
Вес, кг	32	59
Температура охлаждающей среды	От +5° С	До +40° С
Тиристорный возбудитель (рис. 121) является частью замкну-
той одноконтурной системы автоматического регулирования САР
(стабилизации) по отклонению. Конструктивно состоит из четырех
блоков: исполнительного, управления, усилителя сигнала рас-
согласования, питания и задатчика напряжения высокой частоты
(резистор Р41). Каждый блок снабжен разъемом, что позволяет
извлекать его для ремонта. Все блоки оформлены в единую кон-
струкцию. Предусматривается, что возбудитель будет монтиро-
ваться в шкафах с двусторонним обслуживанием.
Высокочастотный генератор в этой системе является объектом
управления. Стабилизация осуществляется путем изменения тока
возбуждения генератора.
Напряжение обратной связи снимается с трансформатора напря-
жения, подключенного в точке, где должно поддерживаться
220

заданное напряжение. Предусмотрена возможность работы с регу-
лятором температуры.
Исполнительный блок. Он собран как управляемый выпрями-
тель по однофазной мостовой схеме (рис. 122). На выходе его
к клеммам II подключаются обмотки возбуждения высокочастот-
ных генераторов. Изменение тока возбуждения осуществляется
изменением угла включения тиристоров.
Тиристоры Т1 и Т2 включены в смежные плечи моста, имеющие
общую точку по питанию, два других плеча образуются диодами
Рис. 121. Блок схемы тиристорного возбудителя ВТ-20 и ВТ-80
Д1 и Д2\ питание выпрямителя осуществляется от сети 220 В,
50 Гц.
Для защиты вентилей выпрямителя от коммуникационных пере-
напряжений параллельно каждому из них включены демпферные
RC — цепочки.
Регулирование угла включения тиристоров осуществляется
посредством управляющих импульсов, синхронизированных
с частотой питающего напряжения. Угол включения тиристоров
изменяется соответствующим сдвигом импульсов в зависимости
от сигнала рассогласования.
Блок управления. Служит для формирования управляющих
импульсов. Выполнен с применением транзисторных функцио-
нальных элементов серии «Логика» и содержит два канала, выход-
ные импульсы которых сдвинуты на 180°. Каждый канал имеет
генератор пилообразного напряжения, релейный и усилительный
элементы. Выходные сигналы блока управления имеют вид узких
прямоугольных импульсов, перемещающихся по фазе. Полному
изменению тока возбуждения от 0 до максимума соответствует
221

перемещение импульса в пределах от 0 до 180 эл. град, (электри-
ческих градусов).
Генератор пилообразного напряжения собран по схеме ста-
билизации тока конденсатора, что обеспечивает достаточно высокую
линейность рабочего участка пилообразного напряжения. Ампли-
туда пилообразного напряжения может регулироваться потенцио-
метром. Максимальная ее величина составляет около 30 В, про-
тяженность линейного участка — 180 эл. град.
На входе бесконтактного реле пилообразное напряжение алге-
браически складывается с постоянным напряжением сигнала
Рис. 122. Исполнительный блок тиристорных возбу-
дителей ВТ-20 и ВТ-80:
I — в блок управления; II — к обмотке возбуждения
генератора
рассогласования (выходное напряжение усилителя постоянного
тока). При равенстве этих напряжений происходит срабатывание
реле, т. е. скачкообразное изменение уровня его выходного напря-
жения. С изменением величины сигнала рассогласования изменя-
ется момент срабатывания реле. Его выходное напряжение имеет
вид прямоугольных импульсов переменной ширины с амплитудой
12 В.
Реле собрано по схеме двухкаскадного усилителя с непосред-
ственной связью каскадов на транзисторном элементе Т-302 системы
«Логика» (1-Э1). Второй каскад снабжен дополнительной цепью
смещения + 6 В через резистор. Диод в каскаде служит для
подачи на вход реле сигнала только В отрицательной полярности.
Блок усилителя сигнала рассогласования. Блок усилителя
представляет собой усилитель постоянного тока с двойным преоб-
разователем (модуляция — усиление по переменному току и
демодуляция) сигнала рассогласования.
222

На входе усилителя цепи сигналов управления и местной обрат-
ной связи разделены ограничителем тока, который позволяет
получить обратную связь любой глубины вплоть до закорачива-
ния входной и выходной цепей.
Коэффициент усиления и постоянная времени усилителя регу-
лируются корректирующими цепями RC, составляющими функци-
ональный узел в блоке питания. Изменение постоянной времени
усилителя необходимо для корректировки системы и должно
осуществляться при работе возбудителя на каждый конкретный
генератор или систему ге- нераторов. Управляющий сигнал (сигнал рассогласования) формируется в виде разно-	67. Значения напряжений на контрольных гнездах			
	Место подключения	Шкала прибора	Показа- ния прибора	Возмож- ные отклоне-
сти двух напряжений: на- пряжения обратной связи,	прибора	В	В	НИЯ, %
	0+6	10—15	5	+ 15
снимаемого с резистора				
Р41, и напряжения обрат- ной связи, снимаемого с	0—12	15—30	12	+ 15
резисторов, находящихся	0—24	30—50	24	+ 20
в блоке питания. Сигнал	68	100	58	+ 15
обратной связи поступает	0+24	30—50	22	+ 15
с выпрямительного моста, подключенного к трансфер-	0—48	50—100	47	+ 15
матору напряжения. Ко-				
эффициент передачи в цепи	обратной	связи возбудителя регу-		
лируется изменением положения движка резистора.
Блок питания. Здесь формируются стабилизированные и неста-
билизироваиные напряжения, необходимые для нормальной ра-
боты возбудителя. Все напряжения образуют несколько групп.
1.	Группа питания функциональных транзисторных элемен-
тов со стабилитронами. Напряжения +6 и —12 В, снимаемые
с выхода этой группы питания, стабилизированы, а напряжение
-—24 В не стабилизировано.
2.	Группа питания смещения подпора и задатчика. Оба на-
пряжения стабилизированы.
3.	Группа питания усилителя постоянного тока, включающая
трансформатор, выпрямительные мосты, конденсаторы, рези-
сторы и стабилитроны. Оба напряжения стабилизированы. По-
мимо этого, в блоке питания размещены функциональные узлы
корректирующих цепей усилителя рассогласования.
Настройка схемы. Для проверки рабочей схемы нужно про-
делать следующее.
1.	Проверить величины всех постоянных напряжений блока
питания, подключая переносный вольтметр постоянного тока
с пределами измерения 10—300 В (класс точности не ниже 1,5
с внутренним сопротивлением не ниже 5 ком на 1 В) к соответ-
ствующим гнездам на панели блока. При этом показания
223

прибора должны соответствовать значениям, приведенным
в табл. 67.
При больших отклонениях напряжений или при их отсутствии
следует проверить исправность диодов, стабилитронов, конден-
саторов и фильтров в блоке питания.
2.	Вращая ручку резистора задатчика Р41 по часовой стрелке
на некоторый угол, убедиться (по амперметру тока возбудителя),
что выходной ток возбудителя изменяется практически скачком
от нуля до максимума, а напряжение (по переносному вольт-
метру) на контрольных гнездах блока усилителя: вход —
О—0,5 В, выход — 0,5—10 В.
3.	Установить напряжение подпора в пределах 12—14 В
(клеммы 8 и 14 на блоке питания), а также проверить возможность
регулировки его в пределах 0—18 В.
11. Высокочастотные измерительные
трансформаторы и приборы
Для контроля режима работы установки и для ее настройки
служат щитовые высокочастотные приборы — амперметры, вольт-
метры, ваттметры и фазометры. Все приборы рассчитаны на номи-
нальный ток 5 А и напряжение 100 В и включаются через изме-
рительные трансформаторы тока и напряжения.
Амперметры и вольтметры типа ЦЗЗО работают в широком
диапазоне частот — от 50 до 10 000 Гц. Класс точности —2,5, систе-
ма— детекторная, габариты— 120x120 x 88 мм.
Ваттметры ДЗО и фазометы Д31 рассчитаны только на одну
из частот— 500, 1000, 2500 и 8000 Гц. Класс точности—2,5,
система — электродинамическая, габариты — 120 X 120 X 120 мм.
68. Приборы измерительные высокочастотные
Наименование	Единица измерения	Шкала	Частота, Гц
Амперметр ЦЗЗО	А	10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000	50—10 000
Вольтметр ЦЗЗО	В	600; 1250; 1750; 2500	50—10 000
Ваттметр ДЗО	кВт	25; 50; 80; 100; 120; 160; 200; 400; 800; 1500; 2500; 3000; 6000	500, 1000, 2500, 8000
Фазометр Д31	—	0,5 (емк.)—1—0,5 (инд.)	500, 1000, 2500, 8000
224

Рабочая температура
всех приборов — до 40° С.
При включении с транс-
форматорами шкала гра-
дуируется с учетом коэф-
фициента трансформации
(табл. 68, 69).
Измерительные транс-
форматоры тока ТШЧ
(трансформатор шинный
частотный) имеют вторич-
ный ток 5 А, а первичный—»
от 300 до 5000 А при
2500 Гц, до 3000 А при
1000 Гц и до 2000 А при
8000 Гц. Трансформаторы
типа ВОС (высокочастот-
ный однофазный сухой)
имеют вторичное напря-
жение 100 В, а первичное—
500 (1000) или 1000 (2000) В.
Вторичное значение (в
скобках) достигается пере-
ключением секций первич-
ной обмотки с параллель-
ного соединения на после-
довательное.
Показания ваттметра и
фазометра зависят от пра-
вильности подключения
концов обмоток тока и на-
пряжения. При отклоне-
нии в неверную сторону
концы одной из обмоток
следует поменять.
Вторичные обмотки
трансформаторов тока и
напряжения должны быть
заземлены. Поскольку
трансформаторы напряже-
ния работают в режиме,
близком к холостому ходу,
и не допускают коротких
замыканий, цепи первич-
ной и вторичной обмо-
ток защищаются плав-
кими предохранителями.
Трансформаторы тока пре-
69. Трансформаторы
измерительные высокочастотные
Тип	Первич- ный ток (А) или напряже- ние, (В)	Ч астота Гц
Трансформаторы тока		
ТШЧЛ2-1-1-300/5	300	1000
ТШЧЛ2-1-1-400/5	400	—
ТШЧЛ2-1-1-600/5	600	—
ТШЧЛ2-1-1-800/5	800	—
ТШЧЛ2-Ы-300/5	300	2400
ТШЧЛ2-1-1-400/5	400	—
ТШЧЛ2-1-1-600/5	600	—
ТШЧЛ2-1-1-800/5	800	—
ТШЧЛ2-1-1-300/5	300	8000
ТШЧЛ2-1-1 -400/5	400	—
ТШЧЛ2-1-1-600/5	600	—
ТШЧЛ2-1-1-800/5	800	—
ТШЧЛ2-11-1-1000	1000	1000
ТШЧЛ2-П-1-1500	1500	—
ТШЧЛ2-П-1-2000	2000	—
ТШЧЛ2-П-1-1000	1000	2400
ТШЧЛ2-П-1-1500	1500	—
ТШЧЛ2-Ш-1-2000	2000	—
ТШЧЛ2-Ш-1-1000	1000	8000
ТШЧЛ2-Ш-1-3000/5	3000	1000
ТШЧВ-2	5000	2400
Трансформатор ВОС-2.5 ВОС-8 ВОС-1	ы напряже	НИЯ 2500 8000 1000
225

дохранителями не защищаются; их вторичные обмотки должны
быть всегда замкнуты на нагрузку с малым сопротивлением (или
накоротко), так как при их размыкании могут возникнуть боль-
шие напряжения.
12. Система охлаждения
Высокочастотные генераторы, конденсаторы, понижающие
трансформаторы, а в отдельных случаях шинопроводы иконструк-
тивные элементы требуют интенсивного охлаждения. Для осу-
ществления закалки, кроме того, требуется вода или другая
охлаждающая среда. От системы водоснабжения в большинстве
случаев зависит надежность работы установки в целом, так как
выход из строя элементов установки чаще всего наблюдается по
причине засорения каналов охлаждения грязью и накипью.
Расходы на охлаждение составляют значительный процент от
общих затрат. Опыт убедительно показывает, что меньшие рас-
ходы получаются при замкнутой системе, когда вода из градирни
или резервуара насосами подается для охлаждения и затем воз-
вращается обратно (рис. 123).
Заметим, что из всех охлаждаемых элементов установки вода
должна возвращаться самотеком через открытые сливные воронки,
доступные для визуального наблюдения. Температура охлаждаю-
щей воды поддерживается на уровне 15—25° С. При температуре
воды ниже 15° С наблюдается отпотевание (концентрация паров
из окружающего воздуха) всех металлических элементов, что резко
снижает надежность установки в целом, а особенно токоведущих
проводников, находящихся под напряжением.
Закалочная жидкость, от которой в значительной
мере зависит качество закалки деталей, должна иметь постоянную
температуру 20—25° С, давление 3—5 ати и постоянный состав,
если используются эмульсия, растворы или другие жидкости.
Эти требования можно выполнить только при замкнутой системе
охлаждения с теплообменниками. К сожалению, до последнего
времени на это не обращают достаточного внимания, в то время
как вопрос разработки схемы подачи охлаждающей и закалочной
жидкостей является не менее важным, чем электрическая часть
установки.
На рис. 124—126 приведены схемы охлаждения отдельных
преобразователей и установок. Для автоматического включения
и выключения воды применяют электрогидравлические краны,
а для защиты аппаратуры —стоуйные реле и реле давления.
Расход воды. Обычно расход воды оборудования, установок
указывается в паспорте. Для индукторов и токопроводов он рас-
считывается. Интенсивность отвода тепла жидкостью, протекаю-
щей по трубам, определяется коэффициентом теплоотдачи. Этот
коэффициент зависит главным образом от скорости и характера
протекания жидкости и состояния поверхности. При малых ско-
226

to
to
Преобразователь повышенной частоты
Установка	Установка для
для сквозного нагрева поверхностного наррева

Рис. 124. Схема подачи закалочной жидкости по замкнутому циклу с тепло-
обменником:
1 — бак; 2 — отстойник; 3, 6, 14, 15, 30 — вентили; 4 — фильтр; 5, 12 — манометры;
7 — насос; 8, 13 — предохранительные клапаны; 9 — охладитель; 10 — нагреватель;
11 — термометр; 16—28 — линии трубопровода; 29 — заливная горловина; 31 —термо-
регулятор. Элементы 5, 6, 7, 8, 9, 10, И, 12, 31 входят в комплект теплообменника
Рис. 125. Схема
охлаждения:
а — преобразо-
ватели ВГВФ-
1500-2500 и
ВГВФ-1500-1000;
б — установки
И32-100/8,
ИЗ 1-100/2,4; в —
кузнечный нагре-
ватель методиче-
ского действия
КИН-К; г —куз-
нечный нагрева-
тель периодиче-
ского действия —
КИН:
1 — напорная маги-
страль; 2 — подвод
охлаждения к стато-
ру, 0 40 мм; 3, 4 —
подводы к воздухо-
охладителям, 0 80 мм;
5 — слив; 6 — реле
давления или струй-
ные; 7 — термометр;
8 — манометр диф-
ференциальный
228

ростях характер движения ламинарный. При этом режиме не
вся жидкость участвует в теплообмене, а только слои, примыкаю-
щие к поверхности стенок. Коэффициент теплоотдачи поэтому
весьма мал. С увеличением скорости движение становится турбу-
лентным. Коэффициент теплоотдачи1 при этом резко возрастает.
1 — блок генератора; 2 — блок выпрямителя; 3 — блок нагрузочного контура; 4 —
короткозамкнутая катушка регулятора мощности; 5 — генераторная лампа; 6 — радиа-
тор; 7 — анодный трансформатор; 8 — первичная катушка высокочастотного трансфор-
матора; 8 — первичная катушка высокочастотного трансформатора; 9— индуктор; 10=^
первичная катушка регулятора мощности; И — вторичный виток трансформатора;
12 — спреер; 13 — реле давления; 14 — бак; 15 — гидропривод; 16 — вход закалочной
жидкости; 17 -— использование закалочной жидкости в замкнутом цикле; 18 — слив за-
калочной жидкости; 19 — фильтр; 20 — очиститель; 21 — фильтр; 22 — bx.gr охлаждаю-
щей воды; 23 — слив охлаждающей воды
Переход из ламинарного режима в турбулентный определяется
критерием Рейнольдса:
•V ’	3 п 
Здесь d3 — эквивалентный гидравлический диаметр, м; v — ско-
рость воды, м/с; So — площадь отверстия трубки, м2; П —
внутренний периметр, участвующий в теплообмене, м;
1 Количество тепла, переданного в единицу времени через единицу поверх-
ности при разности температур между жидкостью и трубкой в 1° С, выражено
в ккал/м2-ч-град.
229

v — коэффициент кинематической вязкости воды при средней ее
температуре Тср, м2/с (табл. 71).
Т   7 2 1\
1 СР—	2	’
где 7\ и Т2 — температура воды на выходе трубки, °C.
70. Физический параметр воды v
Т, °C	0	20	30	40	50	60	70	80
v 106,'м2/с	1,789	1,006	0,805	0,659	0,556	0,478	0,410	0,365
Развитое турбулентное движение начинается тогда, когда
критерий Рейнольдса больше.2500. С увеличением критерия Рей-
нольдса коэффициент теплоотдачи повышается. В расчетах можно
принять Т2 = 50° С, 7\ = 25° С, Тср = 37,5° С, v = 0,66 • 10"6 м/с.
Практически d3 0,6 • 10~2 м. При скорости воды v = 0, 5 м/с
всегда обеспечивается развитое турбулентное движение. Пола-
гая, что все тепло, теряемое в токопроводе (индукторе, шинах
и т. п.) уносится водой, а средняя температура трубки при этом
не превышает температуры воды на выходе, расчет можно выпол-
нить следующим образом. wB — количество охлаждающей воды
0,24 ДР ,
___у Л/С,
где АР — полные потери мощности, кВт.
Для индукторов
Д-Р = -Ри(1 — ПЛк)»
где Ри — мощность, подводимая к индуктору, кВт; т]8 и т), —
электрический и тепловой к. п. д. индуктора; v •— скорость воды
ШвЮ’3 .
v — —----- м/с,
*^0
АРВ — перепад давления по длине токопроводов
АРВ =	10-4 кгс/см2.
Здесь g — коэффициент сопротивления при шероховатости пер-
вого рода, величина безразмерная (табл. 71):, р0—удельная
масса воды, р0 = 100 кг-с2/м4.
Если перепад давления АРВ окажется больше давления Ръ, на
которое рассчитана система водоохлаждения, токопровод следует
разделить по длине (виткам) на пв параллельных ветвей (секций):
230

71. Зависимость коэффициента §
от эквивалентного гидравлического диаметра
d3 101 2, м	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1.2
Е	0,094	0,087	0,083	0,080	0,075	0,073	0,070	0,068	0,066
Расход закалочной жидкости можно принять из расчета 0,01 —
0,015 л/с на каждый квадратный сантиметр охлаждаемой по-
верхности. Количество теплоты, которое уносится охлаждаемой
водой, зависит от мощности и характера установки. Для выбора
теплообменников можно использовать следующие данные.(в %):
Поверхностная закалка..................................801
Сквозной нагрев.........................................До	40
Сварка................................................. 80
Нагрев диэлектриков..................................   50
Плавка металлов  .......................................До	50
В установках большой мощности теплоту, отводимую водой,
целесообразно использовать для обогрева зданий, душевых и
других целей. Таким образом, удается использовать дополни-
тельно до 15% мощности.
Основные требования к воде в системе охлаждения. Темпера-
тура воды на входе охлаждаемых элементов должна быть не
выше 25° С. В отдельных случаях с разрешения изготовителя
оборудования допускается температура до 40° С. Желательно,
чтобы охлаждающая вода имела температуру не ниже 15° С.
Температура воды на выходе:
а)	индукторов, направляющих, шин, кабелей, трансформа-
торов закалочных, разъединителей, контакторов, элементов лам-
повых генераторов — до 50° С;
б)	конденсаторов, экситронов, тиристоров — до 40° С;
в)	машинных генераторов — не выше 50° С. Обычно перепад
температур на входе и выходе не превышает 5—10° С;
г)	температура закалочной жидкости (вода, эмульсия) должна
поддерживаться на уровне 22° С ±3° С.
Давление:
а)	закалочной жидкости — до 5 атм;
б)	во всех других случаях — до 3 атм.
Механические примеси. ГОСТом допускается наличие примесей
до 20 мг/л. Для генераторов количество примесей оговаривается
отдельно в их паспорте2.
Минеральные примеси. Жесткость по ГОСТу не более
3 мг-экв/л. Один мг экв/л соответствует наличию в литре воды
28 мг СаСО3; pH —в пределах 5—7,5.
1 В том числе уносится закалочной жидкостью до 60%.
2 Авторы считают, что требования ГОСТа необоснованно завышены. Можно
допустить механические примеси в количестве 40 мг/л и жесткость до
8 мг-экв/л.

Глава IX
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСТАНОВОК
1. Установки с машинными генераторами
Все схемы установок подчинены условиям согласования (на-
стройки) параметров нагрузки с параметрами источника тока
высокой частоты (генератора) с тем, Чтобы обеспечить передачу
индуктором необходимой мощности в нагреваемую деталь в пре-
делах допустимых превышений номинальных данных генератора
в процессе всего цикла нагрева.
Известен ряд практических приемов настройки в зависимости
от типа генератора и схемы нагрузочного контура. В процессе
нагрева электрическое сопротивление и магнитные свойства
нагреваемой детали меняются. Это приводит к изменению мощности
и cos <рн нагрузки. Наибольшие изменения характерны для про-
водников из ферромагнитных материалов.
Обычно максимум мощности достигается при температуре около
точки Кюри и стабилизируется после того, как проводник нагрет
выше этой температуры на глубину более Аг. Такой же характер
имеет и кривая изменения коэффициента мощности нагрузки.
Величина максимума кривых может быть разной в зависимости
от пределов изменения физических свойств от температуры и
характера нагрева (поверхностный или сквозной), она достигает
1,5—2-кратной величины. При сквозном нагреве с большим
воздушным зазором ток в индукторе остается практически постоян-
ным и определяется сопротивлением катушки индуктора. В то же
время мощность, потребляемая индуктором, и коэффициент
мощности зависят от приведенного активного сопротивления на-
грузки, которое для магнитных материалов в холодном состоянии
больше. Индукторы для поверхностной закалки, как правило,
одновитковые и с малым воздушным зазором. Поэтому у них
в процессе нагрева уменьшаются в равном отношении как индук-
тивное, так и активное сопротивления. Мощность, потребляемая
индуктором, меняется сравнительно мало и в процессе нагрева
возрастает. Эти выводы относятся к случаю, когда напряжение
на индукторе поддерживается постоянным. Если в индукторе
поддерживать ток постоянным, то настройка установок во многих
случаях делается невозможной без специальных схем нагрева-
тельного контура или дополнительных устройств.
Согласование коэффициента мощности. Электромагнитная си-
стема индуктор—деталь, как нагрузка высокочастотного генера-
232

тора, имеет весьма низкий коэффициент мощности cos <ри. Вели-
чина его находится в пределах 0,05—0,35 для средних и не пре-
вышает 0,01 для высоких частот.
Генератор может развивать мощность, равную
Sr = t/r/rcos<pr10-3 кВт,
где Ur, /г и cos <рг — номинальные (расчетные) значения напря-
жения (В), тока (Л) и коэффициента мощности генератора.
Для нагрева используется мощ-
ность генератора, равная
Ра = UUIH cos <ри10-3 кВт.
Здесь cos <ри—угол сдвига между
напряжением и током индуктора.
Практически всегда cos <рг близок
к единице и, следовательно, у гене-
ратора, подключенного к нагрузке
с низким значением cos <ри, исполь-
Рис. 127. Нагрузочный контур:
/г = /и cos <ри— ток генератора;
Д — Д tg <1и— ток в конденсаторах;
/и =	— ток в индукторе
(при cos <рг = 1)
зуется для нагрева только ее ак-
тивная составляющая, а большая
часть мощности, реактивная, не
используется. Реактивная мощ-
ность в виде энергии магнитного
поля запасается в индуктивности
нагрузки и генератора, бесполезно загружая его и линию пере-
дачи реактивным током, увеличивая общие потери в цепи ге-
нератор—нагрузка.
Чтобы устранить такое нежелательное явление, необходимо
дополнительными средствами повысить (согласовать) коэффи-
циент мощности индуктора (нагрузки) до-cos <рг, т. е. практически
довести его до единицы. Именно таким средством во всех без ис-
ключения высокочастотных установках является конденсатор-
ная батарея (емкость), подключаемая в большинстве случаев
параллельно индуктору (рис. 127). Конденсаторная батарея и
индуктор образуют колебательный контур. Здесь реактивная
энергия, запасенная в магнитном поле индуктора, передается
конденсаторам, переходя в энергию электрического поля. Реак-
тивный ток замыкается только в контуре, если реактивные со-
противления индуктора с деталью и конденсаторов равны. При’
этом контур в целом (индуктор плюс конденсаторная батарея)
представляет для генератора активную нагрузку. Условие выпол-
няется, когда мощность конденсаторной батареи Q равна:
Q = Ра tg <ри.
Таким образом, согласование коэффициента мощности сво-
дится практически к подбору параллельной или параллельно-
последовательной емкости колебательного контура. Для этого
в установках часть конденсаторов (до 30%) подсоединяется
посредством рубильников или контакторов, что позволяет легко
233

добавлять или уменьшать емкость. В ламповых генераторах
конденсаторы подсоединяются вручную. Конденсаторная бата-
рея установок для поверхностной закалки, высокочастотной
сварки имеет, как правило, специальные подстроечные конден-
саторы с мелкими секциями емкости. Емкость у них подбирается
один раз и в процессе нагрева не меняется. Обычно настройку
проводят, пользуясь фазометром, подбирая емкость такой вели-
чины, чтобы он показывал коэффициент мощности, близкий к еди-
нице.
Момент резонанса в контуре можно проверить, замеряя ток
и напряжение генератора после каждого изменения емкости.
Резонанс в контуре наступает, когда равны реактивные проводи-
мости:
bL = -'у — b = а>С,
<i)L с ’
где L — индуктивность; С — емкость.
Если g — активная проводимость, то полная проводимость
контура равна у = Уg2 + (bL— bc). Следовательно, в момент
резонанса полная проводимость достигает своего наименьшего
значения, равного активной проводимости. При этом сопротив-
ление контура максимально, а ток /г от генератора имеет наи-
меньшее значение.
Если построить график, откладывая по оси х емкость, а по оси
у — соответствующие отношения тока генератора к напряжению,
то минимум по кривой будет указывать на величину емкости,
при которой наступает резонанс. Полезно напомнить, что емкости
требуется меньше при уменьшении воздушного зазора или от-
ношения внутреннего диаметра индуктора к диаметру детали,
а также при увеличении коэффициента трансформатора или уве-
личении числа витков индуктора.
Согласование напряжений. Сопротивление нагрузки опреде-
ляется конфигурацией, размерами и числом витков индуктора
и параметрами проводника. Следовательно, требуемую для на-
грева мощность (ток) можно выделить только при определенном
напряжении на индукторе (контуре). С другой стороны, генератор
развивает паспортную мощность без превышения номинальных
значений тока и напряжения, когда нагрузка будет иметь сопро-
тивление, равное его собственному сопротивлению: z.A — vrIi/Irii.
Если при настроенном в резонанс контуре нормальная загрузка
генератора по мощности не может быть получена, это свидетель-
ствует о несогласованности величины сопротивлений нагрузки
и генератора. Когда при номинальном напряжении генератора
ток его мал, это означает, что приведенное к генератору сопро-
тивление велико, и наоборот. Отсюда и вытекает необходимость
согласований напряжений.
Наиболее часто применяемые схемы установок. Схема
(рис. 128, а) применяется главным образом в установках для по-
234

верхностной закалки. Согласование напряжений производится
посредством закалочного трансформатора. Изменяя коэффициент
трансформации kT, мы можем получить на индукторе (нагрузке)
нужное напряжение, оставляя напряжение генератора номиналь-
ным (UakT^Ur), или, иначе, мы можем уменьшить или увеличить
сопротивление нагрузки, приведенное к первичной стороне транс-
форматора (к генератору): zB-kv^zH. Когда сопротивление на-
б)
Рис. 128. Схемы согласования: а — установки для поверхностной индукцион-
ной закалки; б— индукционные кузнечные нагреватели; в—плавильные печи;
г — проходные печи для нагрева в металлургической промышленности (с по-
следовательной емкостью). Ur — напряжение генератора; Ua — напряжеДле
на индукторе (контуре); /г — ток генератора; Uca — напряжение на последова-
тельной емкости; И — индуктор; КБ— конденсаторная батарея; АТ—авто-
трансформатор; ТЗ — закалочный трансформатор
грузки велико, достаточно уменьшить коэффициент трансформа-
ции: напряжение на нагрузке возрастает и ток, потребляемый
от генератора, увеличится.
Нужный коэффициент трансформации легко установить после
первого настроечного включения. Если при пробном включении
были зафиксированы t7rl, /г1, &т1, то необходимую мощность при
номинальном напряжении t/r0 можно получить при новом коэф-
фициенте трансформации:	= £Ti ]/"/г1/[7г1 Ц^1Ра-
Схема (рис. 128, б) применяется в установках для нагрева
под пластическую деформацию и во всех других случаях, где
можно применять многовитковые индукторы. Согласование осу-
ществляется соответствующим подбором (расчетом) числа витков.
Неточность расчета корректируется автотрансформатором (в ос-
новном, в сторону уменьшения напряжения на контуре). При
одних и тех же длине, диаметре и напряжении индуктора
235

мощность, потребляемая им, изменяется обратно пропорционально
квадрату витков: Р\1Р% = w?!w\.
Схема (рис. 128, в) применяется в установках для плавки и
иногда в кузнечных индукционных нагревателях.
Согласование осуществляется изменением автотрансформатор-
ной связи индуктора и генератора. Индуктор имеет с одной или
обеих сторон отпайки на каждом витке (иногда через один-два
витка). Напряжение на индукторе и конденсаторной -батарее
(в сторону увеличения) изменяется при переключении места
кДРЭР Кб
Рис. 129. Типовая схема индукционной плавильной печи средней частоты:
КБ — конденсаторная батарея; HjHz — индукторы печей; ПП — переключа-
тель печей; 1КП—ЗКП — контакторы (переключатели) витков индуктора
подсоединения генератора. Если число витков индуктора w2,
а генератор подключен к виткам Wj, то новое напряжение на кон-
туре будет равно: UK Ur wrlw2.
Выражение действительно для плавильных печей, у которых
тигель загружен расплавленным металлом. Для методических
кузнечных нагревателей оно дает далеко не точные результаты.
Напряжение и отпайка подбираются экспериментально по при-
борам во время настройки.
На рис. 129 и 130 приведены типовые схемы плавильных пе-
чей средней и промышленной частоты. Последнее время в схему
печи введен автоматический регулятор режима плавки (АРЭР),
что повышает производительность печей на 10—15% за счет
лучшей загрузки генератора.
В связи с тем, что разливка металла и подготовка печи зани-
мают относительно много времени (десятки минут), к одному источ-
нику тока ручным переключателем ПП поочередно подключаются
две печи. Этим достигается более полное использование генера-
тора по времени.
236

6 или 10 КВ
Рис. 130. Типовая схема
индукционной ' плавиль-
ной печи промышленной
частоты:
ТП — печной трансформа-
тор тока; Wh — счетчик;
1К—6 К — контакторы; И —
индуктор; КБ — конденса-
торная батарея
К регулятору Р
231

На рис. 128, г изображена схема, применяемая в установках
для нагрева трубных заготовок перед редуцированием, прутков
под термообработку (гл. VII).
Согласование производится изменением величины последова-
тельной емкости (рис. 131). С уменьшением емкости ее сопро-
тивление увеличивается и, следовательно, напряжение на кон-
туре возрастет, хотя напряжение генератора останется без из-
менения. Последовательную емкость можно уменьшать до зна-
чений, при которых через нее без опасений за конденсаторы спо-
собен пройти весь ток генератора.
Одновременно с уменьшением после-
довательной емкости необходимо
уменьшать и емкость параллельную,
чтобы сохранить постоянным коэф-
фициент мощности нагрузки для ге-
нератора (угол <рг). Для расчетов
можно использовать ряд следующих
выражений:
t7K cos срк = Ur cos <pr;
Рис. 131. Диаграмма к настройке С7спс = Ur Sin <рг UK Sin фк.
схем с последовательной емко-
стью:	Если требуется понизить напря-
Ur, /г-напряжение и ток генера- ЖеНИе НЭ КОНТуре ОТ UK1 ДО Uk2, ТО
тора; £/к1,	— напряжение на параллельную емКОСТЬ НуЖНО увелИ-
коитуре; (7СПС1 н (7СПС а — напря - qjpTb ТЭК, Чтобы
женне на последовательной емко-
стн; <РГ. <РК1. <РК2 - углы сдвига	_ t/K1COS<pK1
</Д>)	c°S(pK2_—,
а последовательную, чтобы напряжение на ней уменьшилось до
^СПС2 = Sin фг + ия2 sin фк2.
Емкость последовательной конденсаторной батареи можно
определить из уравнения Рспс = Е7СПС/г -10 - Зквар.
Если конденсаторы имеют номинальное напряжение такое же,
как и конденсаторы в контуре (7спс0, то мощность последователь-
ных конденсаторов в пересчете на их номинальное напряжение
будет равна:
Репе 0 = Репс (^спс о/^спс) КВар.
Зная мощность одного конденсатора, легко найти, какое
количество должно быть подключено для любого режима.
Приемы настройки режимов. Имея в виду характер реакции
якоря высокочастотного генератора, подбор емкости можно конт-
ролировать по изменению величины напряжения холостого хода
при включении нагрузки (ток возбуждения постоянный). Вели-
чина емкости подбирается таким образом, чтобы стрелка вольт-
метра, показывающего напряжение холостого хода при включе-
238

нии нагрузки, отклонялась незначительно. Падение напряже-
ния указывает на низкое сопротивление нагрузки или ее индук-
тивный характер, т. е. на недостаток емкости, а сильное увели-
чение— на ее избыток. Надо иметь в виду, что при слишком
большой емкости (малом сопротивлении емкостной ветви контура)
может произойти закорачивание генератора. Стрелки фазометра
в этом случае указывают на недостаток емкости, поскольку гене-
ратор оказывается замкнутым на собственную индуктивность.
Напряжение резко падает. Чтобы этого не случилось, начинать
настройку рекомендуется с небольших значений емкости.
В устанойках с автоматическим поддержанием напряжения
контроль выбора емкости можно проверять по изменению тока
возбуждения. Если он растет при включении — емкости мало,
и наоборот.
На рис. 132 приведены настроечные характеристики машинных
индукторных генераторов. По существу, они представляют объе-
диненные в координатах (17г = f (1Т), внешние характеристики
Ur = f (7Г) при cos <рипост (пунктирные линии) и резонансные
характеристики Пг = /(/г) при gKnoCT., feKnepeM. (улиткообразные
кривые). Семейства внешних характеристик, построенные для
различных коэффициентов мощности нагрузки, описываются урав-
нением эллипсов и имеют две общие особые точки. Одна изних(ХХ),
соответствующая режиму холостого хода, лежит на оси ординат
(I/, = 17х х), вторая (КЗ), соответствующая режиму короткого
замыкания, лежит на оси абсцисс (/г = /к-3). При чисто индук-
тивной нагрузке внешняя характеристика превращается в пря-
мую линию.
Когда нагрузка чисто емкостная, вместо эллипса получаем
две прямые, уходящие вправо вверх до бесконечности под углом
45° к координатным осям от точек XX и КЗ. Резкое увеличение
Ur наступает при резонансе между емкостью контура (нагрузки)
и индуктивностью генератора, т. е. когда равны производимости
контура и генератора: Ьс = Ь„.
В реальных генераторах UT ограничивается из-за насыщения
стали зубцов, но все же достигает опасных значений для обмоток
и конденсаторов. С увеличением емкости bc^>b0 точка, представ-
ляющая режим, двигается вдоль правой нижней прямой к точке
КЗ и при достаточно большой емкости создается эффект, анало-
гичный короткому замыканию.
Внешние характеристики показывают, как изменится напря-
жение генератора при разных значениях емкости контура. Можно
видеть, что при cos <рг = 0,9 (емк.) напряжение на зажимах на-
грузки мало отклоняется от значения при холостом ходе в широ-
ких пределах изменения тока.
При включении нагрузки с cos <р = 1 напряжение упадет,
а при cos ф 0,8 (емк.) значительно возрастет. Отсюда следует
необходимость регулирования тока возбуждения для поддержа-
ния напряжения постоянным при изменении параметров нагрузки.
239

Напряжение генератора
Рис. 132. Настроечные характеристики машинных генераторов

Резонансные характеристики построены для постоянных зна-
чений активной составляющей сопротивления (gK) и изменении
•емкости (Ьк). Для каждого значения gK имеется своя кривая,
при этом для больших gK кривые формы улиток меньших разме-
ров. Кривые показывают, что загрузить генератор на номиналь-
ные значения тока и напряжения можно только на определенную
нагрузку gK (режим в точке Л). Если gH1 < gH, точка Ах (большое
эквивалентное сопротивление контура), генератор нельзя за-
грузить на номинальный ток или, как мы говорим, он будет не-
догружен по току. Наоборот, когда gH2 > gH (сопротивление
контура мало), точка Л2, генератор оказывается недогруженным
по напряжению. Кривые графика можно использовать при под-
боре коэффициента трансформации закалочного трансформатора
или числа витков индуктора.
Для этого нужно проделать следующее:
1)	определить на графике точку А как пересечение номиналь-
ных значений тока и напряжения генератора;
2)	включить генератор и найти на графике точку А2, пред-
ставляющую режим нагрузки;
3)	сосчитать число сплошных линий, разделяющих точки А
и А х или А и А 2. В нашем случае их будет две;
4)	количество линий умножить на пять. Произведение (2 X 5)
составить в % величину, на которую следует изменить число
витков индуктора (<^х) или коэффициент трансформации /гт1,
чтобы отобрать полную мощность от генератора без превышения
его номинальных напряжения и тока. Если настроечный режим
(например, точка Л Л лежит выше номинального (точка Л), то
•число витков индуктора и /гт трансформации нужно уменьшить
в примере до w2 = 0,9 wlt или kjZ = 0,9 /?т1.
Пользуясь настроечными кривыми, можно настроить контур
и на любой другой режим, отличный от номинального, например,
желательно получить от генератора не полную мощность, а рав-
ную Рд при напряжении Ux х. Найдем ток генератора:
j __ Рг-10+3
г3 l/x.xcos<pr
Точка Л3, описывающая нужный нам режим, будет лежать на
пересечении координатных линий тока /г3 и Ux х (точка Л).
Если при настройке режим будет представлять точка Л 2, то, имея
в виду, что точки Л и Л 2 разделяет четыре сплошных линии и
точка Л 2 лежит ниже точки А1г коэффициент трансформации за-
калочного трансформатора нужно увеличить на 20% (/?т2 =
= 1,2 /гт1).
Настройка кузнечных нагревателей. Настройку нагревателей
рекомендуется производить на горячий режим: индуктор за-
полнен заготовками, нагретыми до температуры выше точки Кюри,
или заготовками, изготовленными из немагнитных материалов.
241

Когда нагреватели подключены по схеме централизованного пи-
тания, броски мощности в момент подачи в индуктор холодных
заготовок не опасны и даже создают благоприятные условия для
сокращения времени нагрева.
У методических нагревателей длины индукторов подобраны
так, что в нем одновременно находится не менее трех заготовок-
В этом случае режим в момент толкания холодной заготовки ме.
няется мало. Броски мощности (тока) находятся в пределах до-
пустимых перегрузок генератора. Поэтому методические'нагрева-
тели и при индивидуальном питании обычно настраиваются на
горячий режим. Если настроить на горячий режим периодический
нагреватель в расчете отбора полной мощности генератора, то
в первое время, когда в индукторе заготовка еще будет холод-
ной, наблюдаются сильные броски мощности (тока), опасные
для генератора.
Наоборот, при настройке на холодный режим мощность,
отбираемая от генератора, упадет, когда заготовка нагреется
до температуры выше точки Кюри и, следовательно, генератор
не будет использован на полную мощность. Броски мощности
можно устранить только понижением напряжения на индукторе
в холодном режиме. Как показывает опыт, изменить напряжение
достаточно один раз за весь цикл нагрева, чтобы мощность под-
держивалась близкой от номинальной.
Емкость конденсаторной батареи изменять не требуется, если
она была подобрана для горячего режима.
Периодические нагреватели имеют в комплекте специальный
шкаф с автотрансформатором для осуществления автоматического
снижения напряжения на индукторе, оставляя напряжение гене-
ратора номинальным. Настройка обычно делается следующим
образом.
Индуктор загружается заготовками, устанавливается емкость
несколько меньшая, чем расчетная, включается нагрев. На по-
ниженном напряжении заготовки нагреваются до температуры
точки Кюри. По ваттметру можно видеть, ъто мощность вначале
непрерывно падает, а потом устанавливается постоянной. После
этого подбирается емкость до установления cos <рг =
= 0,9 -т- 0,95 (емк). Контроль осуществляется по фазометру или
одним из описанных способов. Затем напряжение поднимается
до номинального.
У методического нагревателя включается толкатель загото-
вок и в номинальном ритме проверяется настройка по мощности.
Если при этом мощность от генератора не отбирается, записать
полученный режим (UT, /г, Р) и определить, что нужно сделать
для согласования напряжений: когда ток велик (генератор не
используется по напряжению), посредством автотрансформатора
понизить напряжение на индукторе, а если он мал, то изменить
число витков индуктора или повысить напряжение, однако не
выше номинального напряжения установленных конденсаторов.
242

У периодических нагревателей при индивидуальном питании
дополнительно еще раз загрузить холодную заготовку, снять,
до минимума напряжение, включить нагрев и, повышая напря-
жение, довести потребляемую мощность до значения несколько
выше, чем при горячем режиме. Заметить, через какое время
мощность начнет падать. После этого настроить схему автомати-
ческого переключения напряжения: установить нужный коэф-
фициент трансформации на автотрансформаторе и время выдержки
работы с пониженным напряжением на реле времени.
Настройка схем с последовательной емкостью (рис. 131). До
настройки желательно сделать предварительный расчет.
Для примера возьмем следующие значения обычно уже из-
вестных величин (для генератора ОПЧ-500-2,4):
17г0 = 800,' В; /г0 = 658 A; f = 2500 Гц; cos <рг0 = 0,95 (опереж.);
UK = 1000 В;
тогда
800-0,95 п -с , X
C0S = ' 1000	= 0,76 (°тст-):
Непс = 800-0,3 + 1000-0,65 = 890 В;
Рспс0 = 890.658-10-3 = 585 квар;
Рспс = 585(^°)2 = 760 квар.
Количество конденсаторов, если мощность одного конденсатора
250 квар, ток 250 А:
760 о
пспс — 1250 —’ 3 шт-
Ток, который можно без опасения пропустить через последова-
тельную емкость: 7СПС = 3-250 = 750 А.
После настройки рекомендуется проверить режим нагрева при
пустом индукторе. Проверку нужно делать осторожно при пони-
женном напряжении и хорошо отрегулированной защите от
перенапряжений (защита через разрядник), чтобы исключить
нежелательные последствия, связанные с режимами возможного-
самовозбуждения генераторов. Это относится главным образом
к случаям индувидуального питания. Если никаких опасных
явлений не наблюдается, то загрузку • нагревателей можно про-
изводить, подав предварительно напряжение на нагреватель
с незагруженным индуктором.
Рассмотрим, что должно измениться, если напряжение на?
нагрузке требуется уменьшить до Дк2 = 800 В.
1000-0,76 п пс /	\
C0S = 1000-800' = °’95 <ОТСТ-)’
243

t/cnci = 800-0,35 + 800.0,35 = 480 В;
Репе о = 480 0,585	280 квар;
Pcnc=28o(g)2^112O квар.
Количество конденсаторов с номинальным напряжением 1000 В
1120 с
Пспс — 250 ~ 5 шт-
Для уменьшения количества конденсаторов они могут быть
подключены на номинальное напряжение 500 В (ток 500 А),
тогда:
Репс = 280 (|^)“ = 300 квар; пспс =	= 1 шт.
Рекомендуется один из следующих приемов настройки.
А. Закоротить последовательную емкость. Подобрать в том же
порядке, как и в кузнечных нагревателях, емкость до значения
cos <рк 0,76. Подключить найденное по расчету количество кон-
денсаторов последовательной емкости; раскоротить ее. Проверить
и скорректировать режим, проверяя напряжение на генераторе,
контуре и последовательной емкости по вольтметру. Понизить
напряжение на контуре, если мощность, потребляемая индукто-
ром, велика. Для этого увеличить последовательную емкость,
убавить параллельную (согласно расчетам), проведя настройку
заново. Чтобы повысить мощность, нужно изменить число витков
индуктора.
Б. Подключить емкость конденсаторных батарей согласно
расчету. В том же порядке,*как и в кузнечных нагревателях,
включить нагрузку и установить требуемое напряжение на по-
следовательных конденсаторах при номинальном напряжении
на генераторе. Подобрать параллельную емкость так, чтобы коэф-
фициент мощности генератора (по фазометру) был номинальным
(0,95 емк.). Дальше корректировка мощности, как в случае А.
Схемы с последовательной емкостью имеют ряд особенностей.
Когда сопротивление последовательной емкости хспс равно
индуктивному сопротивлению генератора х0 (хспс = х0), напря-
жение на контуре UK остается неизменным при любом изменении
величины и фазы нагрузки (zH).
Можно подобрать такую величину последовательной емкости,
при которой изменение напряжения на индукторе в момент выхода
заготовки из индуктора будет соответствовать режиму обеспече-
ния равномерного нагрева конца заготовки.
Настройка плавильных печей. Настройку можно выполнить
в следующей последовательности.
Подключить к генератору все витки индуктора печи. Загрузить
тигель шихтой. Включить напряжение и подобрать необходимую
емкость в контуре.
244

Установить номинальное напряжение или ток от генератора.
В этот период плавки не всегда можно отобрать полную мощность
от генератора, поскольку сопротивление нагрузки в сильной сте-
пени зависит от состава шихты. Надо стремиться, чтобы шихта
для первой загрузки была в виде подготовленных (подобранных)
кусков, позволяющих максимально загрузить тигель. Как пра-
вило, генератор оказывается незагруженным по напряжению.
По мере нагрева шихты ток генератора начинает уменьшаться,
а мощность падать. Чтобы сохранить мощность на верхнем уровне,
нужно вручную поднять напряжение до максимума. Если к этому
времени коэффициент мощности также изменится и станет индук-
тивным, добавить емкость посредством контакторов. Ток возбуж-
дения после этого следует несколько уменьшить. Можно снова
поднять напряжение и повысить мощность. Так приходится повто-
рять несколько раз.
К моменту появления ванны из расплавленного металла (иногда
раньше) обычно уже при максимальном напряжении ток от гене-
ратора и мощность остаются ниже номинальных. Тогда печь
нужно отключить. Генератор подключить к меньшему числу
витков индуктора. Ток и мощность от генератора увеличится.
По мере изменения коэффициента мощности подключить или
уменьшить емкость, поддерживая отбираемую мощность на мак-
симальном уровне. Подключать емкость можно без снятия напря-
жения с индуктора, а отключать с предварительным снятием
напряжения. Все время необходимо следить, чтобы тигель мак-
симально был загружен шихтой.
У печей промышленной частоты витки индуктора не меняются,
а режим регулируется путем изменения напряжения на «вторич-
ной» стороне специального питающего трансформатора.
Из сказаного понятно, что производительность плавильной
установки в значительной мере зависит от квалификации, опыта
и внимания ведущего плавку. В плавильных установках с автома-
тическим регулятором достаточно произвести настройку на один
начальный режим.
2.	Схемы защиты
Защита приводных двигателей. Приводные двигатели преобра-
зователей мощностью до 100 кВт включаются до схеме прямого
пуска. В схемах предусмотрена тепловая защита от перегрузок
по току и обрыва фаз (нулевая защита на автомате 1 А). Двигатели
преобразователей мощностью свыше 100 кВт пускаются от комп-
лексных распределительных устройств типа КРУ с типовым
комплектом защиты.
Защита обмоток возбуждения генератора. Защита осуще-
ствляется максимальным токовым реле, которое отключает об-
мотку возбуждения от источника питания при токе на 10% выше
допустимого. Отключение обмотки возбуждения целесообразно
245

производить с выдержкой времени до 5 с, чтобы устранить воз-
можное срабатывание защиты от превышения тока возбуждения
в момент действия регулятора напряжения. Дополнительно на
выводы обмотки возбуждения подключается разрядное сопро-
тивление на случай обрыва цепи, когда исчезающее магнитное
-поле обмотки создает перенапряжение. Величина сопротивления
выбирается из расчета, чтобы при номинальном напряжении
через него проходил ток примерно 10%. При централизованном
питании токовое реле устанавливается на каждый генератор.
Защита статорной обмотки генератора. При коротком замыка-
нии в цепи за последовательной емкостью или отключении индук-
тора с оставлением обмотки генератора, нагруженной на одну
емкость (например, при работе двухпозиционного станка, пла-
вильной печи со схемой поочередного переключения индукторов
к одной конденсаторной батарее), может возникнуть режим само-
возбуждения генератора. В этом случае напряжение генератора
растет настолько быстро, что система защиты с обычным реле
напряжения не успевает срабатывать и предохранить обмотки
генератора. Поэтому для защиты ее от пробоя,' а в месте с ней
конденсаторов, кабеля и другой аппаратуры применяется схема
с разрядником. Разрядник включается параллельно обмотке
(до последовательной емкости) и градуируется на пробивное
напряжение в 1,5—2 раза выше номинального. В цепь разрядника
вводится максимальное реле через трансформатор тока. В момент
пробоя разрядник мгновенно закорачивает обмотку статора,
а реле снимает возбуждение или отключаем генератор от нагрузки
(или от сборных шин). Сейчас применяют плоский разрядник.
Конструктивно он состоит из двух медных пластин, разделенных
изоляцией (чаще всего слюда), толщина которой выбирается в за-
висимости от напряжения (1,5£7г0) (рис. 133). В середине изоля-
ции делается отверстие 020—25 мм. Пластины и изоляционная
прокладка закрепляются болтами между текстолитовыми плитами.
Изоляция должна выступать на 5—10 мм по краям медных пла-
стин. Конструкция в целом может выполняться и иначе, однако
она должна позволять легко снимать разрядник для замены изо-
ляции после пробоя. При централизованном питании разрядник
подключается к сборным шинам (в шкафу обратной связи), а реле
защиты снимает возбуждение и отключает нагрузку всех гене-
раторов.
От перегрузки по току обмотки генератора защищаются токо-
вым реле. Защита отключает ток возбуждения или генератор от
нагрузки (или сборных шин) при токе в 1,25 номинального. От-
ключение обмотки возбуждения или генератора целесообразно пре-
дусмотреть с выдержкой времени до 10 с, чтобы устранить неже-
лательные срабатывания защиты от кратковременных повыше-
ний тока в момент загрузки в нагреватели холодных заготовок.
Иногда устанавливают защиту от длительных перегрузок по на-
пряжению, чтобы избежать перегрева железа статора и от него
24в

обмоток. Защита осуществляется от реле напряжения, которое
снимает возбуждение при достижении напряжения в 1,25 номи-
нального.
Защита нагревателей и отходящих фидеров. При индивидуаль-
ном питании защита генератора одновременно служит защитой
для нагревателей и фидера. В случае короткого замыкания гене-
ратор отключается от нагрузки реле защиты в цепи возбуждения
тиристорного возбудителя, который будет повышать ток, чтобы
поддержать номинальное напряжение генератора.
В схемах централизованного питания защита от короткого
замыкания осложняется тем, что к месту замыкания устремляется
Рис. 1337 Разрядники:
/ — медные пластины; 2 —слюдяная прокладка: 0,3 мм —
1000 В; 0,4 мм — 1250 В; 0,5 мм — 1800 В; 3 — изо-
> ляционные пластины
ток, равный примерно сумме номинальных токов работающих
генераторов, иногда достигающий нескольких тысяч ампер, и тем,
что поврежденный фидер или нагреватель необходимо отключить
в течение не более 0,2 с. Сейчас рекомендована схема защиты,
по которой реле максимального тока, установленное на каждом
отходящем фидере, одновременно дает команду на отключение
генераторов от сборных шин и снятие возбуждения. В свою оче-
редь контакторы генераторов дают команду на отключение по-
врежденного фидера.
Как показал опыт наладки высокочастотного распределитель-
ного устройства на Волжском автомобильном заводе (18 000 кВт,
2500 Гц), только такая схема обеспечивает быстродействие защиты.
После отключения аварийного нагревателя (фидера) вся схема
работы автоматически восстанавливается. Время, которое затра-
чивается на это, не превышает 3 с и не сказывается на работе на-
гревателей и качестве нагрева заготовок.
Для защиты кабеля или индуктора от длительных перегру-
зок по току применяют максимальное токовое реле, которое
247

отключает фидер от сборных шин при токе 1,5 номинального для
данного режима работы нагревателя. Эта величина может быть
и другой в зависимости от конструкции нагревателя и типа
уложенного кабеля.
В последнее время разрабатываются (и уже имеются опытные
образцы) специальные реле защиты высокочастотных установок.
Они созданы на базе бесконтактных логических элементов и вклю-
чают в себя весь комплект защитных реле. Более того, они осу-
ществляют дифференциальную защиту, согласуй время сраба-
тывания в зависимости от величины токовой нагрузки. Бельгий-
ская фирма «Ельфиак» применяет защиту7 изоляции всех силовых
цепей, в том числе индуктора, предохраняя или предупреждая
ее от сильных повреждений. Прямые и обратные жилы кабеля
(кабелей) пропускают через окно специального трансформатора
земляной защиты. (Опыты показали, что можно для этого исполь-
зовать. обычный трансформатор земляной защиты, применяемый
в распределительных устройствах нормальной частоты). Вторич-
ная обмотка трасформатора (кабель в данном случае является
первичной обмоткой) включена в токовое реле. У генератора для
такой защиты выводится и заземляется средняя точка рабочей
обмотки. Ухудшение изоляции влечет утечку тока. В результате
этого ток в прямом проводе и обратном становится разным, что
вызовет появление тока во вторичной обмотке трансформатора.
Реле защиты дает сигнал на отключение или на сигнал опасности.
Схема защиты в цепях высокой частоты приведена
на рис. 134 и 135. Следует заметить, что вопросы защиты до конца
не решены и возможны другие приемы, схемы и аппаратура
для их решения.
3.	Схема централизованного питания
Централизованное питание применяют до настоящего времени
главным образом для индукционных кузнечных нагревателей.
По схеме рис. 136 несколько генераторов одной частоты и на-
пряжения включаются на параллельную работу к сборным шинам
общего распределительного устройства. От сборных шин ток
высокой частоты отдельными фидерами передается к каждому
нагревателю. Сборные шины по возможности делают короткими.
На шинах поддерживается постоянное напряжение с точностью
до ± 1 % в точке подсоединения трансформатора обратной связи.
В этом случае нагреватели к сборным шинам могут подключаться
независимо друг от друга, при этом вредного влияния на режим
их работы не наблюдается.
В начале работы генераторы включаются поочередно на хо-
лостом ходу и без возбуждения. Затем на шинах устанавливается
номинальное напряжение с одновременной подачей к генераторам
возбуждения. Только после этого включаются нагреватели. До-
бавочным сопротивлением R1 в цепи обмотки возбуждения при
248

Рис. 134. Схема защиты при индивидуальном питании:
R — разрядное сопротивление в цепи возбуждения генератора; РМ1—РМ5 — максимальные токовые реле; Рр — разряд-
ник; Пр1 — Пр2 — предохранители плавкие: ТВ — тиристорный возбудитель; К.Б — конденсаторная батарея; И — индуктор
249

250
Рис. 135. Защита в схемах централизованного питания

Рис. 136. Схема централизованного питания:
ПУ — пусковое устройство; ШВ — шкаф управления возбуждением; ШУ Г — шкаф
управления генератором; ШГ — шкаф генератора; ШОС — шкаф обратной связи; ШФ —
шкаф фидера; ШУИ — шкаф управления нагревателем; ШН — шкаф нагревателя;
ИНМ — кузнечный индукционный нагреватель; К — контактор; Р — разъединитель;
АТ — автотрансформатор; С — конденсатор; И — индуктор
251

настройке можно несколько откорректировать различие в харак-
теристиках холостого хода генераторов, изменяя его таким об-
разом, чтобы рабочий ток по амперметру был у всех генераторов
близким. Однако в большинстве случаев этого делать не тре-
буется, а сопротивление R1 применяется для защиты обмотки.
Подключение дополнительного генератора к сборным шинам
в процессе работы чаще всего предусматривается с предваритель-
В) ШГ2
К генератору
КГ ГУ ГУ к нагРЧзке
к—t?	0
Рис. 137. Шкафы силовые генераторные: а — ШГ1 — для подклю-
чения генераторов без последовательной емкости; б — ШГЗ—для
подключения генераторов с последовательной емкостью; в — ШГ2 —
шкафы для схем централизованного питания
ным снятием возбуждения. После подключения нового генератора
возбуждение автоматически восстанавливается. Весь цикл зани-
мает 2—3 с и не сказывается отрицательно на работе нагревате-
лей, которые от сборных шин не отключаются.
Схема исключает возможность выпадания генераторов из
синхронизма.
Однако в практике имеются случаи, когда дополнительные
генераторы подключаются к сборным шинам и прямо. Тогда
генератор предварительно возбуждается до номинального, а при
синхронном приводе несколько (на 10%) снижается еще и ток
возбуждения двигателя.
252

Централизованное питание позволяет учесть особенность ре-
жима работы кузнечного цеха в целом и сократить общую уста-
новленную мощность генераторов Рц по сравнению с суммарной
мощностью при индивидуальном питании Рк: Рп — k„ ko Ри.
Здесь kH —• коэффициент несовпадения максимальных нагрузок
на нагревателях. Обычно он находится в пределах kK = 0,9 -г- 0,8
и уменьшается, когда за одним нагревателем (прессом) закреплено
несколько типоразмеров заготовок. ko — коэффициент одновре-
менности работы нагревателей. Этот коэффициент обычно прини-
мается равным ko = 0,9 -4- 0,8.
Он учитывает непременное положение, что нагревателей и прес-
сов в цехе устанавливается больше, чем это требуется при непре-
рывной работе, чтобы компенсировать время, необходимое для
смены штампов, их наладку и ремонт, т. е. будет учитывать, что
какая-то часть нагревателей всегда в цехе не работает.
При централизованном питании легко осуществляются резер-
вирование генераторов и увеличение мощности преобразователь-
ной станции в целом. Подключение нагревателей к мощной си-
стеме питания исключает аварийные режимы работы генераторов
в результате нарушения настройки контура нагревателя. Нагре-
ватель можно включать с пустым индуктором или заполненым
холодными заготовками. Не перегрузить генераторы по току или
напряжению — это также одно и немаловажное преимущество
схем централизованного питания.
Шкафы станций управления х. Разработаны типовые шкафы
станций управления для подключения нагревательных (закалоч-
ных) устройств к высокочастотным машинным генераторам.
Конструктивно они выполнены в виде шкафов двустороннего
обслуживания. Различаются по назначению, току и частоте.
Приняты следующие условные обозначения:
ШГ1-400/1 — буквы указывают назначение шкафа; 1 (цифра
у букв) — модификацию шкафа, отличающуюся некоторыми кон-
структивными деталями при сохранении тока и частоты; 400 (в чис-
лителе) — номинальный ток А; 1; 2,4; 4; 8; 10 (в знаменателе)—ча-
стота тока соответственно 1000, 2400, 4000, 8000 и 10 000 Гц.
Шкафы силовые генераторные типа ШГ. Предназначены для
подключения генераторов серии ОПЧ и ВГВФ (рис. 137).
В шкафу установлены: контактор КГ; разъединитель В; тран-
сформаторы тока ТрТ1 для осуществления защиты генератора
от перенапряжений посредством разрядника; ТрТ2 и ТрТЗ
для измерительный приборов и реле токовой защиты генератора
и нагревательных устройств; трансформаторы напряжения ТрН1,
ТрН2 и ТрНЗ для измерительных приборов, обратной связи и
реле защиты от перенапряжений. ШГ1 имеют два исполнения:
для генераторов без последовательной емкости (рис. 137, а);
1 Все описываемые ниже шкафы разработаны сотрудниками ВНИИТВЧ.
253

для генераторов с последовательной емкостью (рис. 137,6).
В последнем случае дополнительно монтируются конденсаторы.
ШГ1 рекомендуются при индивидуальном, а ШГ2 при центра-
лизованном питании нагревателей. Шкафы разработаны на ток
400 А для всех частот, 800 А, исключая 8000—10 000 Гц, а 2000 А
только на 1000 и 2400 Гц.
Шкафы силовые фидерные типа ШФ (рис. 138). ШФ1 и ШФЗ
предназначены для подключения одного нагревателя к одному,
К нагрузке
-----0
Рис. 138. Шкафы силовые фидерные: а — ШФГ, б — ШФ2\
в — ШФЗ-, г — ШФ4
двум или трем генераторам. Кроме указанной в схеме аппаратуры,
в шкафах размещены реле защиты фидеров по току и сигнальные
табло. ШФ2 и ШФ4 — модификация для схем централизованного
питания.
ШФ1 и ШФ2 разработаны на ток 200, 300, 400, 600, 800 и 1000 А
на все частоты и 1500, 2000 А на 1000 и 2400 Гц. ШФЗ и ШФ4 на
2000 и 3000 А на 1000 и 2400 Гц. Во всех шкафах на,ток 600, 800
и 1000 А предусмотрено водяное охлаждение контакторов. В шка-
фах на 1000 А и частоту 8000 и 10 000 Гц, а также 1500 и 2000 А
установлены два контактора и разъединитель с водяным охлажде-
254

мм — 1900 X 800 X 800.
ШОС
К сборным шинам
0-----,-------
Рис. 139. Шкаф обратной
связи ШОС
нием. На ток 3000 А с водяным охлаждением и трансформатор
тока контакторов нет. Шкафы имеют высоту 1900 мм и глубину
800 мм. Ширина, где установлен один контактор, —1000 мм; где
два контактора или последовательная емкость-—-1300 мм.
Шкафы обратной связи (ШОС). Применяются в схемах (рис. 139)
централизованного питания для защиты от перенапряжений на
сборных шинах и снятия напряжения к преобразователю сигнала
обратной связи тиристорного возбудителя. В них же смонтированы
реле защиты по току и напряжению. Разработаны на ток 800 А
на все частоты и 1500, 2000, 3000 А на 1000, 2500 и 4000 Гц. Габа-
риты: высота X ширина х глубина в
Шкафы защиты и контроля (ШЗК).
В шкафах смонтирована аппаратура
защиты и контроля двигателя и генера-
тора в преобразователях серии ОПЧ.
Поставляется вместе с преобразовате-
лем. Габариты: высота X ширина х глу-
бина — 1990х800х600.
Шкафы управления генератором
(ШУГ). Включают измерительные при-
боры: амперметр, вольтметр, ваттметр,
фазометр, амперметр тока возбуждения,
реле защиты генератора, кнопки управ-
ления. Разработаны на те же параметры (токи), что и шкафы сило-
вые генератора, и получают питание от установленных в них из-
мерительных трансформаторов.
ШУГ1 — предназначен для схем, когда один нагреватель
питается от одного, двух или трех генераторов серии ОПЧ. В нем
дополнительно смонтирован тиристорный возбудитель ВТ-20.
ШУГ2 — разработан для схем централизованного питания.
Габариты: высотах ширинах глубина — 2400x800x800.
Шкафы возбуждения (ШВ). Разработано два типа шкафов для
схем централизованного питания: ШВ-20 и ШВ-80 с тиристорным
возбудителем ВТ-20 и ВТ-80 соответственно на ток 20 и 80 А.
В каждом шкафу установлено по два возбудителя, из которых
один рабочий, а второй резервный. Резервный может подключаться
на ходу. Габариты (высота х ширина X глубина) мм: 2400х800х
Х800 мм.
Обозначения:
ШГ2-1500/2,4—шкаф силовой генераторный, ток 1500 А,
частота 2400 Гц.
ШФ1-300/8—шкаф силовой фидерный, ток 300 А, частота
8000 Гц.
ШОС-800/1 — шкаф обратной связи, ток 800 А, частота 1000 Гц.
ШУП-1500/2,4 — шкаф управления генератором, ток 1500 А,
частота 2400 Гц.
ШЗК-250/10 — шкаф защиты и контроля к преобразователю
250 кВт, 10000 Гц.
255

4.	Компоновка установок
Шкафы станций управления позволяют создать практически
любую схему питания индукционных нагревателей (закалочных
в нагрузке
Рис. 140. Схемы уста-
новки с одним генера-
тором и одним нагре-
вателем
0ПЧ-250-Ю000
шп- W0/8	ШФв 800/8	ШГ1- 000/8
ШУБ	шуп- т/8	ШУП- 'М/8
К нагрузке
Рис. 141. Схема установки с двумя генерато-
рами и одним нагревателем
К нагревателям
Рис. 142. Схема централизованного питания
станков, кузнечных нагревателей, нагревателей для лент и др.).
Рис. 140 — 142.
На рис. 142 показана однолинейная схема централизованного
питания индукционных нагревателей.
256

Шкафы поставляются в виде набора секций в комплекте со
сборными шинами, которые монтируются сверху над шкафами.
Длина секции не более 4 м. При монтаже на заводе секции соеди-
няются в единое распределительное устройство. Состав секций и
их количество каждый раз указываются и согласуются при заказе
в соответствии с проектом. На рис. 143 показан пример распреде-
лительного устройства для четырех кузнечных нагревателей.
5.	Электрическая схема ВЧИ-63/0,44 и ВЧИ-25/0,44
Ламповый генератор высокой частоты, примененный в уста-
новке, собран по схеме параллельного питания с самовозбужде-
нием (рис. 144).
Анодный контур состоит из индуктивности регулятора мощ-
ности 4 L, 5 L и емкости 13 С. С анодным контуром кондуктивно
связан нагревательный контур, индуктивной ветвью которого
является высокочастотный трансформатор с индуктором для на-
грева деталей (9L, 10L, 11L).
Секционирование конденсаторной батареи нагрузочного кон-
тура предусмотрено для подбора частоты 440± 11 кГц при раз-
личных индукторах 11L.
Напряжение обратной связи для возбуждения снимается с ем-
кости 16С и плавно регулируется перемещением короткозамкну-
той катушки 8L внутри первичной катушки 7L регулятора обрат-
ной связи. Напряжение на нагрузке плавно регулируется изме-
нением связи между контурами и меняется перемещением коротко-
замкнутой катушки 4L.
Управляемый стабилизированный выпрямитель собран на
тиратронах ТР1-6/15 по трехфазной двухполупернодной схеме
с нулевым вентилем. Регулирование напряжения выпрямителя
от 0 до 100% номинального значения производится за счет изме-
нения угла регулирования тиратронов управляемого ряда (5Л—
8Л). Схема обеспечивает стабилизацию выпрямленного напряже-
ния при изменении напряжения сети. Стабилизация выпрямлен-
ного напряжения возможна в пределах от 0,85 до 0,75 номиналь-
ного значения и может быть получена при любом токе нагрузки,
но не на холостом ходу.
Реле обрыва фаз 1РОФ позволяет включать установку только
при определенном порядке следования фаз. При выпуске с завода
фазировка установки выполнена. Поэтому на рабочем месте у за-
казчика следует проверить порядок следования фаз питающей
сети (поменять местами любые две фазы со стороны зажимов а,
в, с на цеховом щите питания, если реле 1РОФ не включается).
Блокировка на дверях генераторного блока, блока питания
и блока нагрузочного контура позволяет включать установку
лишь при закрытых дверях. Первой операцией включения яв-
ляется подача водяного и воздушного охлаждения генераторной
257

Рис. 143. Схема централизованного питания индукционных кузнечных нагревателей КИН-К.:
1Г — генераторы ОПЧ-500-2,4; IUB-80 — шкаф возбуждения; П1Г2 — шкаф генераторный ШГ2-800/2,4 с контактором К-1221, разъедините-
лем £'ВЛПФ-2-630, трансформаторами ТШЧЛ1-1-1-800/5 и ВОС2,5-1000/100; ШУГ2 — шкаф управления генераторами ШУГ2-800/2,4;
ВРУ — распределительное устройство 800 В, 2400 Гц, 1300 А; 1ШФ2 — шкаф фидерный ШФ2-1000/2,4 с ВЛПФ-2-630, ТШ4Л-2-11-1-1000/5
и К-1221; 2ШФ2 — шкаф фидерный 2£/Ф2-400/2,4 с ВЛПФ-2-400, К-1221, ТШЧЛ-2-1-1-400/5; ЗШФ2 — шкаф фидерный ШФ2-800/2.4
с ВЛПФ-2-630, К-1221, ТШЧЛ-2-1-1-800/5; 1К,В, 2К.В, ЗК.В — кабели КВСП соответственно один, два и три

259

лампы. Схемой управления предусмотрено двухступенчатое вклю-
чение накала. На каждой из ступеней пусковой ток накала не
превышает величин, допускаемых условиями эксплуатации дан-
ной лампы.
Вторая ступень накала включается автоматически с помощью
реле времени 1РВ. После включения накала возможно включе-
ние высокого напряжения (при закрытых дверях всех блоков
установки и подаче охлаждающей воды на анодный трансфор-
матор).
Последней операцией является включение высокочастотных
колебаний (нагрева) посредством соответствующей кнопки упра-
вления. Перед включением нагрева необходимо подать воду на
высокочастотный трансформатор и индуктор. Нагрев может
включаться кнопкой управления или автоматически с помощью
реле времени 2РВ при положении выключателя 1ВП — «Вклю-
чение реле времени».
Положение включающих аппаратов сингализируют соответ-
ствующие сигнальные лампы.
Защита установки при коротких замыканиях осуществляется
максимальными токовыми реле, а также предохранителем в цепи
анодного напряжения автоматами в цепях накала и управления.
Защита генераторной лампы по максимальному току обеспечи-
вается токовыми реле 1РТ в анодной цепит.
Настройка режима. Для согласования нагрузки с параметрами
генератора имеются следующие органы управления: ручной
привод регулятора мощности, ручной привод регулятора обрат-
ной связи.
Если с увеличением связи напряжение на контуре возрастает,
то увеличивается и мощность, выделяемая в нагрузке. Если же
напряжение на контуре остается без изменений или падает, то
это значит, что наивыгоднейшее значение коэффициента связи
или обратной связи уже пройдено. Увеличение анодного тока,
не сопровождающееся одновременным возрастанием напряжения
на контуре, не ведет к увеличению мощности в нагрузке, а приво-
дит лишь к ухудшению коэффициента полезного действия гене-
ратора. При работе со стабилизацией анодного напряжения сле-
дует установить (по киловольтметру /К) напряжение 8 кВ.
В этом случае при колебаниях напряжения питающей сети
в пределах ±10% будет обеспечена стабилизация.
Режим нагрева устанавливается регулированием связи между
контурами и обратной связью. Обычно нагрев детали осуществ-
ляется при стабилизированном анодном напряжении в пределах
0,75—-0,85 от номинального значения.
Для воспроизведения режима нагрева деталей необходимо:
к высокочастотному трансформатору подключить тот же индук-
1 Схема генератора ВЧИ-63/0,44 типична для всех других генераторов для
индукционного нагрева.
260

тор, включить установку при 50% анодного напряжения (пере-
ключатель установлен в нижнее положение) и без детали в индук-
торе по технологической карте установить режим генератора,
на реле времени — время нагрева. После этого поместить в индук-
тор деталь, включить установку и произвести нагрев.
Если по каким-либо причинам (например, в результате ре-
монтных работ) сделанная на заводе фазировка выпрямителя
оказалась нарушенной, то ее следует произвести вновь. Фази-
ровка производится для каждого тиратрона управляемого ряда
в отдельности. При фазировке снимается заземление с анодов
неуправляемого ряда тиратронов и заземляется нуль анодного
трансформатора, т. е. переключатель 1П ставится в положение
50%. В управляемом каскаде остается включенным анод только
одного фазируемого тиратрона, аноды двух других тиратронов
этого каскада следует отключить. К сетке фазируемого тира-
трона поочередно присоединяются фазы трехфазного трансфор-
матора 4Т и каждый раз проверяется качество регулирования
путем перемещения движка автотрансформатора 1АТ. При пра-
вильном угле сдвига фаз напряжение на выходе выпрямителя
изменяется плавно от 0 до 2 кВ.
Если при очередном включении фаз трансформатора 4Т этого
не получилось, то следует перевернуть «звезду» входных обмо-
ток этого трансформатора и вновь вышеуказанным способом
произвести проверку качества регулирования. В новой установке
производить фазировку не следует.
Если для нагрева требуется малая мощность и ее не удается
отобрать от генератора при половинном анодном напряжении, то
подбор режима при полном анодном напряжении необходимо
начинать с минимума связи, т. е. с минимального положения ре-
гулятора мощности. Нарушение такого условия может привести
к пробою конденсаторов нагрузочного контура. При включении
генерации без нагрузки в индукторе резко возрастает напряжение на
нагрузочном контуре и появляется опасность пробоя конденсаторов.
Схема максимальной анодной защиты построена таким обра-
зом, что при значительном увеличении анодного тока запираются
управляемый каскад и нулевой вентиль выпрямителя. Это при-
водит к исчезновению анодного напряжения на лампе. Таким
образом, неисправности в режиме лампового генератора (пере-
грузка генератора и т. п.) приводят к падению до нуля анодного
напряжения. Кнопка включения нагрева не будет блокироваться.
Во время нормальной эксплуатации включение и отключение
нагрева сопровождаются одновременно появлением и исчезно-
вением анодного напряжения. Установка должна работать в ди-
апазоне частот 429—451 кГц. Поэтому при изменении индуктив-
ности индуктора следует изменить емкость нагревательного
контура в соответствии с кривой:
L, см ................ 50	100	200	300	500
С, пФ.................. 27	000	23 000	19 250	17 600 1600
261

Невыполнение этих требований приведет не только к уходу час-
тоты из разрешенного диапазона, но и к ухудшению режима.
Если сеточный ток велик и его не удается уменьшить регулиро-
ванием связи и обратной связи, значит, индуктивность индуктора
велика и следует отключить часть емкости нагрузочного контура.
Наоборот, когда сеточный ток мал и его не удается увеличить
регулированием связи, значит, индуктивность индуктора мала
и емкость нагрузочного контура нужно увеличить.
Рекомендуется выключить анодное напряжение для умень-
шения расхода электроэнергии на холостой ход трансформатора.
В генераторе имеется замкнутая водовоздушная система охлаж-
дения блоков генераторного и выпрямительного. Включение
вентилятора этой системы осуществляется терморегулятором
1ПТР, установленным в блоке выпрямителя. Нормальная уста-
новка температуры 40° С.
Правильным является такое направление вращения венти-
лятора, когда воздух засасывается из генераторного блока через
радиатор.
6. Электрическая схема СЧГ1-2Х 800/1
Установка состоит из выпрямителя и двух инверторных бло-
ков средней частоты 800—1300 Гц. Выпрямитель собран на шести
экситронах типа Э1-150/7А по схеме с уравнительным реактором.
lit 1'2L
Первичная обмотка силового трансформатора ТС питается через
масляный выключатель 1МВ от сети 10 кВ. Стабилизация вы-
прямленного напряжения осуществляется полупроводниковым
262

устройством сеточного управления экситронов. Постоянное на-
пряжение 3300 В подводится через воздушные быстродействую-
щие выключатели 1АВ, 2АВ на входные реакторы IL, 2L инвер-
торов. Каждый инверторный блок состоит из четырех экситро-
нов Э1-15/7А (7Л—ЮЛ, ИЛ—14Л), шунтированных обратными
выпрямителями (1В—4В, 5В—8В), собранными из последова-
тельно соединенных кремниевых диодов типа ПВКЛ-200. Комму-
тирующие конденсаторы 1С, 2С включены через катушки индук-
тивности 3L—6L, 7L—10L. Напряжение средней частоты 1000 Гц,
2400 В подводится к нагревательным контурам (5С-—11L, 6С—12L)
через разделительные конденсаторы ЗС—4С и согласующие
выходные трансформаторы 2Т, ЗТ.
Схема инвертора работает следующим образом. На сетки экси-
тронов 7Л и ЮЛ от блока задающего генератора, одновременно
подаются короткие поджигающие импульсы, и происходит коле-
бательный разряд в контуре, состоящем из емкостей 1С и ЗС,
индуктивностей 3L и 6L и трансформатора 2Т. Направление тока
показано на схеме сплошными стрелками. Величина индукти-
вностей 3L и 6L выбирается такой, чтобы длительность анодного
тока соответствовала примерно половине периода частоты 1000 Гц.
Обратная полуволна тока замыкается через вентили 1В и 4В.
При этом происходит деионизация экситронов 7Л и ЮЛ с помо-
щью импульсов блока задающего генератора и процесс повто-
ряется.
Следовательно, частота тока в нагрузке (2Т и ЗТ) получается
в два раза больше частоты горения экситронов, что существенно
облегчает процесс управления ими и обеспечивает устойчивую
работу установки в широком диапазоне нагрузок. Кроме питания
отдельных нагревателей 800 кВт, как это показано на рис. 145,
схема позволяет параллельно включить два инвертора на один
нагреватель мощностью до 1600 кВт, а также обеспечивает работу
нескольких установок на общие шины цеховой системы центра-
лизованного питания. В этом случае для стабилизации напря-
жения рабочей частоты 1000 Гц с точностью до 1—1,5% произво-
дится некоторое смещение по фазе импульсов управления экси-
тронов 1 и 2-го инверторных блоков.

Глава X
РАЗМЕЩЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА
1. Размещение
Высокочастотные установки являются электротехническими
устройствами, включающими в себя все элементы обычных элек-
тротехнических установок (от подстанции до потребителя электро-
энергии), поэтому в основу размещения могут быть положены
существующие правила устройств электротехнических установок.
Однако некоторые моменты указанных правил при проектирова-
нии установок должны быть уточнены в связи с особенностями
работы высокочастотных установок.
1. Закалочные станки, нагревательные устройства желательно
размещать в линии обработки нагреваемого материала (в линии
механической обработки, на участках обработки давлением и т. д.).
Плавильные печи размещаются на специальных участках.
2. Статические конденсаторы для повышения коэффициента
мощности должны устанавливаться в непосредственной близости
от индуктора или в самом нагревателе. При централизованном
питании преобразователи желательно устанавливать в специаль-
ных помещениях. Имеются примеры расположения помещений
с преобразователями на расстоянии до 300 м от нагревателей.
Вместе с преобразователями размещаются пусковые устройства,
щиты станций управления, пульты управления, щиты с аппара-
турой автоматики. Желательно иметь телефонную связь нагрева-
тельного поста с электромашинным помещением.
При размещении преобразователей следует соблюдать следую-
щие минимальные расстояния (м) в свету:
Между соседними машинами...............................1
Между пультами управления	и машинами .................2
Между стеной и машиной................................0,7
Для облегчения монтажа и ремонта желательно предусмотреть
монтажную площадку. При весе машины более 3 т необходимо
смонтировать кран-балку или мостовой кран соответствующей
грузоподъемности.
Распределительные устройства должны выполняться в соответ-
ствии с требованиями «Правил устройства электротехнических ус-
тановок», «Распределительные устройства напряжением до 1000 В»
и «Распределительные устройства напряжением выше 1000 В».
На рис. 146 и 147 приведен габаритный чертеж преобразова-
телей ВГВФ + СТД 4000—2 и вид на фундаментную плиту.
Размеры L, I, и /2 соответственно равны:
264

Lt20
Рис. 146. Габаритный чертеж ВГВФ-1580-2500
Рис. 147. Фундаментная плита
Рис. 148. Габа-
ритный чертеж
установки
ИЗ 1 -200/2,4 и
ИЗ 1-200/8:
ШП — шкаф пу-
сковой; Б О—-блок
охлаждения;
ШУ — шкаф уп-
равления; ШК — шкаф контакторный; ЗС — закалочная станция. В установках И32-100/8
и ИЗЫ00/2,4 исключается один преобразователь и шкаф пусковой ШП
265

OOL

L
□ □□□
□ □ □ □

Рис.'150. Габаритный чертеж нагревателя
КИН-К:
1 — загрузочный лоток; 2 — разгрузочное уст-
ройство; 3 — подвод охлаждающей воды, 0 50 мм
(у КИНЧ-500/10К 0 80 мм); 4 — место подсоеди-
нения кабеля КВСП; 5 — слив воды, 2Х 0 80'мм
(у КИНЧ-500/10К один — 0 125 мм); 6 — подвод
провода, ПГВ 8Х 1,5 мм’; 7 — сеть 3N ~380 В;
50 Гц н ПГВ 4X2,5 мм’; 8, 9 — листы рифленые.
Размеры нагревателя, мм:
6"	а	а,	а2
КИН-250/—К	3225	1000	255
КИН-500/-К	4225	2000	1185
КИН-750/—К	5225	3000	2185

для преобразователя ВГВФ-1580-2500—6494, 1100, 2580 и
1660;
для преобразователя ВГВФ-1500-1000—6314, 1010, 2400 и 1480.
Нагрузки на фундамент Plt Р2, Р3 и Pi соответственно равны:
для ВГВФ-1580-2500—2950, 11160, 1650 и 9080; для ВГВФ-1500-
1000—2590, 9400, 1650, 9080.
На рис. 148 показаны габариты установок серии ИЗ для по-
верхностной закалки. Закалочная станция (ЗС) и пульт упра-
Рис. 151. Габаритный чертеж ТПЧ-800:
1 — блок управления; 2 — выпрямитель; 3 — дроссель; 4 — блок генераторный
/
вления (ПУ) располагаются рядом на месте, где требуется про-
изводить закалку. Все остальное оборудование может размещаться
отдельно от них на расстоянии до 100 м.
На рис. 149—152 приведены план расположения и габариты
ламповых генераторов, тиристорного преобразователя и монтаж-
ные чертежи кузнечных нагревателей.
При монтаже ламповых генераторов необходимо в непосред-
ственной близости смонтировать питающий щит с рубильником
на 200 В. К болтам заземления всех блоков установки проложить
стальные шины сечением 3x25 мм2. Кабель для подачи питания
380 В и от питающего щита к установке может быть проложен
268

ООШ	00011
Рис. 152. План расположения преобразовательной подстанции с генераторами ВГВФ-1580-2500:
/ — шкафы автоматики, сигнализации и защиты; 2 — преобразователи; 3 — высокочастотное распределительное устройство; 4 —
резервная площадь; 5, 6, 7 — распределительные устройства 50 Гц; 8, 9 — преобразователи 100 кВт, 8000 Гц в комплекте со шка-
фами станции управления; 10 — край-балка
269

Рис. 153. План
расположения
преобразова-
тельной подстан-
ции с генерато-
рами ОПЧ:
1, 2 — преобразователи ОПЧ-500-2,4 и ОПЧ-250-Ю; 3,' 6— ШГ; 4, 7, 8 — ШФ; 5 н 9 — ШОС; 16 — ШУГ; 10'11 — ?ШВ; 12, 13 —'ШЗК; 14,
15 — распределительные устройства 380 В и 220 В; КК и СК — кабельный и сантехнический каналы; РП^—'ремонтная площадка. [Распре-
делительное устройство (КРУ) 50 Гц расположено отдельно].

в металлической трубе или
борозде. Сечение питающего
кабеля 3x70 мм2.
Сливная воронка и коллек-
тор устанавливаются в месте,
удобном для наблюдения и об-
служивания, при обеспечении
возможности регулировать ко-
личество протекающей воды и
измерять ее температуру. При
замкнутой системе водоохлаж-
дения дистиллированной водой
все трубопроводы должны быть
выполнены из оцинкованных
труб.
На рис. 153 и 154 показано
расположение высокочастотного
оборудования в кузнечных це-
хах. Показаны планировки кон-
кретных цехов. Расположение
не является рекомендательным
и может быть другим в зависи-
мости от конкретных условий.
Однако общий подход к рас-
смотрению должен быть сохра-
нен во всех случаях.
2, Особенности монтажа
При эксплуатации высоко-
частотных установок должны
соблюдаться правила эксплуа-
тации оборудования и отдель-
ных электротехнических эле-
ментов (электродвигателей и
трансформаторов, защитных ус-
тройств, пускорегулирующей
аппаратуры и т. п.). Кроме того,
они должны удовлетворять
требованиям технической экс-
плуатации и безопасности об-
служивания тех готраслей'про-
мышленности, для которых они
предназначены. Ниже отмечены
некоторые из этих правил, наи-
более важные для высокоча-
стотных установок.
оооы
271

Вода для охлаждения деталей установок, нормально находя-
щихся под напряжением (нагревательные индукторы, согласую-
щие трансформаторы, генераторные лампы и др.), должна пода-
ваться через шланги из изоляционного материала. Длина шланга
выбирается из условия примерно 1 м на 1 кВ напряжения.
Водоохлаждение должно осуществляться непрерывно с мо-
мента включения установки до полного охлаждения деталей
после ее отключения. Наличие блокировки водоохлажден и я с вклю-
чающим устройством установки обязательно.
Высокочастотные блоки установки, имеющие в схеме батарею
контурных конденсаторов, в которых может сохраниться заряд
при разрыве между емкостной и индуктивной ветвями колеба-
тельного контура, должны быть снабжены разрядным устройством,
автоматически действующим при открывании дверей.
Установки обслуживаются дежурными электромонтерами и
операторами (рабочими). Дежурные электромонтеры осуществляют
надзор за работой всех электротехнических частей установки,
производят запуск установок, устраняют неисправности по за-
просам операторов.
Индукционные плавильные печи, кузнечные нагреватели
и им подобные устройства должны быть конструктивно оформлены
так, чтобы нормальное обслуживание печи не было сопряжено
с опасностью прикосновения к индуктору, находящемуся под
напряжением.
При проведении плавок касание шихты инструментом, не за-
щищенным изолирующим материалом, и без рукавиц запре-
щается.
^Включение контурных конденсаторов под напряжением для
подстройки колебательного контура в процессе плавки разре-
шается при наличии разъединителей с дистанционным приводом.
Отключение контурных конденсаторов под напряжением не ре-
комендуется.
В нагревательных постах с применением понижающих транс-
форматоров (универсальные закалочные станки, нагревательные
посты для пайки, сварки и прочей термообработки и т. п.) индук-
торы и выводы вторичной понижающей обмотки согласующего
высокочастотного трансформатора могут оставаться открытыми,
если по условиям технологического процесса ограждение препят-
ствует нормальной работе поста.
Должны быть предусмотрены следующие защитные меро-
приятия.
1.	Кнопки управления нагревом и отключения нагреватель-
ного поста размещаются в непосредственной близости от нагрева-
тельного индуктора, в удобном для оператора месте.
2.	Оператор снабжается индивидуальными защитными сред-
ствами (рукавицы, очки, резиновый фартук и т. п.).
3.	Заземляется один из выводов вторичной обмотки воздуш-
ного высокочастотного трансформатора.
272

4.	Заземляются корпуса источников питания, станков, шка-
фов, станций управления и другие конструкции, могущие ока-
заться под напряжением.
5.	Подключение нагревателей к источнику питания или сбор-
ным шинам осуществляется, кроме контактора, разъединителем.
При этом электрическая блокировка должна исключать возмож-
ность операции с разъединителем при включенном контакторе.
При периодическое осмотре должны обращать внимание на:
1)	безотказность работы всех блокирующих устройств, обеспе-
чивающих безопасные условия работы персонала и необходимые
четкость и очередность включения всех технологических и электри-
ческих элементов установки;
2)	надежность экранирования и заземления отдельных бло-
ков;
3)	чистоту пускорегулирующей аппаратуры, имеющей наиболь-
шее число включений и отключений;
4)	правильность работы контакторов с гашением дуги;
5)	надежность системы охлаждения;
6)	отсутствие пыли на частях установки.
Специальными исследованиями [56 ] установлено, что контакт-
ное действие токов звуковой частоты также опасно, как и дей-
ствие токов промышленной частоты. Поэтому все меры безопас-
ности при работе на установках звукового диапазона такие же,
как и при частоте 50 Гц. При радиочастотах (установки с лампо-
выми генераторами) действие тока сопровождается ожогами.

Приложение 1
Нормы на допустимые частоты
Общесоюзными нормами допускаемых индустриальных помех
для высокочастотных установок промышленного применения вы-
делено 12 радиочастот:
а)	разрешается использовать при условии отсутствия вредных
помех радиослужбам:
18 кГц ±7,5%; 22 кГц+7,7%; 44 кГц±10%; 66 кГц +12%;
—10%;
б)	разрешается использовать при условии, что уровень поля
от установок на расстоянии 30 м не будет превышать 1500 мВ
(на рабочих частотах и гармониках в пределах выделенных ча-
стотных полос):
440 кГц ±2,5%; 880 кГц ±1%, 1760 кГц ±2,5%; 5280 кГц
±2,5%; 13 560 кГц ±1%; 27 120 кГц ±1%; 40,68 МГц ±1%;
81,36 МГц ±1%.
Допускается уровень поля 50 мВ на побочных частотах и гар-
мониках вне выделенных частотных полос за пределами предприя-
тия в 10 м от границы его территории.
Предприятия-разработчики и заводы-изготовители высокоча-
стотных установок обязаны выполнять вышеуказанные нормы
и подтверждать их ежегодно протоколами типовых испытаний.
У всех типов выпускаемых заводами электротермического обо-
рудования установок эти нормы выдерживаются, и поэтому для
них не требуется специальных экранированных помещений.
Предельно допустимые величины облучения составляют в диа-
пазоне частот 60 кГц до 81,36 МГц для индукционного нагрева:
по электрической составляющей — Е = 20 В/м; по магнитной
составляющей — /7 = 5 А/м. Уровень облучения в значительной
степени зависит от конструкции технологического устройства
(индуктора), поэтому его нужно контролировать после отработки
режимов нагрева и в отдельных случаях индуктор приходится
дополнительно экранировать. Уменьшение зазора между индук-
тором и нагреваемой поверхностью изделия уменьшает излучение.
В большинстве случаев эти нормы не превышаются без каких-
либо дополнительных мер.

Приложение 2 (рис. 155).
Vjm/c С^кг/м
Рис. 155. График для определения веса G
одного метра заготовки и скорости пере-
мещения через индукторы при производи-
тельности 1 т/ч: а — круглые; б — квад-
ратные

Список литературы
1.	Богданов В. Н., Р ы с к и н С. Е., Ш а м о в А. Н. Индукционный
нагрев в кузнечцом производстве. М.—Л., Машгиз, 1956, 196 с.
2.	Б о д а ж к о в В. А. Индукционный нагрев труб. Л., «Машиностроение»,
1969, 152 с.
3.	Б о д а ж к о в В. А., С л у х о ц к и й А. Е. Оптимальные режимы на-
грева металлов в проходных индукционных печах. «Известия Лен. электро-
технического ин-та им. В. И. Ульянова (Ленина)», 1967, вып. 66/21, с. 55—62.
4.	Б о д а ж к о в В. А. Расчет нагревательного контура с последователь-
ной емкостью при индукционном нагреве. В сб. трудов ВНИИТВЧ «Промышлен-
ное применение токов высокой частоты». Л., «Машиностроение», 1969, вып. 9,
с. 27—38.
5.	Б о д а ж к о в В. А. Установки для индукционного нагрева заготовок
в прокатном производстве. В кн.: Промышленное применение токов высокой
частоты. Л., «Машиностроение», 1964, с. 197—206.
6.	Б о д а ж к о в В. А. Перспективы применения индукционного нагрева
перед обработкой давлением. —-В кн.: Промышленное применение токов высо-
кой частоты. Л., «Машиностроение», 1967, с. 194—214.
7.	Бодажков В. А. Исследование регулировочных характеристик ин-
дукторных генераторов с помощью круговых диаграмм. В сб. трудов ВНИИТВЧ
«Промышленное применение токов высокой частоты». Л., «Машиностроение»,
1968, вып. 9, с. 39—46.
8.	Б о р о к А. М., В а с и л ь е в А. С. и др. Статические преобразователи
частоты мощностью 1600 кВт частотой 1000 Гц. Сб. тезисов докладов VII конфе-
ренции по применению т. в. ч. в электротермии. Л., «Машиностроение», 1971,
с. 17—21.
9.	Васильев А. С., Сл у хоцки й А. Е. Ионные и электронные ин-
верторы высокой частоты. Л., Госэнергоиздат, 1961, 162 с.
10.	Вологдин В. П. Поверхностная индукционная закалка. М.—Л.,
Оборонгиз, 1947, 318 с.
11.	Вологдин В. П., С п и ц ы н М. А. Генераторы высокой частоты.
М.—Л., ОНТИ, 1935, 104 с.
12.	ГлухановН. П.,Богданов В. Н. Сварка металлов при высоко-
частотном нагреве. М.—Л., Машгиз, 1962, 191 с.
13.	Г о л о в и н Г. Ф. Структура и свойства изделий, закаленных при вы-
сокочастотном нагреве. М.—Л., Машгиз, 1957, 46 с.
14.	Головкин Р. В., Лунин И. В. Радиочастотная сварка прямо-
шовных труб. ГНТИчермет, М., 1961, 49 с.
15.	Д е м и ч е в А. Д., Шашкин С. В. Высокочастотная закалка.
Библиотечка высокочастотника-термиста. М.—Л., Машгиз, 53 с.
16.	Ж е ж е р и н Р. П. Индукторные генераторы. М.—Л., Госэнергоиздат,
1961, 320 с.
17.	Замятнин М. М., Головин Г. Ф., Булатова Л. Ш., Ба-
луева Т. А. Исследование окисления стали при индукционном нагреве для
обработки давлением. «Труды ВНИИТВЧ», Л., «Машиностроение», 1969, вып. 10,
с. 130—136.
18.	Зимин Н. В., Головин Г. Ф. Ускоренный индукционный отпуск
нефтяных труб. — «Металловедение и термическая обработка металлов», 1966,
№ 7, с. 55—59.
19.	Калантаров П. Л.,НейманЛ. Р. Теоретические основы электро-
техники. М.—Л., Госэнергоиздат, 1969, 444 с.
20.	Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей.
М.—Л., Госэнергоиздат, 1955, 367 с.
276

21.	К и д и н И. Н., Бернштейн М. Л., К а л ь н е р В. Д. Влияние
скоростного нагрева на сокращение эффекта упрочнения при термомеханической
обработке. — В кн.: Промышленное применение токов высокой частоты. Л.,
«Машиностроение», 1964, с. 158—163.
22.	Л о з и и с к и й М. Г. Поверхностная закалка и индукционный нагрев
стали. М.—Л., Машгиз, 1949, 460 с.
23.	Лыков А. В. Теория электропроводности. М., «Высшая школа»,
1967, 600 с.
24.	МарциновичВ. М., Немков С. С., Шевченко В. Г. и др.
Индукционные печи для термообработки проката. «Труды ВНИИТВЧ». Л.,
«Машиностроение», 1969, вып. 10, с. 117—125.
25.	Михеев М. А., Михеева И. М. Краткий курс теплопередачи.
М.—Л., Госэнергоиздат, 1960, 208 с.
26.	Н е м к о в В. С. Индукционный нагрев тонкостенных труб в цилиндри-
ческом индукторе. В кн.: Промышленное применение токов высокой частоты.
М.—Л., «Машиностроение», 1966, с. 106—130.
27.	Н е м к о в В. С., С л у х о ц к и й А. Е. Расчет параметров коротких
индукторов с помощью схем замещения, «труды ВНИИТВЧ». Л., «Машинострое-
ние», 1970, вып. 11, с. 26—35.
28.	Н е й м а н Л. Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах.
М.—Л., Госэнергоиздат, 1949, 186 с.
29.	Павлов Н. А. О способах учета тепловых потерь при сквозном ин-
дукционном нагреве. В сб. трудов ВНИИТВЧ «Промышленное применение то-
ков высокой частоты». М.—Л., «Машиностроение», 1966, вып. 7, с. 30—40.
30.	П а в л о в Н. А. Расчет тепловых режимов индукционного нагрева
стальных заготоцрк.—«Электротермия». М., 1964, вып. 33, с. 29—32.
31.	Павлов Н. А., Б о д а ж к о в В. А. Нагрев цилиндрических заго-
товок в проходных индукционных печах. В сб. трудод ВНИИТВЧ «Промышлен-
ное применение токов высокой частоты». М.—Л., «Машиностроение», 1972,
вып. 12, с. 5—19.
32.	П е й с а х о в и ч В. А. Расчет сопротивлений заготовок квадратного
и прямоугольного сечений при индукционном нагреве. «Труды ВНИИТВЧ».
М.—Л., «Машиностроение», 1961, вып. 3, с. 5—18.
33.	П и о т р о в с к и й Л. М. Электрические машины. М.—Л., Госэнерго-
издат, 1960, 531 с.
34.	Половников В. В., Филиппов П. Ф., БодажковВ. А.,
Семибратов Г. Г. Изготовление цилиндрических зубчатых колес прокат-
кой. М.—Л., Машгиз, 1961, 188 с.
35.	Р ы с к и н С. Е., Смирнов В. М., Благовещенский Г. В.
Оборудование для индукционной термообработки. Л., «Машиностроение», 1966,
158 с.
36.	Р о д и г и н М. Н. Индукционный нагрев стальных изделий. Москва—
Свердловск, Металлургиздат, 1950, 248 с.
37.	Р ы с к и н С. Е., Ш а м о в А. Н. Индукционный нагрев в кузнечных
и прокатных цехах. «Труды ВНИИТВЧ», ОТИ НИИТВЧ. Л., 1963, вып. 4,
140 с.
38.	С в е н ч а н с к и й А. Д. Электрические промышленные печи. М.,
Госэнергоиздат, 1958, 288 с.
39.	С л у х о ц к и й А. Е., Р ы с к и н С. Е. Индукторы для индукцион-
ного нагрева машиностроительных деталей. М.—Л., Машгиз, 1954, 320 с.
40.	С л у х о ц к и й А. Е., П а в л о в Н. А. Тепловые расчеты индукцион-
ных нагревателей различных типов для сквозного нагрева цилиндрических за-
готовок. В сб. трудов ВНИИТВЧ «Промышленное применение токов высокой
частоты». М.—Л., «Машиностроение», 1966, вып. 7, с. 8—29.
41.	С л у х о ц к и й А. Е. Приближенный электрический расчет овальных
и щелевых индукторов. Бюллетень ОКБ ЭТО № 1, ВНИЙЭТО, 1969, с. 3—7.
42.	С л у х о ц к и й А. Е. Приближенный расчет приведенных параметров
загрузки коротких индукторов. В сб. трудов ВНИИТВЧ «Промышленное при-
менение токов высокой частоты». М.—Л., «Машиностроение», 1965, вып. 6,
с. 5—14.
277

43.	С л у х о ц к и й А. Е. Закалочные индукторы. М.—Л., Машгиз, 1957,
54 с.
44.	С л у х о ц к и и А. Е., Павлов Н. А. Расчет сопротивлений заго-
товок круглого сечения при поперечном расположении их в овальном индукторе.
В сб. трудов ВНИИТВЧ «Промышленное применение токов высокой частоты».
Л., «Машиностроение», 1964, вып. 5, 5 с.
45.	Тир Л. Л. Трансформаторы для установок индукционного нагрева
повышенной частоты. М.—Л., Госэнергоиздат, 1961, 236 с.
46.	Ф а р б м а н С. А., Колобнев И. Ф. Индукционные печи. М.,
Металлургиздат, 1958?, 499 с.
47.	Ш а м о в А. Н., Б о д а ж к о в В. А. Проектирование и эксплуатация
высокочастотных установок. М.—Л., Машгиз, 1963, 220 с.
48.	Ш а м о в А. Н., Р ы с к и н С. Е., В о л о г д и н В. В. Применение ин-
дукционного нагрева в кузнечном производстве. — «Электротермия», 1960,
№ 1, с. 63—78.
49.	Ш а м о в А. Н., Р ы с к и н С. Е., Б о д а ж к о в В. А. и др. Высоко-
частотный индукционный нагреватель мощностью 12 000 кВт в линии трубо-
прокатного агрегата 30—102. — «Электротермия», 1963, № 8, с. 18—29.
50.	Шамов А. Н. Питание высокочастотных нагревательных устройств
от машинных генераторов. Библиотечка высокочастотника-термиста. М.—Л.,
«Машиностроение», 1965, вып. 10, 68 с.
51.	Ш а м о в А. Н. Применение индукционных бессердечниковых плавиль-
ных печей в Швеции. ЛДНТП, 1959, 26 с.
52.	Я и ц к о в С. А. Ускоренный изотермический индукционный нагрев
кузнечных заготовок. М.—Л., Машгиз, 1962, 96 с.
53.	Краткий физико-технический справочник. В 3-х т. Под ред. К. П. Яков-
лева. М.—Л., Физматгиз, 1962, т. 3, 687 с.
54.	Теплофизические свойства веществ. Справочник под ред. проф. Н. Б. Вар-
гафтика. М.-—Л., Госэнергоиздат, 1956, 367 с.
55.	Правила технической эксплуатации и безопасности обслуживания элек-
троустановок промышленных предприятий. М.—Л., Госэнергоиздат, 1962, 268 с.
56.	Защита от действия электромагнитных полей и электрического тока в про-
мышленности. «Труды лаборатории электробезопасности Лен. ин-та охраны
труда». 1958, 154 с.
57.	В a k е г Р. М. Classical Heat flow Problems applied to induction billet
Heating.—«Application'and Industry». May 1958, N 3, p. 106—112.
58.	S t a n s e 1 H. R. Induction and Heating. N. Y., 1949, 264 p.
59.	Chester A., TudburyM. S. Basics of induction heating. N. Y.,
1968, 312 p.

Оглавление
Предисловие	............................. ......	3
Глава I. Законы, физические величины и свойства применяемых материа-
лов, определяющие индукционный нагрев ............................... 5
1.	Обласгь применения токов высокой частоты.................... —
2.	Поверхностный эффект, глубина проникновения тока ...	7
3.	Формы и размеры проводника .	........... 10
4.	Магнитная проницаемость........... ....	—
5.	Электрическое сопротивление	...	14
6.	Теплоемкость .............................................. 16
7.	Теплопроводность .....	—
8.	Температуропроводность .................................... 17
Глава II. Расчеты основных параметров установки .................... 18
1.	Полезная мощность.................................... .	.	—
2.	Потери тепла на излучение и теплоизоляцию ...	........ 19
3.	Режимы нагрева............................................. 21
4.	Мощность, поглощаемая нагреваемым телом ...	—
5.	Расчет параметров системы индуктор—деталь.................. 28
6.	Выбор частоты и размеров индуктора......................... 38
Глава III. Плавка металлов.................... ...	43
1.	Бессердечниковые печи средней частоты....................... —
2.	Перемешивание расплавленного металла................... .	44
3.	Бессердечниковые печи промышленной частоты................. 46
4.	Влияние частоты на передаваемую в садку мощность........... 47
5.	Технико-экономические показатели применения индукционных
печей для плавки ............................................. 48
6.	Типы и комплектация плавильных установок .	...	51
Глава IV. Индукционная поверхностная закалка........................ 55
1.	Основные параметры режимов закалки.......... .	—
2.	Определение мощности генератора	....... 59
3.	Индукторы для закалки ..................................... 61
4.	Индукторы с магнитопроводом ............................... 63
5.	Рекомендации по применению индукционной поверхностной
закалки....................................................... 67
6.	Установки закалочные.......... ,	............... —
Глава V. Нагрев заготовок в кузнечных цехах......................... 79
L Технико-экономическое обоснование применения индукцион-
ного нагрева ................................................. —
2.	Режимы нагрева	.....................................  80
3.	Время нагрева ..................................... .	.	83
4.	Время выравнивания температуры по сечению .	.	. .	86
5.	Нагреватели для	мерных	заготовок........................  87
6.	Нагреватели периодические. Серия КИН-П	.	.	97
7.	Нагреватели специализированные .......................... 98
8.	Индукторы для сквозного нагрева...........-............. 101
279

9.	Особенности расчета индукторов методического действия .	103
10.	Расчет и выбор оборудования . .	................ 109
11.	Нагрев на промышленной частоте	ПО
Глава VI. Высокочастотная сварка	.118
1.	Принцип сварки ....	.	—
2.	Радиочастотная сварка..................................... 120
3.	Генераторы однофазные двухконтурные с самовозбуждением . .	—
4.	Радиочастотная сварка металлических оболочек кабеля	127
5.	Сварка труб на средней частоте	. . .	.......... 130
Глава VII. Индукционный нагрев в металлургической промышлен-
ности ............................................................. 132
1.	Установки для нагрева трубных заготовок перед редуцирова-
нием ...................................................  .	—
2.	Установки	для	нагрева лент............................... 135
3.	Установки	для	термообработки проката	.	138
4.	Установки	для	нагрева прутков под прокат	.	145
5.	Установки	к прессам горячего прессования	.	148
6.	Установки	для	нагрева прутков	149
Глава VIII. Элементы высокочастотных установок .	152
1.	Состав оборудования .	.	—
2.	Машинные преобразователи	—
3.	Ламповые генераторы...................................... 181
4.	Статические преобразователи частоты	192
5.	Конденсаторы . . .	  195
6.	Трансформаторы и автотрансформаторы .	201
7.	Линии передачи токов средней частоты	205
8.	Контакторы .............................................. 217
9.	Высокочастотные разъединители	218
10.	Возбудитель тиристорный.................................. 220
11.	Высокочастотные измерительные трансформаторы и при-
боры ........................................................ 224
12.	Система охлаждения	226
Глава IX. Электрические схемы установок	232
1.	Установки с машинными генераторами	—
2.	Схемы защиты.............................................. 245
3.	Схема централизованного питания	248
4.	Компоновка установок...................................... 256
5.	Электрическая схема ВЧИ-63/0,44 и	ВЧИ-25/0,44 .	257
6.	Электрическая схема СЧГ1-2Х800/1	262
Глава X. Размещение	и особенности монтажа	264
1. Размещение.................... ....	—
2. Особенности	монтажа	.	271
Приложения.................. 274
Список литературы................................................   276