Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 356
Скачиваний: 11
сушки электроизоляции во время ремонта и монтажа. В химической промышленности он применяется для нагрева жидкостей и газов, помещенных в стальной сосуд или трубопровод, в которых наводятся индуцированные токи. В машиностроительной промышленности индук ционный нагрев токами нормальной частот]»: применяется для сушки металлических поверхностей после окраски.
При горячей обработке металлов применяется сквоз ной индукционный нагрев черных металлов (сталь, титан) иод ковку и прокатку токами нормальной и повышенной частоты до 10 000 Гц. Нагрев производится в нагреватель ных индукционных постах мощностью до 1 500 кВт, питае мых от индивидуальных преобразователей частоты или от общей сети повышенной частоты при централизован ном преобразовании.
Индукционные нагревательные посты повышенной частоты питаются напряжением 750 или 1 500 В и снабжа ются конденсаторными батареями для компенсации реак тивной нагрузки. В целях удешевления индукционного сквозного нагрева применяется двухчастотный нагрев, когда заготовка нагревается предварительно при нормаль ной частоте 50 Гц до температуры точки Кюри около 730 СС; при достижении этой точки, когда пропадают магнитные свойства металла, нагрей продолжается до нужной темпе ратуры при повышенной частоте. Подобная установка при менена в одном из прокатных цехов с частотами 50/1 000 Гц.
Для поверхностной закалки применяются установки с индивидуальными преобразователями мощностью 50— 100 кВт, частотой 2 500 и 8 000 Гц.
Общая установленная мощность преобразовательных агрегатов для нагрева заготовок в кузнечных и прокат ных цехах достигает 10—15 МВт; все преобразователи работают параллельно на общую магистраль — шино провод. При питании индукционных нагревателей от общих магистралей во избежание перегрузки преобразо вателей и использования их мощности применяется так называемая «схема ожидания». Изделие в нагреватель закладывается заранее, но сам нагреватель включается тогда, когда дойдет до него «очередь» по схеме.
Аналогичные схемы применяются в установках поверх ностной закалки при нескольких индукторах с общим преобразователем. Наибольшая мощность индукцион ного подогрева слитков в установке У11РС, упомянутая выше, достигает 210 МВт.
82
Установки диэлектрического нагрева служат для на грева диэлектриков за счет токов смещения в переменном электрическом поле между двумя электродами, являю щимися обкладками конденсатора высокой частоты (от сотен килогерц до десятков мегагерц). Они применяются для нагрева пластмасс, порошков, бумаги, дерева, фар фора, текстолита, хлопка, пищевых продуктов и других неметаллических предметов.
Впроизводстве изделий из пластмасс исходное сырье
ввиде таблеток или порошков перед закладкой в прессформу предварительно нагревается токами высокой час тоты в установках, работающих на частоте 25—40 мГц, мощностью 1—30 кВт.
Для сварки пленок из пластика применяется диэлек трический нагрев при частотах 38—40 кГц с мощностью установки до 3 кВ - А. Широкое применение диэлектри ческого нагрева для сушки дерева экономически не оправ дывается; обычно применяется комбинированная сушка: диэлектрическая и обычная (паровая и др.), причем только для крупных сечений древесины в колодочном, шпуль
ном и других производствах.
Диэлектрический нагрев успешно применяется при про изводстве фанеры, листы которой перекладываются метал лическими листами, служащими обкладками конденсато ров; нагретые токами высокой частоты, при обжатии на прессах эти листы склеиваются. Источниками высокой частоты ІО6—ІО8 Гц служат ламповые генераторы, мощ ность которых достигает 500—1 200 кВт.
Все установки диэлектрического нагрева, как и инди видуальные посты индукционного нагрева, являются потребителями трехфазного тока промышленной частоты, так как обычно они работают в блоке по схеме преобразо ватель — потребитель.
Напряжение питания преобразователей в зависимости от мощности составляет 380 В или 6—10 кВ. Режим ра боты нагревательных установок повторно-кратковремен ный или циклический.
Электросети повышенной частоты до 10 кГц приме няются только в мощных установках индукционного на грева для ковки и штамповки в кузнечных цехах, где индукторы для нагрева заготовок, расположенные у прес сов и молотов, питаются от центральной высокочастотной подстанции. По степени бесперебойности установки индук ционного и диэлектрического нагрева относятся ко 2-й ка
83
тегории. Расположение этих установок постоянное, но иногда связано с большими сооружениями но их экрани рованию для уничтожения радиопомех, источниками кото рых они являются.
Электронные плавильные печи используют энергию электронного луча, получаемого в так называемых элект ронных пушках. Последние представляютсобой устрой ство, в котором пучок электронов, формируясь в электри ческом и магнитном полях, ускоряется в электрическом поле, выводится через отверстие в аноде и направляется на объект. Кинетическая энергия электронов нагревает металл и частично возбуждает вторичную эмиссию электро нов и рентгеновские излучения. Бомбардировка электрон ным лучом позволяет достигнуть чрезвычайно высокой концентрации плотности энергии — до 5 000 кВт на 1 мм2. Плавка электронным лучом в вакууме позволяет достиг нуть сверхвысокой чистоты металла до «восьми девяток», требующейся при производстве тугоплавких металлов — ниобия, тантала, молибдена, вольфрама и др.
Мощность электронных пушек 50-*500 кВт, плавиль ных печей — до I 000—1 500 кВт; в необходимых случаях в одной печи применяются несколько пушек.
Электронный луч может быть использован для проре зания отверстий диаметром до 40 мк, для сварки под ваку умом и других целей.
Плазмотроны используют электрическую дугу, стаби лизированную газовым вихрем и магнитным полем, в ре зультате чего получается плазменный факел с температу рой до (10—30) тыс. К. Этот факел применяется в плаз менных печах для плавки слитков, в сварочных установ ках, для резки металлов толщиной до 250 мм и других целей. Мощность плазмотронов в промышленных уста
новках составляет от |
200 кВт до нескольких мегаватт. |
В аэродинамических |
трубах применяются плазмотроны |
с кратковременной мощностью в сотни мегаватт для испы таний на тепловой удар.
3-2. ЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Электросварка черных и цветных металлов — дуговая и контактная (сопротивлением) — широко применяется в технологии машиностроения, в поточно-массовых произ водствах (автомобили, самолеты и т. п.) и мелкосерийных (крупные гидротурбины, корпуса крупных электромашин
84
и т. п.), в металлургии при производстве сварных труб, в строительно-монтажном деле при изготовлении металло конструкций и в других отраслях промышленности.
Для электросварки применяется постоянный ток, по лучаемый от преобразователей, и переменный ток нормаль ной промышленной частоты, низкой (2—5—10 Гц) и повы шенной (100—360 Гц) частоты и радиочастоты до 450— 500 кГц, полученной от специальных преобразователей.
Установки электросварки переменного тока нормальной частоты своей нагрузкой создают большие затруднения в системе электроснабжения предприятий вследствие сле дующих ее особенностей:
1) |
нагрузка является большей частью однофазной; |
|||
мощность |
отдельных сварочных машин |
достигает |
||
1 200 |
кВ-Л и более при обычных напряжениях цеховых |
|||
сетей 380 В, а в установках |
электрошлаковой сварки до |
|||
нескольких |
мегавольт-ампер |
при напряжении |
6—10 кВ; |
2)низкий коэффициент мощности: 0,3—0,35 для ду говой сварки и 0,2—0,6 для контактной;
3)режим работы повторно-кратковременный с малыми величинами ПВ при больших толчках нагрузки, достигаю щих 2—6-кратной величины номинальной мощности уста новки.
Дуговая сварка применяется в цехах металлоконструк
ций, изготовляющих мосты, фермы, колонны, балки; в цехах, изготовляющих корпуса металлических резервуа ров, корпуса крупных гидротурбин, насосов, электрома шин; в судостроении, строительно-монтажном деле и др. Различают дуговую сварку ручную, когда сварщик управ ляет положением электрода, и автоматическую, когда электродом управляет машина (сварка по методу акаде мика Е. О. Патона). Ручная дуговая сварка выполняется на переменном токе однопостовыми сварочными трансфор маторами мощностью 9—32 кВ-А и на постоянном токе одноностовыми и многопостовыми преобразователями тока мощностью до 80 кВ-А. Автоматическая дуговая сварка применяется при изготовлении газгольдеров, емкостей, на трубосварочных станах при сварке продольного или спи рального шва при диаметре труб до 1 800 мм (70” ) и тол щине стенки 6,4—16 мм, в судостроении и других отраслях промышленности, где требуется выполнение протяженных сварочных швов.
Электрошлаковой сваркой свариваются стальные слитки диаметром до 2 м и более, массой до 100 т, благодаря чему
85
отпадает необходимость отливки и поковки заготовок массой в сотни тонн, например для роторов генераторов мощностью 1 000 МВт и выше.
Для автоматической сварки под флюсом или в среде защитных газов применяют преобразователи и сварочные трансформаторы с вторичным сварочным током от 500 А, при постоянном токе до 4 000 А, при трехфазиых установ ках мощностью соответственно 14—550 кВ • А при 1ГВ —
100%, Одноиостовые сварочные преобразователи и трансформаторы выполняются передвижными; установки
автоматической сварки располагаются стационарно. Контактная сварка. Машины контактной сварки имеют
обычно однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из одного витка, замыкаемого электро дами через два свариваемых куска металла. Напряжение вторичной сварочной цени U2= 2 ч-25 В; сварочный ток / 2 измеряется десятками килоампер и достигает в самых крупных машинах 300 кА, а при сварке труб 1,5 млн. ампер.
Контактная сварка широко распространена в поточ ном массовом машиностроении: автомобилестроении, трак торостроении, сельхозмашиностроении, самолетостроении и т. д. Машины для точечной сварки черных и цветных металлов изготовляются с конусными электродами для сварки одной точки и для одновременной сварки не скольких точек — так называемые многоэлектродные ма шины.
Для сварки деталей толщиной менее 1 мм применяется импульсная сварка, которая производится импульсом тока, получаемым при разрядке конденсатора через пер вичную обмотку сварочного трансформатора мощностью 0,1—0,2 кВ - А. Одноэлектродные машины точечной сварки имеют мощность 5—1 000 кВ-А при IIВ — 20 ч- 5,4%.
Специфическим видом точечных машин являются «кле щи» (вторичный контур подвесного сварочного трансфор матора), позволяющие выполнять точечную сварку слож ных по конфигурации изделий. Мощность клещей соста вляет от 25 до 350—400 кВ-А при IIВ — 20%.
. Многоэлектродные машины имеют от 10 до 20 транс форматоров мощностью по 150—250 кВ-А, которые вклю чаются одновременно на часть электродов и после сварки переключаются на другие электроды. Общая мощность многоэлектродных машин, сваривающих поочередно не сколько сот точек, достигает 2 400—4 500 кВ-А.
Машины для рельефной снарки имеют мощность 150— 000 кВ-А при 11В - - 20 % и 800 кВ-А при ИВ -- 10 "о. Для шовной сварки роликовыми электродами приме няются машины мощностью от 3—18 до 50—500 кВ-А. При стыковой сварке или сварке с оплавлением ток черев зажимные электроды подается к соединяемым концам, образующим стык, концы оплавляются и свариваются за t-чет осадки, т. е. сжатия стыков, нагретых до сварочной температуры.
Для толстых сечений применяются сварочные стыко вые машины мощностью до 600—1 200 кВ-А при ПВ —
— 40°о и до 3 X 500 кВ-А для сварки стыков стальной ленты. Стыковая машина мощностью 1 200 кВ-А разви вает сварочный ток 300 кА и давление при осадке 380 тс. Режим работы стыковых машин относится к резко пере менным: график работы мощных стыковых машин харак теризуется резким пиком нагрузки в момент осадки, до стигающим двух-, трехкратной величины нагрузки в пе риод оплавления. Действительное время самого процесса сварки колеблется для различных машин от нескольких герц до нескольких минут.
Повторно-кратковременный или резко переменный ре жимы однофазных нагрузок сварочных машин создают затруднения в системах электроснабжения из-за ко лебаний напряжения и несимметрии в трехфазных сетях.
Более благоприятными получаются сварочные уста новки с применением трехфазных полупроводниковых или ионных преобразователей тока и с применением игнитро нов для преобразования числа фаз и частоты сварочного тока. В первом случае применяются понижающие трех фазные трансформаторы с мостовой трехфазной схемой выпрямления, в которой постоянный ток до 100 кА по дается на электроды машин. Во втором случае приме няются машины с преобразованием числа фаз и частоты с помощью шести игнитронов, включенных по схеме рис. 3-7. Управление сетками игнитронов производится так, что одна пРловина игнитронов (/, I I I , V) пропускает только положительные полуволны, а вторая (II , IV, VI) — отрицательные. Пропуская определенное количество сна чала положительных полуволн, а потом столько же отри цательных, получаем на вторичной обмотке сварочного трансформатора переменный однофазный ток частотой 5—15 Гц (рис. 3-8). Такие машины мощностью 400—
87
2 |
000 кВ-А создают трехфазную симметричную нагрузку |
|
на |
сеть с коэффициентом мощности 0,9. |
|
в |
|
Напряжение питания контактных сварочных машин |
машиностроении 380 В. Они являются потребителями |
||
2-й |
категории. В машиностроении машины контактной |
Рпс. .3-7. Схема сварочной машины с преобразованием числа фаз и частоты.
1 — регулировочный трансформатор; 2 — игнитроны; з — сварочный
трансформатор.
сварки, кроме осооо крупных, перемещаются при измене нии технологии и требуют устройства специальных цехо вых сетей.
В металлургической промышленности кроме. стыковой сварки стальных лейт сварка применяется при производ стве труб из полос с продольным или спиральным свароч ным швом.
Л Ш Y I Л І
Рпс. 3-8. Кривая тока низкочастотной сварочной ма шины при получении частоты, в 5 раз меньшей частоты сети. Цифры указывают номера .игнитронов.
При контактной индукционной сварке токами высокой частоты (450—500 кГц) ток от лампового генератора мощ ностью 25—300 кВт подводится через контакты к кромкам шва и проходит не но периметру трубы, где большое индуктивное сопротивление, а по краям кромки как но
88
быфиляру (рис. 3-0), при этом кромки непрерывно нагре ваются, трубы обжимаются и свариваются.
Применяется также индукционный нагрев труб для сварки, при котором свернутая заготовка проходит через индуктор высокой частоті.і (4—20 кГц) мощностью до 200 кВт, нагревается и обжимается до сварки. Для электро сварки сопротивлением труб диаметром до 400—600 мм к заготовкам с продольным швом подводятся дпски-элект- родьг, вращающиеся вместе со сварочным трансформато
ром |
мощностью |
4 400 кВ • Л и |
|
|
|
|||||
производящие нагрев |
и сварку |
|
|
|
||||||
стыка. Повышение частоты при |
|
|
|
|||||||
сварке труб сопротивлением поз |
|
|
|
|||||||
воляет увеличить скорость свар |
|
|
|
|||||||
ки; |
применяются |
установки |
|
|
|
|||||
шовной сварки труб при ча |
|
|
|
|||||||
стоте |
до |
2 500 Гц, мощностью |
|
|
|
|||||
3 000 |
кВт. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наибольшая |
мощность |
по |
Рпс. 3-9. Схема сварки труб |
|||||||
лучается |
при |
электросварке |
током |
высокой |
частоты, |
|||||
труб |
большого |
диаметра |
(до |
проходящим по кромке шва. |
||||||
915 мм) по способу, называемому |
Стрелками показано место под |
|||||||||
вода тока в. ч., пунктиром — |
||||||||||
«вспышкой». |
Заготовка |
трубы |
путь тока по кромке стыка. |
|||||||
длиной 12 м, согнутая на |
прес |
|
|
кромок |
||||||
сах давлением до 11 000 |
тс, нагревается вдоль |
|||||||||
электродами |
от |
12 |
трансформаторов |
мощностью по |
||||||
1 000 кВ-А |
каждый. |
После |
оплавления |
кромки |
сжима |
ются и свариваются с большим выбросом искр расплаш ленного металла «вспышкой», мощность которой 12 МВ - А,
а пик |
сварочного тока достигает рекордной величины |
1 500 |
кА. |
Режим работы сварочных машин в металлургии резко переменный. Напряжения питания сварочных установок в зависимости от мощности и типа сварочной установки (высокочастотной или промышленной частоты) 380 В и 6—10 кВ. Расположение постоянное, категория 2-я.
3-3. ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ УСТАНОВКИ
Электролиз применяется:
а) в цветной металлургии для получения легких и ра финирования тяжелых металлов;
б) в электрохимии для получения хлора, водорода, тя желой воды, кислорода, фтора, калия, натрия и др.;
89