透热用感应器设计计算软件有关参数选择说明

1. "步进式"与"周期式"的选择

透热感应器在设计时尽量选用"步进式",这种方式运行时总效率可高达55～70%,且对中频电源运行波动量很小。选用"周期式"按热态时μ=1计算,此时运行总效率只能达到30～40%。如果工件直径很小时，总效率将更低，这种加热方式对中频电源运行参数波动大，有时还要考虑配置功率因素自动补偿装置，对设备投资费用及运行费用都将增加。

2. ."T"工件表面终温的选择
   1. 锻造时,一般根据用户要求来确定T数值,T数值范围在1100～1250℃之间, 小直径工件取低值,大直径工件取高值。
   2. 蓝脆或热脆下料时T值=T1+T2，T1值为工艺要求下料时温度，T2值为感应器出料口棒料的温度传送至剪切模具处的降温温度值。
   3. 金属热处理时T值=T1+T2，此时T1值为按常规电阻炉或可燃气体加热炉规定的热处理温度值，T2值为感应电炉快速加热时的调整值(一般取50～100 ℃)。
3. 线圈层数"N"的选择

磁性钢材在居里点以上或有色金属感应加热时，必须选取N=1，磁性钢材在居里点以下感应加热时，可以取N>1(一般N≤3)。

4. 生产率"G"的选择

一般透热炉的生产率G按如下公式计算：

s──节拍,单位"秒"

g──单件重量,单位"公斤"

5. 最大径向温差"T6"的选择

一般工件锻造时,应选择T6=80～100 ℃

蓝脆或热脆下料时,由于感应器出料口至剪切模具处一般有一段距离(约0.5～1.0米之间)可用于均温,故可取T6=60～120 ℃(小直径的棒料对应T6值可大些)。

金属热处理时,一般可取T6≤50 ℃

工件用于挤压穿孔时,对温差要求较严,一般可取T6≤35 ℃

6. 计算频率"F"的选择

按屏幕显示的最佳频率F0或标准频率F1选取计算频率F，在满足心表温差的情况下可取F略大于F0,此时总效率较高,有时为了对比两种不同频率下的方案,可以计算两次进行对比，以便选取最佳方案。一般中频计算频率（F）按设备额定频率（FH）的95%选取，即F=0.95FH，若为中频发电机组时，则应按该设备实际频率来选取F值。

7. 工件最小加热总长度"L2"选择
   1. 按第5项选定的T6值，从屏幕上选取对应的L2(cm)值,实际输入计算机的值,应大于或等于屏幕上给出的L2值,并还应考虑下列因素：L1(线圈长度,单位cm)=L2+K0×(0.4～0.8)×D1，式中D1为线圈内径,单位cm；式中K0=0,适用于760 ℃以下磁性材料加热,不考虑端部补偿；式中K0=1适用于760 ℃以上步进式加热,只考虑一端的补偿；式中K0=2适用于760 ℃以上周期式加热或有色金属加热,考虑两端的补偿。

一般标准炉型L1尺寸如下:

L1=35+N0×40 (cm)

N0为0～6整数,当L1>275(即N0>6)时,应考虑设计成2台感应电炉并联运行。

8. 如计算结果得出的L1符合下式：(式中A0为绝缘修正系数)

实际选用的铜管宽度H(mm)×W(匝数)=10×A0×L1则可不再计算,否则需重新调整L1及L2值再作一次计算.

9. 铜管壁厚"B2"的选择

屏幕输出M1及1.57M1(cm)值,选取B2值,应介于两者之间较为合理,若小于M1值则铜损增加,若大于1.57M1则浪费铜材。

10. 绝缘修正系数"A0"的选择

初次计算时A0可选择0.85,待计算结果得出后,计算出实际A0值:

下次计算时按实际A0值输入计算,此时得出的结果更为精确。

11. 铜管等效厚度"B3"的计算

屏幕上输出许多种铜管的规格,括弧内数字即为B3值,可直接选用,若屏幕上没有的铜管,B3值可按下式计算:

12. 线圈内径"D1"的选择

D1=D2(工件直径cm)＋空气间隙(一般取0.5～1.0cm)＋

水冷导轨尺寸(1.2～1.6cm)^①＋耐火套两边总厚度(cm)^②＋

硅酸铝棉厚度(2×0.5cm)+玻璃丝带厚度(2×0.25cm)

注: ①D2≤4cm时可以不安装水冷导轨。

如选用凹炉衬,水冷导轨尺寸可取0.6～0.8cm。

②磁性材料在800 ℃以内加热时,可不用耐火套,选用δ=2～3mm开口不锈钢管 作炉衬.

③磁性材料居里点以上加热或有色金属加热时,一般应控制D1/D2≤2,否则总 效率将快速下降。

磁性材料居里点以下加热时,可取D1/D2≤3,总效率仍将很高.

13. 感应器线圈长度"L1"的选择

屏幕上显示出L1数值是按第7项a)中的L1公式计算出的结果值,考虑标准炉型L1尺寸,作少量调整后输入L1数值。

14. 感应器电压"U"的选择

一般可按下式计算：U=UH－5%UH=0.95UH

UH──电源设备的额定输出电压(伏)

15. 计算结果分析
    1. 一般先给定U值即可得出匝数W,铜管宽度H,电容值C及选用电容器的型号,台数.

若选用铜管宽度与H(mm)相差较大,则实际的匝间绝缘修正系数,再次精确计算时,A0必须按此实际数值输入计算机。

若计算出的铜管宽度H数值太小时,没法选取此种铜管,则下次计算时必须将L2值适当增加。

若计算得出的铜管宽度H值较大时,可以采用两根铜管并联绕制的方法。

16. 有时用户要求将两种直径接近(一般相差5～10mm)的工件共用一台感应电炉,则先按直径较大的设计感应电炉,此时生产率为G1,在U=U1=0.95UH值下计算出匝数W1。再用上列感应炉参数来核对较小工件直径时,其生产率G2应取0.9G1左右,输入电压U时应使U=U2=W1×U0，(W1为计算大直径工件下的感应器匝数,U0为计算小直径工件下的每匝伏特数),将U=U2值输入,得出小直径工件下的计算结果。
17. 感应器由中频淬火变压器二次侧供电时,一般中频变压器的二次额定电压为50伏及100伏两种,考虑中频变压器在额定电流下的阻抗压降为30%左右,故设计时采用的中频电压U2≤35伏(对应U2H=50伏时)或U2≤70伏(对应U2H=100伏时),用U=U2值输入计算机时,由于U2值很小,固须补偿的电容量C2很大,而实际电容器C1是与中频变压器一次侧并联的(指并联逆变器时),此时若电容器C1上的电压为U1值,则C1值按下式计算得出：

　　　(C1及C2单位均为微法)

设中频变压器空载励磁电流为20%IH,则

式中: SH──中频变压器的额定容量(KVA)

UH──中频变压器一次侧额定电压(V)

F──运行频率(HZ)

C0──补偿中频变压器空载励磁电流所需之电容器(μF)

故总的中频变压器初级并联补偿电容值C=C1+C0 (μF)

18. 计算结果中,P2为热损耗功率,P3为电损耗功率,总损耗功率为P2+P3,炉体水冷回路的数目应按下列三个因素来确定其数量:
    1. 进出水水温差值,一般进水温度按30 ℃,出水温度按55 ℃(软化水可按60～65 ℃设计);
    2. 总损耗功率P2+P3;
    3. 所选用铜管水流截面积大小。
19. 感应电炉线圈电流I在空载时(炉内无料)与负载时(炉内满料)相差数值不大,故其电损耗功率P3可当作与空炉损耗功率接近,可提供给设备调试人员参考用。

线圈电流I数值的大小可提供给炉体设计人员选择母排宽度用(确定母排是否需水冷),母排厚度应≥1.57M1

20. S9（平方毫米）为铜管管孔流水面积，双管并绕时S9仍为单根铜管管孔流水面积。
21. V（立方米/ 时）为感应炉所需之冷却水。
22. S8（水路数）为感应炉所需之总冷却水路数，不包括电容器、导轨、及中频变压器所需之水路。
23. B7(CM)为线圈径向铜管外直径处距引出线之间的最小距离，为使分布电感值小，设计时尽可能取较小值。
24. W0为由于引出线分布电感影响，而所需减少之匝数。
25. 感应器线圈设计时,分布电感对设计参数的影响.

感应器线圈设计时,应尽量减少线圈分布电感数值,否则将增大设计电感值,影响设计参数及运行数据。要减少分布电感值,必须使线圈进出线之间所包容的面积尽可能小，若感应器是由若干个线圈串联而成,更应注意配线时使其总包容面积为最小,在频率较高时分布电感的影响比频率较低时更为严重。

26. 工件截面为正方形的坯料透热用感应器的计算(居里点以上温度)

此种工件仍可使用EII1文件(即圆柱形工件,居里点以上),使用前应先将正方形工件等效为圆柱形工件,等效原则如下:

27. 将正方形四边边长之总和与圆柱形直径D2之圆周长度相等,即可求出工件等效直径D2；
28. 按正方形工件之重量与生产节拍计算出生产率(kg/h)；
29. 线圈等效内径D1等于D2加两倍正方形工件与正方形线圈之间的间隙，其它计算与圆柱形工件完全相同，计算出的结果即为正方形工件及线圈的感应透热炉数据。
30. 工件为钢管的感应透热炉的设计计算(居里点以上温度)

仍可使用EII1文件,使用前应先按下列公式计算出此钢管的最佳频率

式中:：ρ₂为金属的电阻率 (Ω·cm)

R ₂为管材的外半径 (cm)

τ₂为管材的厚度 (cm)

由上列公式计算出的F0来选取计算频率F,输入计算机(此时用EII1文件中计算得出之F0及径向温差T6可不考虑),一般钢管的径向温差均可达到要求,可不再计算;其它计算与圆柱形工件完全相同,计算出的结果即为钢管感应透热炉的数据。

31. 钢管低温加热（0 ~ 760度）时，在选定频率F后可用4号文件计算，或选用几种频率计算，将计算结果进行对比，选用最优方案下的频率及计算数据。
32. 用4号文件进行计算及调试前，感应器内必须先放入冷料（760度以内，即居里点以下）；在生产结束前先放入试验用料。总之不允许空炉进行调试和生产。

 

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