陶瓷锌锅感应器加热原理分析
陶瓷锅锌加原理热分析袁
民新李九,,岭晓汪林(
武市汉吉瑞工科技化限公司有,北武汉, 湖304074
一)前、 言目前钢带连续镀锌热作业均线采用陶锌锅瓷,是它镀热锌组中的重点机设备而,工频芯有应感器又 锌锅是提热供的源心。因脏此了,解陶瓷锌感锅器应热原加,对陶理瓷锌锅的护及使用维有着重 意义。要 、二瓷陶锌感锅器应沟内熔液的锌流动与热 加热镀锌工在具中只书简要地有叙述: “感应加热体当的次一线通圈电时熔沟,的内态锌由于液产 生应感流而被加电。同时,一热电次又流生产一个磁场通过,磁场用作使,为作二电次的流液锌按 一定方照发向运动生。 ” 。均但有没详细明锌阐的运动液的动来源力其及动流方向的。过我通多们 年的工作实践且反复验证,并已证明 陶瓷锅感锌器应内锌液是从中熔间沟出喷 ,而从两熔沟流边。 1.入 应感器的流喷式 设感形应熔器沟从到左分右别 为LN、--NMR-N、(L-,左M中-,R间右,--公共N点 ) 见图 1、。图 2
。图1
应感侧器剖视图
1
-料;捣-2沟;熔3-线;圈-外4壳5;-外壳法兰
孔图2
感应
器视俯
图1
外壳;2--熔;沟3-线;圈-铁4芯;-5外壳法兰孔从 图1 以可出看熔:沟L- 、M-NN、-R N径直致相大且都充等满锌液,图有 2的熔沟 中L、、MR
1
是对应
图1 中的 熔沟 LN-M-N、、RN。电流为-频工50 H z交的流。 电2.锅中锌液锌的热 加电频流率 为0H5z的 交流电正弦形图见图,3。
图3
频工流交正电弦
图
电源设流为 电=iIsimn(π×20t)=5Isin(10m0t)π,现安任选t=t0 则从, 3图 可看中 出电流 i向正有且增加趋势那,么产它生的通 B磁0t(见图2 中虚线 箭头也有增加趋)势B,=Bmins (010t)熔π沟作为次线二圈就有应感流产生电,所生的感产磁应 Bt0′通用是削来弱Bt0 。由 图 的2可 断判出两侧线的绕向相圈反,名端相同,即 连aa-相连, b- b相,连在图2 中的黑 点圆是 就名同端。一般喷流感应器的型 个2线圈的绕相向,反需名端同相,并联连到接电,以源到达磁场 叠。若加 2线圈个绕向同,相则须必尾相连首,联接串电到源,样同达到磁场叠。加则,否磁会抵 消场线圈,成了就电阻纯的线导,如冒果然接电通源就,产生很大的会电,导流致毁感烧应的器果后 。磁缩力的方压向从是面指表向体的导轴,线压力缩在沟熔线轴上到达最大而在,缘边最。小 作其结用果,在近熔靠中心最沟强,沟熔外侧较弱熔。沟面不同,截其通过的流密度就电不同熔沟 ,各中点受力大不小同另外,在,熔出口处,沟截的变化面率越大,则该处液受锌的压力到就越大。也 沟中熔锌的液动流方是向从力压大处向流力压较小
处。以,所熔中沟的态锌液的流在动微上观 是沿着都轴线从锌锅入熔沟,并沿进熔着沟壁从外熔压沟锌入。而锅宏观在上总,是从体沟中压 力熔大出的口流向压力较小入的口。流型喷应器感就根是据学力算改进了计沟熔的截形面状,整调 了熔沟出口位横截部面变的化及率转角从而,高提熔沟中了锌的液流,速到达从中熔间沟流喷入进 锌锅的计设标目。 上终述所,知应个熔三中沟 L左、 R 两右熔沟断的积及面直垂长是度完相等全,的中而间的熔 沟 M面积断比侧稍两微一点大目的是,为了两使熔侧沟的锌更液便地利流。入为了 于推理首便先假设图2 中三个熔沟的 断面相积等,即 L=SSMS=R, 并且假设也熔内锌沟液不 动,流分现如下:
析2
R
电
流 L =iRii =, 间熔中电流沟 i Mi=+LiR 2=iL 2=i =R 2i 所以功,率P =L 22 中间熔,沟功率 PM= i M R =4 i R在。何任同时相间ΔT内, 产的生热为量:
R P =
iQ
4M L Q4 R Q4Q 在此
间Δ时T内 熔,沟中液温度锌升的高值:为
t M 4 t L 4 R tt4
由此可看以出间中沟的熔温是每升熔沟侧的升温的 倍。 4上以在是假熔定内锌液不流动沟温且度升 而高电率阻变的不情下况出的推。实上际,由于液锌度的温高升,阻电也随之率大增,即简可 单作出下如正推理确(高如数等中学的势推趋) 理: 锌液温升高后度,升ΔtL温,ΔtR, ΔMt(:注为升高为升高得更快) 那么电阻率,Lρ ρ,R, ρM那么电阻 R L ,R, RMR 进而ΔtL,ΔtR′′Δ,tM(表示′电率变阻之化后温升情的况
)
2
.3感应器 沟熔锌中液的动流 现定熔沟假L-N M-、、NR- N的中锌都固液不定,动那么从升情温看,其体积况然必膨胀 :ΔVL ΔVR,,Δ VM由于通电 膨之胀三前沟熔锌内液密的度同相,即γ=LγRγ==γM 为因升温快越,胀速膨度就快越,所锌以膨液后胀密其也度生发变,即: 化γL′, Rγ′,M′γ 锌液膨胀后而熔沟水平段的密中与度右左熔内锌液沟的度相同并且密远大中于间熔沟的度密, γ即水平=Lγ=γ′R′>>γ′,而锌M锅熔内沟出附近的锌液口力是压于处一致(的等于大气 加压上液的锌力 h压γ , )此在中间由沟与水平熔熔沟的液锌之间产生密了度差, 此因就是也生了产压 力:差
P
L= RP >PM
可>在见力差的作用下压中,熔间沟 -NM 的锌液就迫被挤出,就流到锅锌中挤出,方向从 N 到M 留,下空穴的由侧熔沟 两-LN、RN -锌的液填进补来从,而导致两了熔侧的密沟进度步减一,少那么锌锅 内密一度的致液在锌密度此的差作下用,进熔沟 L-N入R-N 、得到填充了,
因此就成形锌液 经加热了后从间中熔喷流出沟而,从侧流两进入结果的。这周而样始复止不的息喷流是感应器就熔 沟锌中的液固流定动式方显。然,外电流加大,越喷速流就度快,加热能力越就强。越造锅制体时 ,然虽间中熔的断面积比两沟侧沟的熔面积稍大断一些 ,但用应实践证明 ,上推导述的结果依然适。用 .4沟熔内次电流的计二算 槽沟式锌感应锅器工作原理与的变器压相似。 在磁导体的芯上安铁了多匝的置一次绕组即感应 圈线二次绕组就,熔是内流沟的锌液,给感动应线圈通工频交以电流之后变,熔中沟就会应感低 电压,大出电流n1:。n2=I:I21同, 时n:1n2U1=:2。U即电流匝数成与反比,电与压匝数正比。 2成 感器就因熔应通过沟大的电流很作而,其功热的发功:为WI=RT 即所。功为流经作熔的电沟流的 平乘方熔沟的以阻再电以乘间。熔时中的热又沟通过传和对导的流方式送传锌到中的锌液锅 由。压变器理原可知作,二为线次圈熔的沟只看能作一匝线,圈而一线圈匝数次定设为n, 一般 应器一次线圈的感数匝 为7~18 1。匝现以 一次线 1圈7 匝为,计算例下如: ()电流1I 熔沟 I/ 圈=线/n=11,7以 I所 熔=沟71×I线 圈 正在生常产,中应感器低温电保为流IA= IB100≈A,则 I沟熔17=0A,0I =中4300 A(2电)压U 熔沟/ U圈线1/==n117,/以 U 熔沟所U =线圈17 /正在常生中产,应器低保温感压电低最能低不 于80伏 有。厂家规的为 1定0 0,伏就更有保 障了。那按照8 0伏算结果计如下 : U线=8圈V0所以,U 熔沟= 80/71=4.7V因此 沟熔电中压极低,为即全电压,而电安是沿流短最路线通流的,以所没触有电感的觉。 短最线路可这样理以解:将若棒伸铁锌进内操锅甚作插至到沟熔内,图见 4。
图4
将
铁插棒进沟内熔的意示
图图如 4所 示铁将棒插锅内进甚,插入至熔沟,由于该中熔沟内电很大,A流、、C B为三熔沟个
3
的流流电出,而锅点 内、B A或 点、CB点分别 以线 段BAB、 C最短,为以所流电在锅沿 内BA、CB 流 通 ,且况锌锅的体导断面相比于熔沟的断面说来以可是说穷大无, 此锌因锅内的阻几电为 0 乎姆欧, 成熔造沟短外路因,而不外会而使人触电泄其主。要原因是沟熔A 、、CB内的电 压对相于的电人压只 有4 伏 ,而分其流电的压乎为几 伏。另0,外锅内任取一金属线路选其,面相当断大电,阻几 乎 为 0欧,姆所以可证以明操人员作不会触,电见 图。5
5
图沟熔内流电熔及外沟电沿锌锅的最流线短路导示通图意
单其熔侧沟功率计的算如下 :P熔沟 =710A×047V=..79KW≈98KW 线的圈率计算如功:下P 线圈1=0A080V×8=WK 计结果: 算 熔P
沟= P圈线电阻 计算下: R如熔 沟=Pi/228=00W/0(7100A×7010A)=00.206Ω7=.26mΩ7众 周知,所棒的铁阻电远比液态的锌高,所以铁率棒当于大电相阻隔阻电流传了导到人因而 ,作操员人就没有电触可的。 三能、感应体相流电线、电流相电及压线电压平、的计算 首先分析衡电阻、纯电容纯纯、感电电路电的压与流电关的系下如:1 根据 .UIR= 知可在电纯阻路电中,流与电压电同是向。的 . 根据电容2式 C公
,Q出 Q推 C U ,设 = U ums n i ,t则 U:
i
=Q =
d
(Um si n t )Q ddu Cu dd sn ti= = C C== CUm I m=c so t d= dttdt tdd t
I m sn(
i2
t ) =I m sn(t
i
2
)
其,中 I, m = C Um 。
()1若t 在第 一限象, 内u = Um isn t≥ 0,则i = I smn(it (2) t 若在二象第限内,u =U m sin t ≥0,则i = m Isi(n t3)( t 在第三象若限,内u = mUs i tn ≤,则0i = Ims in( (t4若)t 在第四限象,内u = U smn it 0,≤则 i =Im s ni( 所以纯t电容路中电流超前电于压电 90。°
2 2
22
) ≥0 ;) 0; ≤)≤ ;0 ≥)0
;
4
.3电感式公 = Lu
di
, 设i = I sim n ,则t :td
u =
Ld =i
Lt
d
(d I sim nt ) d sn i t= LI m = m Ucso t = Umsin ( t )=U m si n(t )d t d 2t2
中,其U m= LIm 。 ()若1t 在一象第限, i内= mI sin t ≥0则, u= U sin(m t(2 )若t 在二象第限,内i = m Iis t ≥n0则,u = Ums i(nt ()若3 t第在三限内,象i = Im is t ≤n0, u则= m Uisn(t ()若 4 t第在四限内象, i I= msin t ≤,则0 u = Um sin(t
2 22 2
) 0≥;) 0; ≤) ≤0 ) ;0≥;
由此得出纯
电电路中电感超前于电流压 90°即,流电后于滞电压 9°0 。于感应由器的率较功,大 般一为 2045~00W, 为K保证电了网中相电路的三衡平不感因器应运的行而受 到影响需要对,另两相做外无补偿来功平衡该网电。要想 到达相电流三全平衡完必,满足下须列三条件个: (1感应器)的率因数必须补偿功到1 这相当,感于应器是纯阻性载,即负电与电压流相位同, IAB 与AU 同相B (2) ;平衡容器的电功无率功平衡和抗器的无电功率相功,等 且感为应功器的 1率 3 即 /QC=QL=P/ 3 , 目其的保是线证压电、相压、电电流、相线电流矢量和均为0,即保证线电 、压相电、压 线电流相电、均处流平衡状于态特别是高,功感率应更是如此。 器(3)序必相连接正须确按照正相序依次,连接应感、平器衡容电、器平电抗器,如感衡器接 在 AB应 相则平衡,容电器接在 B
C ,平衡相抗电接在 CA 器相。具方体为法:第 、一感器接在应A B 相之间,、于由感应是器圈绕制线,感大性,率功数因低,在就感器 应上联相并适应补偿电容,使之呈的性,阻并且功率使数等因 于,这1功个率因就数操是作制箱上控的功 率数因表的数。读为了 能方地调便节率, 功接直将三电源利用三相自偶相压调变器降成压8 V、 200V、030V8等有抽 头三级的调的可、低、高功率电中源,并利用控制电且路感让器应系在统任何时刻 能工作在一只种态:状低或功、率中功或、率高功或。率第二、 于 A、由 B接大相功率的电器势,必破其他坏两的相衡,所以在 B平C、相 间接之衡平电容 ,C、A 器之相间接衡平电感器让,B C 相 和AC 的无相功功与 率BA相的有 功功率平相衡。接线 理原见图6。
6
图三相电
路三的形连角接示意图 5
在图
中:6IA、I、ICB 线电为;IAB流IBC、I、C A相为流;U电BA 线、BCU线、U CA线为 电线压;AU 相、BUB C、UCA 相相为电压,相在三形角接连中,电压线于相等电压即,U:BA 线=UA 相B、 UB 线=UBC C相 U、AC线=UC 相,因此就A成 写UA、UBBC、CA。U为 保了电证时刻处于平路衡状,态要求B 、CCA 两相电的抗相等是,并的等于 A且B 相阻电 的 倍3, 即 XC=BCAX = R3BA在,这种态下,三相电状流的标是不都量相的等, I即BA 3=IBC= 3CIA 从图。 7 可以列中出矢方量式程 I:A I+C =IAA B 即IAI=BAIC-AI BI+B =AICB I即=IBCBIAB-I CIB+C =CIA即 C=ICA-IBI C外,此因UAB、 UCB、UC 相互A为1 0°,2 故ABU+UB+CCU=0,即A线电压相电压、量矢和为 0均也就 是说,线电压、相压电于处平衡状。态 根据上述量矢程方可进式一作出步 在QC=LQ=P 3 /件下电条电流理压上的矢量论图见图 7。,
图7
在
一定件条下压电电理流上的矢量图论
合图 5结图 、 具6体明说下: 如1)设(UA 为B X正方 ,U向CB 为120° UC, A为120-°且标量 ,ABU=UC=BUAC那,么,UBAU+BC+UAC0=;(2) 、B 之间A感应接线器+补圈电偿,实容际功率其因等数 于1,阻呈性,此,因IA B与 UA B同, 即图向 01中 ;段( 3B、C 之)间接容,根据电容性纯特,点流超前于电压电 90,°因此,BI C前超U B C90,即°图 中0 段,2以并 2 段的0度为单长位 1作 单圆位,同它滞后时UCA 0°,3为因 90+°30°=21°0;那 么,AI B长度为 的3; (4C、)A 间之电接感根,纯感性据点,电特滞流于后压 电09°因,此,IC 滞A后UC 90°A即 ,图中 30 段同,时超前 它BCU3°0 (;)5由于I AB=3 BIC 3 I=C,同A 时CAI超 I前AB15°,0BIC 滞 后IAB105°I,BC与 IA C的矢和等于量-I AB,如所示图的I-AB所以,IAB+,IB+CICA=0,相即流矢电量均为和 0也,是说就相电处流平于状衡
态。 ()因 IA=I6AB-IC=A IB+(AI-CA ),-CIA 就 是50 ,所以段I A就 0是AI段 (7);同理,IBIBC-IAB= =BCI+(-IA)B ,所 I以 就B是 0B I;段( 8)C=IIC-AIB=C IAC+-(BIC )-,IB C就 是0 4段,以所IC 就是 I0C段。 从图 7 中可看以出IA,=IB≠C,IAI 后滞 UBA约 9°,I B 滞 后UB A 约17°1IA,与 IB 相 约 差62°1 IC, 垂于直 ABU可以,计出 算AI=I=B7 IC ,同时也可以证明标在量上IC=I,BA=IC=IBA,C所以 AIIB
=6
=
7/ 3AI=B7 / 3IBC= 7 IC A 7=I C从,图 8 中以可看 IA+出I+BC=0I,线电流矢量和均即 为0 也,是就线说流电于平衡处态状通。过以上的述叙可证,: 明U∑线 =,∑0 相U0,=∑即 U0 ∑= 线I0,∑= 相I0,即=I∑ = 即0相当力学中于平的定律衡∑“=M,∑0=0”一F样,果如路中电时同有∑U0,∑I== 0成 的立话则电,就是平衡和路稳定。的此平衡建是在立件“QC=条QLP=/ 3 ”础基的上。果将如 功率条换成“件Q=QCLP=”,下 面作进将步推一导。为因QC =LQP,=就要求 ABBC、CA 三相的、抗 是电等的,即相RA B=BC=XCAXZ=在这,状种态,三下电相流的标都量相是的等即 I,B=ABI=CIA。 从 C 7 图还中以可列出列下矢量程方式 :IA+ICA IAB = 即I=AIA-ICB IA+IAB B=BC I 即I=IBCB-IA ICB+ICB =CI 即 ICAIC=-IACB此 外 因ABUU、B、UCCA 互相 12为0°,故 UABU+B+UCA=C0,线电压即、相压电量和矢为 0均,就是 说也电线压、电相压于处平状衡态Q。CQL== P情况下压电电流理上的论量矢图,见 图。
88图
CQ=LQP=情 况电下压电流论理上矢的图
图 量8 是电压电流论上的矢理量。具图体说如明: (1下) U设A B 为X 正向方, U则BC 为1 0°,U2A 为-C210°且标量 UA,B=BCU=CU,那A,UA么+BBU+UCCA=0; ( 2)AB 、之接感应间线圈器补偿电+,容实其功际因率数于等1,呈 阻,因此,I性BA 与 ABU同向, 即图中 1 段0并以 0, 1段的长为度位 1单作单 圆位; 3)(B、 C间之电接容根据,容性特点纯,电超前流于电压9 0,°因,此BIC 前超 BU 90C°即 图, 中2 0,段同时它滞后U C30°; (4)A、CA之间接 电,感根据感纯性特点,流滞后于电电 压0°9,此因I,CA 后 滞CUA9 0°即,图中 0 段,同时3它超 U前BC3°0 (;)5于 IA由=BIC=BCAI,同 时I A 超C前 AB1I50°IB, C滞后IAB 501°,IBC ICA 与的量和矢于 等3IA , B如图示所的0 9线段,所以 ,IABIBC++CAI0≠即,电相矢流和量不 为0也就是,说相电流有没处于衡 平态状。 6(因) I=AAI-IBA=CIAB+(- CAI ),IC-A 就 是5 0段所以, AI就 0IA是段 ;(7 )同,I理=BBCI-AB= IBI+(C-ABI )所, 以B 就是I I0 B段 (;8IC)IC=-IABC= CAI+-IB(C ),-BC 就I 04是段, 所以IC 就是 06 线段
7。
从
8图中可
以看, 出IA=I=BIC, A I滞后 UBA为 51, IB °后滞U A 为 B65°1, IA与 IB 的 角为夹1 05°, IC 直于垂UA ,可以B计算出IA I=B= 3I ,C同也时以证可在明标量上,I=ICBA=BIC=CAI所, I以=AB I= 2 I3AB= 3 2IBC=2 3CI= 2A 3 I C从图, 8 还中可以出看IA +IBI+C0=,即线 流矢电量均和为 0也,是说就线电流于处平衡态状通过。上以的叙述证可明: ∑U =0线,U 相∑ 0,=即∑U= 0∑ I=0线但∑ I ≠相0,于三相相由流电量和不矢低于0, 也就是,说电流不相衡, 平样这电路有的平衡系统使漏和击穿电电的器险,危此因般一采用不。四、感 器功率应的算计 .电阻1功率
P
iut d Um si n Itm s in tdt U mI m si n2 ttd U I
00 0
T
T
T
U I0 U
电I功阻率于有属功功, 率 PUI 单,为位或瓦瓦。 千.2纯电容功功有
率I TUc os2 dt t22 0
P idut U mins It msi (nt 0
0
TT
2
)
t 0d
Q
U II X2
3纯.电有功功感率
2 XU
P u di t Um s int (
0
0
TT
2
)
I msni t td
0U2
UQ I X XI
2
上述由以看出可电,消耗阻能电,纯电、纯容感电不消耗能,电它但有“吞们吐或”者说换交电 能的能力。真正的 纯容、电 电感纯不是在的, 存它们或多或少的电阻有而只是消一小耗部分电。 AB 能接相感器,应作其用将是电能磁经再场转为锌化的液热能,属于有功功,率单位为瓦千BC 相 。电接器,其作容是将电用以电场能储存能来起且与并电互源相交能换量C。A 接电抗器相,作其用是 将能电磁以场能储起存并且与来电源互相交换能量因。此,C B相电的器容 与CA 相的抗电能器够 一起起平到衡作用需。要说的明:是 第一,操作上的 台、B、C A三电流个表是量某功率测档线的流的电可,以出在看柜中间左排母 ( 相) B、柜右后前母排A(相、 C相) 各一个有测量线电路流的线圈。 第,补二电流后是 AB就 相接连应器感的流,电见下图可,看出后以排母( A相)端右线圈,的而 右端电的缆是连感接器应。的 第三补后的,流电 AB 相与的相电流IA B 是回事两,两并者相不等的经。过述上推导 第四,,应器感竟毕是用体的实际具带的有定电一阻的抗电器电容、来匹的配因而,能做不到太精 的程确。度也就说,是AI 呈现B弱感,性IA B与UAB 几度有夹的角,且 并ABI在 第象限四。样,由于同 电、电容抗大小的不一定全匹完并且都配有电,阻么那其电与流压电的夹角大于 09,°所功以率因 也只数接近是于 1实际,的三上相衡平只是大也致的衡平,有没或很者少出完全现的平衡态。状这 大致种平的衡能够保感应器的正
证常运行,同对时外网影的响也不大。 太五、瓷陶锌锅感器应的用使维护 与1.应感器必须是总处通于电状态。输 电入源应 380为V5±%即,最小为 值61V3,大值最 为399,在V功率高的情况下,压最高电不
8
得
超 过99V,3 产生源和事故电源必须电同相是旋。转若旋转 方不向对将 R使 S、、 三T相流电不平衡 ,并会引起且主电自源偶压变、电抗器、电容器器生故障发遭致损并坏。2.功率 因补偿数 应器感的功因数率须必偿补 到,这相1当于感器是应纯性阻负,载电即流电与同相压,位ABI U与BA 同相同时,补后的偿电流I 般一等应于I A I或 的B2. 12.4 倍~,cos应近似等ψ 于1.0; 3. 沟的清理 当熔载功负率数因于大-.50时 就,使应专用用具清理工沟熔,若专用 具工不插进, 可使用去棍清铁理 当,心要碰坏熔不沟内。壁清理之后熔沟,断积面大了增,时负这功载率因数恢又复-0.到4 7右;左 .感应器4线圈的冷 感应器却线圈的有一台专用都风进行机冷, 此却机风须一直必于处转状运态 。锌内锅锌温度为 4液06, ℃过锅壁材料通隔热和料后到达材铜也套可 达201左右,℃过通风冷吹可使铜套温度下却降到6 0左℃, 右如材料果有缝,锌裂液过穿裂缝到达铜套凝固就了,样锌液就不会这漏来出此。外线圈,工作会引起也自身 度的温高增线圈绝,缘料最高耐热 12材0,℃但在正常是工时作不准过 超07,若线℃温圈增度高 ,会引则起圈导线绝缘线料材的绝性缘能降下甚失效至,这线圈就容样坏易; 5感.应的更器 换应感应定器更换,同期必须两时同个更换时特别。是于操由使作问用,题感器应不到定寿预命 坏了,就这时不准只换的坏个一把另一,好的保留个来下一定,坏的好的同是时更换 6.锌;温度 锌液温液保度在 460持2℃±的范围之。内建议机组不运当时行,指的读针应数为 455。这℃要时把 锌锅好,以便盖减少的损耗。电
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