Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц

Представлены теоретический и экспериментальный анализы методов адаптации электромагнитных систем магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М к условиям сетей электропитания с частотой 60 Гц. Приведены результаты экспериментальных исследований электрических характеристик работы адаптированных элект...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
1. Verfasser:	Слажнев, Н.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Schriftenreihe:	Процессы литья
Schlagworte:	Новые методы и прогрессивные технологии литья
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114940
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц / Н.А. Слажнев // Процессы литья. — 2011. — № 5. — С. 56-67. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-114940
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1149402017-03-22T03:02:21Z Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц Слажнев, Н.А. Новые методы и прогрессивные технологии литья Представлены теоретический и экспериментальный анализы методов адаптации электромагнитных систем магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М к условиям сетей электропитания с частотой 60 Гц. Приведены результаты экспериментальных исследований электрических характеристик работы адаптированных электромагнитных систем магнитодинамической установки и опытно-промышленной проверки модернизированной установки в промышленных условиях с сетями электропитания с частотой 60 Гц. Подано теоретичний та експериментальний аналізи методів адаптації електромагнітних систем магнітодинамічної установки МДН-6А-0,63-М до умов мереж електроживлення з частотою 60 Гц. Наведено результати експериментальних досліджень електричних характеристик роботи адаптованих електромагнітних систем магнітодинамічної установки та дослідно-промислової перевірки модернізованої установки в промислових умовах із мережею електроживлення з частотою 60 Гц. The theoretical and experimental analysis of the electromagnetic systems of magnetodynamic installation MDN-6A-0.63-M to the terms of industrial power supply with frequency 60 Hertz adaptation methods is presented. The results of experimental researches of electrical characteristics of magnetodynamic installation electromagnetic systems and experimental-industrial verification of modernized installation at the industrial conditions with frequency 60 Hertz power supply was confirmed declared. 2011 Article Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц / Н.А. Слажнев // Процессы литья. — 2011. — № 5. — С. 56-67. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114940 621.74.06 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья
spellingShingle	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Слажнев, Н.А. Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц Процессы литья
description	Представлены теоретический и экспериментальный анализы методов адаптации электромагнитных систем магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М к условиям сетей электропитания с частотой 60 Гц. Приведены результаты экспериментальных исследований электрических характеристик работы адаптированных электромагнитных систем магнитодинамической установки и опытно-промышленной проверки модернизированной установки в промышленных условиях с сетями электропитания с частотой 60 Гц.
format	Article
author	Слажнев, Н.А.
author_facet	Слажнев, Н.А.
author_sort	Слажнев, Н.А.
title	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
title_short	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
title_full	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
title_fullStr	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
title_full_unstemmed	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
title_sort	адаптация магнитодинамической установки мдн-6а-0,63-м для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Новые методы и прогрессивные технологии литья
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114940
citation_txt	Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц / Н.А. Слажнев // Процессы литья. — 2011. — № 5. — С. 56-67. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT slažnevna adaptaciâmagnitodinamičeskojustanovkimdn6a063mdlâalûminievyhsplavovksetâmélektropitaniâsčastotoj60gc
first_indexed	2025-07-08T08:03:19Z
last_indexed	2025-07-08T08:03:19Z
_version_	1837065097864806400
fulltext	�� ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья 4. Doroshenko V. S., Sheiko N. I. Nev V-Process Technology Рroduces Bar, Strip and Shaped Casting on a Continuous Basis // Foundry International. – 1993. – № 3. – Р. 224-22�, 232. �. Пат. 201�794 России, МкИ В22С 9/02/ . Установка для непрерывного литья / В. С. Дорошен- ко, Н. И. Шейко. – Опубл. 1�.07.1994, Бюл. № 13. �. Пат. 20704�9 России, МкИ В22С 9/02/. Установка для литья / B. C. Дорошенко, Н. И. Шей- ко. – Опубл. 12.20. 199�, Бюл. № 3�. 7. Пат. 2070470 России, МкИ В22С 9/02. Установка для литья / B. C. Дорошенко, Н. И. Шей- ко. – Опубл. 12.20.199�., Бюл. № 3�. 8. Минаев А. А., Ноткин Е. Б., Сазонов В. А. Вакуумная формовка. – М.: Машиностроение, 1984. – 21� с. 9. Пат. 93723 Украины, МПк8 B22D18/0�, В22 С 9/02/. Спосіб лиття металу за одноразо- вими моделями в піщану форму під дією перепаду тиску / О.И. Шинский, B. C. Доро- шенко. – Опубл. 10.03.2011, Бюл. № �. 10. Дорошенко B. C. Кравченко В. П. Постепенное обновление парадигмы в теории литей- ных процессов по теме взаимодействия металла с песчаной формой // Металл и литье Украины. – 2009. – № 10 – С. 28-33. Поступила11.02.2011 удк 621.74.06 н. А. слажнев Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, киев АдАптАЦия мАгнитодинАмической устАновки мдн-6А-0,63-м для Алюминиевых сплАвов к сетям электропитАния с чАстотой 60 гц* Представлены теоретический и экспериментальный анализы методов адаптации электро- магнитных систем магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М к условиям сетей электропитания с частотой 60 Гц. Приведены результаты экспериментальных исследований электрических характеристик работы адаптированных электромагнитных систем магнитоди- намической установки и опытно-промышленной проверки модернизированной установки в промышленных условиях с сетями электропитания с частотой 60 Гц. Ключевые слова: магнитодинамическая установка, адаптация, напряжение, частота, ин- дукция, мощность, индуктор, электромагнит, катушки, алюминиевый расплав. Подано теоретичний та експериментальний аналізи методів адаптації електромагнітних систем магнітодинамічної установки МДН-6А-0,63-М до умов мереж електроживлення з частотою 60 Гц. Наведено результати експериментальних досліджень електричних харак- теристик роботи адаптованих електромагнітних систем магнітодинамічної установки та дослідно-промислової перевірки модернізованої установки в промислових умовах із мережею електроживлення з частотою 60 Гц. Ключові слова: магнітодинамічна установка, адаптація, напруга, частота, індукція, потужність, індуктор, електромагніт, котушки, алюмінієвий розплав. The theoretical and experimental analysis of the electromagnetic systems of magnetodynamic installation MDN-6A-0.63-M to the terms of industrial power supply with frequency 60 Hertz Работа выполнена под руководством В. Н. Фикссена с участием А. О. Горшкова и С. В. Горюка ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �7 новые методы и прогрессивные технологии литья adaptation methods is presented. The results of experimental researches of electrical characteristics of magnetodynamic installation electromagnetic systems and experimental-industrial verification of modernized installation at the industrial conditions with frequency 60 Hertz power supply was confirmed declared. Keywords: magnetodynamic installation, adaptation, voltage, frequency, induction, power, inductor, electromagnet, windings, aluminium alloy. введение Повышение качества алюминиевых сплавов и изготовленных из них литых за- готовок является приоритетной научно-технической задачей как в Украине, так и за рубежом. От ее успешного решения в значительной мере зависит развитие наукоемких отраслей техники. В связи с этим особое внимание уделяется модернизации имеющегося и созда- нию нового высокоэффективного оборудования и сопутствующих технологий вне- печной обработки и управляемой дозированной разливки алюминиевых сплавов. Примером таких работ являются исследования и научно-технологические разра- ботки, проводимые в ФтИМС НАН Украины и направленные на совершенствование ранее созданных конкурентоспособных на мировых рынках многофункциональных электротехнологических установок типа МНД-�А для приготовления и электромаг- нитной разливки алюминиевых сплавов, а также создания сопутствующих технологий обработки и дозирования таких металлов. Новизна и высокий уровень такого оборудования подтверждаются его востре- бованностью за рубежом, в частности, поставками в последние годы по контрактам в Нидерланды, Бразилию и Южную корею. Многофункциональность магнитодинамических установок (МДУ) обуславливает- ся особенностью их конструкции, в которой индукционная канальная печь совмещена с дополнительным электромагнитом. Это позволяет производить управляемый индукционный нагрев жидкого алюминия и создавать в рабочей зоне регулируемое электромагнитное давление. Варьирование амплитудным значением напряжения, подаваемого на электромагнитные системы МДУ и его фаз, позволяет организовать управляемое по направлению и интенсивности перемещение жидкого алюминия в системе каналов и тигле МДУ или же обеспечить его регулируемую подачу через металлопровод в литейную форму с использованием разнообразных технологий получения литых изделий [1, 2]. Ряд этих функциональных возможностей характеризует магнитодинамическую установку не только как миксер-дозатор, но и как средство, позволяющее осущест- влять доводку и внепечную обработку расплава [3], включающую операции леги- рования, рафинирования и модифицирования сплава, непосредственно в одной технологической емкости без необходимости осуществления переливов жидкого металла из одного агрегата в другой вплоть до заливки в литейную форму. комплекс реализуемых задач с использованием одного и того же агрегата явля- ется одним из важнейших его достоинств, определяющих конкурентоспособность в современном литейном производстве. Одним из примеров востребованности такого оборудования было выполнение научно-исследовательских работ в рамках международного сотрудничества с ко- рейским институтом исследования материалов в 2007-2010 гг., направленных на создание МДУ емкостью �30 кг по жидкому алюминию, которая способна разви- вать максимальный массовый расход до 10 кг/с, а также производить физическое модифицирование металла. С учетом результатов этих НИР в 2008 г. был заключен контракт на разработку, изготовление и поставку модернизированной магнито- динамической установки МДН-�А-0.�3-М в частную Южно-корейскую компанию «Dong San Tech. Co., Ltd» в г. Чангвон. Оборудование с такими технологическими возможностями разработано в Украине впервые. Поставленные задачи были успеш- 58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья но решены, при этом в результате апробации разработанного оборудования были обнаружены новые эффекты, связанные с электрофизической обработкой расплава в процессе его выдержки в МДУ [3]. Постановка задачи Одной из важных задач при внедрении магнитодинамической установки на территории технологического участка Южно-Корейской компании «Dong San Tech. Co., Ltd» была адаптация электрооборудования МДУ к частоте промышленной электрической сети, которая составляла 60 Гц. Согласно стандартам Республики Корея, промышленная электрическая сеть предусматривает следующие параметры: однофазные переменные 220 В с частотой 60 Гц и трехфазные переменные 380 В с частотой 60 Гц. В магнитодинамических устройствах предусматривается использование элек- трической энергии для индукционного нагрева жидкого алюминия и создания электромагнитных сил (вследствие взаимодействия индуцируемого переменного электрического тока c внешним переменным магнитным полем, генерируемым электромагнитом) для управляемого перемещения расплава. В реальных условиях Украины МДН-установка питается переменным трехфазным напряжением 380 В с частотой 50 Гц. Переход электрической сети с 50 на 60 Гц приводит к изменению ряда техноло- гических параметров работы магнитодинамического оборудования. Они, в част- ности, связаны с ростом индуктивного сопротивления электромагнитных систем установки, что оказывает существенное влияние на тепловые и гидродинамические характеристики работы магнитодинамической установки. Два таких основных процесса, как нагрев жидкого металла, характеризуемый полной мощностью, передаваемой в виток (1), и транспортирование расплава под действием объемных электромагнитных сил (2) обуславливают технические харак- теристики работы МДУ. Так, тепловая мощность Р в , выделяемая в жидкометаллическом витке, согласно закону Джоуля-Ленца, описывается выражением [1] ( )2 2 в в в в в в= + / ,vР I R E I I R» × (1) где Iв – ток в витке, А; Rв – активное сопротивление витка, Ом; Ev – ЭДС, возникающая в рабочей зоне (р. з), при движении металла в магнитном поле, В. Создаваемая в рабочей зоне МДУ электромагнитная сила fe является резуль- татом произведения плотности тока j в р. з. и магнитной индукции B fe = j × B. (2) Составляющая j плотности тока выражается как функция тока витка, приведенная к геометрическим размерам рабочей зоны МДУ, и может быть записана в виде 2в= , A / м , 4 I j ab (3) где a и b – ширина и высота р. з., м. Индукция в рабочей зоне Bn с учетом рассеяния магнитного потока пропорцио- нальна индукции в межполюсном пространстве электромагнита (4) и индукции в магнитопроводе (5) Feэ= , Тл,n h B В К (4) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �9 новые методы и прогрессивные технологии литья где Kh – коэффициент рассеяния магнитного потока (определяется эксперимен- тально); B Feэ - индукция в его магнитопроводе, Тл. Fe /э Feэ в= ,Тл 4,44 0,9 Е В f S× × × (�) где Е в – ЭДС, создаваемая индуктором в витке жидкого металла, В; f – частота тока, Гц; / Feэ S – площадь сечения шихтованного железа под катушкой, м2 . и в и и 2 , , U Е В K W = × (�) где Uи – напряжение питания обмотки индуктора, В; Kи – коэффициент, учитываю- щий падение напряжения в обмотке индуктора; Wи – количество витков обмотки индуктора. ток в витке жидкого металла Iв, генерируемый по трансформаторному принципу преобразования электрической энергии, согласно закону Ома для переменного тока в в в = A Е I , . z (7) Полное электросопротивление системы “индуктор-виток жидкого металла” следующее: 2 2 в в в= + Ом, .z R x (8) Составляющие активного Rв (9) и индуктивного сопротивлений xв (10) в системе «индуктор-виток жидкого металла» аналогично зависят от частоты тока -3 в м 1 = 2 10 f , Ом ,xi xi xi a R F b × å s (9) а индуктивное сопротивление -6 в и = 8 10 , Ом, S x f K KR Sb D × (10) где 1/σ м – удельное сопротивление алюминиевого расплава, Ом-1; axi – длина участка витка, м; lxi, bxi – размеры сечения витка на участках длиной axi (lxi – размер в на- правлении проникновения электромагнитной волны), м; Fxi – функция Бесселя для участков с разной геометрией; ∆S – эквивалентная площадь зазора, равная сумме площадей между обмоткой и витком, с учетом 1/3 площадей обмотки индуктора и витка, м2; KR – коэффициент Роговского; KS – коэффициент, учитывающий разность высот витка и обмотки индуктора. Из выражений (9) и (10) очевидно, что увеличение частоты тока предопределяет рост активного и индуктивного сопротивлений в системах «индуктор-виток жидкого металла» и «электромагнит». �0 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья Обобщение зависимости величины полного электрического сопротивления системы «индуктор-виток жидкого металла» от частоты питающего напряжения показало, что его изменение прямо пропорционально изменению их величин 2 2 22 2 21 11 1 ( ) , ( ) b b f fz f f z f ff f + = @ + (11) где f1 и f2 - соответственно частоты переменного электрического тока, Гц. таким образом, изменение частоты питания электромагнитных систем МДУ с �0 на �0 Гц приводит к снижению активной мощности, выделяемой в жидкометал- лическом витке (1), соответственно в 1,2 раза, амплитудного значения магнитной индукции (3), (4), генерируемой электромагнитом, и создаваемого в результате электромагнитного давления (2). Одним из методов обеспечения равенства условий работы электромагнитных систем МДУ при переходе на другую частоту является соблюдение равенства индук- ции магнитного поля в магнитопроводах электромагнитных систем (соотношения ). U/f = const). В данном случае для воспроизведения технологических характеристик работы МДУ при частоте �0 Гц необходимо поднять напряжение питания МДУ в 1,2 раза (с 380 до 4�� В), тем самым увеличив величину Eв в выражениях (�) и (7). Однако такой прием нерационален вследствие необходимости применение повы- шающих трансформаторов соответствующей мощности, что удорожает стоимость оборудования. Второй способ решения задачи заключается в изменении коэффициента транс- формации в электрической системе «индуктор-виток жидкого металла» путем изме- нения количества витков обмоток индуктора Wи (7) и электромагнита для напряжения промышленной электросети 380 В с частотой �0 Гц. В этом случае задача адаптации электромагнитных систем МДУ к частоте �0 Гц сводится к уменьшению количества витков обмоток индукторов и электромагнита соответ ственно в 1,2 раза. Экспериментальные исследования Для изучения адекватности предложенного метода адаптации МДУ к частоте �0 Гц путем уменьшения количества витков обмоток электромагнитных систем в работе были проведены экспериментальные исследования, целью которых была проверка и определение соответствия зависимостей магнитной индукции в маг- нитопроводах индуктора и электромагнита при частотах �0 и �0 Гц при условии снижения количества витков в обмотках электромагнитных систем. В работе дополнительно экспериментально исследовали вольтамперные харак- теристики первичных обмоток понижающих трансформаторов, так как следствием изменения количества витков в катушках электромагнитных систем может быть не- допустимое повышение силы тока в первичных обмотках понижающих трансформа- торов и соответственно на контактах коммутационных электрических аппаратов. Согласно предварительным расчетам, для работы МДУ на частоте �0 Гц было необходимо уменьшить количество витков обмоток электромагнитных систем МДУ в 1,2 раза. Электромагнитные системы МДУ (рис. 1) функционально состоят из двух индук- торов 3 и С-образного электромагнита 6. каждый из двух индукторов МДУ имеет катушку с однослойной обмоткой, состоящей из 30 витков, а электромагнит – две соединенные последовательно катушки с трехслойными обмотками, каждая из которых состоит из 17 витков (по � витков в первом и втором слоях и 7 витков – в третьем). Диапазон изменения количества витков был выбран в пределах от 3 до �-ти витков для индукторов (с 30 до 24÷27) и от 3 до 2-х (с 17 до 1�÷14) – для каждой из катушек электромагнита. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �1 новые методы и прогрессивные технологии литья На этапе проведения экспериментов без жидкого металла предварительно снятые с шасси МДУ индуктор и электромагнит подключали к источнику питания, согласно схеме (рис. 2). В качестве источника питания в условиях технологического участка ФтИМС НАН Украины использовали тиристорный преобразователь частоты марки тПЧ-�3-3Ф, который на выходе генерирует переменное трехфазное напряжение 380 В с возможностью регулирования частоты в диапазоне от 20 до 90 Гц. Напряжение с преобразователя частоты подавали на понижающий трансформа- тор, аналогичный используемой в блоке питания установке МДН-�А-0,�3. Эти транс- форматоры обеспечивают �-ступенчатое регулирование напряжения на вторичной обмотке в диапазоне 4�-8� В. к вторичной обмотке понижающего трансформатора подключали обмотки индуктора и электромагнита. количество витков в катушках изменяли с помощью специального устройства, которое обеспечивало надежный контакт кабеля, идущего от понижающего транс- форматора с заданным номером витка обмотки (№ 2�, 2� и 24 индуктора и № 1�, 1� и 14 электромагнита) со стороны первого отвода катушки. Второй кабель был подсоединен неизменно ко второму отводу катушки, рис. 2, а. Вольтамперные характеристики исследовали с помощью вольтметров и ампер- метров, подключенных, согласно схеме (рис. 2, б), при изменении напряжения, по- даваемого на обмотку индуктора и электромагнита, путем переключения ступеней понижающего трансформатора в диапазоне от 4� до 8� В для �0 и �0 Гц при неиз- менном напряжении на первичной обмотке трансформатора, равном 380 В. Магнитную индукцию в магнитопроводе индуктора определяли с помощью изме- рительной катушки (рис. 2), к концам которой подсоединяли вольтметр и измеряли напряжение, индуцированное в ней переменным магнитным потоком, проходящим через магнитопровод. Расчет магнитной индукции в магнитопроводе индуктора производили для �0 и �0 Гц по формуле [1, 4] и = , Тл, 4,44 Е В f S w (12) 4 5 1 2 Пульт управления Шкаф управления Блок питания fе В Iв Iв U индуктор 1 U индуктор 2 U электромагнита 3 6 3-х фазная электрическая сеть 380 В 50 (60 Гц) Пульт управления Шкаф управления Блок питания U индуктор 1 3-фазная электрическая сеть 380 В �0 (�0 Гц) U электромагнита U индуктор 2 1 2 3 4 � � Рис. 1. Схема подключения электромагнитных систем магнитодинамической установки: 1 – тигель МДУ; 2 – алюминиевый расплав; 3 – катушки индукторов; 4 – шасси; 5 – рельсы; 6 – катушка электромагнита �2 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья 0-380 В 0-90 Гц, 100 А а б Рис. 2. Схема подключения (а) и измерения (б) электрических параметров индуктора (электромагнита) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �3 новые методы и прогрессивные технологии литья где E – напряжение на свободных концах обмотки, В; f – частота напряжения (�0, �0 Гц); Sи – сечение магнитопровода (индуктора - 0,0073� м2); w – количество витков измерительной обмотки (� витков). Магнитную индукцию электромагнита измеряли с помощью датчика индукции, помещенного в межполюсном пространстве электромагнита. Расчет абсолютной величины индукции, генерируемой электромагнитом в его межполюсном простран- стве, производили по формуле [1, 4] g э = , Тл, 2 gE В f S wp (13) где Eg – напряжение на катушке датчика индукции, В; Sэw – произведение сечения катушки датчика на количество ее витков (SW = 10,8 ⋅10-4 ), м2. Для более полного изучения параметров работы индуктора последний исследо- вали в следующих трех режимах работы при частотах �0 и �0 Гц: •холостой ход, соответствующий включению установки МДН-�А-0,�3 без жид- кого металла. •Имитация работы индуктора с жидким металлом в установке. Для этого с магни- топровода снимали замыкающее ярмо, то есть делали магнитопровод разомкнутым. При этом токи в обмотке индуктора становились близки к тем, которые имеют место при работе установки с жидким металлом. •Имитация работы индуктора с жидким металлом в установке путем использо- вания медного водоохлаждаемого витка. После регистрации базовых вольтамперных характеристик индуктора для �0 Гц проводили эксперименты при отключении 3, 4, � и �-ти витков обмотки индуктора (то есть при подключении 27, 2�, 2� и 24 витков) и питающего первичную обмотку понижающего трансформатора при напряжении 380 В и частоте �0 Гц. Параметры работы электромагнита исследовали в режиме холостого хода, по- скольку токи в его обмотках при наличии в установке жидкого металла изменяются не более чем на � %. Анализ результатов испытаний индуктора в холостом режиме показал, что для достижения равных величин индукций в магнитопроводе индуктора при питании понижающего трансформатора входным напряжением 380 В с частотой �0 и �0 Гц, соответственно, необходимо уменьшить количество витков индуктора с 30 до 24-2�. В этом случае в магнитопроводе индуктора при частоте �0 Гц и том же питающем напряжении индуцируются те же значения индукции, что и при �0 Гц. В режиме имитации нагрузки со снятым ярмом было установлено, что значение магнитной индукции находится ниже значения, адекватного �0 Гц, как для 2�, так и 24 витков. Однако данный эффект не наблюдался для случая, когда в качестве на- грузки использовали короткозамкнутый жидкометаллический виток. Объясняется это следующим: при снятом ярме большая часть магнитного потока замыкается через воздух, а это приводит к существенному влиянию полей рассеивания на из- мерительную катушку. В случае использования в качестве нагрузки медного водоохлаждаемого ко- роткозамкнутого витка очевидно (рис. 3, а), что для достижения равных величин магнитной индукции при питании напряжением �0 и �0 Гц необходимо удалить � витков из 30. Вольтамперная характеристика индуктора при подключении 2� витков располо- жена несколько выше (рис. 3, б) (≈ в 1,18-1,2� раза), что адекватно росту сопро- тивления в системе «индуктор-виток» при переходе на �0 Гц и использованному в данном случае методу сохранения равенства абсолютного значения ампер-витков �4 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья (280⋅30 = 8400 А⋅W при �0 Гц и 34�⋅2� = 8�2� А⋅W при �0 Гц). Аналогичные эксперименты были проведены и для электро- магнита. Анализ полученных дан- ных показал (рис. 4, а, б), что для достижения равенства магнитной индукции в межполюсном про- странстве электромагнита необ- ходимо с каждой обмотки удалить по 3 витка (с 17 до 14). Для проверки результатов экс- периментальных исследований по адаптации МДУ к частоте �0 Гц в 2009 г. в производственных усло- виях Южнокорейской компании была произведена модернизация катушек электромагнитных систем применительно к эксплуатации с использованием промышленной трехфазной электросети напряже- нием 380 В и частотой �0 Гц. Основными проверочными критериями соответствия метода адаптации МДУ к частоте �0 Гц являлась проверка тепловых и ги- дродинамических характеристик работы магнитодинамической установки. Изучение тепловых и гидроди- намических характеристик работы МДУ, адаптированной к частоте 60 Гц С целью компенсации 20%-ного роста реактивного сопротивления в системе «индуктор-виток» при переходе с �0 на �0 Гц величина ЭДС, индуцируемая в жидкометал- лическом витке, была увеличена в 1,2 раза, а величина тока, индуци- руемого в витке, осталась прежней, согласно выражению (1). тепловы- деление в жидкометаллическом витке повышается в ≈1,2 раза. Это было показано в результате проведения экспериментов по из- мерению скорости нагрева рас- плава в МДН-�А-0,�3-М с модернизированными электромагнитными системами, адаптированными к �0 Гц. 300 400 200 �040 100 8070�0 90 �0 Гц - 2� витков �0 Гц - 2� витков �0 Гц - 30 витков �0 Гц - 30 витков Напряжение индуктора, В �0 Гц - 24 витка то к и н д ук то р а, А а б Рис. 3. Зависимость индукции (а) в магнитопроводе и тока (б) в обмотке индуктора от напряжения в режиме имитации с использованием медного водоохлаж- даемого витка ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �� новые методы и прогрессивные технологии литья Исследование скорости нагрева проводили путем измерения вре- мени нагрева расплава до темпе- ратуры 730 0С при плавлении чушек алюминиевого сплава массой 2� и �0 кг (опционно) в тигле МДН в режиме «хранения» и ступенях ин- дукторов �-� (максимальное значе- ние). Дополнительно исследовали режимы нагрева метала с закрытым и открытым тиглем (с крышкой и без крышки. Р е з у л ьт а т ы и с с л е д о в а н и й скорости нагрева при частоте �0 и �0 Гц показали (рис. �), что при питании МДУ напряжением частотой �0 Гц скорость нагрева (по сравнению с частотой �0 Гц), в 1,2-1,4� раза выше и составляет 4,� °С/мин (3,0 °С/мин) при закры- том тигле и 4,18 °С/мин (2,� °С/мин) – при открытом для массы рас- плава 17� кг. При этом скорость нагрева расплава для частоты �0 Гц составила от 3,0 °С/мин (2,2 °С/мин) при закрытом тигле и 2,4 °С/мин (1,� °С/мин) – при открытом. Анализ энергетических параме- тров работы индукторов после мо- дернизации применительно к часто- те �0 Гц показал прирост активной мощности по сравнению с �0 Гц на 17-27 % и полной мощности с 21 до 37 % в зависимости от напряжения, подаваемого на обмотки индукторов (рис. �). Аналогичные испытания были проведены и для проверки гидрав- лических характеристик работы адаптированной МДУ. В результате было подтверждено их соответствие паспортным данным магнитоди- намической установки, при этом максимальный массовый расход, развиваемый адаптированной МДУ, при заливке алюминиевого расплава открытой струей составил 10,34 кг/с. Рост полной мощ- ности работы МДУ в режиме разливки при одновременном включении индукторов и электромагнита в зависимости от развиваемого МДУ электромагнитного давления составил от 23 до 38 %. В результате комплекса проведенных опытно-промышленных испытаний модер- низированной адаптированной к электросети �0 Гц МДУ было подтверждено полное соответствие технических характеристик, предусмотренных регламентом. �0 �0 Гц - 17+17 витков 40 0,2 0,2� 0,3 0,1� 908070�0 Напряжение электромагнита, В И н д ук ц и я в м е ж п о лю сн о м з аз о р е эл е кт р о м аг н и та , т л �0 Гц - 17+17 витков �0 Гц - 1�+1� витков �0 Гц - 1�+1� витков �0 Гц - 14+14 витков 800 �0 �00 �00 700 40 300 400 908070�0 Напряжение электромагнита, В то к эл е кт р о м аг н и та , А �0 Гц - 1�+1� витков �0 Гц - 1�+1� витков �0 Гц - 17+17 витков �0 Гц - 17+17 витков �0 Гц - 14+14 витков а б Рис. 4. Зависимость индукции в межполюсном пространстве электромагнита (а) и тока (б) в обмотке �� ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 5 (89) новые методы и прогрессивные технологии литья Перспективным направлением дальнейшей модернизации МДУ для алюминиевых сплавов является разработка нового блока питания ее электромагнитных систем с использованием в качестве средств регулирования тиристорных регуляторов на- пряжения, обеспечивающих плавное регулирование параметрами работы МДУ и осуществление комплексной автоматизации систем управления ее работой. При этом модернизация обмоток электромагнитных систем уже не потребуется, аспект применимости МДУ в условиях промышленных электросетей разных стран будет решен исключительно средствами аппаратного регулирования без необходимости изменений конструкции основных агрегатов магнитодинамических установок. выводы •Проведен теоретический анализ изменения электрических параметров работы МДУ при переходе на частоту питающего напряжения �0 Гц. Рис. �. Зависимость скорости нагрева алюминиевого сплава в промышленной модернизированной МДН-�А- 0,�3-М при частоте питающего напряжения �0 и �0 Гц 4,2 � 2,� 4,3 Масса металла, кг 1,8 1 �2�42�32�22�12� �0 Гц без крышки �0 Гц с крышкой �0 Гц с крышкой �0 Гц без крышки С ко р о ст ь н аг р е ва , 0 С /м и н Рис. �. Соотношение активной и полной мощностей при переходе МДУ на частоту питающего напряжения �0 Гц 1,4 1,3� 1,3 1,2� 1,2 1,1� �0 �� 0 �� 70 Напряжение индуктора, В 807� Соотношение активной мощности Соотношение полной мощности С о о тн о ш е н и е а кт и вн о й и п о лн о й м о щ н о ст е й ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011 № 5 (89) �7 новые методы и прогрессивные технологии литья •В результате проведенных экспериментов установлено, что для обеспечения аналогичных условий работы электромагнитных систем МДН при питании установ- ки напряжением 380 В и частотой �0 Гц необходимо уменьшить количество витков обмотки индуктора с 30 до 2� витков, а электромагнита – с 17 до 14 в каждой из двух последовательно соединенных обмоток. •На основании теоретических и экспериментальных исследований произведена адаптация электромагнитных систем МДУ непосредственно в условиях технологи- ческого участка Южно-корейской компании при питании МДУ трехфазным напря- жением 380 В и частотой �0 Гц. •Исследования тепловых режимов работы МДУ при частоте питающего напря- жения �0 Гц показали, что скорость нагрева расплава повышается в 1,2-1,4� раза, при этом рост активной мощности электромагнитных систем индукторов составляет 17-27 %, а полной мощности – до 38 %. •Исследования гидравлических характеристик работы адаптированной МДУ к частоте �0 Гц показали их полное соответствие расчетным параметрам. •В результате комплекса проведенных опытно-промышленных испытаний мо- дернизированной адаптированной к электросети �0 Гц МДУ было подтверждено полное соответствие фактическим заявленным техническим характеристикам, а также показана возможность работы такого оборудования в условиях электросети c частотой �0 Гц. 1. Магнитодинамические насосы для жидких металлов / В. П. Полищук, М. Р. Цин, Р. к. Горн и др. – киев: Наук. думка, 1989. – 2�� с. 2. Дубоделов В. И. Разработки ФтИМС НАН Украины в области магнитной гидродинамики и их применение в литейных и металлургических технологиях // �0 лет в Академии наук Украины: ИлП, ИПл, ФтИМС. – киев: ФтИМС НАН Украины (редакция журнала «Про- цессы литья»), 2008. – С. 12�-149. 3. Skorobagatko Y. P., Kyung-Hyung Kim, Jung-Moo Lee. Electrophysical Processing of Alumini- um Alloys in the Magnetodynamic Installations V. I. Dubodelov, V. M. Fikssen, M. A. Slazh- niev, M. S. Goryuk // Proceedings of the 7th International PAMIR Conference on Fundamental and Applied MHD and COST P17 Annual Workshop 2008. (September 8-12, Presqu’Ile de Giens, France). – 2008. – V. 2. – P. 93�-938. 4. Бессонов Л. А. теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гарда- рики, 2002. — �38 с. Поступила 10.0�.2011 ********************************************************* Уважаемые подписчики! Подписаться на журнал «Процессы литья» через Интернет можно на сайте ГП «Пресса» www.presa.ua с помощью сервиса «Подписка On-line». *********************************************************************

Адаптация магнитодинамической установки МДН-6А-0,63-М для алюминиевых сплавов к сетям электропитания с частотой 60 гц

Institution

Ähnliche Einträge