中频电炉节能原理与方法的研究

【摘要】：感应加热理论的不断完善和感应加热设备的不断发展,感应加热的应用领域和应用范围也不断扩大。伴随人们环保意识明显增强,大功率、高效、环保、节能的感应加热用电源设备成为业界所关注的热点课题。 本文对中频感应电炉的整体结构进行了分析,首先阐述感应加热的现状、研究意义和趋势,通过分析和对比三种中频电炉结构和特点,对负载加热时原理、规律和参数变化予以研究。为了说明中频电炉的节能原理,从高压进线、整流变压器、晶闸管、半桥逆变、一直到炉体的结构做出了详细的分析。主要工作如下： 一、详细分析了晶闸管并联谐振电源、晶闸管串联谐振电源、IGBT串联谐振电源三种中频电源系统的电路结构。 二、分析了中频电炉的基本能耗,包括熔炼操作过程中的能量消耗,中频电炉系统电阻性电能损耗,中频电炉系统炉体热能损耗。 三、对中频电炉的节能原理进行了详细的分析。主要分析了感应圈的耗能原理,中频电炉电抗器的耗能原理,炉衬的热损耗以及中频电炉水冷电缆和馈电母线的耗能原理。 四、中频电炉综合节能设计原理。首先从主电路、工作波形谐波含量、功率因数对比了并联和串联两种逆变器；其次讨论总结了炉衬和熔炼操作对节能的影响；最后总结了电能质量对节能的影响,得出12脉整流并联谐振电炉节能达10-15%,进线电流的5、7等6n±1次谐波大大降低,并在一定程度上提高了功率因数,降低能耗。 【关键词】：中频电炉 感应加热 节能 熔炼
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM924.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题的研究意义8-9
• 1.2 感应加热技术发展现状9-10
• 1.2.1 国外感应加热技术发展现状9
• 1.2.2 国内感应加热技术发展现状9-10
• 1.3 中频感应加热电源发展趋势的探讨10-11
• 1.4 课题研究内容11-13
• 第二章 中频电炉结构原理分析13-28
• 2.1 感应加热的基本原理13-14
• 2.2 中频感应电炉的系统组成14-15
• 2.3 中频感应加热电流的三大效应15-17
• 2.4 基本中频电源电路结构17-28
• 2.4.1 晶闸管并联谐振中频电炉17-22
• 2.4.2 IGBT串联谐振中频电炉22-24
• 2.4.3 晶闸管串联谐振中频电炉24-28
• 第三章 中频电炉基本能耗分析28-41
• 3.1 中频感应电炉主要耗能分布情况28-29
• 3.2 铁水加热能量消耗29-32
• 3.2.1 熔化铁水根据热力学计算原理计算的热能29-30
• 3.2.2 中频透热能量消耗30-31
• 3.2.3 实际熔化铁水能量消耗31-32
• 3.3 中频电炉系统电阻性电能损耗32-37
• 3.3.1 整流回路主元件的电能损耗32-34
• 3.3.2 电抗器的电能损耗34
• 3.3.3 感应圈的电能损耗34-35
• 3.3.4 水冷电缆的电能损耗35-36
• 3.3.5 直流电阻与交流电阻36-37
• 3.4 中频电炉系统炉体热能损耗37-41
• 3.4.1 中频电炉炉体结构和特点37-39
• 3.4.2 炉衬散热损耗39-41
• 第四章 中频感应电炉节能原理分析41-58
• 4.1 感应线圈耗能原理分析41-46
• 4.1.1 感应圈能耗分析及等效模型41-42
• 4.1.2 中频电压与感应圈匝数的匹配42-43
• 4.1.3 具有升压功能的负载电路43-44
• 4.1.4 12脉整流串联主电路44-45
• 4.1.5 感应圈铜耗45-46
• 4.2 中频电炉电抗器耗能原理分析46-51
• 4.2.1 电抗器耗能分布46-47
• 4.2.2 进线电抗器47-50
• 4.2.3 平波电抗器50-51
• 4.3 中频电炉炉衬热损耗51-55
• 4.3.1 炉衬烧结工艺51-52
• 4.3.2 炉衬厚度的合理选择52-53
• 4.3.3 炉料形状的选择53-54
• 4.3.4 炉料的清理和预热54
• 4.3.5 提高炉衬寿命和漏炉保护的方法54-55
• 4.4 中频电炉水冷电缆及馈电母线耗能分析55-58
• 4.4.1 水冷电缆55-58
• 第五章 中频电炉结构综合节能设计原理58-66
• 5.1 中频感应谐振电炉节能设计原理58-62
• 5.2 炉衬对节能的影响62-63
• 5.3 熔炼操作对节能的影响63
• 5.4 电能质量对节能的影响63-66
• 第六章 课题总结66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 硕士期间发表的论文70

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