Магнитопровод индукционной печи (шунт)

Магнитопровод индукционной печи (шунт)¹

Задача магнитопроводов индукционных печей состоит в том, чтобы собирать и проводить магнитное поле, создаваемое катушкой. Функция, потеря энергии и эффективность печи имеют прямую связь с конструкцией и качеством магнитопроводов индукционных печей. Кроме того, геометрическая структура магнитопровода имеет влияние на равномерность распределения магнитного потока внутри печи, турбулентность, вызванную полем и качество плавления.

Опираясь на современные технические знания и опытный персонал, компания «Аразтранс» изготавливает и производит различные типы магнитопроводов в соответствии с заказами клиентов и на основе собственных конструкций, соответствующих потребностям клиентов. Факторы, влияющие на качество и функцию магнитопроводов индукционных печей, можно перечислить следующим образом:

Цельносварная конструкция магнитопровода

В данной конструкции без применения резьбовых соединений используется исключительно операция сварки для соединения сердечника с корпусом и системой охлаждения магнитопровода. Этот метод в основном применяется некоторыми китайскими и турецкими компаниями.

Основной проблемой магнитопровода, выполненного по этой конструкции, является расшатывание его нижней поверхности (обращенной к катушке). Поскольку сварка листов сердечника выполняется с верхней поверхности (обращенной к корпусу печи), сила, вызванная сваркой, приведет к тому, что листы сердечника магнитопровода отодвинутся друг от друга на нижней стороне и, следовательно, ослабнут. Эта проблема при эксплуатации, обусловливая магнитные свойства в листах сердечника, делает их местом скопления опилок и взвешенной пыли в пространстве вокруг магнитопровода. Это постепенно вызывает электрическое соединение, или так называемую дугу, между магнитопроводом и катушкой. Шумовое загрязнение из-за вибрации сердечника магнитопровода является еще одной проблемой, вызванной расшатыванием нижней поверхности магнитопровода.

Магнитопроводы этого типа не имеют особых преимуществ, кроме относительно низкой стоимости производства и несложной сборки. Поэтому использование магнитопроводов этого типа не очень рекомендуется.

Сварно-болтовая конструкция магнитопровода

В данной конструкции соединение сердечника с корпусом и системой охлаждения осуществляется в виде комбинации сварочной операции и резьбовых соединений. Эта конструкция очень популярна среди производителей индукционных печей среднего и высокого уровня, таких как индийская «Megatherm», немецкая «Otto Junker» и некоторые турецкие и китайские компании. Хотя проблема расшатывания нижней поверхности магнитопровода в этой конструкции по сравнению с предыдущей в значительной мере решена, но все еще остаются проблемы невозможности разборки магнитопровода и его больших теплопотерь из-за сварки и возникновения электрического соединения между листами сердечника.

Цельноболтовая конструкция магнитопровода

В данной конструкции соединение сердечника с корпусом и системой охлаждения осуществляется исключительно  с помощью резьбовых соединений без каких-либо сварных соединений. В настоящее время вследствие трудностей, связанных с процессом изготовления магнитопроводов этого типа, таких как длительный и дорогостоящий процесс штампования листов сердечника и обеспечение изолированных соединений магнитопровода, производители не очень заинтересованы в изготовлении магнитопроводов этого типа. Компания «Аразтранс Тебриз» является единственной компанией, которая производит цельноболтовые магнитопроводы для индукционных печей.

В конструкции магнитопроводов этого типа, по сравнению со сварно-болтовой, вместо сварных соединений применено большее количество болтов и резьбовых соединений с меньшими расстояниями. На практике это как-то устраняет все недостатки цельносварных и сварно-болтовых конструкций.

Сердечник магнитопровода

Сердечник магнитопровода, являющийся практически основной частью магнитопровода индукционной печи, состоит из листов магнитного сердечника таких же, как листы в сердечнике трансформаторов. Качество и толщина листов играют важную роль в качестве магнитной проницаемости и интегрировании потока, потерях энергии и, следовательно, эффективности печи. Чтобы получить дополнительную информацию о качестве и характеристиках различных марок листов сердечника магнитопровода, пожалуйста, обратитесь к разделу  «листы сердечника трансформатора».

Система охлаждения магнитопровода

Система охлаждения индукционной печи в основном предназначена для уменьшения температуры, вызванной в результате нагрева листов сердечника магнитопровода при прохождении магнитного поля. В зависимости от типа магнитопровода существует разные конструкции для их систем охлаждения. Стоит отметить, что метод охлаждения магнитопровода тесно связан с его конструкцией сборки. Ниже приведены преимущества и недостатки различных методов, используемых в конструкции системы охлаждения:

Согласно приведенной таблице, каждая из конструкций системы охлаждения индукционных печей имеет свои недостатки. Таким образом, в предложенной конструкции компании «Аразтранс» в последней строке таблицы устранены недостатки других конструкций и повышено качество охлаждения магнитопровода. Кроме того, за счет применения алюминиевой пластины формируется магнитный экран, предотвращающий утечку и потерю магнитного поля.

По плотности магнитного поля вокруг катушки окружающее пространство разделяется на силовую сторону и нормальную сторону. Зона силовой стороны, которая имеет высокую плотность магнитного поля из-за наличия водоохлаждаемых кабелей на входе и выходе катушки, является частью пространства вокруг катушки индукционной печи. Зона нормальной стороны занимает остальную часть пространства вокруг катушки индукционной печи, где плотность магнитного поля ниже. Поскольку магнитное поле более плотное в зоне силовой стороны, сердечник магнитопровода с большей вероятностью нагреется, чем в зоне нормальной стороны. Поэтому рекомендуется использовать магнитопроводы с более эффективной системой охлаждения в зоне силовой стороны.

Система стабилизации магнитопровода

Система стабилизации магнитопровода состоит из соединений между сердечником и стенками магнитопровода. Для магнитопроводов сварного типа используется аргонная сварка листов с одной стороны и их сварка с использованием плит из немагнитной стали к корпусу в качестве держателя. Для магнитопроводов сварно-болтового и цельноболтового типа стабилизирующая система состоит из удерживающих болтов из немагнитной стали.

Компания «Аразтранс» , в отличие от некоторых производителей, использующих болты и плиты из обычной (магнитной) стали для снижения стоимости изготовления магнитопровода, всегда использует болты и плиты из немагнитной стали  (в основном из нержавеющей стали марки 304 или 316), чтобы предотвратить нагрев соединений в магнитном поле магнитопровода.

Самым важным и основным моментом при использовании болтов является способ изоляции и электрической изоляции болтов от сердечника и корпуса магнитопровода. При неэффективной изоляции существует вероятность ущерба изоляции болтов и, следовательно, их соединения с сердечником или корпусом, что вызовет индукционные электрические токи внутри болтов и других частей магнитопровода, создавая короткого замыкания. Помимо потери энергии в печи, это вызывает очень значительный нагрев, что иногда приводит к нагреванию и расплавлению части сердечника и болтов магнитопровода. Чтобы устранить эту проблему и предотвратить дальнейшие проблемы, наша компания применяет три основных метода изоляции болтов собственных магнитопроводов. В следующей таблице подробно описывается каждый из методов:

Опора магнитопровода

Опора магнитопровода представляет собой место для опоры магнитопровода на поверхности катушке. Основная роль этой опоры заключается в стабилизации положения катушки и сохранении ее устойчивости в процессе эксплуатации. Важный момент, касающийся опоры магнитопровода, на который следует обратить внимание, — это закрывать пустые пространства между магнитопроводом и катушкой, чтобы предотвратить скопление опилок и взвешенной пыли. Как упоминалось выше, загрязняющие частицы могут постепенно привести к короткому замыканию между катушкой и магнитопроводом. Для одновременного достижения обеих целей стабилизации катушки и заполнения пустых пространств между катушкой и магнитопроводом рекомендуется два основных метода: Во-первых, создание гнутой опоры в опоре магнитопровода во время окончательной сборки, а во-вторых, использование боковых изоляционных соединений в магнитопроводах с плоской задней частью, чтобы иметь больше точек соединения. Второй метод, который является инновационной разработкой компании «Аразтранс», мы рекомендуем больше, потому что одним из недостатков первого метода является то, что пары от спекания³ катушки трудно выходят наружу. В результате, эти пары, попавшие за магнитопровод, остаются в этом месте в виде капель. Вопреки распространенному ошибочному мнению, использование магнитопровода с плоской опорой и наличие воздушного зазора между магнитопроводом и катушкой в ​​некоторых частях опоры не приводит к потере электрической мощности печи. И сравнение этого с воздушным расстоянием между ротором и статором в роторных машинах не является разумным.

Помимо формы опоры в месте соединения с катушкой, важна и форма углов опоры магнитопровода в конструкции опоры магнитопровода. Округлость углов опоры магнитопровода и отсутствие перекрытия со стенками магнитопровода способствуют поглощению магнитных полей, блуждающих вокруг магнитопровода, и повышению эффективности работы магнитопровода.

В дополнение к вышеперечисленному, компания «Аразтранс» также предлагает конструкцию сборки изоляционной плиты⁴ на магнитопроводе. Изоляционная плита состоит из набора изолирующих слоев, отдельно расположенных между магнитопроводом и катушкой (в распространенных последних конструкциях).  Применение предложенной конструкции способствует правильному выходу паров воды процесса спекания с тыльной стороны магнитопровода, обеспечивая большую поверхность соединения между магнитопроводом и катушкой, особенно в магнитопроводах с полностью плоской опорой. Ниже на рисунке вы можете увидеть детали и другие преимущества использования этого плана.

Лоб магнитопровода

Передняя часть магнитопровода представляет собой промежуточное звено между корпусом магнитопровода и стабилизирующими конструкцию печи болтами⁶. Лбы магнитопровода изготавливаются по физическим условиям тигля или устанавливаются на магнитопроводе в моделях, предлагаемых компанией «Аразтранс». Ниже представлены некоторые модели конструкции лба магнитопровода нашей компании, которые подразделяются на тянущие⁷ и толкающе-тянущие⁸ в зависимости от их применения. Лбы тянущего типа применяются исключительно для приложения давления к магнитопроводу и его соединения с катушкой. А лбы толкающе-тянущего типа, в дополнение к соединению магнитопровода с катушкой, также выполняют задачу отделения магнитопровода от катушки, когда это необходимо.

Лбы тянущего типа

Лбы толкающе-тянущего типа