ПРОЦЕССЫ В ТЕМНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЯХ ПРИ ПИТАНИИ ТОКОМ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ Птицына Е.В., Птицын Д.В., Кувалдин А.Б.

DOI: 10Л2737/15553

Аннотация. В статье рассматриваются результаты экспериментальных исследований в темных излучателях при питании током сложной формы, которые определяют эффективность технологического процесса в электротехнологических установках для термической обработки и сушки материалов

Ключевые слова: электротехнологическая установка (ЭТУ), ток сложной формы (ТСФ), темный излучатель, эффективность технологического процесса.

В инфракрасных ЭТУ осуществляется непрерывный разогрев наружной поверхности трубчатых полимерных материалов с помощью направленного инфракрасного излучения заданного диапазона длин волн. Основными элементами установки являются темные излучатели серий ИКН-100, 200, 300, выполненные из высокоглиноземистых шамотов. Излучатели выпускаются обычного исполнения (1), и с встроенным датчиком температуры излучающей поверхности (2). Важной интегральной характеристикой работы таких излучателей является энергия излучения, которая учитывает энергию излучения всех волн диапазона, поскольку зависит и от длины волны и от температуры излучающей поверхности. В темных излучателях - спектр излучения соответствует диапазону А,=2-^5 мкм. Пик интенсивности излучения приходится на диапазон 1,5-6 мкм, что является оптимальным для процесса инфракрасного обогрева и сушки. Спектр излучения непрерывный, характерный для твердых веществ [1-4].

Повышение энергетической эффективности работы установок с темными ИК-излучателями является актуальным по настоящее время. Улучшение качества изделий и увеличение сроков службы зависят, в том числе, и от электрических режимов работы темных ИК-излучателей. В работах авторов [3,4] показано, что в электролизных и плавильных электротехнологических установках (ЭТУ) для повышения энергетической эффективности целесообразно применять ток сложной формы (ТСФ), т.е. ток полигармонического состава с частотами гармоник в диапазоне 102-^103 Гц. Оптимальный состав гармоник определяется физическими и химическими процессами, протекающими при электролизе и в электрической дуге. Регулирование спектра частот питающего напряжения и, следовательно, состава (формы) ТСФ, может быть реализовано с использованием управляемых полупроводниковых приборов (тиристоров) или нелинейных индуктивностей (дросселей). Применение ТСФ для питания ИК-нагревателей позволяет повысить их энергетические показатели, так как при этом возрастает поток излучения при том же потреблении электроэнергии от сети, что определяется физическим эффектом воздействия электромагнитного поля повышенной частоты на молекулы и атомы материала излучателя.

Целью данной работы является экспериментальное исследование влияния параметров электрических режимов (обычного и с питанием током сложной формы) на процессы в темных ИК-излучателях и определение энергетической эффективности применения ТСФ в установках инфракрасного нагрева.

Используемые приборы. Исследование изменения спектра излучения ИК- излучателя выполнены с использованием встроенной термопары ТХА [1-4]; для измерения электрических параметров установки использован анализатор качества электрической энергии типа ANALYST 2060 [1-4].

Эксперименты выполнены на физической модели ЭТУ. Исследованы скорость возрастания температуры на поверхности темного ИК-излучателя и установившееся значение температуры в сравнении обычного режима при питании переменным током (напряжением) частотой 50 Гц и нового при питании ТСФ. В экспериментах использован излучатель инфракрасный керамический типа ИКН-203-0,1/230-2, мощностью 100 Вт, с плоской излучающей поверхностью размером 60x60мм и встроенной термопарой ТХА (табл.1).

Таблица 1

Обычный режим

Новый режим

Время, мин

Температура,°С

Время, мин

Температура,°С

0

23

0

23

1

28

1

28

2

36

2

40

3

45

3

51

4

52

4

60

5

59

5

67

6

65

6

74

7

69

7

80

8

74

8

85

9

77

9

89

10

81

10

91

15

93

15

102

20

98

20

105

Физическая модель промышленной ЭТУ содержала однофазный трансформатор 220/110(120)В, темный ИК-излучатель со встроенной термопарой и дроссель насыщения. В обычном и новом режимах напряжение на ИК-излучателе составило 120 В. Регулирование формы тока (напряжения) в новом режиме осуществлялось дросселем насыщения. Значения составляющих мощности, измеренные со стороны первичной обмотки трансформатора в обычном режиме составили: активная мощность Р - 0,056 кВт, S - полная мощность - 0,152 кВА, Q - реактивная мощность - 0,141 квар, коэффициент мощности установки (содержащей трансформатор, темный ИК-излучатель) - 0,368. В новом режиме с питанием ТСФ составляющие мощности, измеренные со стороны первичной обмотки трансформатора были равны: активная мощность Р - 0,045 кВт, S - полная мощность - 0,055 кВА, Q - реактивная мощность - 0,031 квар, коэффициент мощности установки (содержащей трансформатор, темный ИК-излучатель, ДН) - 0,82.

Экспериментально установлено, что совершенствование электрического режима ЭТУ за счет применение ТСФ увеличивает скорость подъема температуры, а также температуру излучающей поверхности в установившемся режиме (98°С и 105°С), что обусловливает увеличение интегральной характеристики - энергии излучения темного ИК-излучателя. О повышении эффективности установки в режиме с питанием ТСФ свидетельствует значение кпд установки, определяемый как отношение температуры ИК-излучателя в установившемся режиме к потребляемой из сети мощности, кВА. В новом режиме установка работает с более высоким значением коэффициента мощности 0,82 против 0,368 в обычном режиме.

В [4] исследованы процессы в светлых ИК-излучателях при работе в новом режиме с питанием ТСФ и при отклонениях напряжения.

Список литературы

  • 1. http: // www.avantes.ru - Оффициальный сайт фирмы «Avantes»
  • 2. http://homacoh.ru/production/izluchateli-infrokrasnue/own/ Оффициальный сайт фирмы «НОМАКОН»
  • 3. Птицына, Е.В. Экспериментальное определение влияния формы тока на характеристики излучателей [Текст] / Е.В. Птицына, Д.В. Птицын, А.Б. Кувалдин // Энерго- и ресурсосбережение XXI век : сборник матер. IX - ой Международной научно-практической интернет-конференции, март-июнь. - Орел, 2011.-С. 163-165.
  • 4. Птицына, Е.В. Исследование процессов в инфракрасных излучателях при изменении значения и формы питающего напряжения [Текст] / Е.В. Птицына, Д.В. Птицын, А.Б. Кувалдин // Энерго- и ресурсосбережение XXI век : сборник матер. ХШ - ой Международной научно-практической интернет- конференции, март-июнь. - Орел, 2015. - С. 61-66.

Птицына Елена Витальевна, доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и общей электротехники Омского государственного технического университета, г. Омск, РФ

Птицын Дмитрий Вячеславович, ассистент кафедры теоретической и общей электротехники Омского государственного технического университета, г. Омск, РФ

Кувалдин Александр Борисович, действительный член Академии электротехнических наук Российской Федерации, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем Национального исследовательского университета «Московский энергетический институт», г. Москва, РФ

УДК 629.113

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >