Магнитная обработка семян

Электромагнитные воздействия применяют для стимуляции посевного и посадочного материала. Для этой цели используют электрическое поле коронного разряда (Челябинский ИМЭСХ, ЦНИИ хлопководства), электромагнитное поле постоянного тока (Челябинский НИИМЭСХ), электромагнитное поле низкой частоты (Тбилисский гос. университет), градиентное магнитное поле (Объединенный институт ядерных исследований, Агрофизический институт), низкоэнергетические магнитные поля (Харьковский ИМЭСХ).

Одним из недостатков известных методов использования электромагнитных воздействий для подготовки семян является нестабильность получаемых результатов. Это объясняется изменением внешних условий, неоднородностью семенного материале и недостаточной изученностью сущности взаимодействия клеток семян с электромагнитными полями и электрическими зарядами. Несмотря на это в научно-исследовательских институтах разработаны методы такой обработки, а также изготовлены промышленные образцы аппаратов. Так, в ВИЭСХе созданы аппараты для магнитной обработки семян. В нашей статье поговорим о магнитной обработке семян.

От чего зависит качество семян

Любая сельскохозяйственная культура имеет тесную связь с э/м полем Земли, деятельностью Солнца и ВКР (волновыми космическими резонансами) (смотреть «Геофизическое поле и биологические объёкты».)

Известно, что зерно, а так же семена полностью вызревают только после их хранения в течение года (данный факт подтверждён учеными и не подвергается сомнению). Это означает, что зерну для созревания необходимо просуществовать (прожить) минимум — полный годовой цикл (зодиак) и получить полный спектр энергии (э\м волн и излучений различной частоты и мощности) всех секторов космоса. После сбора урожая зерно, семена должны пройти длительный период дозревания. Земледельцы и дачники со стажем знают, что посевной материал, хранившиеся год и более, лучше раскрывает свои потенциальные возможности. Следовательно, до последующего высева необходимое время хранения семян — минимум 18 месяцев.

Сберечь в течение такого срока зерно и семена овощных культур возможно, но сохранить семенной материал (например, картофель) – дело затратное даже для государства.

При высевании культуры несоблюдение правила выдержанного хранения семян в итоге приведёт к потере: сортности, урожайности, стойкости к болезням и внешним неблагоприятным условиям среды. Самое печальное, что вышеуказанные потери будут передаваться по наследственности, что сводит на нет все труды селекционеров.

Итак, выполнение условия длительного хранения семян – залог хорошего урожая. Из этого следуют вопросы, как решить проблему длительного хранения семенного материала и как ликвидировать недостачу природного э/магнитного насыщения семян?

Преимущества магнитной обработки семян

Каждый огородник или садовод мечтает повысить урожайность культур, их вкусовые качества. Поможет осуществить эти планы установка «Ярославна-2 электроника» для экспресс-магнитофорной предпосевной обработки семян. Она удобна в обращении.

Принцип её работы чрезвычайно прост. Через специальный лоток с прикреплёнными изнутри магнитофорными пластинками семена огурцов, помидоров, моркови, цветов – любых сельскохозяйственных культур – перед посевом пропускаются 5-7 раз.

Урожайность их после обработки таким методом возрастает на 26-30 процентов, что позволяет снизить нормы высева, сократить сроки созревания, увеличить содержание витаминов, белков и сахаров в овощах, то есть улучшить их вкусовые качества. При прорастании семян происходит ускорение обменных процессов, особенно на ранних стадиях развития.

При намагничивании специальным индуктором каждая частица ферромагнитного порошка превращается в магнитный диполь – однополюсный магнит.

Такое направленное магнитное поле магнитофора и есть та сила, которая будит дремлющие биологические силы зерна или семян, будит ещё до того момента, когда зерно попадёт в землю. Именно в этом и заключается активное воздействие магнитных полей магнитофоров на жизненные функции семян.

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а частности, к устройствам для предпосевной обработки семян.

В данной модели создан дополнительный бункер семян, для установленного дополнительного лотка, который расположен над магнитофорными пластинами, плоскость которых параллельна плоскости магнитных пластин.

Устройство работает следующим образом. Семена, предназначенные для обработки, засыпают в бункеры. Под действием силы тяжести они попадают на поверхность лотков, между которыми находятся магнитофорные пластины. При определенном угле наклона всей установки к горизонту семена под действием силы тяжести свободно перемещаются по поверхности нижнего и верхнего лотков.

Изготовление установки не требует значительных материальных затрат, полностью исключает использование электрической энергии и стимулирует рост и развитие растений.

Устройство для предпосевной обработки семян магнитным полем

Известна установка, где в качестве магнитных элементов используются постоянные магниты с чередующейся полярностью.

Семена, предназначенные для обработки, засыпают в бункер, откуда они попадают на ленточный транспортер с электрическим приводом и затем в приемник обработанного материала. Над транспортером, с зазором относительно друг друга установлены постоянные магниты. Недостатком известного решения является использования электромагнитной энергии на единицу массы обрабатываемых семян при их транспортерной подаче и низкая производительность установки из-за не использования всего пространства в области магнитов.

Известно устройство, содержащее магнитные элементы в виде магнитофоров, которые расположены на относительно небольшой длине (около иные для обработки, засыпают в бункер, откуда они под действием силы тяжести один раз проходят через магнитофорную камеру, закрепленную на опорах под определенном углом. Наклон установки регулируется таким образом, чтобы семена свободно перемещались под действием силы тяжести по нижней поверхности магнитофорной камеры. Производительность установки определяется шириной рабочей камеры и при ширине 15-30 см. составляет 0,8-2 т/час [2].

Источник

Польза магнитов для растений

Отличительной чертой планеты Земля является наличие вокруг нее электромагнитного поля. Жизнь возникла и развивается под воздействием этого поля. Пользуясь естественным магнетизмом нашей огромной планеты, люди научились получать омагниченную воду. Такая вода благоприятно влияет на развитие не только человеческого организма, но и на рост растений.

Замечено, что намагниченные семена дают урожаи на 20 процентов больше. Ученые до конца еще не выяснили принцип воздействия магнитного поля на живые существа. Если говорить о растениях, то возможно, что действие магнитов собирает возле корней растворенные в воде ионы солей. Давайте использовать силу магнита на своих приусадебных участках.

Влияние и польза магнитов

На все живое влияет как магнитное поле, так и действие омагниченной воды и просто магнитов. Вода значительно меняет свои физические качества при влиянии магнитного поля. Полив такой водой культурных растений ускоряет их рост, увеличивается плодоношение. Кроме того, омагниченная вода проявляет фунгицидное действие, подавляющее образование фитопатогенных грибов. Орошенные овощные и зерновые культуры ускоряют свой рост в 1,5 раза, повышается качество урожая, при этом сокращается поражение плодов болезнями. Омагниченная вода вымывает соль из верхнего слоя почвы, что дает возможность получить прекрасный урожай на засоленных почвах. А если растения предпочитают кислые почвы, то они интенсивно отзовутся на полив омагниченной водой. Большим плюсом полива омагниченной водой является низкий расход химикатов, стимуляторов. Поливать омагниченной водой желательно сразу, потому что «память» такой воды с измененными биологическими свойствами всего сутки.

«Заряженной» магнитами водой не только поливают высаженные культуры в открытом грунте, но и выдерживают в ней пару часов семена перед посевом. Можно сделать по – другому, обернуть семена влажной тряпочкой и положить ее между двумя магнитами.

Омагничивание посевного материала

Двигаясь в омагничиваемом веществе, токопроводные частицы создают магнитные и электрические поля. Вместе эти поля стимулируют семена, улучшая их всхожесть. Семена получают так называемую «подзарядку», легко взаимодействуют с естественными магнитными полями земли. В садоводческих магазинах сейчас можно приобрести всевозможные магнитные приспособления и насадки. Предлагаемые устройства предназначенные для создания магнитного поля, то есть омагничивание воды происходит сразу перед ее использованием.

В качестве насадки предлагаются:
— магнитотрон – устройство на основе ферритобариевых магнитов;
— магнитная воронка;
-электрогенератор магнитного поля в виде катушки с намотанным медным проводом, в полости которого находится магнит.
Подобные устройства надеваются на поливочный шланг или на месте выхода воды из распрыскивателя.

Получение омагниченной воды в домашних условиях

Омагничивать можно воду любого температурного режима, от кипятка до ледяной. В домашних условиях сделать самостоятельно прибор для намагничивания воды не сложно. Для этой цели используют постоянные магниты с индукцией В = 150-200 мТл. Наиболее предпочтительной будет квадратная или круглая формы магнита, в диаметре 0,4 – 0,5 см и толщиной 1 см. Если у вас есть ненужные динамики, то используйте их магниты.

Кроме применения в сельском хозяйстве магнитов, их используют в промышленности, быту, медицине. Благодаря своим активным свойствам «заряженная» вода обладает терапевтическими и бактерицидными свойствами. Если регулярно употреблять «заряженную» воду, снижается степень холестерина в печени и крови, нормализируется артериальное давление.

Источник

Применение магнитных полей в технологических целях

В технологических целях магнитные поля применяют в основном для:

В первом случае магнитное поле применяют в сепараторах в целях очистки различных пищевых сред от металлических ферромагнитных примесей и в устройствах для разделения заряженных частиц.

Во втором — в целях изменения физико-химических свойств воды.

В третьем — для управления процессами биологической природы.

В магнитных сепараторах с помощью магнитных систем выделяют из сыпучей массы ферромагнитные примеси (стальные, чугунные и т. п.). Различают сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами. Для расчета подъемной силы магнитов используют приближенную формулу, известную из общего курса электротехники.

где Fм — подъемная сила, Н, S — поперечное сечение постоянного магнита или магнитопровода электромагнита, м2, В — магнитная индукция, Т.

По требуемой величине подъемной силы определяют необходимую величину магнитной индукции, при использовании электромагнита намагничивающую силу (Iw):

где I — ток электромагнита, A, w — число витков катушки электромагнита, Rм — магнитное сопротивление, равное

здесь lк — длина отдельных участков магнитопровода с постоянным сечением и материалом, м, μк — магнитная проницаемость соответствующих участков, Гн/м, Sк — поперечное сечение соответствующих участков, м2, S — сечение магнитопровода, м2, В — индукция, Т.

Магнитное сопротивление постоянно только для немагнитных участков цепи. Для магнитных участков величина RM находится с помощью кривых намагничивания, так как здесь μ величина переменная.

Сепараторы с постоянным магнитным полем

Наиболее просты в устройстве и экономичны сепараторы с постоянными магнитами, так как они не требуют дополнительной энергии для питания обмоток. Их используют, например, на хлебозаводах для очистки муки от ферропримесей. Суммарная подъемная сила магнитол в этих сепараторах, как правило, должна быть не менее 120 Н. В магнитном поле мука должна передвигаться тонким слоем, толщиной порядка 6—8 мм, со скоростью не более 0,5 м/с.

Сепараторы с постоянными магнитами имеют и существенные недостатки: подъемная сила их невелика и ослабевает со временем из-за «старения» магнитов. Сепараторы с электромагнитами не имеют этих недостатков, так как электромагниты, устанавливаемые в них, питаются постоянным током. Подъемная сила их значительно выше и может регулироваться током обмоток.

На рис. 1 представлена схема электромагнитного сепаратора для сыпучих примесей. Сепарируемый материал подается в приемный бункер 1 и по транспортеру 2 движется к приводному барабану 3, изготовленному из немагнитного материала (латунь и т. п.). Барабан 3 вращается вокруг неподвижного электромагнита постоянного тока 4.

Центробежная сила отбрасывает материал в разгрузочное отверстие 5, а ферропримеси под действием магнитного поля электромагнита 4 «прилипают» к ленте транспортера и отрываются от нее лишь после выхода из поля действия магнитов, попадая в разгрузочное отверстие для ферропримесей 6. Чем тоньше слой продукта на ленте транспортера, тем лучше осуществляется сепарация.

Магнитные поля можно использовать для разделения заряженных частиц в дисперсных системах. В основе этого разделения лежат силы Лоренца

где Fл — сила, воздействующая на заряженную частицу, Н, k коэффициент пропорциональности, q — заряд частицы, Кл, v — скорость частицы, м/с, Н — напряженность магнитного поля, А/м, а — угол между векторами поля и скорости.

Положительно и отрицательно заряженные частицы, ионы под действием сил Лоренца отклоняются в противоположные стороны, кроме этого частицы с разными скоростями также сортируются в магнитном поле в соответствии с величинами их скоростей.

Рис. 1. Схема электромагнитного сепаратора для сыпучих примесей

Устройства для омагничивания воды

Многочисленные исследования, проведенные в последние годы, показали возможность эффективного применения магнитной обработки водных систем — технической и природной вод, растворов и суспензий.

При магнитной обработке водных систем происходит:

Так как вода является активным участником всех биологических и подавляющего большинства технологических процессов, изменение ее свойств под действием магнитного поля с успехом используют в пищевой технологии, в медицине, химии, биохимии, а также в сельском хозяйстве.

С помощью локальной концентрации веществ в жидкости можно добиться:

Управление свойствами коллоидных систем, процессов растворения и кристаллизации служит для:

Отметим особенности магнитной обработки воды. 1. Магнитная обработка требует обязательного протекания воды с некоторой скоростью сквозь одно или несколько магнитных полей.

2. Эффект омагничивания не сохраняется вечно, а исчезает через некоторое время после окончания действия магнитного поля, измеряемое часами или сутками.

3. Эффект обработки зависит от индукции магнитного поля и ее градиента, скорости потока, состава водной системы и времени ее нахождения в поле. Отмечено, что между эффектом обработки и величиной напряженности магнитного поля прямой пропорциональности нет. Важную роль играет градиент магнитного поля. Это понятно, если учесть, что сила F, действующая на вещество со стороны неоднородного магнитного поля, определяется выражением

где x – магнитная восприимчивость единицы объема вещества, Н — напряженность магнитного поля, А/м, dH/dx – градиент напряженности

Как правило, значения индукции магнитного поля лежат в пределах 0,2—1,0 Тл, а градиента — 50,00—200,00 Тл/м.

Наилучшие результаты магнитной обработки достигаются при скорости течения воды в поле, равной 1—3 м/с.

О влиянии природы и концентрации веществ, растворенных в воде, известно пока мало. Установлено, что эффект омагничивания зависит от типа и количества солевых примесей в воде.

Приведем несколько конструкций установок для магнитной обработки водных систем с постоянными магнитами и электромагнитами, питаемыми током различной частоты.

На рис. 2. приведена схема устройства для омагничивания воды с двумя постоянными магнитами цилиндрической формы 3, Вода течет в зазоре 2 магнитопровода, образованного полым ферромагнитным сердечником 4, помещенном в корпус L Индукция магнитного поля составляет 0,5 Тл, градиент — 100,00 Тл/м Ширина зазора 2 мм.

Рис. 2. Схема устройства для омагничивания воды

Рис. 3. Устройство для магнитной обработки водных систем

Большое распространение получили аппараты, оснащенные электромагнитами. Аппарат такого типа представлен на рис. 3. Он состоит из нескольких электромагнитов 3 с катушками 4, вставленных в диамагнитный чехол 1. Все это располагается в железной трубе 2. В зазоре между трубой и корпусом, защищенным диамагнитным чехлом, протекает вода. Напряженность магнитного поля в этом зазоре 45 000—160 000 А/м. В других вариантах аппаратов этого типа электромагниты надеваются на трубу снаружи.

Во всех рассмотренных аппаратах вода проходит через сравнительно узкие зазоры, поэтому предварительно ее очищают от твердых взвесей. На рис. 4 приведена схема аппарата трансформаторного типа. Он состоит из ярма 1 с электромагнитными катушками 2, между полюсами которых проложена труба 3 из диамагнитного материала. В аппарате осуществляется обработка воды или пульпы переменным или пульсирующим током разной частоты.

Здесь описаны только наиболее характерные конструкции аппаратов, которые с успехом применяются в различных сферах производства.

Магнитные поля оказывают влияние также на развитие жизнедеятельности микроорганизмов. Магнитобиология — развивающаяся область науки, находит все большее практическое применение, в том числе и в биотехнологических процессах пищевых производств. Выявлено влияние постоянных, переменных и пульсирующих магнитных полей на размножение, морфолого-культуральные свойства, метаболизм, ферментативную активность и другие стороны жизнедеятельности микроорганизмов.

Воздействие на микроорганизмы магнитных полей независимо от их физических параметров приводит к фенотипической изменчивости морфолого-культуральных и биохимических свойств. У некоторых видов в результате обработки может изменяться химический состав, антигенная структура, вирулентность, резистентность к антибиотикам, фагам, УФ-облучению. Иногда магнитные поля вызывают прямые мутации, но чаще всего они влияют на экстрахромосомные генетические структуры.

Общепризнанной теории, объясняющей механизм магнитного поля на клетку, пока не существует. Вероятно, в основе биологического действия магнитных полей на микроорганизмы лежит общий механизм опосредственнго влияния через экологический фактор.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Для чего применяется в сельском хозяйстве магнитная обработка

Магнитное поле в качестве действующего фактора в сельском хозяйстве имеет более чем 50-ти летнюю историю.

Наиболее значимые приладные результаты были получены за счет применения Градиентного Магнитного Поля (ГРМП). С использованием ГРМП были созданы установки для магнитной обработки воды для полива. Применение этих установок особенно эффективно в поливном земледелии южных регионов. Зафиксировано повышение урожайности 10-16%.

Устойчивое повышение урожайности за счет применения ГРМП достигается при использовании в процессе предпосевной обработки семян зерновых и овощных культур в диапазоне 12-30% в зависимости от исходного качества семян и условий произрастания растений.

Проведено множество прикладных исследований, показавших устойчивое повышение урожайности от применения ГРМП-обраотки семян и вегетирующих растений. С итогами исследований Вы можете ознакомиться на нашем сайте.

В отличие от других физических факторов (лазерное излучение, электрическое поле), чувствительных к запыленности на зернотоках, установки ГРПМ-обработки семян абсолютно нечувствительны к этому важному в практическом отношении производственному фактору. Низкая энергоемость ГРМП-обработки семян, в сочетании с низким уровнем напряженности магнитного поля (1-12 мТл), отсутствие шумового магнитного поля за пределами зоны обработки семян (уровень напряженности равен 0,01 мТл на расстоянии 0,5 м от зоны обработки) делают эти установки абсолютно безопасными для обслуживающего персонала. Невысокая цена ГРМП-установки (22-50 тыс руб) дополняет преимущества этого обрудования.

Учитывая эти преимущества наша компания сконцентрировала свои усилия на разработке, производстве и сервисном обслуживании ГРМП-установок для предпосевной обработки семян, семенного картофеля, лука.

Источник

ЭЛЕКТР О ТЕХНОЛОГИЯ

электронный учебно-методический комплекс

Лекция 3

Лекция 3

Индукционный нагрев осуществляется в переменном магнитном поле. Проводники, помещенные в поле, нагреваются вихревыми токами, наводимыми в них по законам электромагнитной индукции.

В зависимости от применяемых частот установки индукционного нагрева разделяются следующим образом:

а) низкой (промышленной) частоты (50 Гц);

б) средней (повышенной) частоты (до 10 кГц);

в) высокой частоты (свыше 10 кГц).

Деление индукционного нагрева по частотным диапазонам диктуется техническими и технологическими соображениями. Физическая сущность и общие количественные закономерности для всех частот одинаковы и основываются на представлениях, о поглощении проводящей средой энергии электромагнитного поля.

Поверхностное упрочнение после индукционного нагрева значительно повышает износостойкость изделий по сравнению с тепловой обработкой в печах. Индукционный нагрев успешно применяется также для плавки, термической обработки, деформации металлов и в других процессах.

Конструктивное оформление индукторов зависит от формы нагреваемых тел, целей и условий нагрева. Простейший индуктор представляет собой изолированный проводник, помещенный внутрь металлической трубы, вытянутый или свернутый в спираль. При пропускании по проводнику тока промышленной частоты в трубе наводятся греющие ее вихревые токи. В сельском хозяйстве предпринимались попытки использовать этот принцип для обогрева почвы в закрытом грунте, насестов для птицы и др.

В индукционных водонагревателях и пастеризаторах молока (работы по ним не вышли пока за рамки экспериментальных образцов) индукторы выполняют по типу статоров трехфазных электродвигателей. Внутрь индуктора помещен металлический сосуд цилиндрической формы. Вращающееся (или пульсирующее при однофазном исполнении) магнитное поле, создаваемое индуктором, наводит в стенках сосуда вихревые токи и нагревает их. От стенок тепло передается находящейся в сосуде жидкости.

При индукционной сушке древесины штабель досок перекладывают металлическими сетками и помещают (закатывают на специальной тележке) внутрь цилиндрического индуктора из проводников большого сечения, намотанных на каркас из изоляционного материала. Доски нагреваются от металлических сеток, в которых индуктируются вихревые токи.

Приведенные примеры поясняют принцип установок косвенного индукционного нагрева. К недостаткам таких установок относятся низкие энергетические показатели и малая интенсивность нагрева. Низкочастотный индукционный нагрев достаточно эффективен при прямом нагреве массивных металлических заготовок и определенном соотношении между их размерами и глубиной проникновения токов (см. далее).

Для создания полей высокой напряженности по индукторам пропускают большие токи, исчисляемые сотнями и тысячами ампер. В целях снижения потерь индукторы изготавливают с возможно малым активным сопротивлением. Несмотря на это, они все же интенсивно нагреваются как собственным током, так и за счет теплопередачи от заготовок, поэтому их оборудуют принудительным охлаждением. Индукторы обычно выполняют из медных трубок круглого или прямоугольного сечения, внутри которых пропускается проточная вода для охлаждения.

Удельная поверхностная мощность. Излучаемая индуктором электромагнитная волна падает на металлическое тело и, поглощаясь в нем, вызывает нагрев. Мощность потока энергии, протекающего через единицу поверхности тела, определяется формулой (11)

,

(3.1)

Удельную мощность на поверхности тела можно получить, подставив, в приведенное выражение z = 0; и значение k из формулы

(3.2)

с учетом выражения

.

(3.3)

После преобразования получаем (Вт/м 2 )

,

(3.4)

,

(3.5)

Величина носит название коэффициента поглощения мощности. Выразим D Р через ампер-витки индуктора. С известным приближением напряженность магнитного поля H 0 можно представить в виде произведения действующего значения тока индуктора I и числа витков w 0 на 1 см его высоты:

,

(3.6)

Подставив полученное значение H 0 в формулу (207), получим

.

(3.7)

Рис. 3.3. Функции Берча для вычисления мощности у поверхности индуктора, выделяющейся в нагреваемом цилиндре и индукторе.

,

(3.8)

К.п.д. индукционного нагрева. С известным приближением можно считать, что напряженность магнитного поля у поверхности заготовки и проводников индуктора одинакова (в действительности она выше). При таком допущении активную мощность, выделяемую в индукторе (мощность потерь), можно определять по формуле, аналогичной (209). Обозначая величины, относящиеся к изделию и индуктору, соответственно индексами «а» и «и», имеем

,

(3.9)

.

(3.10)

.

(3.11)

.

(3.12)

Формула позволяет получить предельное значение к. п. д. индукционного нагрева для соленоидного индуктора и цилиндра

.

(3.13)

.

(3.14)

Следует отметить, что простые и наглядные зависимости (3.13) и (3.14) справедливы лишь для ограниченного числа сравнительно простых случаев индукционного нагрева.

.

(3.15)

Однако к внутренней индуктивности изделия добавляется еще индуктивность, обусловленная наличием магнитного потока в воздушном зазоре между индуктором и изделием. Поэтому действительное значение cos j всегда меньше 0,707 и при нагреве высокими частотами вычисляется по формуле

,

(3.16)

Таким образом, коэффициент мощности зависит от электрических свойств материала изделия, воздушного зазора и частоты. С увеличением воздушного зазора возрастает индуктивность рассеяния и коэффициент мощности снижается.

Коэффициент мощности обратно пропорционален корню квадратному из частоты, поэтому необоснованное завышение частоты снижает энергетическиехпоказатели установок. Всегда следует стремиться к уменьшению воздушного зазора, однако здесь существует предел, обусловленный пробивной напряженностью воздуха. В процессе нагрева коэффициент мощности не остается постоянным, так как r и m (для ферромагнитов) изменяются с изменением температуры. В реальных условиях коэффициент мощности установок индукционного нагрева редко превышает значение 0,3, снижаясь до 0,1-0,01. Для разгрузки сетей и генератора от реактивных токов и повышения созф параллельно индуктору обычно включают компенсирующие конденсаторы.

Основными параметрами, характеризующими режимы индукционного нагрева, являются частота тока и к. п. д. В зависимости от применяемых частот условно различают два режима индукционного нагрева: глубинный нагрев и поверхностный.

Глубинный нагрев («малыми частотами») осуществляется при такой частоте f когда глубина проникновения z а примерно равна толщине нагреваемого (закаливаемого) слоя х к (рис. 3.4, а). Нагрев происходит сразу на всю глубину слоя х к скорость нагрева выбирают такой, чтобы передача тепла теплопроводностью в глубь тела была незначительной.

(3.17)

частота тока индуктора должна быть относительно низкой («малой»). Нагрев сразу всего слоя х к требует сравнительно большой мощности генератора. Такой режим целесообразен при поточном производстве в условиях высокой загрузки оборудования.

Рис. 3.4 Распределение температуры от поверхности в глубь тела при глубинном (а) и поверхностном (б) индукционном нагреве.

При значительном понижении частоты нагрев становится вообще неосуществимым, так как глубина проникновения будет очень большой и поглощение энергии в изделии незначительным.

Индукционным способом можно осуществлять как глубинный, так и поверхностный нагрев. При внешних источниках тепла (плазменный нагрев, в электропечах сопротивления) глубинный нагрев невозможен.

По принципу работы различают два вида индукционного нагрева: одновременный и непрерывно-последовательный.

При одновременном нагреве площадь индуктирующего провода, обращенная к нагреваемой поверхности изделия, примерно равна площади этой поверхности, что позволяет одновременно нагревать все ее участки. При непрерывно-последовательном нагреве изделие перемещается относительно индуктирующего провода, и нагрев отдельных его участков происходит по мере прохождения рабочей зоны индуктора.

Выбор частоты. Достаточно высокий к. п. д. может быть получен лишь при определенном соотношении между размерами тела и частотой тока. О выборе оптимальной частоты тока упоминалось выше. В практике индукционного нагрева частоту выбирают по эмпирическим зависимостям.

При нагреве деталей под поверхностную закалку на глубину х к (мм) оптимальную частоту (Гц) находят из следующих зависимостей: для деталей простой формы (плоские поверхности, тела вращения)

,

(3.18)

для деталей сложной формы

.

(3.19)

При сквозном нагреве стальных цилиндрических заготовок диаметром d (мм) необходимую частоту определяют по формуле

.

(3.20)

Рис. 3.5 Изменение удельной мощности, выделяемой в стали, в процессе нагрева под закалку.

Строгий расчет индукторов довольно громоздок и связан с привлечением дополнительных полуэмпирических данных. Мы рассмотрим упрощенный расчет цилиндрических индукторов для поверхностной закалки, основываясь на полученных выше зависимостях.

Рис. 3.6. Зависимость длительности нагрева от толщины закаливаемого слоя.

Рис. 3.7. Зависимость средней удельной мощности от толщины закаливаемого слоя.

Графики режимов нагрева под поверхностную закалку для углеродистых и малолегированных сталей при толщине переходной зоны, составляющей 0,3-0,5 от закаливаемого слоя, приведены на рисунках 3.6 и 3.7.

Выбрав значение D Р, нетрудно найти мощность, подводимую к индуктору,

,

(3.21)

Колебательная мощность генератора

,

(3.22)

Мощность, потребляемая из сети,

,

(3.23)

Потребляемая мощность генератора (равная при номинальной загрузке установленной) может быть, согласно выражению

,

(3.24)

определена по удельному расходу электроэнергии а (кВт-ч/т) и производительности G (т/ч):

(3.25)

Удельный расход электроэнергии (кВт-ч/т) при индукционном нагреве определяют по следующим формулам:

для сквозного нагрева

,

(3.25)

для поверхностного нагрева

,

(3.26)

Остальные обозначения объяснены выше.

(3.27)

Тогда ток индуктора

(3.28)

Подставив значение тока в формулу (3.7) и имея в виду, что

(3.29)

после преобразования получим

(3.30)

Формула (3.30) дает связь между удельной мощностью, электрическими параметрами и геометрическими размерами индуктора, физическими характеристиками нагреваемого металла. Принимая за функцию размеры индуктора, получим

(3.31)

для холодного состояния

(3.32)

для нагретого состояния

(3.33)

Рис. 3.9. Векторная диаграмма индуктора.

Коэффициент мощности индуктора

(3.34)

Необходимую емкость компенсирующих конденсаторов при подключении их непосредственно на вход индуктора определяют следующим образом (рис. 3.9).

Компенсируемая реактивная мощность индуктора

(3.35)

(3.36)

должна быть равна реактивной мощности конденсаторов

(3.37)

При подключении конденсаторов к первичной цепи высокочастотного трансформатора емкость конденсаторов должна быть увеличена для компенсации реактивности трансформатора и соединяющих проводников.

Пример. Рассчитать индуктор и выбрать высокочастотную установку для поверхностной закалки цилиндрических заготовок из углеродистой стали диаметром d а = 30 мм и высотой h а = 90 мм. Глубина закаливаемого слоя х к = 1 мм, напряжение на индукторе U и =100 В. Находим рекомендуемую частоту по формуле (218):

Гц.

Останавливаемся на ближайшей из применяемых частот f =67 кГц.

По формуле (3.33) находим аl для холодного состояния:

Принимаем а = 0,5 см, тогда диаметр индуктора

см.

Длина индуктирующего проводника

см

Число витков индуктора

см.

Мощность, подводимая к индуктору, по

кВт

Колебательная мощность генератора

кВт.

Выбираем высокочастотную установку ЛПЗ-2-67М, имеющую колебательную мощность 63 кВт и рабочую частоту 67 кГц.

В технике индукционного нагрева используются токи низкой (промышленной) частоты 50 Гц, средней частоты 150-10000 Гц и высокой частоты от 60 кГц до 100 МГц.

В последнее время машинные генераторы вытесняются более надежными статическими преобразователями частоты, выполняемыми на трансформаторах и тиристорах.

Токи высокой частоты от 60 кГц и выше получают исключительно при помощи ламповых генераторов. Установки с ламповыми генераторами используются для выполнения разнообразных операций термической обработки, поверхностной закалки, плавки металлов и др.

Не затрагивая теории вопроса, излагаемой в других курсах, рассмотрим лишь некоторые особенности генераторов для нагрева.

Нагревательные генераторы выполняются, как правило, с самовозбуждением (автогенераторы). По сравнению с генераторами независимого возбуждения они проще по устройству и имеют лучшие энергетические и экономические показатели.

Схемы ламповых генераторов для нагрева принципиально не отличаются от радиотехнических, но имеют некоторые особенности. От этих схем не требуется строгая стабильность частоты, что заметно их упрощает. Принципиальная схема простейшего генератора для индукционного нагрева приведена на рисунке 3.10.

Основным элементом схемы является генераторная лампа. В нагревательных генераторах чаще всего используются трехэлектродные лампы, которые по сравнению с тетродами и пентодами проще и обеспечивают достаточную надежность и устойчивость генерации. Нагрузкой генераторной лампы служит анодный колебательный контур, параметры которого индуктивность L и емкость С подбираются из условия работы контура в резонансе на рабочей частоте:

(3.38)

Для собственной частоты эквивалентное резонансное сопротивление контура R а является чисто активным

(3.39)

Параметры контура R, L, С определяются с учетом изменений, вносимых электрофизическими свойствами нагреваемых тел.

Незатухающие колебания в автогенераторе возникают при наличии достаточной положительной обратной связи сетки с контуром и выполнении определенных условий, связывающих параметры лампы и контура.

Коэффициент обратной сеточной связи

(3.40)

должен отвечать следующему аналитическому условию самовозбуждения автогенератора:

,

(3.41)

Обратная сеточная связь в генераторах для индукционного нагрева выполняется чаще всего по трехточечной схеме, когда сеточное напряжение берется от части индуктивности анодного или нагревательного контура. На рисунке 3.10 напряжение на сетку подается от части витков катушки связи L2, которая представляет собой элемент индуктивности нагревательного контура.

Нагревательные генераторы в отличие от радиотехнических чаще всего выполняются двухконтурными (рис. 3.10) или даже одноконтурными. Двухконтурные генераторы легче настраиваются в резонанс и более устойчивы в работе.

В генераторах возбуждаются колебания второго рода. Анодный ток протекает через лампу импульсами, только в течение части (1/2-1/3) периода. Благодаря этому снижается постоянная составляющая анодного тока, уменьшается нагрев анода и повышается к. п. д. генератора. Форму импульсов имеет и сеточный ток. Отсечка анодного тока (в пределах угла отсечки q = 70-90°) осуществляется подачей на сетку постоянного отрицательного смещения, которое создается падением напряжения на сопротивлении гридлика R г при протекании постоянной составляющей сеточного тока.

Генераторы для нагрева имеют изменяющуюся в процессе нагрева нагрузку, вызванную изменением электрофизических свойств нагреваемых материалов. Чтобы обеспечить работу генератора в оптимальном режиме, характеризуемом наибольшими значениями отдаваемой мощности и к. п. д., установки оборудуют устройствами согласования нагрузки. Оптимальный режим достигается подбором соответствующего значения коэффициента обратной сетчатой связи k с и выполнением условия

(3.42)

,

(3.43)

Установки индукционного нагрева весьма распространены на ремонтных заводах и предприятиях «Сельхозтехники».

В ремонтном производстве токи средней и высокой частоты применяются для сквозного и поверхностного нагрева деталей из чугуна и стали под закалку, перед горячей деформацией (ковкой, штамповкой), при восстановлении деталей методами наплавки и высокочастотной металлизации, при пайке твердыми припоями и др.

Особое место занимает поверхностная закалка деталей. Возможность концентрации мощности в заданном месте детали позволяет получать сочетание наружного закаленного слоя с пластичностью глубинных слоев, что значительно повышает износостойкость и устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам.

Достоинства поверхностной закалки при помощи индукционного нагрева заключаются в следующем:

1) возможность закаливать детали и инструмент на любую необходимую толщину, при необходимости обрабатывая только рабочие поверхности;

2) значительное ускорение процесса закаливания, что обеспечивает высокую производительность установок и снижает стоимость термообработки;

3) обычно меньший по сравнению с другими способами нагрева удельный расход энергии вследствие избирательности нагрева (только на заданную глубину) и быстротечности процесса;

4) высокое качество закаливания и уменьшение брака;

5) возможность организации поточности производства и автоматизации процессов;

6) высокая культура производства, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Установки индукционного нагрева выбирают по следующим основным параметрам: назначению, номинальной колебательной мощности, рабочей частоте. Выпускаемые промышленностью установки имеют стандартную шкалу мощностей со следующими ступенями: 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0 кВт и далее при умножении этих чисел на 10, 100 и 1000.

Высокочастотные установки для индукционного нагрева имеют единую индексацию: ВЧИ (высокочастотные индукционные).

1. Объясните принцип индукционного нагрева. Область его применения.

2. Перечислите основные элементы установки индукционного нагрева и укажите их назначение.

3. Как выполняется обмотка нагревателя?

4. Каковы достоинства нагревателя?

5. В чем заключается явление поверхностного эффекта?

6. Где может применяться индукционный воздушный нагреватель?

7. От чего зависит глубина проникновения тока в нагреваемый материал?

8. Чем определяется КПД кольцевого индуктора?

9. Почему для выполнения индукционных нагревателей на промышленной частоте необходимо применять ферромагнитные трубы?

10. Что наиболее существенно влияет на cos индуктора?

11. Как изменяется скорость нагрева с повышением температуры нагреваемого материала?

12. На какие параметры стали влияет измерение температуры?

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006
© Центр дистанционного обучения КрасГАУ, 2006

Источник