Индукционные установки сквозного нагрева цилиндрической загрузки в продольном магнитном поле

• Автор: Кинев, Евгений Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 161 с. : ил.

1 ИНДУКЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ СКВОЗНОГО НАГРЕВА, МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА И ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1.1 Индукционный метод сквозного нагрева металлической загрузки
1.1.1 Основные понятия и определения в технике индукционного нагрева
1.1.2 Физические основы индукционного нагрева
1.1.3 Особенности индукционных установок сквозного нагрева
1.1.4 Классификация индукционных нагревателей сквозного нагрева по принципу действия
1.1.5 Индукторы нагревателей для сквозного нагрева
1.1.6 Схемы силового электропитания установок индукционного нагрева
1.1.7 Требования к индукционным установкам сквозного нагрева
1.2 Методы расчета установок индукционного нагрева
1.2.1 Методы электромагнитных расчетов индукционных систем
1.2.2 Методы расчета температурного поля в загрузке
1.2.3 Методы анализа электрических процессов в схемах силового питания установок индукционного нагрева
1.2.4 Применение коммерческих пакетов программ'
1.3 Выводы по разделу
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ
2.1 Анализ электромагнитного поля в нагреваемой цилиндрической загрузке
2.1.1 Математическое моделирование электромагнитного поля в индукционной системе «индуктор - загрузка»
2.1.2 Исследование электромагнитных процессов в обмотках индукционных установок сквозного нагрева
2.2 Математическое моделирование теплового поля в цилиндрической загрузке

2.3 Исследование электромагнитных процессов в схемах силового питания установок индукционного нагрева
2.3.1 Исследование динамических режимов схем силового питания
2.4 Схемотехническое моделирование силовых установок индукционных нагревателей
2.5 Выводы по разделу
3 ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ГРАДИЕНТНОГО НАГРЕВА ОКБ-894А
3.1 Описание установки
3.2 Численное исследование режимов нагрева цилиндрической загрузки в однофазном индукционном нагревателе
3.3 Исследование влияния несимметрии однофазной нагрузки на цеховую сеть
3.4 Разработка мероприятий по модернизации индукционного нагревателя периодического действия
3.5 Выводы по разделу
4 ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИНМ
4.1 Описание установки
4.2 Численное исследование режимов нагрева цилиндрической загрузки в трехфазном индукционном нагревателе методического действия
4.3 Экспериментальные исследования индукционной установки методического действия
4.4 Разработка мероприятий по модернизации индукционного нагревателя ИНМ
4.5 Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Современные установки индукционного нагрева (УИН) - это сложные высокопроизводительные агрегаты мощностью в десятки мегаватт. Они являются неотъемлемыми составными частями автоматизированных технологических систем более высокого уровня. Непрерывно растут требования к качеству нагрева, эффективности термических процессов и процессов управления. При этом «... достоинства метода («индукционного нагрева» - am.) могут быть в полной мере использованы лишь в том случае, если имеется точное представление о тех зависимостях, которым подчиняется метод не только в целом, но и в отдельных его частях» /41/. Эти слова выдающегося русского ученого В. П. Вологдина, написанные в 1947 году, сохранили свою актуальность и сегодня.
В развитие теории индукционного нагрева большой вклад внесли такие ученые, как В. П. Вологдин, Г. И. Бабат, М. Г. Лозинский, А. Е. Слухоцкий /8, 22, 25, 41, 88/ и др. Создание УИН с использованием методик и рекомендаций, полученных на основе анализа экспериментальных данных и аналитических выражений, сегодня не удовлетворяет требованиям современного уровня развития техники индукционного нагрева. С развитием вычислительной техники и методов математического моделирования возросла роль численного эксперимента в принятии технических решений при разработке новых и совершенствовании известных установок индукционного нагрева.
В настоящее время для исследования физических явлений в электромагнитной системе индукционных нагревателей используют коммерческие пакеты программ. Существуют также специализированные программы, позволяющие выполнять совместный анализ электромагнитного и теплового полей в процессе нагрева. Большинство программных комплексов ориентировано на применение в среднечастотном и высокочастотном диапазоне, в которых предполагается обычно однофазное исполнение с широкими возможностями согласования параметров источника питания и индукционной нагрузки. Между тем актуальной остается задача численного анализа процесса нагрева в многофазных установках промышленной частоты с учетом эффекта переноса мощности между обмотками разных фаз, ослабления поля на стыке
заданного распределения по радиусу проверяется перепад температуры по длине выходного слитка. Если необходимо, изменяется длина индуктора или положение слитков в нем и расчет повторяется /74/.
Ниже рассмотрены математические модели для анализа электромагнитного и теплового полей индукционного нагревателя, модель для анализа электромагнитных процессов в многослойных обмотках индуктора, а также модели для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях установки индукционного нагрева /22, 48, 110/.
2.1 Математическое моделирование электромагнитного поля в при решении осесимметричной задачи в цилиндрической системе координат
Математическая модель разработана на основе численного метода дискретизации свойств сред /47, 108, 109/. При решении задачи анализа электромагнитного поля в цилиндрической системе координат методом дискретизации свойств сред принаняты ряд допущений.
Параметры электромагнитного поля представляются в комплексной форме, и рассматривается первая гармоника синусоидально изменяющихся величин, а так же установившиеся режимы схем электропитания.
Источники электромагнитного поля задаются в виде сторонних токов /ст, а электрофизические свойства медной обмотки в модель анализа электромагнитного поля в индукционной системе не задаются. Поэтому анализ электромагнитных процессов в обмотке индуктора рассматриваются независимо от анализа поля в индукционной системе. Таким образом, для анализа электромагнитных процессов использованы две математические модели. Достоверность полученных таким образом данных оценивалась сравнением результатами численных экспериментов с данными натурных исследований на действующем индукционном нагревателе.