Исследование и разработка трехфазного индуктора для нагрева цилиндрических заготовок в поперечном магнитном поле

• Автор: Никитина, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблема создания энергоэффективных конструкций
трехфазных индукционных нагревателей
1.1 Обзор методов идентификации
процессов индукционного нагрева
1.2. Задача совершенствования конструкции
индукционных нагревателей промышленной частоты
2. Математическое моделирование процесса индукционного нагрева цилиндрических заготовок в поперечном магнитном поле
2.1. Постановка задачи моделирования
2.2. Математическая модель электромагнитных процессов
2.3. Математическая модель тепловых процессов
3. Разработка алгоритма и методики расчета параметров трехфазного индуктора с замкнутым магнитопроводом
3.1. Алгоритм расчета электромагнитных и тепловых полей
3.2. Экспериментальные исследования электромагнитных
и тепловых полей
3.2.1. Исследование электромагнитных полей
в системе «индуктор - заготовка»
3.2.2. Исследование температурных полей
в системе «индуктор - заготовка»
4. Параметрический анализ и оптимальное проектирование индукционной системы по критерию
максимального полного КПД
4.1. Обзор методов оптимального проектирования
установок индукционного нагрева
4.2 Анализ зависимости электрических характеристик объекта
от конструктивных параметров индуктора

4.3. Оптимальное проектирование индукционной
системы по критерию максимального полного КПД
4.4. Экспериментальные исследования установившихся режимов нагрева заготовок в индукционном нагревателе
Заключение
Библиографический список
Приложение
Введение

Диссертация посвящена разработке и исследованию энергоэффективной индукционной установки для нагрева цилиндрических заготовок в линиях горячей обработки металла на деформирующем оборудовании.
Актуальность проблемы
Практически во всех отраслях промышленности находят широкое применение индукционные системы для преобразования электромагнитной энергии в тепловую. Опыт применения индукционных установок для технологического нагрева заготовок в линиях горячей обработки металла показывает, что они являются перспективными по ряду важнейших признаков. Они надежны и безопасны и позволяют легко осуществить автоматическое управление процессом нагрева. Компактность индукционных нагревателей позволяет размещать их непосредственно там, где требуется нагрев, тем самым исключая потери тепла при его транспортировке.
В то же время разнообразие форм индукционных нагревателей, которые могут быть использованы для технической реализации одной и той же задачи, приводит к необходимости решения ряда специфических проблем. Выбор конструктивного исполнения диктуется требованиями, предъявляемыми к нагревателю конкретным технологическим процессом, условиями работы, уровнем рабочих температур, производительностью, энергоэффективностью и т.д.
Известные конструктивные решения для мощных индукционных нагревательных установок, работающих на промышленной частоте, представляют собой многосекционную систему индукторов и не обеспечивают симметричную нагрузку фаз даже при полном равенстве собственных сопротивлений отдельных секций трехфазного нагревателя. Так, например, часто индукторы располагают друг за другом с минимальным осевым зазором для снижения провала удельной мощности в зоне стыков, а

проницаемости металла и, соответственно, глубины проникновения тока. К тому же, как известно из многочисленных источников [46, 18, 21, 81, 40, 45], даже для тел правильной цилиндрической формы, у которых продольные и поперечные размеры соизмеримы, характерно наличие существенных краевых эффектов в распределении напряженности магнитного поля, которые в конечном итоге оказывают влияние на характер распределения внутренних источников тепла. Наличие ферромагнитных масс сложной конфигурации еще более усложняет моделирование электромагнитных и тепловых полей в исследуемой системе.
При исследовании любой сложной системы принимается ряд общих и специфических допущений, корректность которых зависит от конкретной системы. К общим допущениям при решении электромагнитной задачи можно отнести: отсутствие запаздывания электромагнитной волны в воздухе; расчет установившихся электромагнитных процессов для величин, меняющихся по гармоническому закону; однозначность зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля; магнитная проницаемость считается действительной величиной (т.к. потери на гистерезис при нагреве ферромагнитного тела много меньше потерь на вихревые токи).
Для успешного решения указанных задач требуется разработка численных методов, качественная реализация их в виде программных средств, обеспечение диалогового общения пользователя с ЭВМ, так как аналитические методы имеют жесткие ограничения по области применения и используются обычно для геометрически простых систем или частей сложной системы, как правило, в линейной постановке. Такая технология исследований с широким применением цифровых моделей и ЭВМ получила название вычислительного эксперимента [78]. Вычислительный эксперимент отличается от физического объемом и качеством информации. В вычислительном эксперименте объем получаемой информации не ограничивается числом датчиков и их быстродействием. Оказываются