Аннотация
В настоящее время в различных странах начинает разрабатываться оборудование индукционного нагрева немагнитных цилиндрических изделий, вращающихся в магнитном поле, создаваемом катушками постоянного тока или постоянными магнитами. В то же время электромагнитные, электромеханические и тепловые процессы в таких системах слабо изучены, а их разработка и тем более оптимизация конструктивного исполнения и режимов нагрева заготовок требуют глубокого их исследования. В представленной статье рассматриваются проведенные исследования электромеханических, электрических и тепловых характеристик системы индукционного нагрева с постоянными магнитами для нагрева изделий, выполненных из немагнитных металлов с малым удельным электросопротивлением (алюминия, меди, бронзы), вращающихся в поперечном магнитном поле. Расчеты выполнялись аналитическим методом по каскадным схемам замещения и численным моделированием в программном пакете ANSYS. Представлены зависимости плотности вихревого тока, наведенного в нагреваемой заготовке от радиальной и угловой координат, механического момента, развиваемого нагреваемой заготовкой, и температурного перепада при различных скоростях их вращений. Проведено сравнение результатов численного моделирования и аналитического расчета. Показано, что аналитический метод, основанный на применении каскадных схем замещения, имеет достаточно хорошую точность и может быть рекомендован для расчета электрических, механических и тепловых параметров индукционных установок с постоянными магнитами.
Ключевые слова: индукционный нагрев, нагрев немагнитных изделий, нагрев цилиндрических изделий, постоянными магниты, плотность тока, механический момент, температурное поле, каскадные схемы замещения
Список литературы
[1] Dughiero F. Induction heating of aluminum billets rotating in a DC magnetic field / F. Dughiero, M. Forzan, S. Lupi // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Труды 8 Междунар. конф. – Самара, 2006. – С. 171–176. [2] Magnusson N. Prospects for rotating billet superconducting induction heating / N. Magnusson // Heating by electromagnetic sources HES-07. – Padua, 2007. – Р. 479–486. [3] Araneo R. Electromagnetic and thermal analysis of the induction heating of aluminum rotating in a DC magnetic field / R. Araneo, F. Dughiero, M. Fabbri, M. Forzan, A. Geri, S. Lupi, A. Morandi, P. Ribani, G. Vega // Heating by electromagnetic sources HES-07. – Padua, 2007. – Р. 487–496. [4] Optimization design of induction heaters in the field of rotating permanent magnets with cylindrical load of non-ferrous metals / E. Golovenko, I. Gudkov, V. Goremykin, K. Michailov, E. Kinev // Proceedings of the XVII Congress 21–25 may, 2012 St.Petersburg. – С.-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. – C. 91–97. [5] Analytical and numerical analysis of electrical parameters of induction heating with permanent magnets / A. Aliferov, A. Blanc, M. Forzan, A. Inkin, S. Lupi // Proceedings of the XVII Congress 21–25 may, 2012 St.Petersburg. – С.-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. – C. 81–90. [6] Karban P. Higher-order finite element modeling of rotational induction heating of nonferromagnetic cylindrical billets / P. Karban, F. Mach, I. Dolezel // Heating by electromagnetic sources HES-10. – Padua, 2010. – Рp. 515–522. [7] A new high efficiency technology for the induction heating of nonmagnetic billets / F. Dughiero, M. Forzan, S. Lupi, F. Nicoletti, M. Zerbetto // Heating by electromagnetic sources HES-10. – Padua, 2010. – Р. 531–538. [8] Исследование электромагнитных параметров установок индукционного нагрева с постоянными магнитами / А.И. Инкин, А.В. Бланк, А.И. Алиферов, Е.Г. Порсев, В.А. Промзелев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2012. – № 1–1. – С. 178–182. [9] Бланк А.В. Магнитоэлектрические установки индукционного нагрева и их электротепловые расчеты на базе каскадных схем замещения / А.В. Бланк, А.В. Азанов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2012. – № 6. – С. 65–69. [10] Индукционный и электроконтактный нагрев металлов: монография / А.И. Алиферов, С. Лупи. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 411 с.
