УДК 621.365.5 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

УДК 621.365.5
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ «НЕМАГНИТНОЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ – ИНДУКТОР С ПОСТОЯННЫМИ
МАГНИТАМИ»
Бикеев, Р.А. Бланк А.В., Еремеев А.Н., Промзелев В.А.
Россия, г. Новосибирск, НовосибирскийГТУ
Предложен приближенный аналитический метод расчета электромагнитного поля
установки индукционного нагрева с постоянными магнитами с помощью каскадной
схемы замещения, которая сформирована в цилиндрической системе координат на
основе сопоставления общих законов и методов расчета электромагнитного поля и
методов теории электрических цепей синусоидального тока.
Ключевые слова: установки индукционного нагрева, постоянные магниты,
электромагнитное поле синусоидальных токов, каскадные схемы замещения,
четырехполюсники.
The analytical method is offered to solve the electromagnetic problems in induction heating
system with permanent magnets using the cascade equivalent circuits obtained in the
cylindrical coordinate system by means of comparison of the electromagnetic field theory and
the sinusoidal circuit theory.
Keywords: induction heating systems, permanent magnets, the time-harmonic
electromagnetic field, cascade equivalent circuits, quadripoles.
Исследования электромагнитных явлений в установках индукционного нагрева с
постоянными магнитами в настоящее время находятся на начальной стадии, о чем
свидетельствует анализ отечественных и зарубежных источников. В связи с этим
проблема изучения электромагнитных полей в таких установках представляется весьма
актуальной.
Одним из наиболее перспективных подходов в индукционном нагреве
немагнитных материалов с низким удельным сопротивлением (алюминия, меди,
латуни) следует считать вращение нагреваемого изделия в
магнитном поле
постоянных магнитов, изготовленных из интерметаллических соединений на основе
редкоземельных металлов. Полный КПД процесса нагрева в этом случае определяется
потерями в двигателе и может достигать 90% [1-3].
Рис. 1. Установка индукционного нагрева с постоянными магнитами
Индукционная установка для нагрева изделий цилиндрической формы содержит
симметричную многополюсную систему возбуждения на постоянных магнитах и
расположенную внутри вращающуюся садку (рис. 1).
Рис. 2. Плоская развертка системы «магниты – зазор – садка»
Для расчета параметров электромагнитного поля использовалась модель,
изображенная на рис. 2, представляющая собой трехслойную плоскую развертку
системы «магниты – зазор – садка». Активная зона модели содержит разноименнополюсную структуру постоянных магнитов, проводящая немагнитная среда (садка)
отделена от активной зоны зазором Δр. Протяженность модели в направлении
координаты z неограниченно велика.
а)
б)
Рис. 3. Результаты расчет электромагнитного поля на поверхности садки при
изменении скорости вращения:
а) кривая вектора электрической напряженности;
б) кривая нормальной компоненты вектора магнитной индукции;
обозначение кривых: — V = 0; -¤-¤-¤- V = 15.71 м / с; - - - V = 31,42 м / с
Для численных расчетов использовалась программа ELCUT 5.5 разработки
производственного кооператива «ТОР» (г. Санкт-Петербург).
При численном расчете перемещающиеся постоянные магниты заменялись
распределенной в пространстве многофазной системой токов. Рассчитывались
нормальная компонента вектора магнитной индукции и электрическая напряженность
на поверхности садки при следующих исходных данных: полюсное деление 20 мм;
ширина магнита 10 мм; высота магнита 25 мм; рабочий зазор 5 мм; глубина
алюминиевого слоя 10 мм; проводимость алюминия 3,445∙10 7 Ом-1м-1; относительная
магнитная проницаемость магнита в радиальном направлении 1,083; остаточная
индукция магнита 1 Тл.
В результате расчета были получены кривые, дающие наглядное представление
о влиянии скорости вращения садки на компоненты векторов (рис. 3).
Литература
1. Karban P., Mach F., Dolezel I. Higher-order finite element modeling of rotational
induction heating of nonferromagnetic cylindrical billets // Heating by electromagnetic
sources HES-10. – Padua, 2010 – pp. 515-522.
2. Dughiero F., Forzan M., Lupi S., Nicoletti F., Zerbetto M A new high efficiency
technology for the induction heating of non magnetic billets // Heating by electromagnetic
sources HES-10. – Padua, 2010 – pp. 531-538.
3. Михайлов К.А., Ковальский В.В., Кинев Е.С. Математическое и физическое
моделирование индукционного нагрева в поле постоянного магнита. // Материалы 4-й
научно-технической конференции с международным участием. – Новосибирск: Изд-во
НГТУ, 2009.- С.200-203.
Бикеев Роман Александрович, НовосибирскийГТУ, 630092, г. Новосибирск,
пр.К.Маркса, 20, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных
электротехнологических установок НовосибирскогоГТУ, тел. (383)346-30-32,
e-mail: bikeev@ngs.ru.
Бланк Алексей Валерьевич, НовосибирскийГТУ, 630092, г. Новосибирск,
пр.К.Маркса, 20, кандидат технических наук, докторант кафедры теоретических основ
электротехники Новосибирского государственного технического университета, тел.:
(383) 346-04-42, e-mail: kaftoe@ngs.ru
Еремеев Андрей Николаевич, НовосибирскийГТУ, 630092, г. Новосибирск,
пр.К.Маркса, 20, магистрант кафедры автоматизированных электротехнологических
установок НовосибирскогоГТУ, тел. (383)346-30-32, e-mail: elterm@ngs.ru.
Промзелев Владислав Алексеевич, НовосибирскийГТУ, 630092, г. Новосибирск,
пр.К.Маркса, 20, аспирант кафедры автоматизированных электротехнологических
установок
Новосибирского
государственного
технического
университета,
тел. (383)346-30-32, e-mail: promzelev@mail.ru.