Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева»

Исследование электромагнитных полей в системе «индуктор - плоская металлическая загрузка»

Качанов Александр Николаевич, д.т.н., профессор, академик АЭН РФ, заведующий кафедрой «Электрооборудование и энергосбережение»

Герасименко Екатерина Сергеевна, студент гр. 41-ЭО

Россия, Орёл

Аннотации

В статье рассмотрены результаты исследований характера распределения электромагнитного поля в рабочем зазоре индуктора при нагреве плоских металлических загрузок в поперечном электромагнитном поле в программной среде ELCUT.

Ключевые слова: электромагнитное поле, индуктор, плоская металлическая загрузка, программный продукт ELCUT.

Investigation of electromagnetic fields in the system «inductor - flat metallic load»

Kachanov Alexander Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of the AEC of Russia, Head of the Department of Electroequipment and Energy Saving, FGBOU VO "OSU named after IS. Turgenev ". 302020, Oryol, Naugorskoe shosse, 29, tel. 8- (4862) -41-98-53. Mail: kan@ostu.ru

Gerasimenko Ekaterina Sergeevna, student gr. 41-EE FGBOU IN "OSU named after I.S. Turgenev "; Address: Russia, 302020, the Oryol, ul. Naugorskoe shosse, 29; E-mail: Dina.storm@mail.ru.

Russia, Oryol, FGBOU VO "OSU named after I.S. Turgenev »

In the article the results of researches of character of distribution of an electromagnetic field in a working backlash of an inductor at heating of flat metal loadings in a transverse electromagnetic field in the program environment ELCUT are considered.

Key words: electromagnetic field, inductor, flat metal loading, software product ELCUT.

Установки для нагрева плоских металлических изделий в поперечном электромагнитном поле нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Например, при проведении ряда технологических операций, таких как сушка лакокрасочных покрытий, нанесенных на поверхность металлических изделий, нагрев заготовок в кузнечнопрессовом производстве и др. Для обеспечения качества выпускаемой продукции требуется создание однородного электромагнитного и теплового полей в системе «индуктор - плоская металлическая загрузка». Известны различные решения данной инженерно-технической задачи, направленные на получение однородного электромагнитного поля. Наиболее часто применяемые на практике решения - это использование многополюсных устройств и перемещение плоских изделий относительно полюсов магнитопровода в процессе их нагрева. Таким образом, техническими мероприятиями можно решить поставленную задачу, однако, требуется дальнейшее проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение энергоэффективности индукционных устройств для нагрева плоских металлических изделий в поперечном электромагнитном поле.

В работах [1,2] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований распределения основных параметров электромагнитного поля в рабочем зазоре индуктора с С-образным магнитопроводом. Доказано, что в режиме работы индуктора без нагрузки (холостой ход) можно считать, что при выполнении следующего условия поле в рабочем зазоре индуктора однородно:

. (1)

Из формулы (1) следует, что величина воздушного зазора д₃ должна быть меньше или равна 20% от величины геометрического размера полюса магнитопровода 2R₁. Аналогичные формулы были получены для полюсов прямоугольной и квадратной формы. На графике, приведенном на рисунке 1, приведены зависимости коэффициента, используемого при пересчете реальных размеров полюсов магнитопровода на фиктивные, с учетом значения индукции в магнитопроводе.

Рисунок 1 - Зависимость коэффициента пересчета размера полюсов магнитопровода от величины индукции в магнитопроводе.

В программной среде ELCUT были проведены экспериментальные исследования распределения электромагнитного поля в рабочем зазоре индуктора для двух режимов его работы: в режиме холостого хода и при наличии нагрузки. На рисунках 2 и 3 представлены картины распределения силовых линий магнитного поля в режиме холостого хода для случая, когда условие (1) выполняется и для случая, когда данное условие не выполняется.

Рисунок 2 - Картина магнитного поля для случая

Рисунок 3 - Картина магнитного поля для случая

При исследовании рабочего режима индуктора, были рассмотрены случаи, интересующие практику инженерных расчетов, а именно, для загрузок из магнитных и немагнитных материалов в форме дисков, радиусы которых больше и меньше радиусов магнитопроводов.

На рисунках 4-7 приведены картины распределения силовых линий магнитного поля и плотности вихревых токов.

Рисунок 4 - Распределение силовых линий магнитного поля и плотности вихревого тока в медной загрузке для R_з ? R_мп

Рисунок 5 - Распределение силовых линий магнитного поля и плотности вихревого тока в стальной загрузке для R_з ? R_мп

Рисунок 6 - Распределение силовых линий магнитного поля и плотности вихревого тока в медной загрузке для R_з ? R_мп

Рисунок 7 - Распределение силовых линий магнитного поля и плотности вихревого тока в стальной загрузке для R_з ? R_мп

Анализируя картины распределения силовых линий магнитного поля и плотности вихревого тока в загрузках, толщиною меньше или равной глубине проникновения тока в металл, можно сделать следующие выводы:

- наличие загрузки в рабочем зазоре индуктора приводит к нарушению однородности магнитного поля; электромагнитный ток индуктор

- в результате взаимодействия силовых линий внешнего магнитного поля с силовыми линиями магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, происходит вытеснение результирующего магнитного поля от центра полюсов магнитопровода к периферии. При этом, в случае нагрева немагнитных заготовок, эффект вытеснения проявляется более интенсивно;

- требуется проведение дополнительных исследований распределения магнитных полей в системе «индуктор - плоская металлическая загрузка» с использованием программы ELCUT для случая, когда толщина загрузки больше глубины проникновения тока в металл, и с учетом изменения электрофизических свойств загрузки в процессе нагрева.

Список литературы

1. Kacanov, A.N. , Schulze, D.Auslequnq eines Induktors zur Erwarmunq flacher Einsatze im elektromaqnetischen Querfeld. Im Buch: 31 IWK. TH Iimenau. Vortraqsreichen. A-5, DDR/ 1986, s. 121 - 125.

2. Kacanov, A.N. Untersuchunq des Maqnetfeldes im Arbeitsplat eines Induktors far die Erwarmunq ebener Einsatze. Im Wissenschaftliche zeitschrift der THI, Heft 1. 1986, s. 107 -111.

3. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Руководство пользователя [Тekst] / Санкт-Петербург: Производственный кооператив ТОР, 2010. - 345 с.

4. Дубицкий С.Д. ELCUT. Универсальная программа расчета магнитных, электрических, тепловых и упругих полей методом конечных элементов// Горный информационно - аналитический бюллетень - №12 / том 12 - 2007.

Bibliography

1. Kacanov, A.N. , Schulze, D.Auslequnq eines Induktors zur Erwarmunq flacher Einsatze im elektromaqnetischen Querfeld. Im Buch: 31 IWK. TH Iimenau. Vortraqsreichen. A-5, DDR / 1986, s. 121-125.

2. Kacanov, A.N. Untersuchunq des Maqnetfeldes im Arbeitsplat eines Induktors far die Erwarmunq ebener Einsatze. Im Wissenschaftliche zeitschrift der THI, Heft 1. 1986, s. 107 -111.

3. ELCUT. Simulation of two-dimensional fields by the finite element method. User's Guide [Тekst] / Saint-Petersburg: Production cooperative ТОР, 2010. - 345 с.

4. Dubitsky, S.D. ELCUT. Universal program for calculating magnetic, electric, thermal and elastic fields by the finite element method // Mining Information Analytical Bulletin - №12 / volume 12 - 2007.

Размещено на Allbest.ru