对试验装置的感应加热过程的数值模拟

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1、对试验装置的感应加热过程的数值模拟鲁斯兰维迪乌，克里斯蒂安罗马尼亚大学电气工程与信息技术学院UniversitaiiSt.1,Oradea,Romania,E-mail:ovyyy19@yahoo.com大罗马尼亚，奥拉迪亚，大学街1号电子邮件：ovyyy19@yahoo.com摘要：本文介绍了对一个2千瓦的试验装置的感应加热电磁场和温度场数值模拟。这个模型的目的是分析加热过程的发展，找到可以提高其效率的任何改进方法。用通量法程序建模。关键词：感应加热；电磁热场；数值模拟。一、引言应用感应加热的范围不断扩大急剧无论是在传统的领

2、域（浅表加热，热成型，密封等），还是在新的区域（感应耦合等离子体，材料的磁处理等）。感应加热理论和实践信息可以参考文献[1]，[2]。在感应系统的研究和设计中数值模拟已经成为了广泛使用的工具[3]。感应加热可用于钢制品的整个生产过程；然而，对成品和半成品的加工处理仍然是感应加热最主要的应用范围。感应加热是通过电磁场随时间的变化得到。涡电流在金属块的分布取决于工件的几何形状和材料性质，但也与电磁场的频率有关。由于涡流主要分布于工件表面，频率增加能量损失增多。该分布是在表层，被称作穿透深度。涡电流分布的准确测定是在准静态的条件下，

3、简化了复杂电磁问题计算。通过涡流产生热量，有一个复杂的热扩散过程。温度取决于材料的性能，因此电磁和热的问题是相关联的。利用涡流加热过程的数值模拟中，有两个同时解决非线性关系的复杂问题：电磁场的非线性问题是由于磁化的非线性关系，而热扩散的非线性问题源于热扩散参数对温度的依赖性。二。电磁-热耦合问题电磁场由麦斯威尔编译系统方程描述[4]：其中E是电场强度，B是磁通密度，H是磁场强度，J是电流密度，D为电通量密度，V是体积电荷密度。方程（1）和（2）我们还添加了关于电磁场分量构成比（E，J）和（B，H）。在导电的环境σ>0，J0=0

4、，并在隔离的环境中σ=0。,线圈与一个给定的电流密度Jo属于独立的环境。为简单起见，我们认为该是关系：考虑到永久磁铁，在[5]，[6]，[7]有其他的B-H关系描述非线性环境。热场的扩散是由以下方程描述[4]：λ热传导性和ρ表示体积密度将本身从电磁转换成热c热容量。临界条件：这里α是表面热传递系数，Te是温度，对于在Ωθ外和温度初始条件：T0=Tm通常Te=0，在这种情况下，温度是由环境决定的。如果在公式（8）中α=0，我们获得纽曼均匀的条件下，如果λ=0，我们有Dirichlet边界条件。三．试验设备感应加热设备是一种AC-

5、DC变换器（逆变器），提供一系列环形铁芯变压器连接到振荡电路；以及电容器和电感器等设备。一种设备的主要部件是串联谐振逆变器，即电压型逆变器。桥路使用MOSFET晶体管。，在实验室变频器的电源是由一个可调电压0-300V三相整流桥提供。负载谐振频率是114千赫和逆变器的工作频率大约是120千赫。图1。感应加热器实验模型输出电压或串联谐振逆变电源的调整使用，开关频率，开关频率固定或窄范围的频率的变化[8]，[9]，[10]。这个固定变频控制技术，位移后的传导阶段的序列，允许选择的原则称为对称电压消除（svc）。SVC控制原理，使开

6、关器件在零电压和最小频率传导后，为了减少损失，开关频率应该保持尽可能接近的谐振频率。静态开关元件导通序列的控制是由一个微控制器（DSC-数字信号控制器）该装置由得克萨斯仪器公司制造，该装置是使用MATLAB软件编程执行。该微控制器有两个电位，编程后完成以下任务，第一个是用来调整逆变器的输出电压波形，即它调整在一个周期逆变器每个半桥的导通时间，而第二电位器用于调节所述逆变器的工作频率，范围100-130千赫，为了使操作频率尽可能的接近共振频率，以实现感应加热过程中更好的效率。控制电路是电流从电源电路通过光耦系列hcpl2232隔

7、离和每个半桥逆变器的一个驱动程序ir2111使用。这两个是单独由15V全桥整流器供电的。逆变器的输出馈谐振加载通过一个适配器变压器装置。环形变压器包括一个20:1的比率绕组的铁氧体磁芯。因此，逆变器的输出电压幅值为300V，达到15伏的电压在变压器的次级，即电感线圈。电感线圈是圆筒形的，它是由铜管组成。感应测量值是1.43小时。感应器是由水冷却。电容器组由一个PCB（印刷电路板）将30个电容并联得到。每个电容器的容量是0.047 μf，网络容量是1.41μf。该电容器串联在电路中具有实际容量（测量）是1.37μf。负载电阻计算

8、值是112mΩ四、数值分析通过使用有限元法模拟电、磁和热能量场的流量数值。流量是一个互动的工作环境，包括一个预处理及后处理模块。数值加热过程的模拟是通过做通量二维软件。试验设备是机械制造作图的条件，材料使用的是OLC 45钢及其几何尺寸如图2所示。直径38mm的电感是用直径8