Разработка уточненной методики расчета и системы регулирования мощности для индукционных тигельных печей средней частоты с проводящим ферромагнитным тиглем

А. Б. Кувалдин; М. А. Федин; А. О. Кулешов; С. В. Ахметьянов; С. С. Кондрашов

doi:10.34831/EP.2021.57.38.002

Разработка уточненной методики расчета и системы регулирования мощности для индукционных тигельных печей средней частоты с проводящим ферромагнитным тиглем

А. Б. Кувалдин, М. А. Федин, А. О. Кулешов, С. В. Ахметьянов, С. С. Кондрашов

Аннотация

Разработана нелинейная математическая модель, основанная на методе конечных элементов, для расчета электрических и тепловых характеристик индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем. Изучены электрические характеристики печи в зависимости от частоты, температуры и тока индуктора. Решена нестационарная тепловая задача. Математическая модель реализована в пакете ELCUT . Получены зависимости активного сопротивления и индуктивности системы "индуктор - загрузка" от частоты, температуры и тока в среде Simulink/Matlab . Разработан экспериментальный стенд. Построена структурная модель индукционной тигельной печи повышенной частоты с проводящим ферромагнитным тиглем в среде Simulink/Matlab . Спроектирована структурная модель системы регулирования мощности индукционной тигельной печи. В качестве способа регулирования мощности печи используется частотно-импульсная модуляция выходного напряжения. Разработан адаптивный регулятор мощности индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем и двумя каналами регулирования - частотой тока и напряжением источника питания.

Ключевые слова

индукционная тигельная печь; ферромагнитный проводящий тигель; электротепловая модель; режим работы; структурная модель; система управления; частотно-импульсная модуляция; адаптивный регулятор мощности; канал регулирования

Полный текст:

PDF

Литература

Вайнберг, А. М. Индукционные плавильные печи / А. М. Вайнберг. - М.: Энергия, 1967.

Фарбман, С. А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С. А. Фарбман, И. Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968.

Установки индукционного нагрева / Под ред. А. Е. Слухоцкого. - Л.: Энергоиздат, 1981.

Kensuke, Sassa. Experimental measurements and theoretical analysis of induction heating by use of a conductive crucible / Sassa Kensuke, Kuwabara Mamoru, Yasuda Tadayoshi, Asai Shigeo // Tetsu-To-Hagane // Journal of the Iron and Steel Institute of Japan Volume 77. - Issue 9, Sep. - Pp. 1442 - 1449.

Szkliniarz, W. The characteristics of TiAl-based alloys melted in graphite crucibles / W. Szkliniarz, A. Szkliniarz // Materials Science and Technology (United Kingdom)14 December 2017. - Pр. 1 - 9.

Patidar, B. Analytical, numerical and experimental analysis of induction heating of graphite crucible for melting of non-magnetic materials / B. Patidar, M. Hussain, S. Jha, A. Sharma, A. Tiwari. // IET Electric Power Applications. Volume 11. - Issue 3, 1. March 2017. - Pр. 342 - 351.

Иванов, А. Н., Исследование индукционной плавки в графитовых тиглях / А. Н. Иванов, В. А. Буканин, А. Е. Зенков // Труды IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering 2020, EIConRus 2020, статья № 9038977, с. 1234 - 1237.

Лопух, Д. Б. Система измерения электрических параметров индукционной катушки для индукционной плавки в холодном тигле / Д. Б. Лопух, А. В. Вавилов, А. П. Мартынов, И. Н. Скриган // Труды IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2020, статья № 9039136, с. 734 - 737.

Федин, М. А. Выбор методики расчета и исследование электрических характеристик индукционных тигельных печей с проводящим тиглем / М. А. Федин, А. Б. Кувалдин, А. О. Кулешов // Вестник МЭИ. - 2017. - № 3. - С. 77-86.

Иванов, А. Н. Моделирование процессов индукционного нагрева в ICF eltA / А. Н. Иванов, В. А. Буканин, А. Е. Зенков // Труды IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering 2019, ElConRus 2019, статья № 8657224. - С. 981 - 984.

Федин, М. А. Электротепловая модель и режимы работы индукционной тигельной печи с проводящим тиглем / М. А. Федин, А. Б. Кувалдин, А. О. Кулешов, С. В. Ахметьянов, С. С. Кондрашов // Вестник МЭИ. - 2019. - № 5. - С. 91 - 100.

Левшин, Г. Е. Пути совершенствования индукционных тигельных печей / Г. Е. Левшин // Известия черной металлургии. № 62 (2). - С. 97 - 102.

Fedin, M. A. Calculation and research of electrical characteristics of induction crucible furnaces with unmagnetized conductive crucible / M. A. Fedin, A. B. Kuvaldin, A. O. Kuleshov, I. Y. Zhmurko, S. V. Akhmetyanov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2018. - Volume 115, Issue 1, Article number 012050

Федин, М. А. Адаптивный регулятор мощности индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем / М. А. Федин, А. Б. Кувалдин, А. О. Кулешов, С. В. Ахметьянов, С. С. Кондрашов // Вестник МЭИ. - 2021. - № 2. - С. 76 - 87.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.57.38.002