电磁感应加热理论研究及强力感应加热器设计

摘要

电磁感应加热具有加热速度快、物料内部发热效率高、加热均匀,且具有产品质量好、几乎无环境污染、可控性好及易于实现生产自动化等一系列优点,因此近年来得到了迅速发展.本文以电磁场矢量位有限元法为基础对二维轴对称场的磁场强度、涡流密度进行了计算求解,采用三角形单元和六面体单元建立了涡流场数学模型,研究了电源频率对涡流密度、透入深度及集肤效应等场量的作用影响.感应器是电磁感应加热的重要部分,对感应加热的效率和能量分布起决定性作用,磁通集中器的设计直接关系到系统加热效率.本文对感应器和磁通集中器进行了设计和仿真分析,从理论上面分析并且验证了磁通集中器的有效性,并且对感应集中器的选材和结构做了分析.最后,应用OPERA-2d软件提供的Configuration System建立了圆柱形感应加热器的User System模型,可以简便的对圆柱形感应加热器进行设计.应用它对一个实例进行了仿真分析,验证了本文给出的结论的有效性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1电磁场数值计算回顾与现状

§1-2感应加热技术概述

1-2-1感应加热技术的发展与应用

1-2-2感应加热技术的优点

1-2-3感应加热的原理

1-2-4感应加热技术现状

§1-3论文主要研究内容

第二章集肤效应分析与计算

§2-1引言

§2-2集肤效应及透入深度

§2-3二维轴对称电磁场有限元分析

2-3-1微分方程和能量泛函

2-3-2离散方程

2-3-3场量的计算

§2-4仿真分析

2-4-1非铁磁材料的涡流透入深度

2-4-2铁磁材料的涡流透入深度

§2-5小结

第三章涡流场的复矢量磁位有限元法

§3-1引言

§3-2矢量位微分方程

§3-3矢量磁位唯一性的证明

§3-4感应涡流场的离散方程

3-4-1涡流场的控制方程及其离散

3-4-2感应加热的涡流问题及其离散方程

§3-5有限元方程

§3-6小结

第四章强力感应器设计

§4-1引言

§4-2感应线圈的设计

4-2-1感应线圈的截面对感应加热的影响

4-2-2感应线圈截面尺寸的选择

4-2-2感应线圈的内径选择

§4-3磁通集中器的原理

4-3-1用磁路理论解释磁通集中器的原理和作用

4-3-2用镜像法理论解释磁通集中器的原理和作用

§4-4通集中器的设计

4-4-1磁通集中器的材料及其选择

4-4-2磁通集中器的结构设计

4-4-3磁通集中器与感应线圈的耦合

4-4-4磁通集中器的内半径设计

§4-5磁通集中器对感应加热效率的改善

4-5-1对感应线圈内电流分布和集中加热区域分布的改善

4-5-2对加热效率的改善

§4-8小结

第五章仿真分析

§5-1引言

§5-2 OPERA的Design Environment简介

§5-3圆梓感应加热器的User System

5-3-1模型设计

5-3-1模型的变量定义

5-3-2设置后处理命令

§5-4实例设计与仿真分析

5-4-1实例

5-4-2感应器参数设计

5-4-3仿真分析结果

第六章全文总结

参考文献

致谢