Współpraca źródła z obciążeniem w procesach nagrzewania indukcyjnego

Prezentowana praca zawiera omówienie podstawowych zagadnień związanych z nagrzewaniem indukcyjnym, skupiając się głównie na współpracy indukcyjnego układu grzejnego wzbudnik-wsad ze źródłem zasilania. Przedstawia podstawowe rozwiązania generatorów do jedno i dwuczęstotliwościowego nagrzewania indukcyjnego oraz układy pozwalające na energetyczne dopasowanie obu tych typów źródeł z obciążeniem. Omówienie indukcyjnych układów grzejnych IUG uzupełniono przedstawieniem podstaw teoretycznych dotyczących zarówno pola elektromagnetycznego, jak i pola termicznego.

Spis treści Wykaz ważniejszych oznaczeń ...................................................................... 7

1. Wprowadzenie .......................................................................................... 9

1.1. Indukcyjne układy grzejne ................................................................................ 10

1.2. Generatory do nagrzewania indukcyjnego ....................................................11

1.3. Dopasowanie energetyczne źródło-obciążenie przy jedno i dwuczęstotliwościowym nagrzewaniu indukcyjnym ...............................24

1.3.1. Transformatory dopasowujące ................................................................26

1.3.2. Rezonansowe układy dopasowujące .....................................................38

2. Podstawy teoretyczne nagrzewania indukcyjnego...................................... 51

2.1. Zagadnienie elektromagnetyczne ....................................................................51

2.2. Zagadnienie cieplne ............................................................................................ 62

2.3. Zagadnienie elektromagnetyczno-cieplne .....................................................67

3. Metody obliczeniowe indukcyjnych układów grzejnych............................. 68

3.1. Uproszczone metody obliczania parametrów elektrycznych schematu zastępczego ........................................................................................ 68

3.2. Metoda sieci przewodów elementarnych oraz obwodów cieplnych o parametrach skupionych................................................................................. 80

3.3. Metody polowe .................................................................................................... 83

4. Symulacja indukcyjnego nagrzewania okresowego przy zasilaniu wykorzystującym falownik napięcia z rezonansem szeregowym................. 88

4.1. Wpływ dobroci indukcyjnego układu grzejnego oraz czasu martwego przełączania łączników na kształt prądu i napięcia na wzbudniku ....................................................................................................... 89

4.2. Wykorzystanie sieci przewodów elementarnych do modelowania indukcyjnego układu grzejnego .......................................................................95

4.3. Symulacja nagrzewania indukcyjnego wspierana komercyjnym oprogramowaniem do obliczeń polowych...................................................105

4.3.1. Algorytm polowych obliczeń elektromagnetyczno-cieplnych uwzględniających wpływ obciążenia na pracę rezonansowego źródła zasilania ......................................................................................109

4.3.2. Wpływ sposobu modelowania źródła zasilania na wyniki symulacji procesu indukcyjnego nagrzewania wsadu ..................120

5. Symulacja indukcyjnego nagrzewania okresowego przy zasilaniu wykorzystującym falownik prądu z rezonansem równoległym...................131

6. Symulacja indukcyjnego nagrzewania okresowego przy zasilaniu wykorzystującym falownik z układem rezonansowym LLC ......................136

6.1. Wrażliwość falownika LLC na zmianę parametrów indukcyjnego układu grzejnego ...............................................................................................139

6.2. Symulacja pracy falownika z aktywnym układem dopasowania impedancyjnego.................................................................................................143

7. Symulacja procesu dwuczęstotliwościowego nagrzewania indukcyjnego........146 

7.1. Algorytm sprzężonych obliczeń polowo-obwodowy indukcyjnego nagrzewania dwuczęstotliwościowego.........................................................147

7.2. Symulacja nagrzewania dwuczęstotliwościowego generatorem z układem korekcji dopasowania impedancyjnego ...................................153

7.3. Weryfikacja eksperymentalna symulacji procesu nagrzewania dwuczęstotliwościowego.................................................................................160

Podsumowanie i wnioski końcowe ..............................................................164

Literatura...................................................................................................168

Streszczenie...............................................................................................175

Summary...................................................................................................176