Расчёт индукторов для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей (ANSYS 11)

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..5
Глава 1. ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЁТОВ ИНДУКТОРОВ ДЛЯ НАГРЕВА ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………………………………………....8
1.1 Индукторы для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей ………………………………………………………………8
1.2 Поверхностный эффект…………………………………………...….16
1.3 Эффект близости……………………………………………………...24
1.4 Кольцевой эффект…………………………………………………….26
1.5 Распределение плотности тока в индуктирующем проводе и нагреваемой детали……………………………………………………….27
1.6 Индукторы без магнитопроводов для нагрева наружных поверхностей………………………………………………………………28
1.7 Индукторы без магнитопроводов для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей…………………………………………..39
1.8 Аналитический расчёт электрических и энергетических параметров индуктора………………………………………………………………….41
1.9 Численный расчёт электрических и энергетических параметров индуктора………………………………………………………………….50
Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ВНУТРЕННИЙ ИНДУКТОР – ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ ПОЛОЕ ИЗДЕЛИЕ»……………55
2.1 Описание программного продукта ANSYS 11,0……………………55
2.2 Разбиение модели на конечные элементы…………………………..57
2.3 Постановка и алгоритм реализации задачи исследуемой системы в ПК ANSYS 11,0…………………………………………………………...63
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО И ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КПД И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ……………………………………………………………...69
3.1 Форма представления результатов…………………………………..69
3.2 Анализ полученных зависимостей активного, индуктивного сопротивлений индуктора и электрического КПД и коэффициента мощности системы «индуктор-заготовка».…………………………….70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...81
ПРИЛОЖЕНИЕ I………………………………………………………….82
ПРИЛОЖЕНИЕ II………………………………………………………...98
ПРИЛОЖЕНИЕ III………………………………………………………114
ПРИЛОЖЕНИЕ IV………………………………………………………126
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………….133
Актуальность темы. До сих пор для инженерных расчётов индукторов для нагрева внутренних поверхностей полых заготовок используется аналитические методики 60-70 годов прошлого века. Существенным недостатком данных методик является допущение, принятые для их расчёта (без такого рода допущений невозможно представить расчёт таких индукторов в аналитическом виде). В частности, таким допущением является предположение того, что в системе индуктор – заготовка, ток протекает лишь по стороне трубки, обращённой к заготовке. В остальных частях трубки индуктора ток отсутствует. Такое допущение даёт не точные значения коэффициента активного сопротивления k_r, коэффициента реактивного сопротивления k_x, электрического КПД и коэффициента мощности. Однако, в настоящее время имеются технические возможности рассчитать точные значения этих параметров. Применение данных программных решений позволяет адекватно описать зависимость распределения тока по сечению трубки индуктора в зависимости от различных характеристик системы индуктор – загрузка: геометрических размеров системы, частоты тока, протекающего по индуктору, количества витков, материала загрузки. А также с помощью данного программного продукта (ANSYS 11,0) ввести в существующую методику расчёта коэффициенты корректирующие расчёт активных сопротивлений индуктора.
Цель работы: уточнение существующей методики инженерных расчётов внутренних индукторов для нагрева полых заготовок, расчёт активного и индуктивного сопротивлений индуктора, электрического КПД и коэффициента мощности системы «индуктор-заготовка».