Підвищення ефективності електротехнічного комплексу індукційного нагріву - Автореферат

Вибір напрямку досліджень здійснено відповідно до плану господарських науково-дослідних робіт Запорізького національного технічного університету з ВАТ “Укрграфіт” № 804/48425/04/1814 “Дослідження температурного режиму електричного обігріву мундштука пресу” (№ держ. реєстрації 0104U009039, ЗНТУ, 2006 р.); Закону України “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки”, Вісник Верховної Ради України 2001 р. розробити обєктно-орієнтовану електротеплову модель електротехнічного комплексу індукційного нагріву мундштука пресу для виготовлення заготовок вугільно-графітових блоків, яка дає змогу враховувати особливості конструкції індукторів і режимів їх роботи; На основі математичного моделювання і експериментальних досліджень вперше отримано залежності магнітних, електричних і теплових параметрів індукторів непрямого нагріву від електричних і температурних режимів роботи на підготовчому етапі і під час пресування заготовок вугільно-графітових блоків, встановлено раніше невідомі чинники (залежність активної потужності індукторів від температури, розташування управляючих термопар, асинхронна робота індукторів заходу та калібру, перепади температур в поперечних перерізах калібру і заходу мундштука пресу), що визначають стабільність температур робочої поверхні мундштука пресу, енергоефективність системи індукційного нагріву та якість пресованих заготовок. Вперше отримано оптимальні співвідношення температурних завдань для управління індукційним нагрівом, за реалізації яких поліпшуються показники стабільності температур, забезпечується стабілізація температур робочих поверхонь калібру і заходу, зниження струмових навантажень індукторів й витрат електричної енергії, що є підґрунтям для розвитку теоретичних аспектів підвищення ефективності перетворення електричної енергії в теплову в електротехнічному комплексі індукційного нагріву мундштука пресу. У роботах, які опубліковані у співавторстві, особисто автору належать: [1,11] - обєктно-орієнтована математична модель електромагнітного перетворення енергії в індукторах; удосконалений метод ідентифікації електричних параметрів індукторів та обєднання множин результатів моделювання й експериментальних даних; залежності електричних параметрів індукторів з масивним і шихтованим осердям; модернізована конструкція індуктора з шихтованим осердям; [2] - обєктно-орієнтована електротеплова модель індукційного нагріву, моделювання електромагнітного поля, визначення коефіцієнтів потужності; [3] - перетворення нелінійної моделі електротехнологічної системи «індуктори-мундштук-вугільно-графітова маса», модель динаміки обєкту; емпіричні залежності температур робочої поверхні мундштука; компютерна реалізація моделі індукційного нагріву для релейного закону управління; [4] - нестаціонарна нелінійна модель електромагнітного поля в індукторі; алгоритм за методом скінченних елементів; залежності активної потужності індукторів; [5] - динамічна модель для оптимального управління індукторами; [6] - критерії оптимальності, системи обмежень; [7] - метод динамічної обробки даних вимірів струмів і температур; [8] - перетворення нестаціонарної нелінійної математичної моделі електромагнітного поля на основі методу двошарових середовищ у гармонічну модель; обчислення на ЕОМ електромагнітних полів, визначення спотворення синусоїдності індукції, розподілу питомих втрат, потужності індуктора; [9] - оптимізація температурних завдань; [10] - математична модель теплопередачі для підготовчого етапу, обчислення режимів обігріву.Сучасне устаткування індукційного нагрівання калібру (УІНК) і заходу (УІНЗ) складається з трансформаторів живлення (ЖТІК, ЖТІЗ), індукторів (ІК,ІЗ) виконавчих пристроїв (ВІК,ВІЗ), систем управління (СУІК,СУІЗ) та вимірювання (ТК, ТЗ). Оскільки застосування непрямого індукційного нагріву під час пресування вугільно-графітової маси має більш складну структуру сумісного перетворення електричної енергії змінного струму промислової частоти у теплову і теплообміну, то виникає необхідність більш глибокого вивчення нестаціонарних електромагнітних і теплових полів в електротехнологічній системі «індуктори - мундштук - вугільно-графітова маса» і визначення характерних звязків між окремими складовими цієї системи та їх кількісними характеристиками. Для врахування взаємодії електромагнітного і теплових полів використовується спрощена теплова модель індуктора, який розглядається як ізотропне середовище з нескінченною теплопровідністю та рівномірно розподіленими джерелами тепла: .(10) Вплив наведених чинників визначає зміни потужності індукторів, магнітних, електричних і теплових параметрів, як на етапі розігріву, так і під час пресування заготовок вугільно-графітових блоків. Для підвищення точності ідентифікації параметрів індукторів, визначення залежності падіння напруги, активних і повних потужностей від сили струмів в обмотках та температурних режимів роботи з використанням базисних співвідношень: (12) запропоновано застосовувати методи сплайн-інтерполяції, апроксимації та обєднання множин рез

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ