Use of modern analytical methods in designing induction heating devices

• Autorzy: Oborski W. , Pasek-Siurek H.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie nowoczesnych metod analizy w projektowaniu urządzeń do nagrzewania indukcyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents induction heating and its application range, discusses factors significantly affecting the course of an induction heating process and characteristic phenomena such as electromagnetic induction, skin effect and proximity, enumerates the advantages and downsides of modern numerical and experimental methods as well as characterises (giving emphasis to FEM) and compares numerical methods used during designing induction heating systems and devices. The article also contains an overview related to FEM-based commercial software applications used for analysing issues connected with the simultaneous presence of electromagnetic and thermal phenomena.

PL

Przedstawiono ideę procesu nagrzewania indukcyjnego oraz zakres jego stosowania. Omówiono czynniki mające istotny wpływ na przebieg procesu oraz charakterystyczne zjawiska, takie jak: indukcja elektromagnetyczna, naskórkowość i zbliżenie. Zaprezentowano zalety i wady nowoczesnych obliczeniowych metod numerycznych i metod eksperymentalnych. Scharakteryzowano i porównano metody numeryczne stosowane w procesie projektowania systemów i urządzeń do nagrzewania indukcyjnego , ze szczególnym uwzględnieniem metody MES. Dokonano przeglądu komercyjnego oprogramowania na bazie MES wykorzystywanego do analizy zagadnień związanych z jednoczesnym występowaniem zjawisk elektromagnetycznych i termicznych.

Słowa kluczowe

EN

induction heating process; induction heating devices; numerical analitical methods; FEM; finite element method

PL

nagrzewanie indukcyjne; urządzenia do nagrzewania indukcyjnego; analiza numeryczna; metoda elementów skończonych; MES (metoda elementów skończonych)

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 58, No. 3
• Strony: 25--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tabl.

Twórcy

autor

Oborski W.

• Instytut Spawalnictwa, Gliwice

autor

Pasek-Siurek H.

• Instytut Spawalnictwa, Gliwice

Bibliografia

• 1. Oborski W., Pasek-Siurek H.: Wykorzystanie nowoczesnych metod analizy i specjalnych materiałów magnetycznych w celu optymalizacji urządzeń do nagrzewania indukcyjnego. Sprawozdanie z pracy badawczej no. ST-269 (Ff-21), Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2009.
• 2. Rudnev V., Loveless D., Cook R., Black M.: Handbook of Induction Heating. 2002.
• 3. Barglik J.: Nagrzewanie indukcyjne w procesach technologicznych - wybrane przykłady zastosowań. Przegląd Elektrotechniczny, 2010, no. 5.
• 4. Barglik J.: Nagrzewanie indukcyjne w poprzecznym polu magnetycznym - modelowanie matematyczne i weryfikacja doświadczalna. Przegląd Elektrotechniczny, 2009, no. 9.
• 5. Barglik J., Dołęga D., Smagór A.: Sprawność elektryczna nagrzewnicy indukcyjnej użytej w procesie wyżarzania taśm miedzianych. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, no. 7.
• 6. Karban P., Mach F., Dolezel I.: Hard-Coupled Model of Induction Heating of Cylindrical Nonmagnetic Billets Rotating in System of Permanent Magnets. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, no. 12b.
• 7. Zgraja J.: Eksperymentalne szacowanie materiałowych parametrów w procesie pośredniego wyznaczania charakterystyk materiałowych indukcyjnie nagrzewanego wsadu. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, no. 7.
• 8. Canova A., Dughiero F., Fasolo F., Forzan M., Freschi F., Giaccone L., Repetto M.: Identification of equivalent material properties for 3–D numerical modelling of induction heating of ferromagnetic workpieces. IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, 2009, No. 3.
• 9. Salas R.A., Pleite J.: Modelling nonlinear inductors with a ferrite core. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, no. 7.
• 10. Nerg J., Partanen J.: Numerical Solution of 2-D and 3-D Induction Heating Problems with Non-Linear Material Properties taken into Account. IEEE Transactions on Magnetics, 2000, Vol. 36, No. 5.
• 11. Canova A., Dughiero., Fasolo F., Forzan M., Freschi F., Giaccone L., Repetto M.: Simplified Approach for 3-D Nonlinear Induction Heating Problems. IEEE Transactions on Magnetics, 2009, Vol. 45, No. 3.
• 12. Yungwang G., Rongqiang H., Zhang Z., Shen Q.: Optimization Control of Induction Hardening Process. Proceedings of 2006 IEEE. International Conference Mechatronics and Automation. June 25-28, 2006.
• 13. Zlobina M., Nacke B., Nikanorov A.: Electromagnetic and thermal analysis of induction heating of billets by rotation DC magnetic field. Przegląd Elektrotechniczny, 2008, no. 11.
• 14. Fireteanu V., Tudorache T., Popa M., Pasca S.: Finite element analysis of aluminium billet heating by rotation in DC magnetic fields. Przegląd Elektrotechniczny, 2008, no. 11.
• 15. Krajewski W.: Elementy brzegowe i liniowe w analizie wybranych zagadnień EMC niskiej częstotliwości. Wydawnictwo IEl, Warszawa, 2005.
• 16. Gierszewska M.: Metoda elementu skończonego – wprowadzenie. Finite Element Method (FEM), Materiały multimedialne AGH, Kraków, 2005.
• 17. Fisk M.: Simulation of Induction Heating in Manufacturing. Lulea University of Technology, 2008 (http://epubl.ltu.se/1402-1757/2008/42/LTU-LIC-0842-SE.pdf).
• 18. Lüdtke. U., Schulze D.: FEM-Software for simulation of heating by internal sources. Department Electroheat, Ilmenau Technical University, Germany.
• 19. Budzyński A.: Krótki wstęp do zastosowania Elementów Skończonych (MES) do numerycznych obliczeń inżynierskich.(http://www.knse.pl/publikacje/65.pdf).
• 20. Kmiotek M.: Przegląd solverów numerycznych stosowanych w mechanice obliczeniowej. Scientific Bulletin of Chełm, Section of Mathematics and Computer Science, 2008, no. 1.
• 21. Youhua W., Junhua W., Jiangui L., Haohua L.: Analysis of induction Eddy Current Distribution Based on 3D FEM. IEEE Region & Sibircon 2008.
• 22. Dughiero F., Forzan M., Lupi S.: 3D Solution of Electromagnetic and Thermal Coupled Field Problems in the Continuous Transverse Flux Heating of Metal Strips. IEEE Transactions on Magnetics, 1997, Vol. 33, No 2.
• 23. Wanser S., Krähenbühl L., Nicolas A.: Computation of 3D Induction Hardening Problems by Combined Finite and Boundary Elements Methods. IEEE Transactions on Magnetics, 1994, Vol. 30, No. 5.
• 24. Boadi A., Tsucida Y., Todaka T., Enokizono M.: Designing of Suitable Construction of High-Frequency Induction Heating Coil by Using Finite-Element Method. IEEE Transactions on Magnetics, 2005, Vol. 41, No. 10.
• 25. Rojas, J.A.; Varela, J.R.: Numeric Simulation of the Magnetic Flux in a Power Transformer. Transmission & Distribution Conference and Exposition: Latin America, 2006. TDC '06. IEEE/PES, 15-18 August. 2006.
• 26. Sajdak C., Samek E.: Nagrzewanie indukcyjne. Wydawnictwo Śląsk, 1987.
• 27. Hering M.: Podstawy elektrotermii vol. II. Warszawa, WNT, 1998.
• 28. Sikora R.: Teoria pola elektromagnetycznego. Warszawa, WNT, 1977.
• 29. Zienkiewicz O.C.: Metoda elementów skończonych. Warszawa, Arkady, 1972.
• 30. Jabłoński P.: Metoda elementów brzegowych w analizie pola elektromagnetycznego. Politechnika Częstochowska.
• 31. Kozioł W., Kwiatkowski W.: Wprowadzenie do metody elementów brzegowych. Kraków, AGH, 2006 (student.agh.edu.pl/~wkwiatko/bem/bem.pdf).

Uwagi

Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 39--47.