Analysis of weakly-coupled electromagnetic and temperature fields in transverse flux induction heating system for non-ferromagnetic strips

• Autorzy: Barglik J.

Warianty tytułu

PL

Analiza słabo-sprzężonego pola elektromagnetycznego i temperaturowego w indukcyjnym układzie grzejnym o polu poprzecznym do nagrzewania taśm nieferromagnetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Induction heating of metal work-pieces in transverse flux magnetic field (THIFS) belongs to modern industrial technologies. This kind of heating is fast, environmentally friendly and especially effective in case of thin, flat strips of the thickness comparable with the depth delta of electromagnetic field penetration. The arrangement makes it possible to easily achieve suitable parameters for induction heating of thin non- ferromagnetic strips in the process of their annealing at relatively low frequencies of the field current. The paper presents a mathematical model of resultant electromagnetic and temperature fields in the system and its most important local and integral characteristics. Computations (realised in weakly-coupled formulation) are compared with experiments obtained on a laboratory stand. The agreement between calculated results and measured data is very good. An illustrative example demonstrates that uniform temperature distribution along the width of the charge may be achieved by selection of suitable frequency of the field current.

PL

Nagrzewanie indukcyjne wsadów metalowych w poprzecznym polu magnetycznym zalicza się do nowoczesnych technologii przemysłowych. Ten szybki, proekologiczny rodzaj nagrzewania jest szczególnie efektywny w przypadku cienkich wsadów płaskich o grubości taśmy porównywalnej z głębokością wnikania pola elektromagnetycznego delta. Układ umożliwia łatwe uzyskanie wymaganych parametrów nagrzewania indukcyjnego wsadów nieferromagnetycznych w procesie ich wyżarzania przy stosunkowo małej częstotliwości prądu wzbudnika. W pracy omówiono trójwymiarowy model matematyczny pola elektromagnetycznego i temperaturowego dla tego układu oraz scharakteryzowano jego najważniejsze parametry lokalne i integralne. Obliczenia komputerowe (zrealizowane jako słabo-sprzężone) zostały uzupełnione wynikami badań na stanowisku laboratoryjnym. Uzyskano małe rozbieżności między wynikami obliczeń i pomiarów. Przykład obliczeniowy wskazuje, że aby uzyskać równomierny rozkład temperatury w szerokości taśmy należy wybrać odpowiednią wartość częstotliwości prądu wzbudnika.

Słowa kluczowe

EN

transverse flux magnetic field; coupled problems; electromagnetic field; temperature field; induction heating; induction annealing

PL

pole magnetyczne poprzeczne; pole elektromagnetyczne; pole temperatury; nagrzewanie indukcyjne

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 54, nr 1
• Strony: 93--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Barglik J.

• Silesian University of Technology

Bibliografia

• 1. Baker R.: Transverse Flux Induction Heating. AIEE Transactions. Vol. 69, 1950, pp. 711-719.
• 2. Jackson W. B.: Transverse Flux Induction Heating Fiat Metal Products. Proceedings of the seventh UIE congress in Warsaw 1972, Paper No. 206.
• 3. Muhlbauer A.: Historical Overview on Induction Melting and Heating. Proceedings of the International Symposium on Heating by Electromagnetic Sources, 2004, pp. 3-5.
• 4. Barglik J.: Induction Heating ofThin Non-Ferrous Strips. Proceedings of the 37.Wissenschaftliche Kolloqium, Ilmenau, 1992, pp. 94-99.
• 5. Muhlbauer A, LeBmann H., Mohring J., Demidowitch V. Nikanorov A.: Modelling of 3D Electromagnetic Processes in Transverse Flux Induction Heaters. Proceedings of the X. Compumag Conference on Computation of Electromagnetic Fields, Berlin, 1995, pp. 444-445.
• 6. Tudorache T., Fireteanu V.: 3D Numerical Modelling of New Structures for Transverse Flux Heating of Metallic Sheets. Proceedings of the International Induction Heating Seminar, Padua, 1998, pp.l 17-123.
• 7. Dughiero F., Lupi S., Muhlbauer A., Nikanorov A.: TFH - Transverse Flux Induction Heating of Non-Ferrous and Precise Strips. Results of a EU research project. COMPEL International Journal for Computation and Mathematics in Electrical Engineering. 2003, pp.134-148.
• 8.Schulbe H., Nikanorov A., Nacke B.: Flexible Transverse Flux Induction Heaters of Metal Strip. Proceedings of the International Symposium on Heating by Electromagnetic Sources. Padua, 2004, pp.293-300.
• 9. Menge R., Rettig S.: In-Line Annealing of Round and Fiat Wires Made of Copper Alloys and Special Materials. Wire International Journal, July 2003, pp. 95-98.
• 10. Barglik ].: 3D Analysis of Coupled Electromagnetic and Temperaturę Fields in Transverse Flux Induction Heating System Supplied by Current of Mains Freąuency. Acta Technica CSAV, 2004.
• 11. Barglik J.: Influence of Input Materiał Data on Accuracy of Thermal Calculations at Induction Heating. Acta Technica CSAV, Vol. 45, 2000, pp. 323-336.
• 12. Haimbauch R.: Induction Heat Treating. ASM International.Ohio, USA, 2001, p. 332.
• 13. Dughiero F,. Florian E.: Metallurgical Aspects of Annealing of Metal Strips through Transverse Flux Inductors. Proceedings of the International Induction Heating Seminar. Padua, 2001, pp.631-638.
• 14. Barglik J., Sajdak C: Nagrzewanie indukcyjne w procesie wyżarzania taśm miedzianych i mosiężnych {Induction heating in a process of annealing of copper and brass strips - in Polish). Proceedings of the fifth conference „Research Works in Electroheat" Ustroń, 1991, pp. 49-56.
• 15. Barglik J., Dolezel I., Ulrych B.: Induction Heating of Moving Bodies. Acta Technica CSAV, Vol. 43, 1998, pp. 361-373.
• 16. Holman J . P.: Heat Transfer. McGraw-Hill, New York, 2002, p. 702.
• 17. Barglik J.: Nagrzewanie indukcyjne wsadów płaskich w poprzecznym polu magnetycznym. Symulacja komputerowa i weryfikacja doświadczalna {Induction Heating of fiat Charges in Transverse Flux Field. Computer Simulation and Investigation Verification - in Polish). Scientific Issues of the Silesian University of Technology. No. 65, 2002, p.120.
• 18.Barglik J.: Induction Heaters for Thin Strips. Acta Technica CSAV, Vol. 43, 1998, pp. 413-421.
• 19. Barglik J., Doleżel I., Kwiecień I., Ulrych B.: Comparison of 2D and 3D Com-putations of Joule Losses in the Non-Ferromagnetic Sheets Heated by Induction. Proceedings of the XXVII Conference on Fundamentals of Electrotechnics and Circuit Theory, SPETO'2004, pp. 101— 104.