Ячиков И.М., Ларина Т.П., Вострокнутова О.Н. Исследование поведения напряженности магнитного поля и положения тела во взвешенном состоянии в коническом индукторе с противовитком - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

В последнее время, с появлением дешевых высокочастотных источников питания мощностью до 4 кВт, возрос интерес к левитационному нагреву и плавке небольших образцов для получения чистого металла и прецизионных сплавов. Для устойчивой левитационной плавки конструкция катушки индуктора должна иметь специальную форму. Одним из возможных вариантов устойчивой левитационной плавки является использование конструкции в виде конического индуктора с противовитком – как одной из самых простых, но достаточно эффективных. В работе предложена математическая модель для определения амплитуды напряженности магнитного поля и положения металлического тела при его удержании во взвешенном состоянии в коническом индукторе с обратным витком. Проанализировано поведение вертикальной и радиальной составляющих вектора напряженности магнитного поля по радиусу индуктора. Установлено, что при увеличении угла конусности индуктора при фиксированном радиусе его основания, максимальные и минимальные значения поля на оси индуктора снижаются, при этом максимум поля смещается в сторону нижнего торца индуктора, а минимум – в сторону верхнего торца. Проведено компьютерное моделирование возможных точек равновесия цилиндрического тела в магнитном поле индуктора. Показана простая методика для инженерного расчета, позволяющая определить, удержит ли поле индуктора тело с заданными размерами из выбранного металла, положение тела при его равновесии с заданными параметрами индуктора, ток через индуктор, при котором возможно равновесие, и с какой максимальной плотностью и размерами металлическое тело в индукторе будет находиться во взвешенном состоянии.

Ключевые слова

Левитационная плавка, высокочастотный конический индуктор с противовитком, напряженность магнитного поля, взвешенное состояние металла, электромагнитная сила, устойчивое равновесие.

Ячиков Игорь Михайлович – д-р техн. наук, проф. каф. вычислительной техники и программирования, институт энергетики и автоматизированных систем, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1562-7506

Ларина Татьяна Петровна – ст. преп. каф. электроснабжения промышленных предприятий, институт энергетики и автоматизированных систем, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вострокнутова Ольга Николаевна – ст. преп. каф. физики, институт естествознания и стандартизации, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8980-5865

1. Фогель А.А. Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии. Л.: Машиностроение, 1979. 104 с.

2. G. Lohöfer, S. Schneider. Heat balance in levitation melting: Sample cooling by forced gas convection in Helium. High Temperatures–High Pressures, 2015, vol. 44, pp. 429-450.

3. G. Lohöfer, S. Schneider. Heat balance in levitation melting: Sample cooling by forced gas convection in Argon.High Temperatures–High Pressures, 2016, vol. 45, pp. 255-271.

4. Глебовский В.Г., Бурцев В.Т. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии. М.: Металлургия, 1974. 176 с.

5. Слухоцкий А.Е. Индукторы. Л.: Машиностроение, 1989. 69 с.

6. S. Roberts, S. Kok, J. Zietsman, H.M. Inglis, Electromagnetic levitation coil design using gradient-based optimization. Proceedings of the 11th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO-11), Sydney, Australia, 7-12 June, 2015, no. 1307, pp. 1-6.

7. Левитационная плавка в конусном высокочастотном индукторе с обратным витком / Е.И. Маринкова, А.Ю. Борисов, А.А. Шабурова, В.Э. Фризен // Перспективные энергетические технологии. Экология, экономика, безопасность и подготовка кадров – 2016: материалы научно-практической конференции. Екатеринбург: УрФУ, 2016. С. 117-118.

8. Определение формы свободной поверхности расплава при левитационной плавке в конусном высокочастотном индукторе с обратным витком / Е.И. Маринкова, А.Ю. Борисов, А.А. Шабурова, В.Э. Фризен // Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. В 9 ч. / под ред. Е.Г. Гуровой. Новосибирск: НГТУ, 2016. Ч. 5. С. 23-24.

9. B.K. Khoo, M. Ovinis, T. Nagarajan. A Comparative Analysis of Inductors with Square and Conical Contours. Applied Mechanics and Materials, 2013, vol. 415, pp. 414-417.

10. A. Kermanpur, M. Jafari, and M. Vaghayenegar. Electromagnetic-thermal coupled simulation of levitation melting of metals. Journal of Materials Processing Technology, 2011, vol. 211, no. 2, pp. 222-229.

11. Ячиков И.М., Вдовин К.М., Шмелев М.О. Моделирование поведения магнитного поля и положения тела во взвешенном состоянии в высокочастотном индукторе с обратным витком // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. 2013. №1. С. 47-53.

12. Ячиков И.М. Положение равновесия тела во взвешенном состоянии в высокочастотном индукторе с обратным витком // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 3(24). С. 66-72.

13. Свидетельство № 2014614306. Моделирование напряженности магнитного поля в индукторе с противовитком / Ячиков И.М., Шмелев М.О.; ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности», Федеральная служба по интеллектуальной собственности, Государственная регистрация программ для ЭВМ, № 2014612024; заявл. 12.03.2014; зарегистр. 22.04.2014.

14. Ячиков И.М., Ларина Т.П. Экспериментальное исследование положения тела во взвешенном состоянии в цилиндрическом высокочастотном индукторе с обратным витком // Электротехнические системы и комплексы. 2015. № 2(27). С. 39-43.

Подробности: Опубликовано: 29 марта 2018 г.; Обновлено: 29 марта 2018 г.; Просмотров: 1749