XXIII конференция Ахметьянов С.В. 03.03.17

advertisement
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
XXIII ежегодная международная научно-техническая конференция
студентов и аспирантов
"РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА"
Кафедра ЭППиЭ
Теоретическое и экспериментальное
исследование электрических и
энергетических характеристик
ИТП с ферромагнитным тиглем
Магистрант: Ахметьянов С.В.
Научные руководители: к.т.н. доц. Федин М.А.
Постановка задачи
Рис.2.
Зависимость
электромагнитной
индукции В ферромагнетика (Сталь 20) от
напряженности магнитного поля H
Рис.3. ИТП с
ферромагнитным тиглем:
1 – индуктор;
2 – стенка тигля;
3 – металл;
4 – теплоизоляционный
слой.
2
Цель:
Теоретическое
и
экспериментальное
исследование электрических и энергетических
характеристик ИТП с ферромагнитным тиглем
Задачи:
математической
1. Разработка
модели в пакете
ELCUT;
2. Постановка эксперимента;
3. Получение зависимостей активного сопротивления и
индуктивности системы «индуктор – загрузка» от тока
индуктора, температуры загрузки и частоты;
4. Сравнение и анализ полученных данных.
3
Расчетная область в пакете ELCUT
Уравнения, описывающие задачу
магнитного поля переменных токов:
1) z  z0  cos(t  z );
2) j  jстор  jвихр ;
3)
 1 
 1 
(  rA)  (  A)  i A   jстор ;
r r r r
z  z z
4) B  rotA;
1 
A
5) Bz   rA, Br   ;
r r
z
6) Z  R  i L
Расчетная область состоит из 145657 элементов
4
Расчет в пакете ELCUT
Распределение p0V тепловыделения в индукторе и загрузке
печи с ферромагнитным тиглем в начальный период плавки
при I=100А и ƒ=22кГц
5
Расчет в пакете ELCUT
Распределение p0V тепловыделения в индукторе и загрузке
печи с ферромагнитным тиглем в период плавки, когда
металл жидкий t=700°C, при I=100А и ƒ=22кГц
6
Расчет в пакете ELCUT
Распределение p0V тепловыделения в индукторе и загрузке
печи с ферромагнитным тиглем, металл перед сливом t=800°C,
при I=100А и ƒ=22кГц
7
Зависимости активного сопротивления R и
индуктивности L от температуры t , при токе
индуктора I=100А
1- ƒ-10кГц 2- ƒ-22кГц 3- ƒ-44кГц 4- ƒ-66кГц 5- ƒ-88кГц 6- ƒ-100кГц
8
Зависимости активного сопротивления R и
индуктивности L от температуры t , при токе
индуктора I=200А
1- ƒ-10кГц 2- ƒ-22кГц 3- ƒ-44кГц 4- ƒ-66кГц 5- ƒ-88кГц 6- ƒ-100кГц
9
Функциональная схема
экспериментальной установки
ИТП
Инвертор
Сетевой фильтр
+ устройство
регулирования
напряжения
ПК + Master
SCADA RTU
32+ ОРС
сервер
U
I
ƒ
Ethernet
t1 , t2, t3 , t4, 4 термопары
Modbus + RS - 485
ПЛК150 «Овен»
МВА110 -8А «Овен»
мини АСУТП
P = 2,5 кВт
f = 15-25 кГц U = 50-150 В
10
Общий вид лабораторного стенда
11
Стадии плавления
Начало плавки tАl=29,7 °C
tАl=401,0 °C
12
Стадии плавления
Металл жидкий tАl=690,2 °C
Слив металла tАl=800,5 °C
13
Слитый металл
14
15
Сравнение результатов расчета
Параметр
Эксперимент
ELCUT
Температура t, °C
20
400
700
800
21
401
700
800
Ток индуктора I1, А
50
100
100
200
46,6
82
81
209,6
26,8
51,3
19,1
21
Напряжение
индуктора U1, В
20,53 34,2
Частота f, кГц
22
Мощность
в загрузке P, Вт
331
22
35,1 61,2 19,4 27,1
22
22
21,3 21,4
1150 1210 1360 320
998
1058 1330
16
Выводы
1.
Разработана математическая модель системы «индуктор – загрузка» в
пакете ELCUT
2. Проведено экспериментальное исследование на лабораторном стенде
3. Подтверждена адекватность разработанной математической модели. Отличие
экспериментальных и расчетных данных не более 19%.
4. При неизменной частоте f активное сопротивление R увеличивается c ростом
температуры до точки Кюри. При этом частота влияет на скорость роста
активного сопротивления. При прохождении точки Кюри происходит резкое
снижение сопротивления – в 2,5 раза для f=22 кГц.
5. При изменение частоты f с 10 кГц до 100 кГц, при одинаковой температуре ,
активное сопротивление растет. Например, для t=200 ºC на 0,7 Ом (в 4,5 раза).
6. При неизменной частоте f, индуктивность L увеличивается c ростом
температуры, до точки Кюри. При этом частота влияет на скорость роста
индуктивности (чем меньше частота, тем быстрее рост). При прохождении
точки Кюри происходит резко снижение индуктивности. Например для частоты
10 кГц в 2,3 раза.
7. Ток оказывает незначительное влияние, особенно на активное
сопротивление. При изменении тока от 10 А до 200 А, активное сопротивление
меняется не более чем на 5 %, индуктивность не более чем на 7%
17
Спасибо за внимание!
18
Download
Related flashcards
Create Flashcards