Performance Assessment of Using Multilayer Inductors in Induction Installations for Heating Aluminum Billets
Abstract
A mathematical model for numerically analyzing the electrical characteristics of a multilayer inductor – billet system is developed. The model is based on the finite element method and implemented in the ELCUT software package. The system electrical characteristics depending on different billet sizes, inductor geometry, gap sizes, and system design area sizes are obtained. The influence of end effects and magnetic core on the multilayer inductor – billet system is studied. Based on the simulation results, recommendations on improving the energy efficiency of induction installations for heating aluminum billets owing to smaller losses achieved by modifying the multilayer inductor designs have been developed.
References
1. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967.
2. Кувалдин А.Б., Федин М.А. Теория индукционного нагрева. Ч. 1. Основные характеристики и расчет параметров электромагнитного поля. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
3. Клещев В.В., Немков В.С., Сабуров В.С., Терехов Е.П. Повышение энергетических показателей индукционных установок для нагрева цветных металлов // Электротехническая промышленность. Серия «Электротермия». 1975. № 12(16). С. 18—21.
4. Harvey J.G. The Theory of Multi-layer Windings for Induction Heating and Their Application to a 1 MW 50 Hz Longitudinal Flux Billet Heater // Proc. VIII Congress UIE. Liege, 1976. V. 4. P. 11a.
5. Harvey, J.G., Johnson, R.H., Gibbs, M.G.: The Commercial Exploitation of the Multi-layer Coil: a Final Report on an EEC Demonstration Project Ref. EE/147/6B // Electricity Council Rep. R 1708. London, 1983.
6. Poiroux R., Heurtin J. L'utilisation des Inducteurs Multicouches Dans le Rechauffage Par Induction // EDF Bulletin de la Direction des Etudes et Recherches. Serie B Reseaux Electriques. 1981. No. 1.
7. Poiroux R. Les Novelles Technologies D'iducteur Developpees au Laboratoirre EDF // J. du Four Electrique. 1981. Pp. 17—27.
8. Григорьев В.А. и др. Исследование и разработка устройств для индукционного нагрева с использованием криогенной техники. М.: Изд-во МЭИ, 1978.
9. Григорьев В.А., Соколов М.М., Бродянский В.М., Кувалдин А.Б., Антипов В.И. Перспективы применения криогенной техники в электротермии // Электротермия. 1980. № 1. С. 9—11.
10. A.c. № 748918 СССР. Устройство для индукционного нагрева / В.А. Григорьев и др. // Открытия. Изобретения. 1980. № 26.
11. Злотников И.И., Захаров И.В. Повышение эффективности работы устройств для индукционного нагрева // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2015. № 4. С. 53—59.
12. Федин М.А., Кувалдин А.Б., Герасименко Е.С. Исследование влияния многослойности индуктора на энергетические характеристики системы «индуктор-загрузка» // Фёдоровские чтения. 2018. С. 100—104.
13. Пат. № 195393 РФ. Индукционное устройство с многослойным индуктором для нагрева металлических заготовок / Е.С. Герасименко, А.Б. Кувалдин, М.А. Федин // Бюл. изобрет. 2020. № 3.
14. Кувалдин А.Б., Федин М.А. Теория индукционного нагрева. Ч. 2. Методы расчета и моделирование. М.: Изд-во МЭИ, 2020.
---
Для цитирования: Булгакова Е.С., Кувалдин А.Б., Федин М.А. Оценка эффективности применения многослойных индукторов в индукционных установках для нагрева алюминиевых заготовок // Вестник МЭИ. 2022. № 6. С. 68—75. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-6-68-75
#
1. Vaynberg A.M. Induktsionnye Plavil'nye Pechi. M.: Energiya, 1967. (in Russian).
2. Kuvaldin A.B., Fedin M.A. Teoriya Induktsionnogo Nagreva. Ch. 1. Osnovnye Kharakteristiki i Raschet Parametrov Elektromagnitnogo Polya. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
3. Kleshchev V.V., Nemkov V.S., Saburov V.S., Terekhov E.P. Povyshenie Energeticheskikh Pokazateley Induktsionnykh Ustanovok dlya Nagreva Tsvetnykh Metallov. Elektrotekhnicheskaya Promyshlennost'. Seriya «Elektrotermiya». 1975;12(16):18—21. (in Russian).
4. Harvey J.G. The Theory of Multi-layer Windings for Induction Heating and Their Application to a 1 MW 50 Hz Longitudinal Flux Billet Heater. Proc. VIII Congress UIE. Liege, 1976;4:11a.
5. Harvey, J.G., Johnson, R.H., Gibbs, M.G.: The Commercial Exploitation of the Multi-layer Coil: a Final Report on an EEC Demonstration Project Ref. EE/147/6B. Electricity Council Rep. R 1708. London, 1983.
6. Poiroux R., Heurtin J. L'utilisation des Inducteurs Multicouches Dans le Rechauffage Par Induction. EDF Bulletin de la Direction des Etudes et Recherches. Serie B Reseaux Electriques. 1981;1.
7. Poiroux R. Les Novelles Technologies D'iducteur Developpees au Laboratoirre EDF. J. du Four Electrique. 1981:17—27.
8. Grigor'ev V.A. i dr. Issledovanie i Razrabotka Ustroystv dlya Induktsionnogo Nagreva s Ispol'zovaniem Kriogennoy Tekhniki. M.: Izd-vo MEI, 1978. (in Russian).
9. Grigor'ev V.A., Sokolov M.M., Brodyanskiy V.M., Kuvaldin A.B., Antipov V.I. Perspektivy Primeneniya Kriogennoy Tekhniki v Elektrotermii. Elektrotermiya. 1980;1:9—11. (in Russian).
10. A.c. № 748918 SSSR. Ustroystvo dlya Induktsionnogo Nagreva. V.A. Grigor'ev i dr. Otkrytiya. Izobreteniya. 1980. № 26. (in Russian).
11. Zlotnikov I.I., Zakharov I.V. Povyshenie Effektivnosti Raboty Ustroystv dlya Induktsionnogo Nagreva. Vestnik GGTU im. P.O. Sukhogo. 2015;4:53—59. (in Russian).
12. Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Gerasimenko E.S. Issledovanie Vliyaniya Mnogosloynosti Induktora na Energeticheskie Kharakteristiki Sistemy «Induktor-zagruzka». Fedorovskie Chteniya. 2018:100—104. (in Russian).
13. Pat. № 195393 RF. Induktsionnoe Ustroystvo s Mnogosloynym Induktorom dlya Nagreva Metallicheskikh Zagotovok. E.S. Gerasimenko, A.B. Kuvaldin, M.A. Fedin. Byul. Izobret. 2020;3. (in Russian).
14. Kuvaldin A.B., Fedin M.A. Teoriya Induktsionnogo Nagreva. Ch. 2. Metody Rascheta i Modelirovanie. M.: Izd-vo MEI, 2020. (in Russian).
---
For citation: Bulgakova E.S., Kuvaldin A.B., Fedin M.A. Performance Assessment of Using Multilayer Inductors in Induction Installations for Heating Aluminum Billets. Bulletin of MPEI. 2022;6:68—75. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-6-68-75
