行波磁场感应加热问题的分析 (1).pdf

河北工业大学硕士学位论文
行波磁场感应加热问题的分析
摘 要
电磁感应加热利用工件中涡流产生的焦耳热将工件加热，这种方法具有加热速度快、
效率高、控制精确、污染少等特点，在工业生产中具有广泛的应用前景。行波感应加热
(Traveling Wave Induction Heating，TWIH)除具有其他一些感应加热方式同样的优点
外，还能产生更均匀的温度分布，而且具有振动和工业噪音低、边缘效应好、加热均匀和
三相负载平衡、对电网影响小的显著优点，在加热非铁磁性带材时，因为电磁力的显著增
加和加热参数的变化，这一优点显得非常重要。
本论文简要介绍了感应加热技术的原理、特点、和发展现状，对行波磁场感应加热的
基本原理进行了说明，给出了二维模型，并简要介绍了本课题的研究意义。其次，对电磁
场数值计算有限元方法作了介绍，推导了感应加热工件内电磁场、涡流场和温度场分布的
理论公式。介绍了ANSYS软件中计算电磁场、涡流场的矢量磁位法。
对行波感应加热二维模型进行合理简化，给出 ANSYS中进行二维有限元分析的单元类
型，边界条件设置；根据行波磁场感应加热的特点，建立分析模型，确定了边界条件、网
格划分、材料特性等问题的处理方法。利用ANSYS软件对行波磁场感应加热进行二维研究，
详细计算分析了行波感应加热系统中磁感应强度和功率密度的分布情况。同时，对全文进
行总结，提出有待进一步研究和解决的问题。
关键词：行波磁场，横向磁通，感应加热，有限元法
i
行波磁场感应加热问题的分析
ANALYSISOF TRAVELING
WAVE INDUCTION HEATING
ABSTRACT
Traveling Wave Induction Heating (TWIH), involving three-dimensional non-liner coupled
problem of eddy current field and temperature field for continuously moving strip, has particular
features which make them attractive for application to some heating and melting processes in
the advantages we can mention the possibility to heat quite uniformly thin strips
or regions of a body without moving the inductor above its surface, to reduce the vibrations of
inductor and load due to the electro-dynamic forces and also the noise provoked by them, to
obtain nearly balanced distributions of power and temperature.
The characteristic, development and present research situation of induction heating are
briefly introduced. The background of this project, the main contents and the significance of this
paper are mentioned. And the electromagnetic field value computational method is introduced. A
mathematical model is developed to describe the distribution o