Адаптивный регулятор мощности индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем
Ключевые слова:
индукционная тигельная печь, ферромагнитный проводящий тигель, адаптивный регулятор мощности, структурная модель, система управления, частотно-импульсная модуляция, канал регулирования
Аннотация
На основании проведенных авторами исследований построена структурная модель индукционной тигельной печи повышенной частоты с проводящим ферромагнитным тиглем в среде Simulink/Matlab.
При расчете тока индуктора использованы зависимости активного сопротивления и индуктивности от трех аргументов: температуры, частоты и тока индуктора.
На основе созданной модели спроектирована структурная модель системы регулирования мощности индукционной тигельной печи. В качестве способа регулирования мощности взята частотно-импульсная модуляция выходного напряжения.
Разработан адаптивный регулятор мощности индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем с двумя каналами регулирования — частотой тока и напряжением источника питания.
Установлено, что плавка с наименьшими энергозатратами получается в случае применения регулятора мощности с двумя различными структурами адаптивного регулирования. Регулятор работает по принципу частотного регулирования и использует структуры в зависимости от текущего значения температуры.
Работа адаптивного регулятора мощности с двумя каналами регулирования позволяет существенно уменьшить удельный расход электроэнергии по сравнению с автоподстройкой частоты, например, для промышленной печи ИГТ-1,6М в 1,45 раза.
Литература
1. Yilmaz I., Ermiş M., Çadirci I. Medium Frequency Induction Melting Furnace as a Load on the Power System // Proc. 46th IEEE Industry Appl. Soc. Annual Meeting. 2011. V. 48(4). Pp. 1—12.
2. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Investigation of Induction Melting in Graphite Crucibles // Proc. IEEE Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2020. Pp. 1234—1237.
3. Lopukh D.B., Vavilov A.V., Martynov A.P., Skrigan I.N. Measurement System of Electric Parameters of the Induction Coil for Induction Melting in a Cold Crucible // Ibid. Pp. 734—737.
4. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Simulation of Induction Heating Processes in ICF eltA // Proc. IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2019. Pp. 981—984.
5. Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кулешов А.О., Ахметьянов С.В., Кондрашов С.С. Электротепловая модель и режимы работы индукционной тигельной печи с проводящим тиглем // Вестник МЭИ. 2019. № 5. С. 91—100.
6. Levshin G.E. Ways to Improve Induction Crucible Furnares // Izvestiya Ferrous Metallurgy. 2019. V. 62(2). Pp. 97—102.
7. Бондаренко Д.П., Дзлиев С.В., Патанов Д.А. Коммутационные процессы в транзисторных инверторах для индукционного нагрева // Известия ТЭТУ. 1996. Вып. 497. С. 98—110.
8. Лебедев А.В. Выбор источников питания для индукционного нагрева. Саранск: Изд. дом МГУ им. Н.П. Огарева, 2015.
9. Лавлесс Д.Л., Кук Р.Л., Руднев В.И. Характеристики и параметры источников питания для эффективного индукционного нагрева // Силовая электроника. 2007. № 1. С. 94—98.
10. Федин М.А. Выбор принципа регулирования и разработка систем управления индукционных тигельных печей с проводящим тиглем // Индукционный нагрев. 2014. № 1(27). С. 24—28.
11. Alekseeva M.M., Artyukhov I.I., Alekseev V.S. Engineering Calculation of Induction Crucible Furnace with MATLAB/Simulink // Proc. V Intern. Conf. Information Technologies in Engineering Education [Электрон. ресурс] www.inforino.mpei.ru/online/Pages/default.aspx (дата обращения 24.06.2020).
12. Hrbek J., Ebel W. Mathematical Model to Design Experiment Arrangement of Induction Furnace with Cold Crucible // Proc. X Intern. Sci. Symp. Electrical Power Eng. 2019. Pp. 499—503.
13. Shcherba M.A. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Temperature Fields in the Inductor of Channel-tipe Furnace for Copper Heating // IEEE I Ukraine Conf. Electrical and Computer Eng. 2017. Pp. 427—431.
14. Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Zolotarev V.V., Belyanin R.V. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Thermal Processes of Induction Melting of Copper Template with Accounting of Installation Elements Design // Techn. Electrodynamics. 2017. V. 3. Pp. 13—21.
15. Lavers J.D. State of the Art of Numerical Modeling for Induction Processes // Intern. J. Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Eng. 2018. V. 27(2). Pp. 335—349.
16. Федин М.А. и др. Разработка регулятора мощности индукционной тигельной печи промышленной частоты для плавки магния // Труды Междунар. конф. молодых специалистов по микро- и нанотехнологиям и электронным устройствам. Новосибирск, 2018. С. 302—304.
---
Для цитирования: Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кулешов А.О., Ахметьянов С.В., Кондрашов С.С. Адаптивный регулятор мощнос-ти индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем // Вестник МЭИ. 2021. № 2. С. 76—87. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-76-87
---
Работа выполнена при поддержке: Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (инициативный научный проект № 8.9608.2017/БЧ)
#
1. Yilmaz I., Ermiş M., Çadirci I. Medium Frequency Induction Melting Furnace as a Load on the Power System. Proc. 46th IEEE Industry Appl. Soc. Annual Meeting. 2011;48(4):1—12.
2. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Investigation of Induction Melting in Graphite Crucibles. Proc. IEEE Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2020:1234—1237.
3. Lopukh D.B., Vavilov A.V., Martynov A.P., Skrigan I.N. Measurement System of Electric Parameters of the Induction Coil for Induction Melting in a Cold Crucible. Ibid:734—737.
4. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Simulation of Induction Heating Processes in ICF eltA. Proc. IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2019:981—984.
5. Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kuleshov A.O., Akhmet'yanov S.V., Kondrashov S.S. Elektroteplovaya Model' i Rezhimy Raboty Induktsionnoy Tigel'noy Pechi s Provodyashchim Tiglem. Vestnik MEI. 2019;5:91—100. (in Russian).
6. Levshin G.E. Ways to Improve Induction Crucible Furnares. Izvestiya Ferrous Metallurgy. 2019;62(2):97—102.
7. Bondarenko D.P., Dzliev S.V., Patanov D.A. Kommutatsionnye Protsessy v Tranzistornykh Invertorakh dlya Induktsionnogo Nagreva // Izvestiya TETU. 1996;497:98—110. (in Russian).
8. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva. Saransk: Izd. Dom MGU im. N.P. Ogareva, 2015. (in Russian).
9. Lavless D.L., Kuk R.L., Rudnev V.I. Kharakteristiki i Parametry Istochnikov Pitaniya dlya Effektivnogo Induktsionnogo Nagreva. Silovaya Elektronika. 2007;1:94—98. (in Russian).
10. Fedin M.A. Vybor Printsipa Regulirovaniya i Razrabotka Sistem Upravleniya Induktsionnykh Tigel'nykh Pechey s Provodyashchim Tiglem. Induktsionnyy Nagrev. 2014;1(27):24—28. (in Russian).
11. Alekseeva M.M., Artyukhov I.I., Alekseev V.S. Engineering Calculation of Induction Crucible Furnace with MATLAB/Simulink. Proc. V Intern. Conf. Information Technologies in Engineering Education [Elektron. Resurs] www.inforino.mpei.ru/online/Pages/default.aspx (Data Obrashcheniya 24.06.2020).
12. Hrbek J., Ebel W. Mathematical Model to Design Experiment Arrangement of Induction Furnace with Cold Crucible. Proc. X Intern. Sci. Symp. Electrical Power Eng. 2019:499—503.
13. Shcherba M.A. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Temperature Fields in the Inductor of Channel-tipe Furnace for Copper Heating. IEEE I Ukraine Conf. Electrical and Computer Eng. 2017:427—431.
14. Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Zolotarev V.V., Belyanin R.V. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Thermal Processes of Induction Melting of Copper Template with Accounting of Installation Elements Design. Techn. Electrodynamics. 2017;3:13—21.
15. Lavers J.D. State of the Art of Numerical Modeling for Induction Processes. Intern. J. Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Eng. 2018;27(2):335—349.
16. Fedin M.A. i dr. Razrabotka Regulyatora Moshchnosti Induktsionnoy Tigel'noy Pechi Promyshlennoy Chastoty dlya Plavki Magniya. Trudy Mezhdunar. Konf. Molodykh Spetsialistov po Mikro- i Nanotekhnologiyam i Elektronnym Ustroystvam. Novosibirsk, 2018:302—304. (in Russian).
---
For citation: Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kuleshov A.O., Akhmetyanov S.V., Kondrashov S.S. An Adaptive Power Controller of the Induction Crucible Furnace with a Conducting Ferromagnetic Crucible. Bulletin of MPEI. 2021;2:76—87. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-76-87.
---
The work is executed at support: Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Initiative Research Project No. 8.9608.2017/БЧ)
2. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Investigation of Induction Melting in Graphite Crucibles // Proc. IEEE Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2020. Pp. 1234—1237.
3. Lopukh D.B., Vavilov A.V., Martynov A.P., Skrigan I.N. Measurement System of Electric Parameters of the Induction Coil for Induction Melting in a Cold Crucible // Ibid. Pp. 734—737.
4. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Simulation of Induction Heating Processes in ICF eltA // Proc. IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2019. Pp. 981—984.
5. Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кулешов А.О., Ахметьянов С.В., Кондрашов С.С. Электротепловая модель и режимы работы индукционной тигельной печи с проводящим тиглем // Вестник МЭИ. 2019. № 5. С. 91—100.
6. Levshin G.E. Ways to Improve Induction Crucible Furnares // Izvestiya Ferrous Metallurgy. 2019. V. 62(2). Pp. 97—102.
7. Бондаренко Д.П., Дзлиев С.В., Патанов Д.А. Коммутационные процессы в транзисторных инверторах для индукционного нагрева // Известия ТЭТУ. 1996. Вып. 497. С. 98—110.
8. Лебедев А.В. Выбор источников питания для индукционного нагрева. Саранск: Изд. дом МГУ им. Н.П. Огарева, 2015.
9. Лавлесс Д.Л., Кук Р.Л., Руднев В.И. Характеристики и параметры источников питания для эффективного индукционного нагрева // Силовая электроника. 2007. № 1. С. 94—98.
10. Федин М.А. Выбор принципа регулирования и разработка систем управления индукционных тигельных печей с проводящим тиглем // Индукционный нагрев. 2014. № 1(27). С. 24—28.
11. Alekseeva M.M., Artyukhov I.I., Alekseev V.S. Engineering Calculation of Induction Crucible Furnace with MATLAB/Simulink // Proc. V Intern. Conf. Information Technologies in Engineering Education [Электрон. ресурс] www.inforino.mpei.ru/online/Pages/default.aspx (дата обращения 24.06.2020).
12. Hrbek J., Ebel W. Mathematical Model to Design Experiment Arrangement of Induction Furnace with Cold Crucible // Proc. X Intern. Sci. Symp. Electrical Power Eng. 2019. Pp. 499—503.
13. Shcherba M.A. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Temperature Fields in the Inductor of Channel-tipe Furnace for Copper Heating // IEEE I Ukraine Conf. Electrical and Computer Eng. 2017. Pp. 427—431.
14. Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Zolotarev V.V., Belyanin R.V. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Thermal Processes of Induction Melting of Copper Template with Accounting of Installation Elements Design // Techn. Electrodynamics. 2017. V. 3. Pp. 13—21.
15. Lavers J.D. State of the Art of Numerical Modeling for Induction Processes // Intern. J. Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Eng. 2018. V. 27(2). Pp. 335—349.
16. Федин М.А. и др. Разработка регулятора мощности индукционной тигельной печи промышленной частоты для плавки магния // Труды Междунар. конф. молодых специалистов по микро- и нанотехнологиям и электронным устройствам. Новосибирск, 2018. С. 302—304.
---
Для цитирования: Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кулешов А.О., Ахметьянов С.В., Кондрашов С.С. Адаптивный регулятор мощнос-ти индукционной тигельной печи с проводящим ферромагнитным тиглем // Вестник МЭИ. 2021. № 2. С. 76—87. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-76-87
---
Работа выполнена при поддержке: Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (инициативный научный проект № 8.9608.2017/БЧ)
#
1. Yilmaz I., Ermiş M., Çadirci I. Medium Frequency Induction Melting Furnace as a Load on the Power System. Proc. 46th IEEE Industry Appl. Soc. Annual Meeting. 2011;48(4):1—12.
2. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Investigation of Induction Melting in Graphite Crucibles. Proc. IEEE Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2020:1234—1237.
3. Lopukh D.B., Vavilov A.V., Martynov A.P., Skrigan I.N. Measurement System of Electric Parameters of the Induction Coil for Induction Melting in a Cold Crucible. Ibid:734—737.
4. Ivanov A.N., Bukanin V.A., Zenkov A.E. Simulation of Induction Heating Processes in ICF eltA. Proc. IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Eng. 2019:981—984.
5. Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kuleshov A.O., Akhmet'yanov S.V., Kondrashov S.S. Elektroteplovaya Model' i Rezhimy Raboty Induktsionnoy Tigel'noy Pechi s Provodyashchim Tiglem. Vestnik MEI. 2019;5:91—100. (in Russian).
6. Levshin G.E. Ways to Improve Induction Crucible Furnares. Izvestiya Ferrous Metallurgy. 2019;62(2):97—102.
7. Bondarenko D.P., Dzliev S.V., Patanov D.A. Kommutatsionnye Protsessy v Tranzistornykh Invertorakh dlya Induktsionnogo Nagreva // Izvestiya TETU. 1996;497:98—110. (in Russian).
8. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva. Saransk: Izd. Dom MGU im. N.P. Ogareva, 2015. (in Russian).
9. Lavless D.L., Kuk R.L., Rudnev V.I. Kharakteristiki i Parametry Istochnikov Pitaniya dlya Effektivnogo Induktsionnogo Nagreva. Silovaya Elektronika. 2007;1:94—98. (in Russian).
10. Fedin M.A. Vybor Printsipa Regulirovaniya i Razrabotka Sistem Upravleniya Induktsionnykh Tigel'nykh Pechey s Provodyashchim Tiglem. Induktsionnyy Nagrev. 2014;1(27):24—28. (in Russian).
11. Alekseeva M.M., Artyukhov I.I., Alekseev V.S. Engineering Calculation of Induction Crucible Furnace with MATLAB/Simulink. Proc. V Intern. Conf. Information Technologies in Engineering Education [Elektron. Resurs] www.inforino.mpei.ru/online/Pages/default.aspx (Data Obrashcheniya 24.06.2020).
12. Hrbek J., Ebel W. Mathematical Model to Design Experiment Arrangement of Induction Furnace with Cold Crucible. Proc. X Intern. Sci. Symp. Electrical Power Eng. 2019:499—503.
13. Shcherba M.A. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Temperature Fields in the Inductor of Channel-tipe Furnace for Copper Heating. IEEE I Ukraine Conf. Electrical and Computer Eng. 2017:427—431.
14. Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Zolotarev V.V., Belyanin R.V. Three-dimensional Modeling of Electromagnetic and Thermal Processes of Induction Melting of Copper Template with Accounting of Installation Elements Design. Techn. Electrodynamics. 2017;3:13—21.
15. Lavers J.D. State of the Art of Numerical Modeling for Induction Processes. Intern. J. Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Eng. 2018;27(2):335—349.
16. Fedin M.A. i dr. Razrabotka Regulyatora Moshchnosti Induktsionnoy Tigel'noy Pechi Promyshlennoy Chastoty dlya Plavki Magniya. Trudy Mezhdunar. Konf. Molodykh Spetsialistov po Mikro- i Nanotekhnologiyam i Elektronnym Ustroystvam. Novosibirsk, 2018:302—304. (in Russian).
---
For citation: Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kuleshov A.O., Akhmetyanov S.V., Kondrashov S.S. An Adaptive Power Controller of the Induction Crucible Furnace with a Conducting Ferromagnetic Crucible. Bulletin of MPEI. 2021;2:76—87. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-76-87.
---
The work is executed at support: Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Initiative Research Project No. 8.9608.2017/БЧ)
