Development of a Universal Experimental Bench for Physical Modeling of Induction-resistive Heating Systems
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-2-70-77Keywords:
electrical processing installation, induction-resistive heating systems, experimental bench, balancing transformer, electrical heating, electrical characteristicsAbstract
The article discusses the development and implementation of a universal experimental bench for physical modeling of various types of induction-resistive heating systems (IRHS). The application of IRHS is a promising solution for achieving more reliable and efficient transportation of liquid products in cold climates. By using the developed bench, it is possible to carry out comprehensive studies of the electrical and power performance characteristics of IRHS having different design configurations, including classical, multilayer, corrugated, and others.
The article describes the bench design, which includes power supply and control systems, as well as a special balancing transformer for balancing a single-phase load. The conducted experiments have confirmed the bench functionality and its suitability for studying various modes of IRHS operation. The study results demonstrate the bench effectiveness in regard of improving the accuracy of mathematical models and speeding up the introduction of new IRHS types. Thus, the proposed technical solutions set up a basis for designing more reliable and efficient electric heating systems for industrial pipelines.
References
1. Струпинский М.Л., Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли. М. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2023.
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. Федин М.А. и др. Разработка математической модели электромагнитного поля и схемы замещения индукционно-резистивной системы нагрева для промышленных трубопроводов // Промышленная энергетика. 2023. № 12. С. 2—9.
4. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2023619476. Программа для расчёта индукционно-резистивной системы нагрева IRSN PRO / А.Б. Кувалдин и др.
5. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2023680160. Программа для расчёта электрических и энергетических характеристик многослойной индукционно-резистивной системы нагрева «IRSN Multilayer» / М.А. Федин и др.
6. Конесев С.Г., Хлюпин П.А. Инновационные электротехнологические системы обеспечения температурных режимов технологических трубопроводов // Силовое и энергетическое оборудование. Автономные системы. 2019. № 1. С. 29—39.
7. Авдеев Б.А. Устранение несимметрии трехфазного напряжения с помощью твердотельного трансформатора в интеллектуальных сетях электроснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 4. С. 67—75.
8. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Моделирование систем электроснабжения с трехфазно-однофазными преобразователями // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. 2018. Т. 22. № 5. С. 122—133.
9. Федин М.А. и др. Разработка и моделирование специального симметрирующего трансформатора для питания индукционно-резистивной системы нагрева // Промышленная энергетика. 2024. № 2. С. 2—13.
10. Кувалдин А.Б. Электротехнологические установки и системы. М.: Изд-во МЭИ, 2023
---
Для цитирования: Федин М.А., Булатенко М.А., Василенко А.И., Зотов М.Л., Качалина Е.В., Жгутов Д.А. Разработка универсального экспериментального стенда для физического моделирования индукционно-резистивных систем нагрева // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 70—77. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-70-77
---
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка современных разветвленных скин-кабельных систем электрообогрева с цифровым двойником и пространственной цифровой системой термоконтроля» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024 —2026 гг
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Strupinskiy M.L., Khrenkov N.N., Kuvaldin A.B. Proektirovanie i Ekspluatatsiya Sistem Elektricheskogo Obogreva v Neftegazovoy Otrasli. M. — Vologda: Infra-Inzheneriya, 2023. (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. Fedin M.A. i dr. Razrabotka Matematicheskoy Modeli Elektromagnitnogo Polya i Skhemy Zameshcheniya Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva dlya Promyshlennykh Truboprovodov. Promyshlennaya Energetika. 2023;12:2—9. (in Russian).
4. Svid-vo o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2023619476. Programma dlya Rascheta Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva IRSN PRO. A.B. Kuvaldin i dr. (in Russian).
5. Svid-vo o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2023680160. Programma dlya Rascheta Elektricheskikh i Energeticheskikh Kharakteristik Mnogosloynoy Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva «IRSN Multilayer». M.A. Fedin i dr. (in Russian).
6. Konesev S.G., Khlyupin P.A. Innovatsionnye Elektrotekhnologicheskie Sistemy Obespecheniya Temperaturnykh Rezhimov Tekhnologicheskikh Truboprovodov. Silovoe i Energeticheskoe Oborudovanie. Avtonomnye Sistemy. 2019;1:29—39. (in Russian).
7. Avdeev B.A. Ustranenie Nesimmetrii Trekhfaznogo Napryazheniya s Pomoshch'yu Tverdotel'nogo Transformatora V Intellektual'nykh Setyakh Elektrosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;4:67—75. (in Russian).
8. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Modelirovanie Sistem Elektrosnabzheniya s Trekhfazno-odnofaznymi Preobrazovatelyami. Vestnik Irkutskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2018;22;5:122—133. (in Russian).
9. Fedin M.A. i dr. Razrabotka i Modelirovanie Spetsial'nogo Simmetriruyushchego Transformatora dlya Pitaniya Induktsionno-Rezistivnoy Sistemy Nagreva. Promyshlennaya Energetika. 2024;2:2—13. (in Russian).
10. Kuvaldin A.B. Elektrotekhnologicheskie Ustanovki i Sistemy. M.: Izd-vo MEI, 2023. (in Russian)
---
For citation: Fedin M.A., Bulatenko M.A., Vasilenko A.I., Zotov M.L., Kachalina E.V., Zhgutov D.A. Development of a Universal Experimental Bench for Physical Modeling of Induction-resistive Heating Systems. Bulletin of MPEI. 2025;2:70—77. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-70-77
---
The Work was Carried Out within the Framework of the Project «Development of Modern Extensive Skin-cable Electric Heating Systems with a Digital Twin and a Spatial Digital Thermal Control System» with the Support of a Grant NRU MPEI for the Implementation of the Scientific Research Program «Priority 2030: Technologies of the Future» in 2024 — 2026
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
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. Федин М.А. и др. Разработка математической модели электромагнитного поля и схемы замещения индукционно-резистивной системы нагрева для промышленных трубопроводов // Промышленная энергетика. 2023. № 12. С. 2—9.
4. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2023619476. Программа для расчёта индукционно-резистивной системы нагрева IRSN PRO / А.Б. Кувалдин и др.
5. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2023680160. Программа для расчёта электрических и энергетических характеристик многослойной индукционно-резистивной системы нагрева «IRSN Multilayer» / М.А. Федин и др.
6. Конесев С.Г., Хлюпин П.А. Инновационные электротехнологические системы обеспечения температурных режимов технологических трубопроводов // Силовое и энергетическое оборудование. Автономные системы. 2019. № 1. С. 29—39.
7. Авдеев Б.А. Устранение несимметрии трехфазного напряжения с помощью твердотельного трансформатора в интеллектуальных сетях электроснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 4. С. 67—75.
8. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Моделирование систем электроснабжения с трехфазно-однофазными преобразователями // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. 2018. Т. 22. № 5. С. 122—133.
9. Федин М.А. и др. Разработка и моделирование специального симметрирующего трансформатора для питания индукционно-резистивной системы нагрева // Промышленная энергетика. 2024. № 2. С. 2—13.
10. Кувалдин А.Б. Электротехнологические установки и системы. М.: Изд-во МЭИ, 2023
---
Для цитирования: Федин М.А., Булатенко М.А., Василенко А.И., Зотов М.Л., Качалина Е.В., Жгутов Д.А. Разработка универсального экспериментального стенда для физического моделирования индукционно-резистивных систем нагрева // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 70—77. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-70-77
---
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка современных разветвленных скин-кабельных систем электрообогрева с цифровым двойником и пространственной цифровой системой термоконтроля» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024 —2026 гг
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Strupinskiy M.L., Khrenkov N.N., Kuvaldin A.B. Proektirovanie i Ekspluatatsiya Sistem Elektricheskogo Obogreva v Neftegazovoy Otrasli. M. — Vologda: Infra-Inzheneriya, 2023. (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. Fedin M.A. i dr. Razrabotka Matematicheskoy Modeli Elektromagnitnogo Polya i Skhemy Zameshcheniya Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva dlya Promyshlennykh Truboprovodov. Promyshlennaya Energetika. 2023;12:2—9. (in Russian).
4. Svid-vo o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2023619476. Programma dlya Rascheta Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva IRSN PRO. A.B. Kuvaldin i dr. (in Russian).
5. Svid-vo o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2023680160. Programma dlya Rascheta Elektricheskikh i Energeticheskikh Kharakteristik Mnogosloynoy Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva «IRSN Multilayer». M.A. Fedin i dr. (in Russian).
6. Konesev S.G., Khlyupin P.A. Innovatsionnye Elektrotekhnologicheskie Sistemy Obespecheniya Temperaturnykh Rezhimov Tekhnologicheskikh Truboprovodov. Silovoe i Energeticheskoe Oborudovanie. Avtonomnye Sistemy. 2019;1:29—39. (in Russian).
7. Avdeev B.A. Ustranenie Nesimmetrii Trekhfaznogo Napryazheniya s Pomoshch'yu Tverdotel'nogo Transformatora V Intellektual'nykh Setyakh Elektrosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;4:67—75. (in Russian).
8. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Modelirovanie Sistem Elektrosnabzheniya s Trekhfazno-odnofaznymi Preobrazovatelyami. Vestnik Irkutskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2018;22;5:122—133. (in Russian).
9. Fedin M.A. i dr. Razrabotka i Modelirovanie Spetsial'nogo Simmetriruyushchego Transformatora dlya Pitaniya Induktsionno-Rezistivnoy Sistemy Nagreva. Promyshlennaya Energetika. 2024;2:2—13. (in Russian).
10. Kuvaldin A.B. Elektrotekhnologicheskie Ustanovki i Sistemy. M.: Izd-vo MEI, 2023. (in Russian)
---
For citation: Fedin M.A., Bulatenko M.A., Vasilenko A.I., Zotov M.L., Kachalina E.V., Zhgutov D.A. Development of a Universal Experimental Bench for Physical Modeling of Induction-resistive Heating Systems. Bulletin of MPEI. 2025;2:70—77. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-70-77
---
The Work was Carried Out within the Framework of the Project «Development of Modern Extensive Skin-cable Electric Heating Systems with a Digital Twin and a Spatial Digital Thermal Control System» with the Support of a Grant NRU MPEI for the Implementation of the Scientific Research Program «Priority 2030: Technologies of the Future» in 2024 — 2026
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
Downloads
Published
2024-12-16
Issue
Section
Electrotechnology and Electrophysics (Technical Sciences) (2.4.4)
