基于Ansoft Maxwell的中頻感應爐仿真分析

吳浚哲

（湖南大學電氣與信息工程學院 湖南省長沙市 410082）

1 引言

交流感應爐是一種利用電磁場進行能量耦合的金屬冶煉裝置，它利用金屬導體在交變磁場下的感應加熱原理，即電源向感應線圈內通入交變電流而產生相同頻率的交變磁通，在感應圈內的爐料中產生渦流來使金屬快速發熱熔化。由于不需要傳統加熱裝置，交流感應爐具有體積小、操作簡單、安全系數高、環境適應性強等優點。根據通入感應線圈內電流頻率的不同，交流感應爐可以分為工頻感應爐、中頻感應爐、高頻感應爐。工頻感應爐的線圈組通入工頻電流即可工作。為了保證金屬熔煉的效果，線圈組的匝數和爐體容量一般較大，線圈一般通入400A 左右的大電流。由于電路中不需要添加變流器，故日常運行和維護的成本較低；中、高頻感應爐體積較小、使用靈活、能量密度較高，主要用于工件表面的淬火、有色金屬的熔煉、工件的鑄造等領域。提高感應爐的工作頻率有利于快速熔煉與微型化，但變流器件（晶閘管）的開關頻率過高時，產生的開關損耗和電路的交流電阻都會增加，故感應爐的頻率選擇應該適中。目前，中頻感應爐在市場上的應用范圍最廣。本文將使用有限元仿真軟件Ansoft Maxwell 對中頻感應爐的結構和相關參數進行仿真分析，以模擬感應爐在理想情況下的運行狀態。

2 建模與參數設置

中頻感應熔煉系統主要包括爐體、傾爐裝置、水冷系統以及配套的電氣設備。……