Možnosti snížení měrné spotřeby elektrické energie indukčních zařízení

Abstract

V mé disertační práci se zabývám použitím přídavných konstrukčních prvků u nového mnou zkonstruovaného fyzikálního laboratorního modelu indukčního zařízení, který rovněž umožňuje ohřev válcové duté magnetické vsázky umísťované do dutiny induktoru tohoto zařízení, s vyvozením závěrů na snížení energetické náročnosti ohřevů elektromagnetickou indukcí. V práci jsou popsány zvolené metody zkoumání celého systému, tedy metoda měření, analytický a numerický výpočet. Dále zde uvádím popis nově zkonstruované měřicí cívky malého průměru a nové aplikace, která slouží pro výpočty a vykreslení grafů získaných měřením na fyzikálním laboratorním modelu indukčního zařízení, které jsem obě vytvořil. U jednotlivých kapitol jsou popsána shrnutí a jednotlivé poznatky dosažené užitím zvolených metod a v závěru práce jsou uvedené dosažené závěry a návrh na další zaměření výzkumu v této oblasti. Úvodní část mé práce se zabývá teorií elektromagnetického vlnění s důrazem na rozložení elektromagnetického pole kolem válcového induktoru a dále polem teplotním. V práci se dále zaměřuji na metody zjišťování rozložení elektromagnetického a teplotního pole nového fyzikálního laboratorního modelu indukčního zařízení doplněného o přídavné konstrukční prvky v otevřených a uzavřených variantách a o magnetickou válcovou dutou vsázku. Účelem použití těchto prvků je snížení měrné energetické náročnosti ohřevů elektromagnetickou indukcí, tedy zvýšení celkové účinnosti indukčního ohřevu, a to omezením rozptylového elektromagnetického pole kolem uvedeného zařízení. Rozptylový magnetický tok způsobuje v konstrukci elektricky vodivých částí indukčních zařízení nežádoucí tepelné ztráty vířivými proudy, které zhoršují celkovou energetickou bilanci daného systému a tedy jeho účinnost. Prezentuji zde metody zjišťování válcového elektromagnetického pole kolem uvedeného indukčního zařízení analytickým výpočtem, měřením a numerickým výpočtem. Výsledky vyplývající z počítačové simulace na základě zadaných hodnot odpovídajících novému fyzikálnímu modelu porovnávám s měřením na tomto modelu. Numerické výpočty jsem prováděl v programu RillFEM 2D (FEM). V práci rovněž popisuji konstrukci nového fyzikálního modelu i nové měřicí cívky určené k měření indukovaného napětí. Dále popisuji novou aplikaci vytvořenou v programovacím jazyce JAVA určenou pro znázornění naměřených hodnot získaných měřením s nově zkonstruovanou měřicí cívkou. Tuto aplikaci jsem navrhl a realizoval pro urychlení metody měření. Dále prezentuji výsledky měření a počítačové simulace, přičemž v závěru této práce je uvedeno porovnání výsledků, získané poznatky a další cíle. V příloze uvádím další výsledky a grafy z důvodu jejich značného množství, které považuji za vhodné uvést pro získání podrobnější představy o dané problematice a jejím rozsahu.