电磁耦合致热机理及工频高压大功率致热器设计优化分析

• 作 者: 佟鑫
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 电磁感应加热 工频大功率 高电压 磁场耦合度 优化设计

随着全球能源互联网的不断深入发展,现代大电网的能源结构和运行态势也在发生变化,同时节能环保作为世界和国家的长期发展战略,也对电能的利用提出了新的要求。现代电网中新能源发电的比例不断增加,电网的能量随机性波动问题、电网储能问题、新能源的消纳问题、电能替代问题等,高电压、大功率的电磁致热装备都是非常有效的解决手段之一,因此相关的研究是国际上刚刚兴起的热点问题。首先,本文提出一种工频大功率电磁耦合致热技术或方法,根据电磁感应加热理论,利用麦克斯韦方程建立三维电磁场仿真模型,确定边界条件,对工频大功率致热器进行仿真计算和磁场分析,验证电磁耦合致热机理的正确性。同时对工频大功率电磁致热器的磁场分布、热源分布进行分析,探究致热器热效率的影响因素及变化规律,对致热器的模型结构进行优化分析。然后,在工频大功率电磁致热器的理论基础上,提出工频高电压大功率电磁致热器理论,并根据电磁耦合致热机理设计致热器,并分析其电能质量及加热效率。为了实现扩大单机功率和分档调节功率,采用多个致热单元加热体组合的方法,通过对四机组合运行方式进行分析,总结不同单元加热体工作时的磁场叠加及相互影响规律。最后,提出动态改变耦合度实现50%功率调节的新方法,利用步进电机对磁场耦合度进行动态控制,分析耦合度调节时的耦合度-功率连续对应关系,以及对电能转换效率的影响规律。采用散热环结构改善热源分布,并总结散热环的个数对功率及效率的影响规律,优化换热效果。经理论计算与仿真模拟,电磁耦合致热器的结果满足设计要求,解决了目前电磁加热技术存在的问题,如能耗高、单机功率小、电磁辐射等,实现了致热器高效率、清洁低碳、工频高电压大功率优化研究。