МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ СИСТЕМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

В статье рассматриваются разработка и применение систем индукционного нагрева в различных отраслях, таких как сельскохозяйственное машиностроение, автомобильная промышленность и металлообработка. Приведен сравнительный анализ индукционных установок и традиционных методов нагрева, показаны их преимущества, включая высокую скорость и эффективность нагрева, улучшенное управление процессом и снижение энергопотребления. Математическая модель частотного преобразователя для систем индукционного нагрева основана на системе дискретных уравнений, описывающих динамику многомерных переменных. В отличие от существующих подходов, данная модель учитывает оптимальный диапазон рабочих частот, позволяет сократить количество силовых транзисторов и учитывает установленную мощность, обеспечивая при этом высокую энергетическую эффективность. В рамках исследования были разработаны и изготовлены прототип частотного преобразователя, работающего в диапазоне 2-20 кГц при однофазном и трехфазном питании, а также индуктор мощностью 6 кВт. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность предложенной модели и возможность ее применения в реальных технологических условиях. Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанной модели и прототипа для выбора оптимальных технологий индукционного нагрева в машиностроении и сельскохозяйственном машиностроении, что обеспечивает повышение надежности, снижение энергопотребления и уменьшение эксплуатационных затрат. Полученные результаты показали достаточность предложенной модели и подтвердили ее практическую применимость. Показано, что изменения параметров преобразователя существенно влияют на выбор оптимального режима индукционного нагрева, что имеет практическую значимость как для образовательных целей, так и для промышленного внедрения.

1. Design and optimization of H-type asymmetric magnetic suspension vibration absorber for ships / B. Zhou et al // Journal of Vibration and Control. – 2025. – № 31. – Р. 344-354.

2. Liao H. High-Precision Composite Control of Driving Current for Non-Contact Annular Electromagnetic Stabilized Spacecraft Subject to Multiple Disturbances / H. Liao, H. Yuan, J. Xie // Aerospace. – 2024. – № 11(8). – Р. 627.

3. Review on Active Vibration Control Method of Magnetically Suspended System / W. Han et al // IEEE Access. – 2023. – № 11. – Р. 108117-108125.

4. Frequency-doubling displacement disturbance suppression of active magnetic bearing based on repetitive control / A.J. Li et al // IEEE 10th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC2024-ECCE Asia). – 2024. – Р. 707-711.

5. Isembergenov N.T., Sagyndikova A.Zh., Taysarieva K.N., 03.06.2015. Author's certificate № 91438, Grain drying plant.

6. Isembergenov N. T., Sagyndikova A. Zh. 11.03.2015Author's certificate № 93979 Installation for drying grain using induction heating.

7. Prevention of thrombus formation in blood pump by mechanical circular orbital excitation of impeller in magnetically levitated centrifugal pump / K. Hatakenaka et al // Artificial Organs. – 2023. – № 47(2). – Р. 425-431.

8. Effects of mechanical interfaces on magnetic levitation systems and analysis of self-excited vibration mechanisms in coupled systems / J. Tang et al // Science China Technological Sciences. – 2024. – № 67(12). – Р. 3925-3939.

9. Linear permanent magnet electrodynamic suspension system: Dynamic characteristics, magnetic-mechanical coupling and filed test. / H. Shi et al // Measurement. – 2024. – № 225. – Р. 113960.

10. Мechanics of the Movement of Grain on a Helical Surface in the Induction Dryer / A.J. Sagyndikova et al // Journal of Engineering and Applied Science. – 2015. – № 10(8). – Р. 267- 269.

11. Nonlinear Dynamics of a Micromechanical Non-Contact Induction Suspension. / D.Y. Skubov et al // Mechanics of Solids. – 2023. – № 58(6). – Р. 2011-2023.

12. Ng C. The Thomson Jumping Ring Experiment and Ideal Transformer / C. Ng // The Physics Teacher. – 2022. – № 60(5). – Р. 376-379.

13. Ladera C.L. Unveiling the physics of the Thomson jumping ring / C.L. Ladera, G. Donoso // American Journal of Physics. – 2015. – № 83(4). – Р. 341-348.

14. Tjossem P.J.H. Optimizing Thomson’s jumping ring / P.J.H. Tjossem, E.C. Brost // American Journal of Physics. – 2011. – № 79(4). – Р. 353-358.

15. Taweepong J. Jumping ring experiment: effect of temperature, non-magnetic material and applied current on the jump height / J. Taweepong, K. Thamaphat, S.Limsuwan // Procedia Engineering. – 2012. – № 32. – Р. 982-988.

16. Bolyukh V.F. Influence of an excitation source on the power indicators of a linear pulse electromechanical converter of induction type / V.F. Bolyukh, I.S. Shchukin // Technical Electrodynamicsno. – 2021. – № 3. – Р. 28-36.

17. Bolyukh V.F. Influence of the Form of Pulse of Excitation on the Speed and Power Parameters of the Linear Pulse Electromechanical Converter of the Induction Type / V.F. Bolyukh, I.I. Katkov // Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. 2(B): Advanced Manufacturing. – 2019.

18. Bolyukh V.F. Features of excitation of a linear electromechanical converter of inductiontype from an AC source / V.F. Bolyukh, Y.V. Kashansky, I.S. Schukin // Electrical Engineering & Electromechanics. – 2021. – № 1. – Р. 3-9.

19. Physical modeling of the features of anchor acceleration in a pulse electromechanical converter of induction type / Yu.M. Vaskovsky et al // Technical Electrodynamics. – 1986. – № 3. – Р. 66-69.

20. Reduction of auto seismic oscillations of the ballistic laser gravimeter on account of the excitation of the induction-dynamic catapult by a pulse packet / V. Bolyukh et al // Ukrainian Metrological Journal. – 2020. – № 3. – Р. 3-11.