Tytuł pozycji:
Symulacje MES procesu nagrzewania koła zębatego dla jednoczesnego, dwuczęstotliwościowego falownika rezonansowego
W artykule przedstawiono dwuczęstotliwościowy falownik o strukturze półmostka wykorzystywany powszechnie do wstępnego wygrzewania kół zębatych odbywającego się przed procesem hartowania. Na wstępie artykułu pokrótce omówiono problematykę związaną z odpowiednim doborem częstotliwości pracy układu w procesie nagrzewania kół zębatych. Następnie zaprezentowano laboratoryjny układ rezonansowego, jednoczesnego falownika dwuczęstotliwościowego (2F) oraz omówiono jego najistotniejsze elementy składowe. W dalszej części artykułu przedstawiono przebiegi czasowe prądu odbiornika i napięcia jednego z tranzystorów półmostka oraz zaprezentowano wyznaczoną analitycznie charakterystykę modułu impedancji |Z| i fazy ? szeregowo-równoległego obwodu rezonansowego. W końcowej części artykułu przedstawiono model komputerowy MES układu wzbudnik-wsad wykonany w oprogramowaniu ANSYS Maxwell 3D oraz sprzęgnięty z nim model obwodowy przekształtnika. Opracowane modele komputerowe posłużyły do weryfikacji otrzymanych wyników badań oraz do zilustrowania rozkładu pola magnetycznego i prądów wirowych w układzie wzbudnik-wsad w zależności od częstotliwości pracy układu, natężenia prądu wzbudnika oraz parametrów materiałowych wsadu. Dodatkowo, dla trzech typowych stopów stali C45, 41Cr4 i 42CrMo4 wykreślono charakterystyki zmian temperatury i gęstości energii na pojedynczym zębie w zależności od natężenia prądu wzbudnika i odległości od czoła zęba.
This paper presents a FEM simulation of induction heating of gears. The induction heating of gears was made in used a simultaneous dual-frequency inverter with MOSET SiC transistors. A prototype inverter was built in a half-bridge structure with a series-parallel resonant circuit. The operating frequencies were 8 kHz and 267 kHz, output power of inverter were 3kW and the drain efficiency was equal to 96%. Additionally, this paper presents the analysis of series-parallel resonant circuit. In this chapter the characteristics of impedance module and phase of resonant circuit are posted. Also this article include two co-simulation models made in ANSYS software: a circuit model of the inverter made in Simplorer and a FEM model of coil and gear made in Maxwell 3D. The co-simulation of models was made for three alloy steel: C45, 41Cr4 and 42CrMo4. Simulated distributions of eddy currents and magnetic induction in the gear, as well as energy density and temperature profile in a single tooth are presented.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).
