طراحی، شبیه‌سازی و ساخت یک گرم‌کن الکتریکی القایی تا دمای 300 درجه سانتی‌گراد

در این مقاله، طراحی، شبیه‌سازی و ساخت یک نمونه گرم‌کن القایی با توانایی گرم کردن فلزات تا دمای  300 انجام گرفته است. با استفاده از مدار مربوطه و طراحی صورت گرفته برای ظرفیت خازن و ابعاد سلف، گرم‌کن مربوطه ساخته شده و نتایج حاصل از ساخت، با نتایج شبیه‌سازی همخوانی مطلوبی داشته است. در این مقاله، به روش اجزای محدود و با کمک نرم‌افزار  comsol multiphysics، شبیه‌سازی گرم‌کن القایی انجام شده است. روش اجزای محدود جهت تحلیل‌های مغناطیسی و حرارتی، روش مرسومی بوده و توانمندی خود را در حوزه‌های فیزیکی مختلف به اثبات رسانیده است، از این‌رو، برای محاسبه و تحلیل میدان مغناطیسی و حرارت حاصل از گرمایش القایی از نرم‌افزار اِلمان محدود استفاده شده است. در شبیه‌سازی فوق، مدار الکتریکی مورد استفاده و تمامی المان‌ها نیز درنظر گرفته شده‌اند؛ با توجه به مدار الکتریکی و تئوری کنترلی حاکم بر مدار ارائه شده، نمونه آزمایشگاهی متناسب با ابعاد شبیه‌سازی شده در نرم‌افزار اِلمان محدود، پیاده‌سازی شده است و شکل موج‌های قسمت‌های مختلف مدار مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته‌اند. از این گرم‌کن‌ها می‌توان در صنایع کوچک مختلف و در سطح آزمایشگاهی بهره برد. همچنین، به‌عنوان پیش گرم‌کن یا گرم‌کن تا دمای مذکور، برای کاربردهای مختلف در صنایع متالورژی، مواد و فرآوری فلزات، تست و آزمایش آنها در ابعاد کوچک، قابل استفاده می‌باشند. قابل ذکر است که مدار ارائه‌شده در این مقاله بسیار مقرون به‌صرفه بوده و اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی با نتایج نمونه حاصل از ساخت در مقیاس آزمایشگاهی، نشان‌دهنده صحت تحلیل‌ها می‌باشد.

Design, Simulation, and Implementation of an induction electric heater up to 300 ° C

In this paper, design, simulation, and implementation of an induction heater with the ability of heating metals up to 300°C is carried out. The respective heater is made utilizing the relevant circuit, proper capacitor selection, and inductor design, and the experimental results are in good agreement with simulation results. In this paper, the induction heater simulation is carried out using the finite element method with COMSOL Multiphysics software. The finite element method for magnetic and thermal analysis is a conventional method and its capability has been proven in various physical fields. Therefore, finite element software has been applied to calculate and analyze the magnetic field and heat induced by induction heating. In this simulation, the relevant electric circuit is considered and all the elements are taken into account. According to the proposed electrical circuit and the related control method, a laboratory prototype proportional to the simulated dimensions is implemented in finite element software and the waveforms of the circuit parameters are analyzed. These induction heaters can be utilized in a variety of small and labware industries. In addition, they can be used as a preheater or heater for various applications (e.g., metallurgy industry, materials and metals processing, and testing in small dimensions). It should be noted that the circuit presented in this article is very cost effective and comparison of a laboratoryscale sample with simulation results demonstrates the validation and accuracy of the analysis.