Розглянуто принцип дії, конструкція та особливості процесу проектування електронагрівача рідини індукційного типу, що відрізняється від існуючих пристроїв аналогічного призначення високими рівнями надійності та захисту від ураження електричним струмом, добрими техніко-економічними показниками.
Метою дослідження обрано розроблення методики проектування індукційного водонагрівача оригінальної конструкції та перевірка достовірності цієї методики. Методи дослідження, які застосовуються для досягнення поставленої мети, поєднують переваги аналітичних підходів та числового симуляційного моделювання. Так, проект- ний розрахунок та аналіз технічних показників здійснено на підставі класичної електро- техніки та теорії електричних машин змінного струму, а уточнення проектних рішень, пов’язаних із перебігом електромагнітних процесів — за методом скінченних елементів.
Розроблений алгоритм проектування містить етап синтезу конструкції та математичну модель для розрахунку динамічних електромагнітних процесів у нагрівачі. Вона враховує двовимірний просторовий розподіл магнітного поля, насичення магніто- проводу та втрати від вихрових струмів у ньому, ефект витіснення струму в нагріваль- ному елементі. Ця модель ґрунтується на рівняннях Максвела у квазістаціонарному наближенні, а також містить низку співвідношень, що пов’язують між собою колові (інтегральні) та польові (розподілені) показники. Її можна віднести до класу колопольових або комбінованих моделей.
Стаття містить опис конструкції та приклад розрахунку індукційного водо- нагрівача потужністю 4,8 кВт, коефіцієнт віддачі якого перевищує 95%. Порівняно результати розрахунку номінальних показників цього нагрівача, отримані з вико- ристанням аналітичних методів та FEM-аналізу.
Проведенні дослідження дають право стверджувати, що застосування пропо- нованої методики проектування гарантує відповідність проекту вимогам технічного завдання й не потребуватиме виконання дороговартісних етапів виготовлення фізичних макетів та проведення їх експериментальних випробувань.
Gustafson, M.W., Baylor J.S., Epstein G. Direct water heater load control - estimating program effectiveness using an engineering model. IEEE Transactions on Power Systems, 8(1), 1993, pp. 137-143.
https://doi.org/10.1109/59.221259
Goh C. H. K., Apt J. Consumer strategies for controlling electric water heaters under dynamic pricing. Carnegie Mellon Electricity Industry Center , Pitsburgh, PA, Working Paper CEIC-04-02, 2004, рр. 1-8.
Levshin G. E., Levshin A. G. Indukcionnyj jelektromagnitnyj nagrevatel' zhidkostej. Polzunovskij vestnik, #1, 2015, s. 26-30.
Hmelev V. N., Barsukov R. V., Il'chenko, E. V.: Osobennosti proektirovanija vodonagrevatelja indukcionnogo tipa. Juzhno-Sibirskij nauchnyj vestnik, #2, 2014, s. 82-85.
Obolenskij N. V., Mironov E. B., Krasikov S. B. Rezul'taty issledovanij po vyjavleniju naibolee jenergosberegajushhej konstrukcii jelektricheskogo nagrevatelja vody. Vestnik FGOUVPO «Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet im. VP Gorjachkina». 3(54), 2012, s. 27-29.
Kuvaldin A. B., Abdrashitov V. M. Razrabotka i opyt jekspluatacii indukcionnyh nagrevatelej zhidkostej transformatornogo tipa. Promyshlennyj jelektroobogrev i jelektrootoplenie, #1, 2012, s. 56-59.
US Pat. 4,563,571. Electric water heating device with decreased mineral scale. Koga R.; Takahashi Y. Matsushita Electric Industrial Company, Limited, Japan. 07.01.1986.
Boadi A., Tsuchida Y., Todaka T., Enokizono M. Designing of suitable construction of high-frequency induction heating coil by using finite-element method. IEEE Transactions on Magnetics, 41(10), 2005, pp. 4048-4050.
https://doi.org/10.1109/TMAG.2005.854993
Healy W.M., Lutz J.D., Lekov A.B. Variability in Energy Factor Test Results for Residential Electric Water Heaters. HVAC&R Research, 9(4), 2003, pp. 435-449.
https://doi.org/10.1080/10789669.2003.10391079