- 頭條南京郵電大學科研人員在超導直流感應加熱裝置研究上取得新進展2022-06-12 作者：張文峰、姜永將 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語超導直流感應加熱裝置利用超導磁體產生的直流磁場在旋轉的金屬工件中感應渦流加熱工件，較傳統交流感應加熱技術具有更高的效率，市場競爭優勢大。南京郵電大學自動化學院、人工智能學院，國網安徽省電力公司蚌埠供電公司，國網北京電力公司的研究人員張文峰、姜永將、張曉紅、李捷，在2021年《電工技術學報》增刊2上撰文，在現有超導直流感應加熱裝置基礎上提出一種雙C型結構，較傳統C型結構減少了鐵磁材料的使用，相關研究結論可以為有鐵心感應加熱裝置設計提供參考。
感應加熱技術利用變化的磁場在金屬中產生的渦流加熱工件，廣泛用于金屬坯料熱處理等工業場合。傳統感應加熱技術多采用高頻交流磁場在靜止的金屬工件中感應渦流實現加熱。受到勵磁線圈焦耳損耗和相應冷卻裝置損耗的影響，傳統感應加熱技術的效率低于40%。
近年來，隨著超導磁體技術的發展，利用金屬坯料在超導直流磁場內轉動切割磁力線以感應渦流實現加熱的超導直流感應加熱技術不斷被實驗室和工業場合驗證，可以將感應加熱裝置的加熱效率提高到80%以上，具有較大的市場競爭優勢。
目前，學者已提出的超導直流感應加熱裝置（High Temperature Superconducting Induction Heater, HTSIH）主要可分為有鐵心和無鐵心兩類。其中，有鐵心感應加熱裝置利用高導磁材料作為磁路，可以有效減小漏磁，節約超導帶材用量，在現階段得到廣泛研究。
有專利首先公布了基于C型和E型鐵心結構的超導感應加熱裝置拓撲。在裝置研制方面，2008年德國學者首先基于Bi-2223線材建造了一臺360 kW 超導直流感應加熱裝置；韓國于2014年、2015年基于YBCO帶材建造了10kW和300kW的超導直流感應加熱裝置，采用了分置的有鐵心超導磁體。
2014年我國上海交通大學與上海超導公司合作建造了一臺基于YBCO帶材的1.2MW大型超導直流感應加熱裝置，采用可調氣隙的E型有鐵心結構；中國科學院電工研究所張東等通過采用分裂式鐵心結構，利用單個超導線圈加熱多組鋁錠，以提高工業應用中的熱處理效率。
南京郵電大學等單位的研究人員在以上學者研究基礎上提出一種雙C型超導直流感應加熱裝置，該結構具有雙超導線圈和雙鐵心結構。相比于C型有鐵心超導直流感應加熱裝置，可以節省鐵磁材料用量29.3%。
圖1 雙C型感應加熱裝置示意圖
他們研究了弧形氣隙對有鐵心超導直流感應加熱裝置的加熱效率的提升作用，通過采用弧形氣隙，將所設計的雙C型超導直流感應加熱裝置加熱效率提升54.15%。還研究了超導直流感應加熱裝置的起動轉矩規律，認為起動轉矩與加熱鋁錠的半徑、轉速均相關，半徑越大，起動過程中出現的最大轉矩與高速時轉矩比值越大、出現最大轉矩時的轉速越小。
根據雙C型超導直流感應加熱裝置的雙線圈、雙鐵心的結構特點，研究人員提出變氣隙的超導直流感應加熱裝置起動方法。通過將雙C型超導直流感應加熱裝置右側鐵心右移0.4 m，并在轉速達到200r/min前逐漸減小氣隙，將起動過程最大轉矩與高速時轉矩的比值降至1.7，有效解決了超導直流感應加熱裝置起動轉矩過大的問題，并且對雙C型超導直流感應加熱裝置加熱效率影響較小。
本文編自2021年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“一種雙C型高溫超導直流感應加熱裝置及其性能分析”，作者為張文峰、姜永將 等。
