吴浚哲

（湖南大学电气与信息工程学院 湖南省长沙市 410082）

1 引言

交流感应炉是一种利用电磁场进行能量耦合的金属冶炼装置，它利用金属导体在交变磁场下的感应加热原理，即电源向感应线圈内通入交变电流而产生相同频率的交变磁通，在感应圈内的炉料中产生涡流来使金属快速发热熔化。由于不需要传统加热装置，交流感应炉具有体积小、操作简单、安全系数高、环境适应性强等优点。根据通入感应线圈内电流频率的不同，交流感应炉可以分为工频感应炉、中频感应炉、高频感应炉。工频感应炉的线圈组通入工频电流即可工作。为了保证金属熔炼的效果，线圈组的匝数和炉体容量一般较大，线圈一般通入400A 左右的大电流。由于电路中不需要添加变流器，故日常运行和维护的成本较低；中、高频感应炉体积较小、使用灵活、能量密度较高，主要用于工件表面的淬火、有色金属的熔炼、工件的铸造等领域。提高感应炉的工作频率有利于快速熔炼与微型化，但变流器件（晶闸管）的开关频率过高时，产生的开关损耗和电路的交流电阻都会增加，故感应炉的频率选择应该适中。目前，中频感应炉在市场上的应用范围最广。本文将使用有限元仿真软件Ansoft Maxwell 对中频感应炉的结构和相关参数进行仿真分析，以模拟感应炉在理想情况下的运行状态。

2 建模与参数设置

中频感应熔炼系统主要包括炉体、倾炉装置、水冷系统以及配套的电气设备。……