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感應(yīng)加熱技術(shù)利用變化的磁場在金屬中產(chǎn)生的渦流加熱工件，廣泛用于金屬坯料熱處理等工業(yè)場合。傳統(tǒng)感應(yīng)加熱技術(shù)多采用高頻交流磁場在靜止的金屬工件中感應(yīng)渦流實(shí)現(xiàn)加熱。受到勵磁線圈焦耳損耗和相應(yīng)冷卻裝置損耗的影響，傳統(tǒng)感應(yīng)加熱技術(shù)的效率低于40%。

近年來，隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的發(fā)展，利用金屬坯料在超導(dǎo)直流磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動切割磁力線以感應(yīng)渦流實(shí)現(xiàn)加熱的超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱技術(shù)不斷被實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)場合驗(yàn)證，可以將感應(yīng)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(yōu)勢。

目前，學(xué)者已提出的超導(dǎo)直流感應(yīng)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(yīng)加熱裝置利用高導(dǎo)磁材料作為磁路，可以有效減小漏磁，節(jié)約超導(dǎo)帶材用量，在現(xiàn)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(jié)構(gòu)的超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置拓?fù)?。在裝置研制方面，2008年德國學(xué)者首先基于Bi-2223線材建造了一臺360 kW 超導(dǎo)直流感應(yīng)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(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置，采用了分置的有鐵心超導(dǎo)磁體。

2014年我國上海交通大學(xué)與上海超導(dǎo)公司合作建造了一臺基于YBCO帶材的1.2MW大型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置，采用可調(diào)氣隙的E型有鐵心結(jié)構(gòu)；中國科學(xué)院電工研究所張東等通過采用分裂式鐵心結(jié)構(gòu)，利用單個超導(dǎo)線圈加熱多組鋁錠，以提高工業(yè)應(yīng)用中的熱處理效率。

南京郵電大學(xué)等單位的研究人員在以上學(xué)者研究基礎(chǔ)上提出一種雙C型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置，該結(jié)構(gòu)具有雙超導(dǎo)線圈和雙鐵心結(jié)構(gòu)。相比于C型有鐵心超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置，可以節(jié)省鐵磁材料用量29.3%。

圖1 雙C型感應(yīng)加熱裝置示意圖

他們研究了弧形氣隙對有鐵心超導(dǎo)直流感應(yīng)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(shè)計的雙C型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置加熱效率提升54.15%。還研究了超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置的起動轉(zhuǎn)矩規(guī)律，認(rèn)為起動轉(zhuǎn)矩與加熱鋁錠的半徑、轉(zhuǎn)速均相關(guān)，半徑越大，起動過程中出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩與高速時轉(zhuǎn)矩比值越大、出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速越小。

根據(jù)雙C型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置的雙線圈、雙鐵心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究人員提出變氣隙的超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置起動方法。通過將雙C型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置右側(cè)鐵心右移0.4 m，并在轉(zhuǎn)速達(dá)到200r/min前逐漸減小氣隙，將起動過程最大轉(zhuǎn)矩與高速時轉(zhuǎn)矩的比值降至1.7，有效解決了超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置起動轉(zhuǎn)矩過大的問題，并且對雙C型超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置加熱效率影響較小。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2，論文標(biāo)題為“一種雙C型高溫超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱裝置及其性能分析”，作者為張文峰、姜永將 等。