Застосування методу скінчених елементів для комп‘ютерного моделювання електромагнітних і теплових процесів у індукційних кухонних плитах і посуді, що нагрівається

Анотація

Індукційні плити являють собою відносно новий клас сучасної електропобутової техніки – кухонні електричні плити, які розігрівають металевий посуд вихровими струмами, які створюються електромагнітним полем частотою 20-100 кГц. Останнім часом такі плити отримують все більш широке використання. Комп‘ютерне моделювання електромагнітних і теплових процесів у індукційних кухонних плитах і посуді, що нагрівається, представляє значний інтерес як з наукової точки зору, так і з метою підвищення рівня підготовки студентів відповідних спеціальностей. Метод скінчених елементів є найбільш поширеним чисельним методом розв’язання задач зазначеного класу. Як приклад його реалізації, для розрахунку методом скінчених елементів розподілу електромагнітного та теплового полів побутових індукційних плит у двовимірній постановці використовується власне програмне забезпечення EleFAnT2D, розроблене в Інституті основ і теорії електротехніки (IGTE) Технічного університету м. Грац, Австрія. Програма EleFAnT2D і розроблені розрахункові моделі використовуються під час підготовки бакалаврів та магістрів на кафедрі «Електричні апарати» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут», Харків, Україна. У статті наведено розроблені математичні та комп'ютерні моделі, рівняння, що розв‘язуються, початкові та граничні умови. Описуються та детально аналізуються отримані чисельні результати. Чисельний аналіз, проведений студентами, допоміг їм запропонувати конструкції різноманітних індукторів індукційних кухонних плит, а також розробити у бакалаврських і магістерських роботах проекти індукційних плит у цілому. Наведено ілюстративні приклади.