Ti-6Al-4V 티타늄 합금은 무게 대비 우수한 강도와 고온 강도 특성 때문에 수요가 증가하고 있지만 상온에서 낮은 성형성 때문에 고온으로 성형을 해야 한다. 현재 진행된 고온 성형 연구는 하부 금형을 가열하여 시편을 가열하는 방식이기 때문에 제약이 많다. 기존 고온 성형 방식과 다르게 제품을 국부적으로 가열할 수 있는 고주파 유도가열을 적용한다면 가공의 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 공정 기술 개발 시 신뢰도 높은 해석 기법으로 미리 공정을 시뮬레이션한다면 시간과 비용을 절약할 수 있다. 본 논문에서는 고주파 유도가열을 이용하여 Ti-6Al-4V 합금을 가열하였고 실험 결과와 전자기-열전달 연동 해석 결과를 비교하여 해석의 신뢰도를 판단하였다.
High-frequency induction is an efficient way to heat mold surface by electromagnetic induction in a non-contact procedure. Though the induction heating has an advantage in terms of its rapid-heating capacity on the mold surface, it still has a restriction on mold temperature control due to geometric restriction of an induction coil according to the mold shape. It has been recently applied to the injection molding of thin-walled parts or micro/nano structures. For localized induction heating, an injection mold composed of ferromagnetic material and paramagnetic material is used. The electromagnetic induction concentrates on the ferromagnetic material, from which we can selectively heat for the local mold elements. The present study proposed a localized induction heating method by means of selective use of mold material. The feasibility of the proposed heating method is investigated through the comparison of experimental observations according to the mold material.
Ahmed Nabil A.;Iwai Toshiaki;Omori Hideki;Lee Hyun-Woo;Nakaoka Mutsuo
Journal of Power Electronics
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제6권2호
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pp.95-103
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2006
In this paper, a novel prototype of auxiliary switched capacitor assisted voltage source soft switching PWM Single-Ended Push Pull (SEPP) series capacitor compensated load resonant inverter with two auxiliary edge resonant lossless inductor snubbers is proposed and discussed for small scale consumer high-frequency induction heating (IH) appliances. The operation principle of this inverter is described by using switching mode equivalent circuits. The newly developed multi resonant high-frequency inverter using trench gate IGBTs can regulate its output AC power via constant frequency edge-resonant associated soft switching commutation by using an asymmetrical PWM control or duty cycle control scheme. The brand-new consumer IH products which use the newly proposed edge-resonant soft switching PWM-SEPP type series load resonant high-frequency inverters are evaluated using power regulation characteristics, actual efficiency vs. duty cycle and input power vs. actual efficiency characteristics. Their operating performance compared with some conventional soft switching high-frequency inverters for IH appliances is discussed on the basis of simulation and experimental results. The practical effectiveness of the newly proposed soft switching PWM SEPP series load resonant inverter is verified from an application point of view as being suitable for consumer high-frequency IH appliances.
A proposed the electrical fan heater using induction heating is innovative system which applied IH(Induction Heating) magnetic induction heating generated from induction-heated metallic package and high-frequency power circuit technique for thermal converse technique. In this occurs not burning, so that the working environment and deterioration of products can be improved. The existing heater that low efficiency by heated resistance or using fossil fuel of coal, diesel, kerosene has problems about burden for high cost price. In this paper are compared efficiency the existing heaters and designed electrical fan heaters using 3[kW]-Class full-bridge resonant inverter. In addition, action analysis and application of system are discussed.
본 논문에서는 간접 유도가열 되는 보일러 시스템과 주파수 범위가 20〔KHz〕에서 50〔KHz〕사이에서 작동되는 전압형 직렬공진 고주파인버터를 이용하여 열 기체를 발생시키는 전압형 공진형 인버터에 관하여 설명하였다. 얇은 스텐레스 판재가 서로 스폿 용접되어 연결되어있고 기포성 적층형 충진발열체로 특수하게 설계된 유도 가열기는 외부에 워크 코일로 감겨져 있는 불소수지계의 절연용기 안에 삽입되어있다. 이 워크 코일은 공진형인버터와 연결되어 있으며 유도가열기를 통해 흐르는 관 유체를 1단가열부에서 저압의 포화증기를 2단가열부에서 열방사성 증발유체를 생성하는 본 시스템의 성능 및 효용성을 실용적인 측면에서 논의하고 평가한다.
본 연구에서는 전자기-열 연동 모사를 기반으로 한 고주파 유도경화 해석방법을 제안하였다. 고주파 유도가열 해석 시 온도에 따른 재료의 물성치 변화 및 냉각 요소를 고려한 유한요소해석 및 이를 S45C 시편을 이용한 고주파 유도경화 실험결과와 비교하였다. S45C 시편을 마이크로 비커스를 사용하여 경도를 측정하여 경화깊이를 확인하였고 이를 유한요소해석 결과와 비교하였다. 고주파 유도가열 해석결과 온도는 S45C의 A2변태점인 $750^{\circ}C$도 이상 가열되었으며, 급랭 시 $200^{\circ}C$이하였다. 유한요소해석결과와 실험에 의한 경화깊이 차이는 0.2mm 수준인 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 간접 유도가열 되는 DPH시스템과 주파수 범위가 20kHz에서 50kHz사이에서 작동되는 전압형 직렬공진 고주파인버터를 이용하여 열 기체를 발생시키는 전압형 공진형 인버터에 관하여 설명하였다. 얇은 스텐레스 판재가 서로 스폿 용접되어 연결되어 있고 미세한 많은 구멍을 갖고있는 적층형 충진발열테로 특수하게 설계된 유도 가열기는 외부에 워크 코일로 감겨져 있는 불소수지계의 절연용기 안에 삽입되어 있다. 이 워크 코일은 공진형 인버터와 연결되어 있으며 유도가열기를 통해 흐르는 관 유체를 1단가열부에서 저압의 포화증기를 2단가열부에서 열방사성 증발유체를 생성하는 본 DPH시스템의 성능 및 효용성을 실용적인 측면에서 논의하고 평가 할 것이다.
The Pipe bending process using high frequency local induction heating is an advanced technique to bend pipes with a small bending radius and a large diameter. Even though the pipe bending process is a quite widespread engineering practice, it depends heavily upon trial and error method by field engineers with several years of experience. So it is necessary to develop an integrated methodology for optimum design of the pipe bending process. During hot pipe bending using induction heating, outward wall thickness of a pipe is thinned due to tensile stress and the reduction of wall thickness is not allowed to exceed 12.5%. Taguchi method and dynamic reverse moment is proposed to maintain a reduction ratio of thickness within 12.5%, when D/t ratio is high. An application of the proposed approach was compared with those of the finite element analysis and has good in agreements.
With the advent of power semiconductor switching devices, power electronics relating to high frequency electromagnetic eddy current based induction heating technology have become more suitable and acceptable. This paper presents high-frequency induction heating cooking appliance circuit based on the zero current switching-PWM single ended push-pull(ZCS-PWM SEPP) resonant inverter added AC-DC converter. This inverter uses pulse-width-modulation(PWM) control method with active auxiliary quasi-resonant lossless inductor snubbers and a switched capacitor. To improved the transient performance, the PI controller is applied for this system. For the systematic parameter optimization of the PI controller, the gradient-based optimization algorithm is applied. The performance of optimized parameters is evaluated using simulation and experimental test. These results show that the proposed systematic optimal tuning method improve the transient performances of this system.
This research presented the new zero-current switching pulse width modulation SEPP(Single Ended Push-Pull)high frequency inverter for solving the problem of the zero-current SEPP high frequency inverter circuit which is using widely in the practical application of an induction heating apparatus, the soft switching operation and power control are impossible when the lowest power supply in the zero-current switching pulse width modulation SEPP high frequency inverter. The inverter circuit which is attempted by on-off operation of a switch has the reduction effect of the power loss due to a soft switching and a high frequency switching. And it confirmed that the power regulation is possible continuously from 0.25[kW] until 2.84[kW] in the case the duty rate(D) changes from 0.08 to 0.3 under zero-current switching operating by a dissymmetry pulse width modulating control and the power conversion efficiency comes true the efficiency of 95[%]. Due to the result above, the ZCS PWM SEPP high frequency inverter will be effective as sources of an induction heating apparatus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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