Комплексний підхід до оцінки енергетичної ефективності індукційних печей при нестабільному електропостачанні
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya4(80).2025.139Анотація
Розроблено комплексний підхід до оцінки енергетичної ефективності індукційних печей при нестабільному електропостачанні, що інтегрує електромагнітні, термодинамічні та стохастичні моделі. Досліджено вплив флуктуацій параметрів електромережі на глибину проникнення електромагнітного поля, розподіл вихрових струмів та температурні градієнти в розплаві.
Встановлено нелінійний характер залежності потужності нагрівання від відхилень напруги та частоти струму. Розроблено математичну модель для ймовірнісної оцінки енергетичних втрат при різних типах аномалій електропостачання. Розроблено математичну модель інтегральних показників енергоефективності, включаючи коефіцієнт варіації ККД та ймовірність забезпечення мінімально допустимого рівня ефективності. Проведено феноменологічний аналіз взаємозв'язку між показниками якості електроенергії та термодинамічними характеристиками плавильного процесу.
Обґрунтовано теоретичні принципи побудови адаптивних систем керування індукційними печами на основі прогнозних моделей флуктуацій електромережі. Результати дослідження створюють теоретичний базис для розробки інтелектуальних систем керування індукційними плавильними агрегатами, здатних забезпечити оптимальний баланс між енергоефективністю та якістю продукції.
Ключові слова: індукційна піч, енергоефективність, нестабільне електропостачання, електромагнітне поле, стохастичне моделювання, адаптивне керування, металургійні процеси
Посилання
1. Cheema, M. B., Hasnain, S. A., Ahsan, M. M., Umer, M., & Ahmad, G. (2015). Comparative analysis of SPWM and square wave output filtration based pure sine wave inverters. In IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 38-42. IEEE. https://doi.org/10.1109/EEEIC.2015.7165289
2. Dimitrov, B., Hayatleh, K., Barker, S., & Collier, G. (2021). Design, Analysis and Experimental Verification of the Self-Resonant Inverter for Induction Heating Crucible Melting Furnace Based on IGBTs Connected in Parallel. Electricity, 2(4), 439-458. https://doi.org/10.3390/electricity2040026
3. Dzheria, T. E., & Shevchuk, V. V. (2023). Forecasting electricity consumption using neural networks. Systemy upravlinnia, navihatsii ta zviazku, 2(72), 42-44.
4. Dzheria, T., Shevchuk, V., & Voloshko, A. V. (2022). Power Quality Monitoring System for electrical networks. In Studies in systems, decision and control, 215-234. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-17554-1_10
5. Hassaine, L., & Mraoui, A. (2017). Control Strategy based on SPWM Switching Patterns for Grid Connected Photovoltaic Inverter. AIP Conference Proceedings, 1814(1), 020031. https://doi.org/10.1063/1.4976250
6. Hou, Y. J., Tian, H. M., Qu, X. D., Teng, J. Z., Liu, G. X., & Li, Y. (2018). Development of digital control system for medium frequency induction furnaces. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 188, 012005. https://doi.org/10.1088/1755-1315/188/1/012005
7. Kondratenko, I. P., Zhyltsov, A. V., Pashchyn, N. A., & Vasyuk, V. V. (2017). Selecting induction type electromechanical converter for electrodynamic processing of welds. Technical Electrodynamics, 5, 83-88.
8. Kulkarni, U., Jadhav, S., & Magadum, M. (2014). Design and Control of Medium Frequency Induction Furnace for Silicon Melting. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), 3(4), 105-109.
9. Moreira, A. C., da Silva, L. C. P., & Paredes, H. K. M. (2014). Electrical modelling and power quality analysis of three-phase induction furnace. In 16th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 415-419. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2014.6842822
10. Otcenasova, A., Bodnar, R., Regula, M., Hoger, M., & Repak, M. (2016). Methodology for Determination of the Number of Equipment Malfunctions Due to Voltage Sags. In IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 401. IEEE. https://doi.org/10.1109/EEEIC.2016.7555685
11. Papaika, Y., Lysenko, O., & Kosobudzki, G. (2017). Power quality and resonances in power supply systems with non-sinusoidal loads. Advanced Engineering Forum, 25, 143-150.
12. Patil, D. D., & Ghatge, D. A. (2017). Parametric Evaluation of Melting Practice on Induction Furnace to improve Efficiency and System Productivity of CI and SGI Foundry - A Review. International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology, 4(1), 159-163. https://doi.org/10.17148/IARJSET/NCDMETE.2017.36
13. Shevchenko, V., Husev, O., Pakhaliuk, B., Karlov, O., & Kondratenko, I. (2019). Coil design for wireless power transfer with series-parallel compensation. In 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 401-407).
14. Voloshko, A. V., & Shevchuk, V. V. (2023). Identyfikatsiia ta klasyfikatsiia odnofaznykh provaliv napruhy za metodolohiieiu prostorovoho vektoru kutovoi chastoty [Identification and classification of single-phase voltage sags according to the spatial vector of angular frequency methodology]. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia, 4, 145-149. https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2023.290944
15. Voloshko, A. V., & Shevchuk, V. V. (2023). Provaly napruhy v elektrychnykh merezhakh ta vyznachennia yikhnikh kharakterystyk [Voltage sags in electrical networks and determination of their characteristics]. Visnyk VPI, 5, 12-17. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-170-5-12-17
16. Voloshko, A. V., Bederak, Ya. S., & Shevchuk, V. V. (2021). Perevirka podibnosti ta odnotypnosti dobovykh hrafikiv elektrychnoho navantazhennia promyslovykh pidpryiemstv [Verification of similarity and uniformity of daily electrical load schedules of industrial enterprises]. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia, 3, 57-63.
17. Voloshko, A. V., Dzheria, T. E., & Shevchuk, V. V. (2022). Problems of determining the presence of distortions of electric power quality. In InterConf: Zbirnyk naukovykh prats 5-oi Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii "Recent scientific investigation", 106, 369-376.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Енергетика і автоматика
TЦя робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
