Contact Us

3D-Simulation eines Induktionsherdes

HOME / Anwendungen / 3D-Simulation eines Induktionsherdes
WEBINAR
Magnetostriction Modeling of Transformer's Noise
Thursday, December 16, 2021
Time
SESSION 1
SESSION 2
CET (GMT +1)
03:00 PM
08:00 PM
EST (GMT -4)
09:00 AM
02:00 PM
Gebrauchte Werkzeuge:

Kochgeschichte

Kochen ist eine der ältesten Technologien und aus offensichtlichen Gründen: Der Mensch hätte niemals überlebt (geschweige denn gedeiht), ohne die Kunst der Selbsternährung zu perfektionieren. Die Grundidee des Kochens, Essen zu erhitzen, um Bakterien abzutöten und etwas Leckeres zu machen, ist ziemlich prähistorisch: "Essen plus Feuer ist gleich gekochtes Essen" ist ungefähr so, wie es geht. Es gibt keinen großen Unterschied zwischen dem Braten eines gejagten Tieres auf einem offenen Feuer im Freien, wie es unsere Vorfahren getan hätten, und dem Kochen mit Strom oder Gas in einem Ofen, wie wir es heute tun. Das heißt nicht, dass es in der Kochtechnik keine Fortschritte gab. Alleine im 20. Jahrhundert erfanden geniale Erfinder zwei brandneue Formen des Kochens. Der Mikrowellenherd verwendet energiereiche Radiowellen , um Lebensmittel in einem Bruchteil der Zeit, die Sie mit einem herkömmlichen Herd benötigen, schnell und effizient zu erhitzen. Die anderen Induktionsherde verwenden Elektromagnetismus, um Kochgeschirr in Kochgeschirr umzuwandeln (wodurch Wärmeenergie in der Pfanne selbst erzeugt wird, anstatt von außen eingebrannt zu werden), wodurch Lebensmittel schneller mit weniger Energie gekocht werden. Im vorherigen Artikel (Induktionserwärmung - Ingenieure befähigen Köche ) haben wir die Funktionsweise der Induktionserwärmung erläutert. In diesem Artikel werden wir sehen, wie EMS Ingenieuren helfen kann, ein gesundes Induktionskochfeld zu entwickeln.

Induktionstisch

Abbildung 1 - Induktionsherd

Elektromagnetisch-thermische Kopplung in EMS

Induktionserwärmung ist ein komplexer Prozess, der die elektromagnetischen und thermischen Phänomene miteinander verbindet. Dabei induziert ein elektrischer Wechselstrom ein elektromagnetisches Feld, das wiederum Wirbelströme im Werkstück induziert. Die induzierten Wirbelströme setzen Energie in Form von Wärme frei, die dann im gesamten Werkstück verteilt wird. Ein solches Problem stellt die Ingenieure vor eine große Herausforderung. EMS hilft dabei, das Problem zu lösen, da die Möglichkeit einer Kopplung zwischen all diesen Phänomenen besteht. Eine an die Wärme gekoppelte magnetische Wechselstromstudie liefert die erforderlichen Ergebnisse: magnetische Flussdichte, angelegte und Wirbelstromdichte, der Induktivitätswert, den ein Hauptparameter in der Leistungselektronik benötigt, die Temperatur und der Wärmefluss usw. ... Nachfolgend ist ein CAD-Modell einer kommerziellen Anwendung aufgeführt Induktionstisch mit Solidworks CAD.

die Arbeitsspule im unteren Bereich des Tisches

Abbildung 2 - Die Arbeitsspule im unteren Bereich des Tisches

Abbildung 3 zeigt den Magnetfluss im Induktionskochgeschirr, der sich auf die Eisenkerne konzentriert, während Abbildung 4 den Wirbelstrom im Boden der Pfanne zeigt.

Magnetische Flussdichte um das Kochfeld

Abbildung 3 - Magnetische Flussdichte um das Kochfeld

Wirbelstromdichte, die in der Pfannen-, Streifen- und Vektordarstellung erzeugt wird

Wirbelstromdichte, die in der Pfannen-, Streifen- und Vektordarstellung erzeugt wird

Abbildung 4 - Wirbelstromdichte im Pan-, Streifen- und Vektordiagramm

In den Abbildungen 5a und 5b sehen wir die Temperaturverteilung in der gesamten Tabelle bzw. in der Pfanne.

Temperaturverteilung, a) im gesamten Modell) in der PfannenoberflächeTemperaturverteilung, a) im gesamten Modell) in der Pfannenoberfläche

Abbildung 5 - Temperaturverteilung, a) im gesamten Modell b) in der Oberfläche der Pfanne



Temperatur in einer halben Pfanne (es zeigt, dass sich die Hitze auf der Pfanne befindet)

Abbildung 6 - Temperatur in einer halben Pfanne (zeigt an, dass sich die Wärme in der Pfanne befindet)

Die folgende Abbildung zeigt die zeitliche Änderung der Temperatur an einem Punkt im Boden der Pfanne.


Temperaturunterschied im Boden der Pfanne

Abbildung 7 - Temperaturschwankungen im Boden der Pfanne

Was ist das Risiko beim Induktionskochen?


Induktionskochen

Jede Art von Kochfeld birgt Gefahren. Elektrische Elemente bleiben lange heiß, es besteht Verbrennungs- und Brandgefahr. Gasherde können auslaufen oder Explosionen verursachen. Für viele Menschen wirft die Verwendung von Magnetfeldern zum Kochen von Lebensmitteln Bedenken hinsichtlich der Gesundheit und Sicherheit dieser relativ neuen Technologie auf, da sie theoretische Auswirkungen auf biologische Prozesse hat. Es gibt keine definitive Antwort darauf, ob die von einem Induktionskochfeld erzeugten elektromagnetischen Felder für den Menschen gefährlich sind. Laut dem Bundesamt für Gesundheit der Schweiz ist es möglich, Ihre Exposition gegenüber den Feldern zu begrenzen und so potenzielle Risiken zu verringern, indem Sie die entsprechende Größe und Art des Kochgeschirrs verwenden und einen Abstand von mindestens 5 bis 10 cm einhalten die Kochfläche und mit nichtmetallischen Utensilien zum Kochen. Personen mit Herzschrittmachern oder implantierten Defibrillatoren sollten sich vor der Verwendung eines Induktionskochfelds an ihren Arzt wenden. Die Verbrennungsgefahr durch Induktionskochfelder ist gering, da sich die Oberfläche tatsächlich nicht erwärmt. EMS kann Ingenieuren dabei helfen, die durch Induktionskochgeschirr erzeugten elektromagnetischen Felder zu begrenzen und das Risiko für das menschliche Leben zu begrenzen. Indem wir die Flussdichte um einen Tisch herum visualisieren, können wir den Bereich kennen, der von einem elektromagnetischen Feld bedeckt ist, und ihn vermeiden. EMS trägt dazu bei, diese Technologie sicherer zu machen. Elektrische und magnetische Felder können im menschlichen Körper elektrische Ströme induzieren, die ab einer bestimmten Intensität die Nerven und Muskeln akut stimulieren können. Um derartige Auswirkungen zu vermeiden, sind die europäischen Expositionsgrenzwerte so festgelegt, dass die im Körper fließenden Ströme 50-mal niedriger sind als dieser Wert. Die zugrunde liegenden Grenzwerte, sogenannte Basisgrenzwerte, begrenzen die Stromdichte, ein Begriff, der den Stromfluss durch ein Gebiet beschreibt. Die zulässige Stromdichte ist 50-mal niedriger als das Niveau, bei dem die Nerven und Muskeln stimuliert werden. Stromdichten können nicht direkt im Körper gemessen werden. Sie können mit erheblichem experimentellem Aufwand unter Verwendung von Körperphantomen und numerischen Simulationen berechnet werden. Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung von Werten überwunden, die als Referenzwerte bekannt sind. Sie leiten sich aus den grundlegenden Beschränkungen ab und können als Stärke eines elektrischen und magnetischen Feldes in Abwesenheit eines Körpers gemessen werden. Richtwerte stellen sicher, dass die damit verbundenen Grundrestriktionen nicht überschritten werden. Sie sind besonders nützlich, wenn der gesamte Körper gleichmäßig belichtet wird. Überschreiten die elektrischen oder magnetischen Felder eines Gerätes den Referenzschwellenwert, muss in einem genaueren Untersuchungsschritt festgestellt werden, ob die grundlegenden Grundschwellenwerte eingehalten werden. Für Induktionsherde gelten folgende Grenzwerte: Grundschwellenwerte

  • Niederfrequenzfelder bei 50 Hz: Stromdichte von 2 mA/m 2
  • Mittelfrequenzfelder: Die zulässige Stromdichte ist frequenzabhängig und reicht von 50 mA/m 2 bei 25 kHz bis 140 mA/m 2 bei 70 kHz.
Referenzwerte
  • Niederfrequentes Magnetfeld: 100? T
  • Mittelfrequentes Magnetfeld: 6,25 T

Diese Expositionsgrenzwerte berücksichtigen nicht die möglichen längerfristigen Auswirkungen elektrischer und magnetischer Felder. Die folgende Abbildung zeigt, dass in unserem Fall und bei Verwendung von EMS der magnetische Fluss den Grenzwert von 6,25 Mikrotesla im Kreis mit einem Radius von 30 cm nicht überschreitet.


Variation der magnetischen Flussdichte im Kreis mit einem Radius von 30 cm

Abbildung 8 - Variation der magnetischen Flussdichte im Kreis mit einem Radius von 30 cm

Fazit

Dank der Ingenieure, die hart daran arbeiten, das Induktionskochen sicherer und effizienter zu machen, wird es immer häufiger eingesetzt. EMS in Solidworks kann ebenfalls Teil dieser Arbeit sein. Es ermöglicht Ingenieuren, ihre Induktionskochfelder einfach und schnell zu entwerfen und zu simulieren, um Verluste bei der CAD-Konstruktion zu vermeiden.