超导直流感应加热装置利用超导磁体产生的直流磁场在旋转的金属工件中感应涡流加热工件，较传统交流感应加热技术具有更高的效率，市场竞争优势大。南京邮电大学自动化学院、人工智能学院，国网安徽省电力公司蚌埠供电公司，国网北京电力公司的研究人员张文峰、姜永将、张晓红、李捷，在2021年《电工技术学报》增刊2上撰文，在现有超导直流感应加热装置基础上提出一种双C型结构，较传统C型结构减少了铁磁材料的使用，相关研究结论可以为有铁心感应加热装置设计提供参考。

感应加热技术利用变化的磁场在金属中产生的涡流加热工件，广泛用于金属坯料热处理等工业场合。传统感应加热技术多采用高频交流磁场在静止的金属工件中感应涡流实现加热。受到励磁线圈焦耳损耗和相应冷却装置损耗的影响，传统感应加热技术的效率低于40%。

近年来，随着超导磁体技术的发展，利用金属坯料在超导直流磁场内转动切割磁力线以感应涡流实现加热的超导直流感应加热技术不断被实验室和工业场合验证，可以将感应加热装置的加热效率提高到80%以上，具有较大的市场竞争优势。

目前，学者已提出的超导直流感应加热装置（High Temperature Superconducting Induction Heater, HTSIH）主要可分为有铁心和无铁心两类。其中，有铁心感应加热装置利用高导磁材料作为磁路，可以有效减小漏磁，节约超导带材用量，在现阶段得到广泛研究。

有专利首先公布了基于C型和E型铁心结构的超导感应加热装置拓扑。在装置研制方面，2008年德国学者首先基于Bi-2223线材建造了一台360 kW 超导直流感应加热装置；韩国于2014年、2015年基于YBCO带材建造了10kW和300kW的超导直流感应加热装置，采用了分置的有铁心超导磁体。

2014年我国上海交通大学与上海超导公司合作建造了一台基于YBCO带材的1.2MW大型超导直流感应加热装置，采用可调气隙的E型有铁心结构；中国科学院电工研究所张东等通过采用分裂式铁心结构，利用单个超导线圈加热多组铝锭，以提高工业应用中的热处理效率。

南京邮电大学等单位的研究人员在以上学者研究基础上提出一种双C型超导直流感应加热装置，该结构具有双超导线圈和双铁心结构。相比于C型有铁芯超导直流感应加热装置，可以节省铁磁材料用量29.3%。

他们研究了弧形气隙对有铁心超导直流感应加热装置的加热效率的提升作用，通过采用弧形气隙，将所设计的双C型超导直流感应加热装置加热效率提升54.15%。还研究了超导直流感应加热装置的起动转矩规律，认为起动转矩与加热铝锭的半径、转速均相关，半径越大，起动过程中出现的最大转矩与高速时转矩比值越大、出现最大转矩时的转速越小。

根据双C型超导直流感应加热装置的双线圈、双铁心的结构特点，研究人员提出变气隙的超导直流感应加热装置起动方法。通过将双C型超导直流感应加热装置右侧铁心右移0.4 m，并在转速达到200r/min前逐渐减小气隙，将起动过程最大转矩与高速时转矩的比值降至1.7，有效解决了超导直流感应加热装置起动转矩过大的问题，并且对双C型超导直流感应加热装置加热效率影响较小。

本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“一种双C型高温超导直流感应加热装置及其性能分析”，作者为张文峰、姜永将 等。

标签： 感应加热 南京邮电大学