在有色金屬的熔煉過程中,熔體的攪拌是工藝中最重要的過程之一。與傳統(tǒng)攪拌技術不同,電磁攪拌技術（EMS）對于提高有色金屬鑄造質量、改善金屬內部微觀結構、提升有色金屬材料性能等方面都有著十分重要的作用。而傳統(tǒng)電磁攪拌設備具有高功率、高感抗、高熱負荷、低效率、低功率、低使用壽命的問題。為了解決這些問題,提高有色金屬電磁攪拌效率、降低系統(tǒng)能耗。本文設計了一款適用于有色金屬熔體的新型直流電磁攪拌裝置,并且運用ANSYS有限元軟件對該裝置進行了電磁場和流場的數(shù)值模擬分析。論文主要內容如下:1.研究了電磁攪拌的運行原理。針對現(xiàn)有電磁攪拌裝置進行了勵磁方式選擇,選擇以直流電磁攪拌的方式進行結構分布設計,并且得出了結構參數(shù)和額定控制參數(shù)。2.研究了直流電機調速控制。針對傳統(tǒng)電磁攪拌負載電機勻速轉動的特點,在電磁攪拌旋轉電機控制設計時,選擇以電樞電壓調速作為直流PWM型調速系統(tǒng)的設計方案。結合橋式控制電路設計了一款基于時延反饋的混沌電機轉速控制系統(tǒng),再運用Matlab對所設計的轉速控制系統(tǒng)進行了仿真分析。3.研究了電磁場分布情況。根據(jù)MAXWELL方程組,在ANSYS中采用APDL模塊對電磁場進行數(shù)值模擬... 

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

交流勵磁電磁攪拌器原理圖

湖南理工學院碩士學位論文第2章直流電磁攪拌器設計13其次，交流電磁攪拌器必須采用變頻電源。通過變頻電源將50Hz的交流電轉化為1-10Hz的低頻交流電，該過程中，由于工作電流密度較大，要采用高純度的銅芯導線和采用冷卻水系統(tǒng)。再次，交流電磁攪拌器的壽命一般都較短。因為設備多個部分采用冷卻水系統(tǒng)，線圈壽命受到水質和水電分離接口處的密封性能影響，一般設備運行1.5-2.0年，就需要進行返廠大修。在多重因素的影響下，交流勵磁攪拌器的成本普遍偏高，且能耗偏大[46]。永磁攪拌器是一種使用永磁材料作為磁源的攪拌器，它是運用永磁體所產(chǎn)生的磁場力并借助機械轉動對金屬熔體進行非接觸式攪拌的設備。圖2-2全球釹鐵硼材料需求變化圖該類型攪拌器主要存在以下三個問題限制了其推廣：首先，永磁材料一般采用稀土材料中的釹鐵硼做為主要材料[47]。近年以來，隨著高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各個行業(yè)對于釹鐵硼的需求都是逐年遞增，如圖2-2所示，導致稀土材料價格飆升不止，使得該類型設備成本價格也不斷上漲。其次，永磁體受環(huán)境影響較大，在高溫、振動、潮濕等環(huán)境下都可能使永磁體發(fā)生退磁現(xiàn)象[48]。再次，已定的永磁攪拌器磁場強度是恒定的，磁場強度無法進行調節(jié)，磁場無法卸載，在使用過程中需要格外注意安全。同樣磁場強度下，永磁體的透磁深度也比電磁體的透磁深度更低，因此攪拌槽會比同類型的電磁攪拌器更薄，高溫熔體會更容易冷卻，攪拌時長更短。在多重問題的影響下，永磁攪拌器也存在成本偏高的問題，此外還有安全生產(chǎn)和磁場參數(shù)不可控的問題存在。槽直流線圈銜鐵NSNS圖2-3直流勵磁電磁攪拌器結構圖

湖南理工學院碩士學位論文第2章直流電磁攪拌器設計22（c）電樞電流隨時間變化圖（d）電機轉速隨時間變化圖（e）電機轉速與速度系數(shù)ζ的變化關系圖（f）電樞電流與速度系數(shù)ζ的變化關系圖圖2-10混沌轉速系統(tǒng)Matlab仿真分析利用直流電動機的運動方程及式（2-9），可以得到電機轉速、電樞電流等相對各種參數(shù)變化的分岔圖及對應參數(shù)的時間響應圖。當參數(shù)ζ=20、=1.5s時，電機轉速關于轉矩系數(shù)的分岔圖如圖2-10（a）所示，電樞電流相對于轉矩系數(shù)的分岔圖也是類似的。從圖中可以看出，當很小時，電機轉速對應周期1運行狀態(tài)。隨著的增大，電機轉速將會分岔成周期2、周期4……直至混沌狀態(tài)。圖2-10（c）所示為=2.5時電樞電流的仿真波形。圖2-10（d）所示為=4時電機轉速的仿真波形。當參數(shù)=5、=1.5s時，電機轉速和電樞電流關于速度系數(shù)的分岔圖如圖2-10（e）和（f）所示。從圖中可以看出，在大部分參數(shù)區(qū)間內，系統(tǒng)對應混沌運動狀態(tài)。通過調節(jié)速度系數(shù)ζ，可以用來調節(jié)電機混沌運動的速度變化范圍。當參數(shù)=5、ζ=20時，電機轉速關于延時系數(shù)的分岔圖如圖2-10（b）所示。其實，電樞電流關于延時系數(shù)的分岔圖也是類似的。從圖中可以看出，在整個參數(shù)區(qū)間內，系統(tǒng)幾乎都對應混沌運動狀態(tài)。而且，延時系數(shù)對電機混沌運動的轉速范圍基本沒有影響。

【參考文獻】：
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