电磁感应加热原理已经被广泛应用于工业中， 相较于传统的加热方式，这种加热方式可靠高效,且能实现功率的准确控制久本文设计了一种变压器油电磁感应加热装置，该装置主要由电源、控制电路和电磁加热管路组成。电源将主电路的工频380V交流电转换成10kHz以上的高频交流电，高 频交流电流经管路上缠绕的线圈产生交变的磁场， 使铁质管路感应发热，从而实现对变压器油的加热。在这种加热装置中，由于管壁和变压器油直接接触，因此热阻很低，加热效率高，而且金属管壁发热而电磁线圈基本不发热,装置的可靠性更高。
根据上述分析，本文建立了加热管路的温度场数值模型，计算加热功率随人口油温和油速的变化关系；搭建了简化的电磁感应油加热模拟实验台， 验证了温度场模型的准确性;最后将该加热装置与 传统电阻加热装置进行对比，结果说明了该装置具有更高的加热效率及可靠性。
1电磁感应加热装置整体结构设计
在实际工程中，变压器油通常被加热至55~60℃,干燥合格的变压器油含水量不大于10，由于变压器油在高温下容易劣化，因此在整个加热 过程中油温不应超过85，加热过程要避免出现油的流动死角及局部高温，要求加热效率高，加热元件可靠性高。对于大型变压器装置，油的加热时长一般要求24-48，根据上述要求设计的变压器油电磁感应加热装置整体结构如图1所示,该装置主要由8个加热模组组成，每个加热模组由1组电源和1组电磁加热管路组成，1个控制电路对应1个加热电源，8个电源分别由8个控制电路控制。这样，每个电源的加热功率可根据油温进行单独调 节,使得油温始终不超过85七。该装置的输入电压为工频380V电压，整套装置的加热功率在0~60kW可调，可根据变压器油量和加热时间的要求使用单台 或多台加热装置。
1.1电磁加热管路的设计
每组加热管路由4根直管道串联构成，由金属软管连接，如图1(a)所示，加热部分是直管道部分，由里到外分别是油管、保温层以及电磁线圈。8组管路串联构成整个油加热管路，如图1(b)所示，油管为20#低碳钢，铁的低电阻率可以形成较大的 感应涡流，从而减少电源的功率损失，油管外径为34mm,壁厚为3mm,管道之间采用金属软管串联 连接,每段直管道长1m。变压器油由油泵驱动循 环，冷
油由加热装置的底部进油口进入加热油管，热油从上部的出油口流出，进、出油口伸出油管柜之外，如图1(c)所示。油的流量由流量计监测，变压器油从初始油温加热至人口油温达到60工，入口油温达到60工时，加热过程停止，且整个加热 过程管内壁温度为变压器油的最高温度，不能超过85工。
1.2加热装置电源设计每组电源由整流电路和逆变电路组成，其结构如图2所示。电源在DSP控制器的作用下，利用三相桥式不可控整流电路对380 V工频交流电进行整流，并 采用单相全桥逆变电路将直流逆变成10kHz以上的高频交流电，输送至电磁线圈。每组电源的最大输出功率为7.5kW,整个装置的输出功率为60kW。
1.3控制电路的设计
在整个加热过程中，在管壁温度不超过85的限制条件下，为了使该装置一直以最大加热功率加热，控制电路通过管路入口油温来调节电源的输 出功率，入口油温达到60^时，加热过程停止。调节依据为人口油温和加热功率的对应关系，该关系 通过以下电磁加热管路的温度场数值模型得到。控制电路通过分析实际功率值和功率期望值的偏差, 改变逆变电路输出电压脉冲的宽度来调节电源的输出功率。
2电磁加热管路的温度场数值模型
2.1材料的物性参数
本文所分析的KI45X变压器油,其运动粘度随温度变化很大，为保证仿真结果的准确性，需确定 运动粘度随温度的变化关系。王本力等研究了在不同温度下该变压器基础油的运动粘度，其结果如图3所示。通过对图中的离散点进行拟合,得到运动粘度随温度的变化关系为。
变压器油的其他物性参数随温度变化很小，假定为常数，由于在整个加热过程中，钢管的温度不超过100工，假定钢管的物性参数不随温度发生变化，如表1所示。
结合管道的物性参数可知，热源的厚度为小于0.2mm,远小于管道的壁厚。因此，在模型中将热源简化为一个在管道外表面的面热源。加热管路的计算区域如图1(b)所示，图中直管段为加热的管道，管道从外到内分别为面热源、管壁和半岛开户变压器油。该模型的边界条件分别为:直管段部分给定面 热源的功率密度，且功率密度分布均匀；弯头表面为绝热；给定流体的人口温度及流速。通过对该模型的网格无关性验证，最终确定生成的网格数目为1000万。
2.2管路温度场模型
导体在高频交变的磁场中，由于集肤效应，电流仅在导体的表面通过，而导体仅在流过电流的部位产生热量。通过电流的厚度即趋入深度，与交变 电流频率和导体本身性质有关巴表达式为。
3温度场模型的实验验证
为验证加热油管(图1(b))温度场模型的准确 性，本文搭建了简化的油加热模拟实验台，如图4 所示。实验台中加热管道为图1(a)中的单根直管段，表面缠有保温层以及电磁线圈；加热介质为变压器油，储存在油箱中，通过油泵驱动循环流动；油箱入口在下，出口在上；油的流量可通过油流量计测得。分别在油箱入口、出口以及离加热管道末端10cm的外壁面处安装热电偶，测得油的人口温度、出口温度以及加热管道外壁面温度。实验过程中，环境温度为15工，流量被设定为4m3/h,油箱内的油从室温加热至60工。
建立实验台管道的温度场模型,方法同本文第2节,分析结果如图5所示。图5(a)是实验过程的电压和电流波形，从图中可以看出，电压和电流的 相位相同，电源处于谐振状态，工作的有效电压为 100 V,有效电流为10 A,输出功率为921 W,损耗 约为8%,电源效率为92%；图5(b)是管外壁温度的 实验结果和仿真计算结果的对比，从图中可以看 出，二者有很好的一致性，且随着人口油温的升高, 模拟结果与实验值越来越接近，误差最小在1工以 内。误差产生的原因主要有两个方面:模型设定的 物性参数与材料的实际物性参数存在偏差，温度测量和油流速测量有误差。
在实验工况下，电磁感应加热密度为10.5kW/m2。由于电磁线圈不发热，其温度与管外壁温度基本相 同，最高为77，若为传统的电加热丝加热，由于电热丝外包有绝缘材料，热阻较大，在相同工况下, 电热丝的中心温度预计为500工，远远高于电磁线圈的温度。