Technische Universit├Ąt Ilmenau

Industrial Electroheat 1 - Modultafeln of TU Ilmenau

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subject properties subject number 5897 - common information
subject number5897
departmentDepartment of Electrical Engineering and Information Technology
ID of group2166 (Electrothermal Energy Conversion Group)
subject leader Dr. Ulrich L├╝dtke
languageDeutsch, auf Nachfrage Englisch
term Sommersemester
previous knowledge and experience

Mathematik und Physik für Ingenieure, Grundlagen der Elektrotechnik

Maths and physics for engineers, basics in electrical engineering

learning outcome

Die Studierenden sind in der Lage, typische elektrowärme-technische Einrichtungen zu analysieren und zu dimensionieren. Die Kompetenzen sind ausreichend, um eine praxisrelevante Entwurfsaufgabe zum Lehrgebiet als Abschlussarbeit zu lösen.

The students should understand the basic principle of the electroheat. They should be able to solve relevant design problems of the industrial praxis. The practical exercises are first steps in the engineering design process and many exercises have substantial design content.

content

Wärmeübertragung:
Wärmeleitung (allgemeine Wärmeleitungsgleichung, Randbedingungen, Lösungsmöglichkeiten, thermisches Einkörperproblem); Konvektiver Wärmeübergang (Einflüsse, Strömungsarten, Kennzahl-Gleichungen, Wärmeübergangskoeffizient); Wärmeübergang durch Strahlung (Grundgesetze, Strahlungsaustausch zwischen schwarzen und grauen Flächen, Einstrahlzahlen)

Induktives Erwärmen und Schmelzen:
Induktoren; Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes im Halbraum und anderen einfachen Körpern (Vollzylinder, Platte, Hohlzylinder); Ableitung von Feldimpedanzen charakteristischer Einsätze (Werkstücke); Induktorberechnung; Ersatzschaltungen; Stromquellen; Anpassung

Dielektrische Erwärmung:
dielektrische Verluste; Behandlung als Potentialfeld; Berechnung des Arbeitskondensators; Behandlung als Wellenfeld; dielektrischer Halbraum; Reflexion; Feldverteilung; Stromquellen; Anpassung

Indirekte und Direkte Widerstandserwärmung:
Heizleiter- / Heizelemente- Dimensionierung; direkte Widerstandserwärmung über Kontakte und Elektroden; Hochstromleitungen; Stromquellen; Anpassung

In den Übungen werden praxisrelevante Aufgaben gelöst, bei denen werkstofftechnische Fragen (z.B. Einhärtetiefe, Rekristallisation, Aushärten von Klebern) im Vordergrund stehen.

Heat transfer:
heat conduction (Fourier´s equation, boundary conditions, solution methods, lumped thermal capacity model); heat convection (fundamentals of convection, types of flow, dimensionless groups, appropriate correlations, convective heat transfer coefficient); thermal radiation (physics of radiation, radiation exchange between black surfaces, shape factors, radiation exchange between diffuse grey surfaces, transfer factors)

Induction heating and melting:
inductors; propagation of the electromagnetic field in the electric conducting half space; depth of penetration (skin depth); surface impedance for different work-pieces (rectangular slab, solid cylinder, hollow cylinder); calculation of inductors ; equivalent electric network; frequency converters; load matching and tuning

Dielectric heating:
dielectric losses; evaluation as scalar potential field; calculation of the working capacitor; load matching and tuning; evaluation as dielectric wave guide as well as dielectric half space; power penetration depth; reflection; field distribution; supply-frequency heating systems; load matching and tuning

Resistance heating:
indirect resistance heating; dimensioning of heating conductors and heating elements; direct resistance heating with contacts and electrodes; high power supply lines; electric power supply; matching

Practical applications are considerd in the seminars. Questions regarding material are standing in the foreground (e.g. skin depth, recrystallization, precipitation heat treatment of glue).

media of instruction

Es wird der Tafelvortrag ergänzt durch Zusammenfassungen mittels vorgefertigter Darstellungen (Folienpräsentation) bevorzugt. Für ausgewählte dynamische Vorgänge und Prozesse werden Videopräsentationen gezeigt. Anschauungsmaterial (Muster), Laborversuche und Betriebsbesuche ergänzen das Lehrangebot. Alle wesentlichen Darstellungen (Bilder und Tafeln) werden in gedruckter Form an die Studenten ausgegeben.

Main scientific results are derived on the blackboard. Summaries and repetitions are presented with a laptop (pictures and videos). Essential exercises, pictures, tables, diagrams etc. are hand out.

literature / references

[1] A. F. Mills: Basic Heat and Mass Transfer, Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ, ISBN 0-13-096247-3, 1999.

[2]  A. C. Metaxas: Foundations of Electroheat, a unified approach, John Wiley & Sons, Chichester, ISBN 0471956449, 1996.

[3] Electromagnetic Induction and Conduction in Industry; Paris: Centre Francais de l´Électricité, 1997.

[4] V. Rudnev, D. Loveless, R. Cook, M. Black: Handbook of Induction Heating, New York, Basel: Marcel Dekker, Inc., ISBN 0-8247-0848-2, 2003.

evaluation of teaching

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

Details in major Master Electrical Power and Control Engineering 2008
subject nameIndustrial Electroheat 1
examination number2100308
credit points4
on-campus program (h)34
self-study (h)86
Obligationobligatory
examoral examination performance, 45 minutes
details of the certificate
Signup details for alternative examinations

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

maximum number of participants