A novel method in induction heating is presented. The winding of the excitation coil is helical and of three – phase type while the charge is cylindrical. This heating system is compared with the classical induction heating system of the circular coil type with cylindrical charge and single – phase excitation. The study shows the merits of the proposed new system over the conventional one. The multi – layer theory approach is adopted for the analysis of helical winding induction heating system which is an analytical method.

يتناول هذا البحث دراسة اسلوب جديد للتسخين بالحث الكهرومغناطيسي باستخدام ملفات لولبية ثلاثية الطور ذات شحنة اسطوانية الشكل و بناء نموذج رياضي لها. تتضمن الدراسة دراسة مزايا اسلوب التسخين الجديد بالمقارنة مع ملفات التسخين التقليدية احاديـة الطور بلفاتها الدائرية و المحيطة بذات الشنة الاسطوانية و ذلك من خلال حساب مواصفات المنظومة مثل المقاومة، القـدرة المحتثـة في الشحنة و الكفاءة. تم استخدام طريقة تحليلية صرفة و هي نظرية الطبقات بالنسبة للمنظومة الجديدة ذات الملفات اللولبية اما بالنسبة للمنظومة التقليدية فقد تم تحليلها باستخدام طريقة الدائرة المكافئة.

Helical winding --- induction heating.

This research deals with the design, simulation and Implementation of a 60kW variable voltage, current source, DC power supply suitable for induction heating purposes composed of three-phase fully controlled full-wave rectifier (3-Ph FCFWR) with a smoothing reactor. It is suitable to supply a current-fed parallel inverter (CFPI) frequency converter (built on Transistors), feeding a high quality factor resonating induction heating load. Such a source must verify two main objectives for achieving safety start up, those are: (a) achieving an aperiodic dynamic behavior during starting, since it may result in overvoltage across different elements of the converter, (b) assuring continuous current mode operation to achieve safety start up. A high inductance smoothing reactor is usually connected with the input of the inverter to perform these objectives. In this research the theoretical derivation is modified to reach the suitable formula to determine the value of the self-inductance of the smoothing reactor for the required power supply. Also, the smoothing reactor is designed and implemented. The designed power supply is simulated using (MAT LAB) package. The practical measurements of load voltage and current waveforms at the starting angle of the implemented power supply satisfying the above two main objectives and are in a good agreement with the simulated waveforms at that angle.

أن هذا البحث يهتم بتصميم و نمذجة و تنفيذ مجهز قدرة تيار مستمر بقدرة 60 كيلو واط متغير الفولتية يعمل كمصدر تيار مناسب لأغراض التسخين الحثي. يتكون هذا المجهز من معدل موجة كاملة ثلاثي الطور و من مفاعل تنعيم. أن هذا المجهز مناسب لتغذية عاكس تبديل التردد المتوازي المغذى بالتيار(المكون من ترانزستورات)، أن حمل هذا العاكس هو فرن تسخين حثي رنيني (أي يعمل في حالة رنين دائما) يتصف بمعامل نوعية عالي. أن مثل هكذا مصدر للقدرة يجب أن يؤمن غايتان لتحقيق بدء آمن لمنظومة التسخين الحثي هما: (أ) الحصول على تصرف ديناميكي لا دوري خلال عملية بدأ التشغيل، إذ أن عدم الحصول على مثل هذا التصرف سيؤدي الى نشوء فولتيات عالية عبر مكونات المبدل خارج حدود إمكانياتها. (ب) الحصول على حالة تيار لا يصل الى قيمة الصفر عند البدأ لتحقيق سلامة المنظومة. إن تأمين الغايتان أعلآه يتم من خلال ربط ملف تنعيم ذو محاثة عالية عند مدخل العاكس. في هذا البحث تم تطوير الأشتقاق النظري للتوصل الى صيغة مناسبة لتحديد قيمة الحث الذاتي لملف التنعيم لمجهز القدرة المطلوب، كما تم تصميم و تنفيذ ملف التنعيم. تم أستخدام برنامج (ماتلاب) لتمثيل مجهز القدرة الذي تم تصميمه. أظهرت القياسات العملية للأشكال الموجية لفولتية و تيار الحمل من مجهز القدرة المنفذ عند زاوية القدح الخاصة بالبدأ، تأمين الغرضين أعلآه، كما أظهرت التقارب الكبير مع الأشكال الموجية المستحصلة من التمثيل الرياضي عند هذه الزاوية

continuous-current mode --- induction heating --- smoothing reactor.

Abstract:Induction heating system has a number of inherent benefits compared to traditional heating systems. Many analytical and numerical approaches have been applied to solve the problem of induction heating. Artificial Neural Networks possess many advantages and have the ability to tackle problems that cannot be accomplished by more analytical and numerical methods. This paper involves modeling many artificial neural networks, and training them based on the results of analysis induction heating systems, by using ANSYS package, to enable them to evaluate the heat distribution inside the workpiece of any induction heating system. Also neural networks are used to specify the time and the power supply required for any desired heat distribution inside the workpiece. The neural networks are simulated by using Neural Network Toolbox in MATLAB, and the networks are trained according to supervised scaled conjugate gradient algorithm until the performance function (mean square error) reach the goal (=10-4). Artificial Neural Networks show a good success in solving the problem of induction heating through obtaining results with high accuracy and very short run time.

الخلاصه:منظومات التسخين الحثي تمتلك عده ميزات مقارنة بمنظومات التسخين التقليديه. ميزات التسخين الحثي جعلته يشكل الحصه الرئيسيه من سوق معدات التسخين و الصهر. عدد كبير من الطرق التحليليه والعدديه استخدمت لتحليل و تصميم منظومات التسخين الحثي. الشبكات العصبيه الاصطناعيه لها عده فوائد فهي قادره على معالجه مشاكل لا يمكن لاكثر الطرق التحليليه و العدديه التعامل معها. التعامل مع الافران الحثيه في هذه الدراسه اعتمد على الفوائد التي تقدمها الشبكات العصبيه. في هذا البحث تم تصميم عده شبكات عصبيه و تدريبها اعتمادا على نتائج تحليل الافران الحثيه , باستخدام برنامج التحليل ANSYS , لتقوم الشبكات العصبيه باستنتاج التوزيع الحراري داخل قطعه الشغل لاي منظومه تسخين حثي و كذلك يمكن للشبكات العصبيه تحديد الزمن و متطلبات مجهز القدره اللازمين للحصول على التوزيع الحراري المطلوب داخل قطعه الشغل. في هذا البحث تم تصميم وتمثيل الشبكات العصبيه الاصطناعيه باستخدام صندوق ادوات الشـبكه العصـبيه ضمن برنـامج MATLAB , اما تدريـبها فقد تم باسـتخدام خوارزمــية تدريـب المـيل المرافق المتدرج (Scaled conjugate gradient training algorithm) حيث استمرت عمليات التدريب لغايه هبوط داله الاداء (متوسط مربع الخطأ) للهدف المحدد(= (10-4. و الشبكات العصبيه الاصطناعيه اثبتت نجاحها في معالجه مشاكل التسخين الحثي من خلال الحصول على نتائج ذات دقه عاليه و بزمن تنفيذ قصير جدا.

Induction heating --- neural network --- ANSYS --- Scaled Conjugate Gradient Algorithm

The design of a certain induction furnace for a certain application depends mostly on empirical formulas and experience. The purpose of this work is to use the Finite Element Method (FEM) approach to perform an electromagnetic-thermal coupled analysis for a suggested coil with certain billet and studying its performance during the heating period. This will lead to the ability of expecting the required coil current and its frequency, to heat certain part of a certain billet to a certain temperature at the predetermined time. Then, the simulation results can be used to build the coil and leads to design the power supply for the induction furnace. The practical measurement of the designed system agrees with that of the theoretical design results. Hence, this approach assists to reduce the design cost, time and efforts for any other required induction furnace.

يعتمد تصميم فرن حثي لأنجاز غرض معين في الغالب على الخبرة و المعادلات التطبيقية. ألغاية من هذا العمل هي استخدام أسلوب (طريقة العنصر المحدد) (FEM) لأنجاز التحليلات المغناطيسية المقرنة بالحرارية لملف مقترح لحشوة (عينة) معينة و دراسة أدائه خلال فترة التسخين. أن هذا سيؤدي الى اكساب القابلية على توقع تيار الملف و تردده المطلوبين لتسخين جزء معين من عينة معينة الى درجة حرارة معينة في فترة زمنية محدده مسبقا. من ثم، سيمكننا استخدام نتائج التمثيل لبناء ملف الفرن و سترشدنا الى تصميم مجهز القدرة للفرن الحثي. أن النتائج العملية للمنظومة المصممة توافقت مع التصميم النظري. لذلك، فأن هذا الأسلوب يساعد لتقليل الوقت و الجهد و الكلفة لبناء أي فرن حثي آخر مطلوب.

Induction heating --- Induction furnace --- Finite Element Method --- FEM.

The use of induction heating in industrial applications is old and wide. In recent years, this technology was entered to domestic use. This research deals with the analysis and applications of induction heating for cooking food, as these techniques have safe and economy, as well as cleanness and the atmosphere of work comfortable. Knowledge of the electrical resistance of induction heating system is very important to designers working in the high frequency-supplies. This research also analyzes and studies this resistance, by used solid, litz and twistedwire, and offers simplification of equations derivation help anyone interested in this subject. The MATHCAD V.14 program has been employed to obtain the results. The results presented as general curves for three types of wires (solid, litz and twisted wire) so that a designer can use them without lengthy and complex calculations.

أستعمال التسخین الحثي في للتطبیقات الصناعیھ قدیم و واسع و في السنوات الأخیرة دخلت ھذه التقنیة الى الأستعمالات المنزلیة. یتناول ھذا البحث أستعمال التسخین الحثي في طھي الطعام, حیث أن ھذه التقنیة تمتاز بالأمان و الأقتصاد و النظافة و أجواء العمل المریحة.. أن معرفة المقاومة الكھربائیة لمنظومة التسخین الحثي مھمھ جداً في تصمیم مجھز القدرة ذي الترددات العالیة(solid, litz and twisted المستعمل فیھا. ھذا البحث یحلل و یدرس ھذه المقاومة عند أستعمال و یقدم تبسیط لأشتقاق المعادلات التي تساعد المھتمین بھذا الموضوع. لقد أستخدم برن امج wire) لأستخلاصالنتائج حیث قدمت ھذه النتائج على شكل منحنیات لثلاثة أنواع MATHCAD V.14 تتیح للمصمم أستخدامھا بدون ضیاع للوقت و (solid, litz and twisted wire) من الأسلاك الحسابات المعقدة

induction heating --- cooker coil --- induction cooker --- eddy current --- skin effect --- proximity effect --- solid wire --- litz wire --- twisted wire