Kuinka induktiolämmitin toimii ja toimii

Induktiolämmittimen toimintaperiaate on sähköä johtavan metallityökappaleen kuumentaminen siihen indusoidun suljetun pyörrevirran avulla.

Pyörrevirrat ovat virtoja, jotka syntyvät kiinteissä johtimissa sähkömagneettisen induktion ilmiön vuoksi, kun vaihtuva magneettikenttä läpäisee nämä johdot. Näiden virtojen luomiseen käytetään energiaa, joka muunnetaan lämmöksi ja lämmittää johdot.

Näiden häviöiden vähentämiseksi ja lämmityksen eliminoimiseksi käytetään kiinteiden johtimien sijasta kerrosjohtoja, joissa yksittäiset kerrokset erotetaan eristeellä. Tämä eristys estää suurten suljettujen pyörrevirtojen esiintymisen ja vähentää energiahäviöitä niiden ylläpitämiseksi. Näistä syistä muuntajan sydämet, generaattoreiden ankkurit jne. valmistetaan ohuista teräslevyistä, jotka on eristetty toisistaan ​​lakkakerroksilla.

Induktiolämmittimen kela on vaihtovirtakela, joka on suunniteltu luomaan suurtaajuinen vaihtosähkömagneettinen kenttä.

Vaihteleva suurtaajuinen magneettikenttä puolestaan ​​vaikuttaa sähköä johtavaan materiaaliin aiheuttaen siihen suuren tiheyden suljetun virran ja siten kuumentaen työkappaletta, kunnes se sulaa. Tämä ilmiö on ollut tiedossa pitkään ja se on selitetty Michael Faradayn ajoista lähtien, joka kuvaili sähkömagneettisen induktion ilmiö jo vuonna 1931

Ajassa muuttuva magneettikenttä indusoi johtimeen vaihtelevan EMF:n, joka leikkaa sen voimalinjojen kanssa. Tällainen lanka voi yleensä olla muuntajan käämi, muuntajan sydän tai kiinteä metallipala.

Jos EMF indusoituu käämiin, syntyy muuntaja tai vastaanotin, ja jos suoraan magneettipiirissä tai oikosulkussa, syntyy magneettipiirin tai käämin induktiolämmitys.

Huonosti suunnitellussa muuntajassa esim. sydämen lämmitys Foucault-virroilla olisi yksiselitteisesti haitallista, mutta induktiolämmittimessä tällainen ilmiö palvelee hyödyllistä tarkoitusta.

Kuorman luonteen kannalta induktiolämmitin, jossa on lämmitetty johtava osa, on kuin muuntaja, jonka toisiokäämi on oikosuljettu yhden kierroksen verran. Koska vastus työkappaleen sisällä on äärimmäisen pieni, pienikin indusoitunut pyörresähkökenttä riittää luomaan niin suuren virran, että sen lämpövaikutus (vrt. Joule-Lenzin laki) olisi erittäin ilmeikäs ja käytännöllinen.

Ensimmäinen tämäntyyppinen kanavauuni ilmestyi Ruotsissa vuonna 1900, sitä syötettiin virralla 50-60 Hz:n taajuudella, sitä käytettiin teräskanavan sulattamiseen ja metalli syötettiin upokkaaseen, joka oli järjestetty lyhytketjuiseen kiertoon. muuntajan toisiokäämistä.Tehokkuusongelma oli tietysti olemassa, koska hyötysuhde oli alle 50 %.

Nykyään induktiolämmitin on langaton muuntaja, joka koostuu yhdestä tai useammasta suhteellisen paksun kupariputken kierrosta, jonka läpi pumpataan aktiivisen jäähdytysjärjestelmän jäähdytysnestettä pumpun avulla. Putken johtavaan runkoon, kuten induktoriin, johdetaan vaihtovirta, jonka taajuus on useista kilohertseistä useisiin megahertseihin, riippuen käsiteltävän näytteen parametreista.

Tosiasia on, että korkeilla taajuuksilla pyörrevirta siirtyy itse pyörrevirran lämmittämästä näytteestä, koska tämän pyörrevirran magneettikenttä syrjäyttää syntyneen virran pintaa kohti.

Tämä ilmenee mm ihovaikutus, kun suurin virrantiheys johtuu työkappaleen pinnan putoamisesta ohuelle kerrokselle, ja mitä korkeampi taajuus ja mitä pienempi kuumennetun materiaalin sähkövastus, sitä ohuempi kuorikerros on.

Esimerkiksi kuparilla 2 MHz:llä iho on vain neljännesmillimetriä! Tämä tarkoittaa, että kupariaihion sisäkerroksia ei lämmitetä suoraan pyörrevirroilla, vaan lämmön johdolla sen ohuesta ulkokerroksesta. Tekniikka on kuitenkin riittävän tehokas lämmittämään tai sulattamaan nopeasti lähes minkä tahansa sähköä johtavan materiaalin.

Nykyaikaisia ​​induktiolämmittimiä rakennetaan perustuu värähtelevään piiriin (kela-induktori ja kondensaattori) saa virtansa mukana toimitetusta resonanssiinvertteristä IGBT tai MOSFET - transistoritmahdollistaa jopa 300 kHz:n toimintataajuuden.

Korkeammille taajuuksille käytetään tyhjiöputkia, jotka mahdollistavat 50 MHz:n ja korkeampien taajuuksien saavuttamisen, esimerkiksi korujen sulattamiseen tarvitaan melko korkeita taajuuksia, koska osan koko on hyvin pieni.

Työpiirien laatutekijän lisäämiseksi ne turvautuvat toiseen kahdesta tavasta: joko lisäämällä taajuutta tai lisäämällä piirin induktanssia lisäämällä sen rakenteeseen ferromagneettisia inserttejä.

Dielektristä lämmitystä tehdään myös teollisuudessa suurtaajuisella sähkökentällä. Ero induktiolämmitykseen on käytetyt virtataajuudet (jopa 500 kHz induktiolämmityksellä ja yli 1000 kHz dielektrillä). Tässä tapauksessa on tärkeää, että kuumennettava aine ei johda hyvin sähköä, ts. oli dielektrinen.

Menetelmän etuna on lämmön muodostuminen suoraan aineen sisällä. Tässä tapauksessa huonosti johtavat aineet voivat nopeasti lämmetä sisältä. Katso lisätietoja täältä: Korkeataajuisten dielektristen lämmitysmenetelmien fyysiset perusperusteet