Zasada ogrzewania indukcyjnego i jej zastosowania

Zasada ogrzewania indukcyjnego i jej zastosowania

Indukcja zasada ogrzewania jest używany w procesach produkcyjnych od lat dwudziestych XX wieku. Jak to się mówi - potrzeba jest matką wynalazku, podczas II wojny światowej potrzeba szybkiego procesu utwardzania części metal silnik, szybko opracował technologię nagrzewania indukcyjnego. Dziś widzimy zastosowanie tej technologii w naszych codziennych wymaganiach. Niedawno potrzeba lepszej kontroli jakości i bezpiecznych technik wytwarzania sprawiła, że ​​technologia ta ponownie znalazła się w centrum uwagi. Dzięki dzisiejszym zaawansowanym technologiom wprowadza się nowe i niezawodne metody realizacji nagrzewania indukcyjnego.



Co to jest ogrzewanie indukcyjne?

Plik zasada działania procesu nagrzewania indukcyjnego jest połączoną recepturą indukcji elektromagnetycznej i nagrzewania Joule'a. Proces nagrzewania indukcyjnego to bezkontaktowy proces nagrzewania metalu przewodzącego prąd elektryczny poprzez wytwarzanie prądów wirowych w metalu, z wykorzystaniem zasady indukcji elektromagnetycznej. Ponieważ generowany prąd wirowy przepływa wbrew rezystywności metalu, na zasadzie ogrzewania Joule'a w metalu generowane jest ciepło.


Ogrzewanie indukcyjne

Ogrzewanie indukcyjne





Jak działa ogrzewanie indukcyjne?

Znajomość prawa Faradaya jest bardzo przydatna do zrozumienia działania ogrzewania indukcyjnego. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, zmiana pola elektrycznego w dyrygent powoduje powstanie wokół siebie zmiennego pola magnetycznego, którego siła zależy od wielkości przyłożonego pola elektrycznego. Zasada ta działa również odwrotnie, gdy zmienia się pole magnetyczne w przewodniku.

Tak więc powyższa zasada jest stosowana w procesie nagrzewania indukcyjnego. Tutaj stan stały Częstotliwość RF zasilanie cewki doprowadzane jest do cewki indukcyjnej, a materiał do podgrzania umieszczany jest wewnątrz cewki. Gdy Prąd przemienny przechodzi przez cewkę, wokół niej generowane jest zmienne pole magnetyczne zgodnie z prawem Faradaya. Kiedy materiał umieszczony wewnątrz cewki indukcyjnej znajdzie się w zakresie tego zmiennego pola magnetycznego, w materiale generowany jest prąd wirowy.



Teraz przestrzegana jest zasada ogrzewania Joule'a. Zgodnie z tym, gdy prąd przepływa przez materiał, w materiale generowane jest ciepło. Tak więc, gdy w materiale generowany jest prąd w wyniku indukowanego pola magnetycznego, przepływający prąd wytwarza ciepło z wnętrza materiału. To wyjaśnia proces bezkontaktowego nagrzewania indukcyjnego.

Indukcyjne nagrzewanie metalu

Indukcyjne nagrzewanie metalu

Schemat obwodu ogrzewania indukcyjnego

Konfiguracja używana do procesu nagrzewania indukcyjnego składa się z zasilacza RF zapewniającego prąd przemienny do obwodu. Cewka miedziana służy jako cewka indukcyjna i jest do niej doprowadzany prąd. Ogrzewany materiał jest umieszczony wewnątrz miedzianej wężownicy.


Typowa konfiguracja ogrzewania indukcyjnego

Typowa konfiguracja ogrzewania indukcyjnego

Zmieniając siłę przyłożonego prądu, możemy kontrolować temperaturę nagrzewania. Ponieważ prąd wirowy wytwarzany wewnątrz materiału przepływa przeciwnie do rezystywności elektrycznej materiału, w tym procesie obserwuje się precyzyjne i miejscowe nagrzewanie.

Oprócz prądów wirowych ciepło jest również wytwarzane z powodu histerezy w częściach magnetycznych. Opór elektryczny oferowany przez materiał magnetyczny w kierunku zmieniającego się pola magnetycznego w cewce powoduje tarcie wewnętrzne. To wewnętrzne tarcie wytwarza ciepło.

Ponieważ proces nagrzewania indukcyjnego jest procesem ogrzewania bezkontaktowego, materiał do podgrzania może znajdować się z dala od źródła zasilania lub zanurzony w cieczy lub w dowolnym środowisku gazowym lub w próżni. Ten rodzaj ogrzewania nie wymaga żadnych spalin.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania systemu ogrzewania indukcyjnego

Tam są niektóre czynniki co należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu systemu nagrzewania indukcyjnego do dowolnego typu zastosowań.

  • Zwykle w przypadku metali i materiałów przewodzących stosuje się nagrzewanie indukcyjne. Materiał nieprzewodzący można podgrzać bezpośrednio.
  • Podczas nakładania na materiały magnetyczne ciepło jest wytwarzane zarówno przez prąd wirowy, jak i efekt histerezy materiałów magnetycznych.
  • Małe i cienkie materiały nagrzewają się szybko w porównaniu z dużymi i grubymi materiałami.
  • Im wyższa częstotliwość prądu przemiennego, tym mniejsza głębokość wnikania ciepła.
  • Materiały o wyższej rezystywności szybko się nagrzewają.
  • Induktor, w którym ma być umieszczony materiał grzewczy, powinien umożliwiać łatwe wkładanie i wyjmowanie materiału.
  • Przy obliczaniu mocy zasilacza należy wziąć pod uwagę ciepło właściwe ogrzewanego materiału, masę materiału oraz wymagany wzrost temperatury.
  • Przy podejmowaniu decyzji o wydajności zasilania należy również uwzględnić straty ciepła spowodowane przewodzeniem, konwekcją i promieniowaniem.

Formuła ogrzewania indukcyjnego

Głębokość wnikania prądów wirowych w materiał zależy od częstotliwości prądu indukcyjnego. Dla warstw przewodzących prąd efektywną głębokość można obliczyć jako

D = 5000 √ρ / µf

Tutaj d oznacza głębokość (cm), względna przenikalność magnetyczna materiału jest oznaczona przez µ, ρ rezystywność materiału w omach-cm, f wskazuje częstotliwość pola prądu przemiennego w Hz.

Konstrukcja cewki indukcyjnej

Cewka używana jako cewka, do której przykładana jest moc, ma różne formy. Indukowany prąd w materiale jest proporcjonalny do liczby zwojów cewki. Dlatego dla skuteczności i wydajności nagrzewania indukcyjnego ważna jest konstrukcja cewki.

Zazwyczaj cewki indukcyjne są przewodnikami miedzianymi chłodzonymi wodą. W zależności od naszych zastosowań stosowane są różne kształty cewek. Najczęściej stosowana jest wieloobrotowa cewka spiralna. W przypadku tej cewki szerokość wzorca nagrzewania jest określana przez liczbę zwojów cewki. Cewki jednoobrotowe są przydatne w zastosowaniach, w których wymagane jest nagrzewanie wąskiego pasma przedmiotu obrabianego lub końcówki materiału.

Wielopozycyjna spiralna cewka służy do ogrzewania więcej niż jednego przedmiotu obrabianego. Cewka naleśnikowa jest używana, gdy wymagane jest podgrzanie tylko jednej strony materiału. Wężownica wewnętrzna służy do ogrzewania otworów wewnętrznych.

Zastosowania ogrzewania indukcyjnego

  • Ogrzewanie ukierunkowane do ogrzewania płaszczyznowego, topienia, lutowania jest możliwe dzięki procesowi ogrzewania indukcyjnego.
  • Oprócz metali nagrzewanie przewodników płynnych i gazowych jest możliwe dzięki nagrzewaniu indukcyjnemu.
  • Do nagrzewania krzemu w przemyśle półprzewodników stosuje się zasadę nagrzewania indukcyjnego.
  • Proces ten jest stosowany w piecach indukcyjnych do podgrzewania metalu do jego temperatury topnienia.
  • Ponieważ jest to bezkontaktowy proces ogrzewania, piece próżniowe wykorzystują ten proces do wytwarzania specjalistycznej stali i stopów, które ulegałyby utlenieniu podczas ogrzewania w obecności tlenu.
  • Proces nagrzewania indukcyjnego jest stosowany do spawania metali i czasami tworzyw sztucznych, gdy są one domieszkowane ceramiką ferromagnetyczną.
  • Kuchenki indukcyjne stosowane w kuchni działają na zasadzie grzania indukcyjnego.
  • Do lutowania węglika do wału stosuje się proces nagrzewania indukcyjnego.
  • Do uszczelniania butelek i farmaceutyków odpornych na manipulacje stosuje się proces podgrzewania indukcyjnego.
  • Maszyna do modelowania wtrysku tworzyw sztucznych wykorzystuje ogrzewanie indukcyjne, aby poprawić efektywność energetyczną wtrysku.

Dla przemysłu wytwórczego, ogrzewanie indukcyjne zapewnia potężny pakiet spójności, szybkości i kontroli. Jest to schludny, szybki i niezanieczyszczający proces ogrzewania. Straty ciepła obserwowane podczas nagrzewania indukcyjnego można rozwiązać za pomocą prawa Lenza. Prawo to pokazało sposób produktywnego wykorzystania strat ciepła występujących w procesie nagrzewania indukcyjnego. Które zastosowanie ogrzewania indukcyjnego Cię zachwyciło?