Principiul de încălzire prin inducție și aplicațiile sale

Inducţie principiul încălzirii a fost folosit în procesele de fabricație încă din anii 1920. După cum se spune că - necesitatea este mama invenției, în timpul celui de-al doilea război mondial, necesitatea unui proces rapid pentru a întări părțile metalul motor, a dezvoltat rapid tehnologia de încălzire prin inducție. Astăzi vedem aplicarea acestei tehnologii în cerințele noastre de zi cu zi. Recent, necesitatea unui control al calității îmbunătățit și a unor tehnici de fabricație sigure au adus din nou această tehnologie în centrul atenției. Cu tehnologiile high-end de astăzi, sunt introduse metode noi și fiabile pentru implementarea încălzirii prin inducție.

Ce este încălzirea prin inducție?

Principiul de funcționare al procesului de încălzire prin inducție este o rețetă combinată de inducție electromagnetică și încălzire Joule. Procesul de încălzire prin inducție este procesul fără contact al încălzirii unui metal conductor electric prin generarea de curenți turbionari în interiorul metalului, utilizând principiul inducției electromagnetice. Pe măsură ce curentul turbionar generat curge împotriva rezistivității metalului, prin principiul încălzirii Joule, căldura este generată în metal.

Încălzire prin inducție

Cum funcționează încălzirea prin inducție?

Cunoașterea legii Faraday este foarte utilă pentru înțelegerea funcționării încălzirii prin inducție. Conform legii Faraday a inducției electromagnetice, schimbarea câmpului electric în conductorul dă naștere la un câmp magnetic alternativ în jurul său, a cărui forță depinde de magnitudinea câmpului electric aplicat. Acest principiu funcționează și invers când câmpul magnetic este schimbat în conductor.

Deci, principiul de mai sus este utilizat în procesul de încălzire inductivă. Aici o stare solidă Frecvența RF sursa de alimentare se aplică la o bobină inductivă și materialul care trebuie încălzit este plasat în interiorul bobinei. Când Curent alternativ este trecut prin bobină, un câmp magnetic alternativ este generat în jurul acesteia, conform legii lui Faraday. Când materialul plasat în interiorul inductorului se încadrează în acest câmp magnetic alternativ, în material se generează curent turbionar.

Acum se respectă principiul încălzirii Joule. În conformitate cu aceasta, atunci când un curent este trecut printr-un material, se generează căldură în material. Deci, atunci când curentul este generat în material datorită câmpului magnetic indus, curentul care curge produce căldură din interiorul materialului. Aceasta explică procesul de încălzire inductivă fără contact.

Încălzirea inductivă a metalului

Diagrama circuitului de încălzire prin inducție

Setarea utilizată pentru procesul de încălzire prin inducție constă dintr-o sursă de alimentare RF pentru a furniza curentul alternativ circuitului. O bobină de cupru este utilizată ca inductor și i se aplică curent. Materialul care trebuie încălzit este plasat în interiorul bobinei de cupru.

Configurare tipică de încălzire prin inducție

Modificând puterea curentului aplicat, putem controla temperatura de încălzire. Pe măsură ce curentul turbionar produs în interiorul materialului curge opus rezistivității electrice a materialului, se observă încălzire precisă și localizată în acest proces.

Pe lângă curentul turbionar, căldura este generată și datorită histerezisului din părțile magnetice. Rezistența electrică oferită de un material magnetic, către câmpul magnetic în schimbare din inductor, provoacă frecare internă. Această frecare internă creează căldură.

Deoarece procesul de încălzire prin inducție este un proces de încălzire fără contact, materialul care trebuie încălzit poate fi prezent departe de sursa de alimentare sau scufundat într-un lichid sau în orice mediu gazos sau în vid. Acest tip de proces de încălzire nu necesită gaze de ardere.

Factori care trebuie luați în considerare la proiectarea sistemului de încălzire prin inducție

Sunt unii factori acest lucru ar trebui luat în considerare la proiectarea unui sistem de încălzire prin inducție pentru orice tip de aplicații.

• În mod normal, procesul de încălzire prin inducție este utilizat pentru metale și materiale conductoare. Materialul neconductiv poate fi încălzit direct.
• În timp ce se aplică pe materiale magnetice, căldura este generată atât de curentul turbionar, cât și de efectul de histerezis al materialelor magnetice.
• Materialele mici și subțiri sunt încălzite rapid în comparație cu materialele mari și groase.
• Cu cât frecvența curentului alternativ este mai mare, cu atât este mai mică adâncimea de penetrare a încălzirii.
• Materialele cu rezistivitate mai mare sunt încălzite rapid.
• Inductorul în care urmează să fie plasat materialul de încălzire ar trebui să permită introducerea și îndepărtarea ușoară a materialului.
• La calcularea capacității de alimentare cu energie electrică, trebuie luate în considerare căldura specifică a materialului care urmează să fie încălzit, masa materialului și creșterea temperaturii necesare.
• Pierderea de căldură datorată conducției, convecției și radiațiilor ar trebui, de asemenea, luată în considerare pentru a decide capacitatea de alimentare cu energie electrică.

Formula de încălzire prin inducție

Adâncimea pătrunsă de curent turbionar în material este determinată de frecvența curentului inductiv. Pentru straturile de transport curente, adâncimea efectivă poate fi calculată ca

Aici d indică adâncimea (cm), permeabilitatea magnetică relativă a materialului este notată cu µ, ρ rezistivitatea materialului în ohm-cm, f indică frecvența câmpului ac în Hz.

Proiectare bobină de încălzire prin inducție

Bobina utilizată ca inductor, căreia i se aplică puterea vine în diferite forme. Curentul indus în material este proporțional cu numărul de rotații din bobină. Astfel, pentru eficiența și eficiența încălzirii prin inducție, proiectarea bobinei este importantă.

De obicei, bobinele de inducție sunt conductoare de cupru răcite cu apă. Există diferite forme de bobine utilizate, pe baza aplicațiilor noastre. Bobina elicoidală multi-turn este cea mai frecvent utilizată. Pentru această bobină, lățimea modelului de încălzire este definită de numărul de rotații din bobină. Bobinele cu un singur rând sunt utile pentru aplicații în care este necesară încălzirea benzii înguste a piesei de prelucrat sau a vârfului materialului.

Bobina elicoidală cu mai multe poziții este utilizată pentru încălzirea mai multor piese de prelucrat. Bobina pentru clătite este utilizată atunci când este necesară încălzirea doar a unei părți a materialului. Bobina internă este utilizată pentru încălzirea găurilor interne.

Aplicații ale încălzirii inductive

• Încălzirea țintită pentru încălzirea suprafeței, topirea, lipirea este posibilă prin procesul de încălzire inductivă.
• În afară de metale, încălzirea conductoarelor lichide și a gazelor este posibilă prin încălzirea inductivă.
• Pentru încălzirea siliciului în industriile semiconductoarelor, se utilizează principiul încălzirii inductive.
• Acest proces este utilizat în cuptoarele inductive pentru încălzirea metalului până la punctul său de topire.
• Deoarece acesta este un proces de încălzire fără contact, cuptoarele cu vid folosesc acest proces pentru fabricarea oțelului și aliajelor specializate care se oxidează atunci când sunt încălzite în prezența oxigenului.
• Procesul de încălzire prin inducție este utilizat pentru sudarea metalelor și, uneori, a materialelor plastice atunci când acestea sunt dopate cu ceramică feromagnetică.
• Sobe cu inducție utilizate în bucătărie funcționează pe principiul încălzirii inductive.
• Pentru lipirea carburii se utilizează procesul de încălzire prin inducție a arborelui.
• Pentru etanșarea capacului rezistent la manipulare pe sticle și produse farmaceutice, se utilizează procesul de încălzire prin inducție.
• Mașina de modelat cu injecție de plastic utilizează încălzirea prin inducție pentru a îmbunătăți eficiența energetică pentru injecție.

Pentru industriile prelucrătoare, încălzire prin inducție oferă un pachet puternic de consistență, viteză și control. Acesta este un proces de încălzire îngrijit, rapid și nepoluant. Pierderea de căldură observată în timpul încălzirii inductive poate fi rezolvată folosind legea lui Lenz. Această lege a arătat o modalitate de utilizare productivă a pierderilor de căldură care apar în procesul de încălzire inductivă. Care dintre aplicațiile de încălzire inductivă te-a uimit?