Indukciós fűtés elve és alkalmazásai

Indukció fűtési elv az 1920-as évek óta használják a gyártási folyamatokban. Amint azt mondják, hogy - a szükségesség a találmány anyja, a második világháború idején szükség van egy gyors folyamatra, amely megkeményíti a a fém motorral, gyorsan fejlesztette az indukciós fűtéstechnikát. Ma látjuk ennek a technológiának az alkalmazását a mindennapi követelményekben. A közelmúltban a jobb minőségellenőrzés és a biztonságos gyártási technikák iránti igény ismét a figyelem középpontjába került. A mai csúcstechnológiákkal új és megbízható módszereket vezetnek be az indukciós fűtés megvalósítására.

Mi az az indukciós fűtés?

Az működési elv Az indukciós fűtési folyamat kombinált receptje az elektromágneses indukció és a Joule fűtés. Az indukciós fűtési folyamat egy érintés nélküli folyamat, amelynek során egy elektromosan vezető fémet melegítenek örvényáramok létrehozásával a fém belsejében, elektromágneses indukciós elv alkalmazásával. Amint a keletkező örvényáram a fém ellenállásával szemben folyik, a Joule-fűtés elve alapján hő keletkezik a fémben.

Indukciós fűtés

Hogyan működik az indukciós fűtés?

A Faraday-törvény ismerete nagyon hasznos az indukciós fűtés működésének megértéséhez. Faraday elektromágneses indukciós törvénye szerint az elektromos tér megváltoztatása a karmester váltakozó mágneses mező keletkezik körülötte, amelynek erőssége az alkalmazott elektromos tér nagyságától függ. Ez az elv fordítva is működik, amikor a vezetőben megváltozik a mágneses tér.

Tehát a fenti elvet alkalmazzák az induktív fűtési folyamatban. Itt egy szilárd állapot RF frekvencia tápellátást vezetünk egy induktív tekercsre, és a melegítendő anyagot a tekercs belsejébe helyezzük. Mikor Váltakozó áram átkerül a tekercsen, váltakozó mágneses mező keletkezik körülötte Faraday törvénye szerint. Amikor az induktorba helyezett anyag ennek a váltakozó mágneses mezőnek a tartományába esik, örvényáram keletkezik az anyagon belül.

Most a Joule-fűtés elvét tartják be. Eszerint, amikor egy anyagon áramot vezetnek át, hő keletkezik az anyagban. Tehát, amikor az anyag az indukált mágneses tér miatt áram keletkezik, az áramló áram hőt termel az anyag belsejéből. Ez magyarázza az érintés nélküli induktív hevítés folyamatát.

Fém induktív fűtése

Indukciós fűtőkör diagram

Az indukciós fűtési folyamathoz használt beállítás RF tápegységből áll, amely biztosítja az áramkör váltakozó áramát. Réz tekercset használnak induktorként, és áramot vezetnek rá. A melegítendő anyag a réztekercs belsejébe kerül.

Tipikus indukciós fűtés beállítása

Az alkalmazott áram erősségének megváltoztatásával szabályozhatjuk a fűtési hőmérsékletet. Mivel az anyag belsejében keletkező örvényáram az anyag elektromos ellenállásával ellentétesen áramlik, ebben a folyamatban pontos és lokalizált hevítés figyelhető meg.

Az örvényáram mellett hő keletkezik a mágneses részekben bekövetkező hiszterézis miatt is. A mágneses anyag által az induktoron belüli változó mágneses tér felé irányuló elektromos ellenállás belső súrlódást okoz. Ez a belső súrlódás hőt hoz létre.

Mivel az indukciós fűtési folyamat érintés nélküli fűtési folyamat, a melegítendő anyag jelen lehet az áramellátástól távol, vagy folyadékba, bármilyen gáznemű környezetbe vagy vákuumba merülve. Ez a fajta fűtési folyamat nem igényel égési gázokat.

Az indukciós fűtőrendszer tervezésénél figyelembe veendő tényezők

Vannak néhány tényező ezt figyelembe kell venni az indukciós fűtési rendszer tervezése során bármilyen típusú alkalmazáshoz.

• Általában az indukciós fűtési eljárást alkalmazzák fémek és vezető anyagok esetében. A nem vezető anyagot közvetlenül fel lehet melegíteni.
• Miközben mágneses anyagokra viszik fel, a hőt mind az örvényáram, mind a mágneses anyagok hiszterézis hatása okozza.
• A kicsi és vékony anyagokat gyorsan felmelegítik a nagy és vastag anyagokkal összehasonlítva.
• Növelje a váltakozó áram frekvenciáját, csökkentse a behatolás fűtési mélységét.
• A nagyobb ellenállású anyagokat gyorsan felmelegítik.
• Az induktornak, amelyben a fűtőanyagot elhelyezni kell, lehetővé kell tennie az anyag könnyű behelyezését és eltávolítását.
• Az áramellátási teljesítmény kiszámításakor figyelembe kell venni a melegítendő anyag fajlagos hőjét, az anyag tömegét és a szükséges hőmérséklet-emelkedést.
• A vezetési, konvekciós és sugárzás miatti hőveszteséget szintén figyelembe kell venni az áramellátási kapacitás eldöntésénél.

Indukciós fűtési képlet

Az örvényáram által az anyagba behatolt mélységet az induktív áram frekvenciája határozza meg. Az áramhordó rétegek esetében az effektív mélység kiszámítható

Itt d jelzi a mélységet (cm), az anyag relatív mágneses permeabilitását pedig µ, ρ az anyag ellenállása ohm-cm-ben, f jelzi az ac tér frekvenciáját Hz-ben.

Indukciós fűtőtekercs tervezés

Az induktorként használt tekercs, amelyre az áramot alkalmazzák, különféle formákban kapható. Az anyagban indukált áram arányos a tekercsben lévő fordulatok számával. Így az indukciós fűtés hatékonysága és hatékonysága szempontjából fontos a tekercs kialakítása.

Az indukciós tekercsek általában vízhűtéses rézvezetők. Különböző formájú tekercseket használunk, felhasználásaink alapján. Leggyakrabban a többfordulós spiráltekercset használják. Ennél a tekercsnél a fűtési minta szélességét a tekercsben lévő fordulatok száma határozza meg. Az egyfordulatú tekercsek hasznosak olyan alkalmazásokban, ahol a munkadarab keskeny sávjának vagy az anyag hegyének melegítése szükséges.

A többállású spirális tekercs egynél több munkadarab fűtésére szolgál. Palacsintatekercset akkor használnak, amikor az anyagnak csak az egyik oldalát kell melegíteni. A belső tekercset a belső furatok fűtésére használják.

Az induktív fűtés alkalmazásai

• Célzott fűtés felületfűtésre, olvasztásra, forrasztásra induktív fűtési eljárással van lehetőség.
• A fémek mellett a folyadékvezetékek és a gázvezetékek hevítése induktív hevítéssel lehetséges.
• A félvezető-ipari szilícium fűtésére az induktív fűtés elvét alkalmazzák.
• Ezt az eljárást induktív kemencékben alkalmazzák a fém olvadáspontjáig történő melegítésére.
• Mivel ez egy érintés nélküli fűtési folyamat, a vákuumkemencék ezt a folyamatot olyan speciális acélok és ötvözetek előállítására használják, amelyek oxigén jelenlétében melegítve oxidálódnak.
• Indukciós fűtési eljárást alkalmaznak fémek és néha műanyagok hegesztésére, ha azokat ferromágneses kerámiával adják hozzá.
• A konyhában használt indukciós kályhák az induktív fűtés elvén működnek.
• A keményfém forrasztásához a tengelyig indukciós fűtési eljárást alkalmaznak.
• A palackok és gyógyszerek szabotázsbiztos kupakjának lezárásához indukciós hevítési eljárást alkalmaznak.
• A műanyag befecskendező modellező gép indukciós fűtést használ az injektálás energiahatékonyságának javítására.

A feldolgozóipar számára indukciós fűtés erőteljes egységességet, sebességet és irányíthatóságot kínál. Ez egy rendes, gyors és nem szennyező fűtési folyamat. Az induktív fűtés során megfigyelt hőveszteség Lenz törvénye alapján megoldható. Ez a törvény megmutatta az induktív hevítés során bekövetkező hőveszteség eredményes felhasználásának módját. Az induktív fűtés alkalmazásai közül melyik csodálkozott meg?