Cum funcționează și funcționează un încălzitor cu inducție

Principiul de funcționare al unui încălzitor cu inducție constă în încălzirea unei piese metalice conductoare electric prin intermediul unui curent turbionar închis indus în aceasta.

Curenții turbionari sunt curenți care apar în fire solide din cauza fenomenului de inducție electromagnetică atunci când aceste fire sunt pătrunse de un câmp magnetic alternativ. Energia este folosită pentru a crea acești curenți, care este transformat în căldură și încălzește firele.

Pentru a reduce aceste pierderi și a elimina încălzirea, în loc de fire solide, se folosesc fire stratificate, în care straturile individuale sunt separate prin izolație. Această izolație previne apariția curenților turbionari mari închiși și reduce pierderile de energie pentru a le menține. Din aceste motive, miezurile transformatoarelor, armăturile generatoarelor etc., sunt realizate din foi de oțel subțiri izolate între ele prin straturi de lac.

Inductorul dintr-un încălzitor cu inducție este o bobină de curent alternativ concepută pentru a crea un câmp electromagnetic alternativ de înaltă frecvență.

Câmpul magnetic alternant de înaltă frecvență, la rândul său, acționează asupra unui material conductor electric, provocând în acesta un curent închis de densitate mare și astfel încălzind piesa de prelucrat până se topește. Acest fenomen este cunoscut de mult timp și a fost explicat încă de pe vremea lui Michael Faraday, care a descris fenomen de inducție electromagnetică în 1931

Câmpul magnetic variabil în timp induce un EMF alternativ în conductor, care se intersectează cu liniile sale de forță. Un astfel de fir poate fi, în general, o înfășurare a transformatorului, un miez de transformator sau o bucată solidă de metal.

Dacă EMF este indus în bobină, atunci se produce un transformator sau receptor, iar dacă direct în circuitul magnetic sau într-un scurtcircuit, se produce încălzirea prin inducție a circuitului magnetic sau a bobinei.

Într-un transformator proiectat prost, de exemplu, încălzirea miezului prin curenții Foucault ar fi dăunător fără echivoc, dar într-un încălzitor cu inducție un astfel de fenomen are un scop util.

Din punctul de vedere al naturii sarcinii, un încălzitor cu inducție cu o parte conducătoare încălzită în el este ca un transformator cu o înfășurare secundară scurtcircuitată de o tură. Deoarece rezistența din interiorul piesei de prelucrat este extrem de mică, chiar și un mic câmp electric turbionar indus este suficient pentru a crea un curent cu o densitate atât de mare încât efectul său termic (cf. Legea Joule-Lenz) ar fi foarte expresiv și practic.

Primul cuptor cu canal de acest tip a apărut în Suedia în 1900, a fost alimentat cu curent cu o frecvență de 50-60 Hz, a fost folosit pentru topirea canalului de oțel și metalul a fost alimentat într-un creuzet aranjat într-o manieră de rotație cu lanț scurt. a înfăşurării secundare a unui transformator.Problema eficienței a fost desigur prezentă, deoarece eficiența a fost mai mică de 50%.

Astăzi, un încălzitor cu inducție este un transformator fără fir format din una sau mai multe spire ale unui tub de cupru relativ gros prin care lichidul de răcire al unui sistem de răcire activ este pompat folosind o pompă. Un curent alternativ cu o frecvență de la câțiva kiloherți până la câțiva megaherți este aplicat corpului conductor al tubului, ca un inductor, în funcție de parametrii probei procesate.

Cert este că la frecvențe înalte curentul turbionar este deplasat din proba încălzită de curentul turbionar însuși, deoarece câmpul magnetic al acestui curent turbionar deplasează curentul care a fost generat spre suprafață.

Aceasta se manifestă ca efect asupra pielii, când densitatea maximă de curent este rezultatul căderii suprafeței piesei de prelucrat pe un strat subțire, iar cu cât frecvența este mai mare și cu cât rezistența electrică a materialului încălzit este mai mică, cu atât stratul de înveliș este mai subțire.

Pentru cupru, de exemplu, la 2 MHz, pielea are doar un sfert de milimetru! Aceasta înseamnă că straturile interioare ale țaglei de cupru sunt încălzite nu direct de curenți turbionari, ci prin conducerea căldurii din stratul său exterior subțire. Cu toate acestea, tehnologia este suficient de eficientă pentru a încălzi sau topi rapid aproape orice material conductiv electric.

Se construiesc încălzitoare moderne cu inducție bazat pe un circuit oscilant (bobină-inductor și condensator) alimentat de un invertor rezonant inclus IGBT sau MOSFET — tranzistoarepermițând atingerea frecvențelor de funcționare de până la 300 kHz.

Pentru frecvențe mai mari, se folosesc tuburi cu vid, care fac posibilă atingerea frecvențelor de 50 MHz și mai mari, de exemplu, pentru topirea bijuteriilor, sunt necesare frecvențe destul de înalte, deoarece dimensiunea piesei este foarte mică.

Pentru a crește factorul de calitate al circuitelor de lucru, ei recurg la una din două moduri: fie creșterea frecvenței, fie creșterea inductanței circuitului prin adăugarea de inserții feromagnetice la construcția acestuia.

Încălzirea dielectrică se realizează și folosind un câmp electric de înaltă frecvență în industrie. Diferența față de încălzirea prin inducție este frecvențele curente utilizate (până la 500 kHz cu încălzire prin inducție și mai mult de 1000 kHz cu dielectric). În acest caz, este important ca substanța de încălzit să nu conducă bine electricitatea, adică. era un dielectric.

Avantajul metodei este generarea de căldură direct în interiorul substanței. În acest caz, substanțele slab conductoare se pot încălzi rapid din interior. Pentru mai multe detalii vezi aici: Bazele fizice fundamentale ale metodelor de încălzire dielectrică de înaltă frecvență