Kuidas induktsioonsoojendi töötab ja töötab

Induktsioonkuumuti tööpõhimõte seisneb elektrit juhtiva metallist tooriku kuumutamises selles indutseeritud suletud pöörisvoolu abil.

Pöörisvoolud on voolud, mis tekivad tahketes juhtmetes elektromagnetilise induktsiooni nähtuse tõttu, kui neid juhtmeid läbistab vahelduv magnetväli. Nende voolude tekitamiseks kasutatakse energiat, mis muundatakse soojuseks ja soojendab juhtmeid.

Nende kadude vähendamiseks ja kütmise kõrvaldamiseks kasutatakse täisjuhtmete asemel kihilisi juhtmeid, milles üksikud kihid eraldatakse isolatsiooniga. See isolatsioon hoiab ära suurte suletud pöörisvoolude tekkimise ja vähendab energiakadusid nende säilitamiseks. Just neil põhjustel valmistatakse trafosüdamikud, generaatorite armatuurid jne õhukestest teraslehtedest, mis on üksteisest lakikihtidega isoleeritud.

Induktsioonkuumuti induktiivpool on vahelduvvoolu mähis, mis on loodud kõrgsagedusliku vahelduva elektromagnetvälja tekitamiseks.

Vahelduv kõrgsageduslik magnetväli mõjub omakorda elektrit juhtivale materjalile, põhjustades selles suure tihedusega suletud voolu ja seeläbi kuumutades töödeldavat detaili kuni selle sulamiseni. See nähtus on tuntud juba pikka aega ja seda on selgitatud Michael Faraday ajast, kes kirjeldas elektromagnetilise induktsiooni nähtus tagasi aastal 1931

Ajas muutuv magnetväli indutseerib juhis vahelduva EMF-i, mis lõikub selle jõujoontega. Selline traat võib üldjuhul olla trafo mähis, trafo südamik või mingi metalli tahke tükk.

Kui EMF indutseeritakse mähises, siis toodetakse trafo või vastuvõtja ja kui otse magnetahelas või lühises, tekib magnetahela või -pooli induktsioonkuumutus.

Näiteks halvasti konstrueeritud trafos südamiku soojendamine Foucault voolude abil oleks ühemõtteliselt kahjulik, kuid induktsioonkuumutites on selline nähtus kasulik.

Koormuse olemuse seisukohalt on induktsioonsoojendi, milles on kuumutatud juhtiv osa, nagu trafo, mille sekundaarmähis on lühises ühe pöörde võrra. Kuna tooriku sees on äärmiselt väike takistus, piisab isegi väikesest indutseeritud pööriselektriväljast nii suure tihedusega voolu tekitamiseks, et selle termiline efekt (vt. Joule-Lenzi seadus) oleks väga ilmekas ja praktiline.

Esimene seda tüüpi kanalahi ilmus Rootsis 1900. aastal, seda toideti vooluga sagedusega 50-60 Hz, sellega sulatati teraskanal ja metall juhiti tiiglisse, mis oli paigutatud lühikese ahelaga pöörlema. trafo sekundaarmähisest.Tõhususe probleem oli loomulikult olemas, kuna efektiivsus oli alla 50%.

Tänapäeval on induktsioonkuumuti juhtmevaba trafo, mis koosneb suhteliselt jämeda vasktoru ühest või mitmest pöördest, mille kaudu pumbatakse pumba abil aktiivjahutussüsteemi jahutusvedelikku. Sõltuvalt töödeldava proovi parameetritest rakendatakse toru juhtivale korpusele nagu induktiivpoolile vahelduvvool sagedusega mitu kilohertsi kuni mitu megahertsi.

Fakt on see, et kõrgetel sagedustel nihkub pöörisvool pöörisvoolu enda poolt kuumutatud proovist välja, kuna selle pöörisvoolu magnetväli nihutab tekkinud voolu pinna poole.

See avaldub kui naha efekt, kui maksimaalne voolutihedus tuleneb tooriku pinna langemisest õhukesele kihile ning mida kõrgem on kuumutatava materjali sagedus ja väiksem elektritakistus, seda õhem on kestakiht.

Vase puhul on näiteks 2 MHz juures nahk vaid veerand millimeetrit! See tähendab, et vasktooriku sisemisi kihte ei soojendata mitte otse pöörisvoolude, vaid õhukese väliskihi soojusjuhtimise teel. Kuid tehnoloogia on piisavalt tõhus, et kuumutada või sulatada kiiresti peaaegu kõiki elektrit juhtivaid materjale.

Ehitatakse kaasaegseid induktsioonsoojendeid põhineb võnkeahelal (pool-induktor ja kondensaator), mida toidab kaasas olev resonantsinverter IGBT või MOSFET — transistoridmis võimaldab saavutada töösagedusi kuni 300 kHz.

Kõrgemate sageduste jaoks kasutatakse vaakumtorusid, mis võimaldavad saavutada sagedusi 50 MHz ja kõrgemad, näiteks ehete sulatamiseks on vaja üsna kõrgeid sagedusi, kuna detaili suurus on väga väike.

Tööahelate kvaliteediteguri suurendamiseks kasutavad nad ühte kahest viisist: kas suurendavad ahela sagedust või suurendavad induktiivsust, lisades selle konstruktsiooni ferromagnetilisi sisestusi.

Dielektriline kuumutamine toimub ka tööstuses kõrgsagedusliku elektrivälja abil. Erinevus induktsioonkuumutusest on kasutatavad voolusagedused (induktsioonkuumutusega kuni 500 kHz ja dielektrikuga üle 1000 kHz). Sel juhul on oluline, et kuumutatav aine ei juhiks hästi elektrit, s.t. oli dielektrik.

Meetodi eeliseks on soojuse teke otse aine sees. Sel juhul võivad halvasti juhtivad ained seestpoolt kiiresti kuumeneda. Lisateabe saamiseks vaadake siit: Kõrgsageduslike dielektriliste küttemeetodite füüsikalised alused