Основи індукційного нагріву
Індукційний нагрів відбувається в електропроводячому об'єкті (не обов'язково магнітній сталі), коли об'єкт розміщений у мінливому магнітному полі. Індукційний нагрів обумовлений гістерезисом і втратами струму.
Індукційний нагрів це процес нагрівання електропровідного предмета (як правило, металу) електромагнітною індукцією, через тепло, що утворюється в об'єкті вихровими струмами. Індукційний нагрівач складається з електромагніту та електронного генератора, який пропускає через електромагніт змінний струм високої частоти (змінного струму). Магнітне поле, що швидко змінюється, проникає в об’єкт, генеруючи електричні струми всередині провідника, звані вихровими струмами. Вихрові струми, що протікають через опір матеріалу, нагрівають його нагріванням Джоуля. У феромагнітних (і ферримагнітних) матеріалах, таких як залізо, тепло також може генеруватися втратами магнітного гістерезису. Частота використовуваного струму залежить від розміру об'єкта, типу матеріалу, з'єднання (між робочою котушкою та об'єктом, що підлягає нагріванню) та глибини проникнення.
Втрати гістерезису відбуваються тільки в магнітних матеріалах, таких як сталь, нікель і дуже мало інших. Втрата гістерезису говорить про те, що це викликано тертям між молекулами, коли матеріал спочатку намагнічується в одному напрямку, а потім в іншому. Молекули можна розглядати як малі магніти, які обертаються з кожним зміною напрямку магнітного поля. Робота (енергія) потрібна, щоб повернути їх навколо. Енергія перетворюється на тепло. Швидкість витрати енергії (потужності) зростає зі збільшенням швидкості розвороту (частоти).
Витрати на вихровий струм виникають в будь-якому провідниковому матеріалі в різному магнітному полі. Це викликає заголовки, навіть якщо матеріали не мають будь-яких магнітних властивостей, зазвичай пов'язаних з залізом і сталлю. Прикладами є мідь, латунь, алюміній, цирконій, немагнітна нержавіюча сталь і уран. Вихрові струми - це електричні струми, що вводяться в дію трансформатора в матеріалі. Як випливає з їхньої назви, вони, здається, обертаються у завихреннях на вихорах у твердій масі матеріалу. Втрати вихрового струму набагато важливіші, ніж втрати гістерезису в індукційному нагріванні. Зазначимо, що індукційний нагрів застосовується до немагнітних матеріалів, де не відбувається втрат гістерезису.
Для нагрівання сталі для зміцнення, ковки, плавлення або будь-яких інших цілей, які потребують температури вище температури Кюрі, ми не можемо залежати від гістерезису. Сталь втрачає свої магнітні властивості вище цієї температури. Коли сталь нагрівається нижче точки Кюрі, внесок гістерезису зазвичай настільки малий, що його можна ігнорувати. Для всіх практичних цілей, я2R вихрових струмів є єдиним способом перетворення електричної енергії в тепло для цілей індукційного нагрівання.
Дві основні речі для індукційного нагріву:
- Зміна магнітного поля
- Електропровідний матеріал поміщений в магнітне поле