Induktsioon kütmise põhimõte on tootmisprotsessides kasutatud alates 1920. aastatest. Nagu öeldakse - vajadus on leiutise ema, on II maailmasõja ajal vajadus kiire protsessi järele, et metallist mootor, on kiiresti välja töötanud induktsioonkütte tehnoloogia. Täna näeme selle tehnoloogia kasutamist meie igapäevastes nõuetes. Viimasel ajal on vajadus täiustatud kvaliteedikontrolli ja ohutute tootmistehnikate järele toonud selle tehnoloogia taas tähelepanu keskpunkti. Tänapäevaste kõrgtehnoloogiate abil võetakse kasutusele uued ja usaldusväärsed meetodid induktsioonkütte rakendamiseks.
Mis on induktsioonküte?
The tööpõhimõte induktsioonkuumutusprotsessi elektromagnetilise induktsiooni ja Joule'i kuumutamise kombineeritud retsept. Induktsioonkuumutusprotsess on mittekontaktne protsess elektrit juhtiva metalli kuumutamiseks, tekitades elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel metalli sees pöörisvoolusid. Kui tekitatud pöörisvool voolab metalli takistuse vastu, tekib Joule'i kuumutamise põhimõttel metallis soojus.
Kuidas induktsioonküte töötab?
Faraday seaduse tundmine on induktsioonkütte toimimise mõistmiseks väga kasulik. Faraday elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt muudab elektrivälja sisse dirigent tekitab selle ümber vahelduva magnetvälja, mille tugevus sõltub rakendatava elektrivälja suurusest. See põhimõte töötab ka vastupidi, kui juhis muudetakse magnetvälja.
Niisiis, ülaltoodud põhimõtet kasutatakse induktiivses kuumutamisprotsessis. Siin tahke olek RF sagedus induktorpoolile antakse toiteallikas ja soojendatav materjal asetatakse mähise sisse. Millal Vahelduvvoolu juhitakse läbi mähise, tekib selle ümber vahelduv magnetväli vastavalt Faraday seadusele. Kui induktiivpooli sisestatud materjal jääb selle vahelduva magnetvälja vahemikku, tekib materjali sees pöörisvool.
Nüüd järgitakse Joule'i kuumutamise põhimõtet. Selle järgi tekib voolu läbimisel materjalist materjalis soojus. Niisiis, kui materjalis tekib indutseeritud magnetvälja tõttu vool, tekitab voolav vool materjali sees soojust. See seletab kontaktivaba induktiivse kuumutamise protsessi.
Metalli induktiivne kuumutamine
Induktsioonküttekontuuri skeem
Induktsioonkuumutusprotsessi jaoks kasutatav seadistus koosneb raadiosagedusliku toiteallikast vahelduvvoolu andmiseks vooluringile. Induktorina kasutatakse vaskpooli ja sellele rakendatakse voolu. Kuumutatav materjal asetatakse vasemähise sisse.
Tüüpiline induktsioonkütte seadistamine
Rakendatud voolu tugevuse muutmisega saame reguleerida küttetemperatuuri. Kui materjali sees tekkiv pöörisvool voolab vastupidiselt materjali elektritakistusele, täheldatakse selles protsessis täpset ja lokaliseeritud kuumutamist.
Lisaks pöörisvoolule tekitatakse soojust ka hüstereesi tõttu magnetosades. Magnetmaterjali pakutav elektritakistus induktori muutuva magnetvälja suunas põhjustab sisemist hõõrdumist. See sisemine hõõrdumine tekitab soojust.
Kuna induktsioonkuumutusprotsess on mittekontaktne kuumutusprotsess, võib kuumutatav materjal olla toiteallikast eemal või vedeliku, gaasiliste keskkondade või vaakumi all. Seda tüüpi kütteprotsess ei vaja põlemisgaase.
Induktsioonküttesüsteemi projekteerimisel arvestatavad tegurid
Seal on mõned tegurid seda tuleks kaaluda induktsioonküttesüsteemi kavandamisel igat tüüpi rakenduste jaoks.
- Tavaliselt kasutatakse induktsioonkuumutusprotsessi metallide ja juhtivate materjalide jaoks. Mittejuhtivat materjali saab otse kuumutada.
- Magnetilistele materjalidele kandmisel tekib soojust nii pöörisvoolu kui ka magnetmaterjalide hüstereesi mõju tõttu.
- Väikseid ja õhukesi materjale kuumutatakse kiiresti võrreldes suurte ja paksude materjalidega.
- Suurem vahelduvvoolu sagedus, madalam sissetungimissügavus.
- Suurema takistusega materjale kuumutatakse kiiresti.
- Induktiivpool, millesse küttematerjal asetatakse, peaks võimaldama materjali hõlpsat sisestamist ja eemaldamist.
- Toiteallika võimsuse arvutamisel tuleb arvestada soojendatava materjali erisoojusega, materjali massiga ja vajaliku temperatuuri tõusuga.
- Toiteallika võimsuse otsustamisel tuleks arvesse võtta ka juhtivusest, konvektsioonist ja kiirgusest tingitud soojuskaod.
Induktsioonkuumutuse valem
Pöörisvoolu materjali läbitud sügavus määratakse induktiivse voolu sageduse järgi. Voolukandvate kihtide korral saab efektiivse sügavuse arvutada järgmiselt:
D = 5000 √ρ / µfD tähistab sügavust (cm), materjali suhtelist magnetilist läbilaskvust tähistatakse µ, ρ materjali takistus oomi-cm, f näitab vahelduvvoolu sagedust Hz-des.
Induktsioonküttekatte disain
Induktorina kasutatav mähis, millele rakendatakse voolu, on erinevates vormides. Materjali indutseeritud vool on proportsionaalne mähises olevate pöörete arvuga. Seega on induktsioonkütte efektiivsuse ja tõhususe jaoks oluline mähise disain.
Tavaliselt on induktsioonmähised vesijahutusega vaskjuhid. Kasutatavate mähiste kuju on meie rakenduste põhjal erinev. Kõige sagedamini kasutatakse mitme pöördega spiraalset mähist. Selle mähise jaoks on küttemustri laius määratud mähises olevate pöörete arvuga. Ühekeeralised mähised on kasulikud rakendustes, kus on vaja tooriku või materjali otsa kitsa riba kuumutamist.
Mitmepositsioonilist spiraalset mähist kasutatakse rohkem kui ühe tooriku kuumutamiseks. Pannkoogimähist kasutatakse juhul, kui on vaja soojendada ainult materjali ühte külge. Sisemist mähist kasutatakse sisemiste aukude soojendamiseks.
Induktiivkütte rakendused
- Induktiivse kuumutamise protsessiga on võimalik sihtotstarbeline kuumutamine pinna kuumutamiseks, sulatamiseks, jootmiseks.
- Lisaks metallidele on vedel- ja gaasijuhtmete kuumutamine võimalik induktiivse kuumutamise teel.
- Räni kuumutamiseks pooljuhitööstuses kasutatakse induktiivse kuumutamise põhimõtet.
- Seda protsessi kasutatakse induktiivahjudes metalli kuumutamiseks selle sulamistemperatuurini.
- Kuna see on kontaktivaba kuumutusprotsess, kasutavad vaakumahjud seda protsessi spetsiaalse terase ja sulamite valmistamiseks, mis hapniku juuresolekul kuumutamisel oksüdeeruksid.
- Induktsioonkuumutusprotsessi kasutatakse metallide ja mõnikord ka plastide keevitamiseks, kui need on legeeritud ferromagnetilise keraamikaga.
- Köögis kasutatavad induktsioonahjud töötavad induktiivkütte põhimõttel.
- Karbiidi jootmiseks võlli külge kasutatakse induktsioonkuumutusprotsessi.
- Pudelite ja ravimite farmaatsiatoodete sulgemiseks kasutatakse induktsioonkuumutusprotsessi.
- Plastist sissepritsega modelleerimismasin kasutab induktsioonkuumutust süstimise energiatõhususe parandamiseks.
Töötleva tööstuse jaoks induktsioonküte pakub võimsat järjepidevuse, kiiruse ja kontrolli paketti. See on korralik, kiire ja saastamata kütteprotsess. Induktiivsel kuumutamisel täheldatud soojuskadu saab lahendada Lenzi seadusega. See seadus näitas induktiivse kuumutamise käigus tekkiva soojuskao produktiivset kasutamist. Milline induktiivkütte rakendustest on teid hämmastanud?
