Induktionsuppvärmningsprincip och dess applikationer

Induktion värmeprincip har använts i tillverkningsprocesser sedan 1920-talet. Som det sägs att - nödvändigheten är uppfinnarens moder, under världskriget 2, behovet av en snabb process för att härda delar av metallen motor, har utvecklat induktionsuppvärmningsteknik snabbt. Idag ser vi tillämpningen av denna teknik i våra dagliga krav. Nyligen har behovet av förbättrad kvalitetskontroll och säkra tillverkningstekniker återigen tagit fram denna teknik. Med dagens avancerade teknik introduceras nya och pålitliga metoder för implementering av induktionsuppvärmning.

Vad är induktionsuppvärmning?

De arbetsprincip av induktionsuppvärmningsprocessen är ett kombinerat recept på elektromagnetisk induktion och Joule-uppvärmning. Induktionsuppvärmningsprocessen är den beröringsfria processen att värma en elektriskt ledande metall genom att generera virvelströmmar i metallen med användning av elektromagnetisk induktionsprincip. När den genererade virvelströmmen strömmar mot metallens resistivitet genereras värme i metallen genom principen om Joule-uppvärmning.

Induktionsuppvärmning

Hur induktionsvärme fungerar?

Att känna till Faradays lag är mycket användbart för att förstå hur induktionsvärme fungerar. Enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion, förändring av det elektriska fältet i dirigenten ger upphov till ett alternerande magnetfält runt det, vars styrka beror på storleken på det applicerade elektriska fältet. Denna princip fungerar också tvärtom när magnetfältet ändras i ledaren.

Så ovanstående princip används i den induktiva uppvärmningsprocessen. Här en solid state RF-frekvens strömförsörjning appliceras på en induktorspole och materialet som ska värmas placeras inuti spolen. När Växelström passeras genom spolen, genereras ett alternerande magnetfält runt det enligt Faradays lag. När materialet placerat inuti induktorn ligger inom detta alternerande magnetfält, genereras virvelström i materialet.

Nu följs principen om Joule-uppvärmning. Enligt detta genereras när en ström passerar genom ett material värme i materialet. Så när ström genereras i materialet på grund av det inducerade magnetfältet producerar den strömmande strömmen värme inifrån materialet. Detta förklarar processen för beröringsfri induktiv uppvärmning.

Induktiv uppvärmning av metall

Induktionsvärmesystem

Inställningen som används för induktionsuppvärmningsprocessen består av en RF-strömförsörjning för att förse kretsens växelström. En kopparspole används som induktor och ström appliceras på den. Materialet som ska värmas placeras i kopparspolen.

Typisk inställning för induktionsuppvärmning

Genom att ändra styrkan på den applicerade strömmen kan vi kontrollera uppvärmningstemperaturen. När virvelströmmen som produceras inuti materialet strömmar motsatt materialets elektriska resistivitet observeras exakt och lokal uppvärmning i denna process.

Förutom virvelström genereras värme också på grund av hysteres i magnetiska delar. Det elektriska motståndet som ett magnetiskt material erbjuder mot det förändrade magnetfältet i induktorn orsakar inre friktion. Denna inre friktion skapar värme.

Eftersom induktionsuppvärmningsprocessen är en kontaktfri uppvärmningsprocess kan materialet som ska värmas vara närvarande från strömförsörjningen eller nedsänkt i en vätska eller i alla gasformiga miljöer eller i vakuum. Denna typ av uppvärmningsprocess kräver inga förbränningsgaser.

Faktorer som ska beaktas vid utformning av induktionsvärmesystem

Det finns några faktorer detta bör övervägas när man designar ett induktionsvärmesystem för alla typer av applikationer.

• Normalt används induktionsuppvärmningsprocessen för metaller och ledande material. Det icke-ledande materialet kan värmas direkt.
• Medan det appliceras på magnetiska material genereras värme både genom virvelström och hystereseffekt av magnetiska material.
• Små och tunna material värms upp snabbt jämfört med stora och tjocka material.
• Högre frekvens för växelströmmen, sänk uppvärmningsdjupet för penetration.
• Material med högre resistivitet värms snabbt upp.
• Induktorn i vilken värmematerialet ska placeras bör möjliggöra enkel insättning och borttagning av materialet.
• Vid beräkning av strömförsörjningskapaciteten ska den specifika värmen för materialet som ska värmas, materialets massa och den temperaturhöjning som krävs beaktas.
• Värmeförlusten på grund av ledning, konvektion och strålning bör också beaktas för att bestämma strömförsörjningskapaciteten.

Induktionsuppvärmningsformel

Djupet som trängs in av virvelströmmen i materialet bestäms av frekvensen för den induktiva strömmen. För strömbärande lager kan det effektiva djupet beräknas som

Här indikerar d djup (cm), den relativa magnetiska permeabiliteten för materialet betecknas med µ, ρ materialets resistivitet i ohm-cm, f indikerar växelfältfrekvens i Hz.

Induktionsvärmespoldesign

Spolen som används som en induktor, på vilken ström appliceras, finns i olika former. Den inducerade strömmen i materialet är proportionell mot antalet varv i spolen. För induktionsuppvärmningens effektivitet och effektivitet är därför spiraldesignen viktig.

Vanligtvis är induktionsspolar vattenkylda kopparledare. Det finns olika former av spolar som används, baserat på våra applikationer. Spiralspiralen med flera varv används oftast. För denna spole definieras bredden på värmemönstret av antalet varv i spolen. Enkelsvängspolar är användbara för applikationer där det krävs uppvärmning av ett smalt band på arbetsstycket eller spetsen på materialet.

Spiralspiralen med flera lägen används för uppvärmning av mer än ett arbetsstycke. Pannkakspiral används när det endast krävs att värma ena sidan av materialet. Den inre spolen används för att värma inre hål.

Tillämpningar av induktiv uppvärmning

• Riktad uppvärmning för ytvärme, smältning, lödning är möjlig med induktiv uppvärmningsprocess.
• Förutom metaller är uppvärmning av flytande ledare och gasledare möjlig genom induktiv uppvärmning.
• För uppvärmning av kisel i halvledarindustrin används induktiv uppvärmningsprincip.
• Denna process används i induktiva ugnar för att värma metall till dess smältpunkt.
• Eftersom detta är en kontaktlös uppvärmningsprocess använder vakuumugnar denna process för tillverkning av specialiserat stål och legeringar som skulle oxideras vid uppvärmning i närvaro av syre.
• Induktionsuppvärmningsprocess används för svetsning av metaller och ibland plast när de dopas med ferromagnetisk keramik.
• Induktionsugnar som används i köket fungerar enligt induktiv uppvärmningsprincip.
• För hårdlödning av hårdmetall till axel används induktionsuppvärmningsprocess.
• För tätningsbeständig tätning av lock på flaskor och läkemedel används induktionsuppvärmningsprocessen.
• Plastinjektionsmodelleringsmaskin använder induktionsvärme för att förbättra energieffektiviteten för injektion.

För tillverkningsindustrin, induktionsvärme ger ett kraftfullt paket med konsistens, hastighet och kontroll. Detta är en snygg, snabb och icke-förorenande uppvärmningsprocess. Värmeförlusten som observerats under induktiv uppvärmning kan lösas med hjälp av Lenzs lag. Denna lag visade ett sätt att produktivt använda värmeförlusten som uppstår vid induktiv uppvärmning. Vilken av tillämpningen av induktiv uppvärmning har förvånat dig?