induktiokuumennus on prosessi, jossa metalleja tai muita johtavia materiaaleja sidotaan, kovetetaan tai pehmennetään. Monissa nykyaikaisissa valmistusprosesseissa induktiolämmitys tarjoaa houkuttelevan yhdistelmän nopeutta, johdonmukaisuutta ja hallintaa.
induktiolämmityksen perusperiaatteet on ymmärretty ja sovellettu valmistuksessa jo 1920-luvulta lähtien. toisen maailmansodan aikana tekniikka kehittyi nopeasti vastaamaan sodanaikaisia kiireellisiä vaatimuksia nopealle ja luotettavalle prosessille kovettaa moottorien metalliosia. Viime aikoina keskittyminen vähärasvaisiin valmistustekniikoihin ja painotus parempaan laadunvalvontaan ovat johtaneet induktioteknologian uudelleen löytämiseen sekä tarkasti valvottujen, kaikkien kiinteän tilan induktioteholähteiden kehittämiseen.
mikä tekee tästä lämmitysmenetelmästä niin ainutlaatuisen? Tavallisimmissa lämmitystavoissa metalliosaan kiinnitetään suoraan soihtu tai avotuli. Mutta induktiokuumennuksella lämpö itse asiassa” indusoituu ” itse osan sisällä kiertävien sähkövirtojen avulla.
induktiolämmitys perustuu radiotaajuusenergian (RF) ainutlaatuisiin ominaisuuksiin – siihen sähkömagneettisen spektrin osaan, joka on infrapuna-ja mikroaaltoenergian alapuolella. Koska lämpö siirtyy tuotteeseen sähkömagneettisten aaltojen kautta, osa ei koskaan joudu suoraan kosketukseen minkään liekin kanssa, induktori itsessään ei kuumene (KS.Kuva 1), eikä tuote saastu. Oikein määritettynä prosessista tulee hyvin toistettavissa ja hallittavissa.
miten induktiolämmitys toimii
miten induktiolämmitys tarkalleen toimii? Se auttaa ymmärtämään sähkön periaatteita. Kun muuntajan primaariin johdetaan vaihtuva sähkövirta, syntyy vaihtuva magneettikenttä. Faradayn lain mukaan, jos muuntajan toisio sijaitsee magneettikentän sisällä, syntyy sähkövirta.
kuvassa 2 esitetyssä induktiolämmityksen perusasetuksessa solid-state RF-virtalähde lähettää vaihtovirtaa Kelan (usein kuparikäämin) kautta, ja kuumennettava osa (työkappale) sijoitetaan Kelan sisään. Induktori toimii muuntajan ensisijaisena ja kuumennettavasta osasta tulee oikosulun sekundaarinen. Kun metalliosa on sijoitettu Kelan sisälle ja tulee magneettikenttään, kiertävät pyörrevirrat indusoituvat osan sisällä.
kuten kuvassa 3 esitetään, nämä pyörrevirrat virtaavat metallin sähkövastusta vastaan tuottaen tarkkaa ja paikallista lämpöä ilman suoraa kosketusta osan ja kelan välillä. Tämä kuumeneminen tapahtuu sekä magneettisten että ei-magneettisten osien kanssa, ja sitä kutsutaan usein ”Joule – ilmiöksi”, viitaten Joulen ensimmäiseen lakiin-tieteelliseen kaavaan, joka ilmaisee johtimen läpi kulkevan sähkövirran tuottaman lämmön välisen suhteen.
toissijaisesti magneettisten osien sisällä syntyy lisälämpöä hystereesi – sisäisen kitkan kautta, joka syntyy, kun magneettiset osat kulkevat kelan läpi. Magneettiset materiaalit tarjoavat luonnollisesti sähkövastuksen Kelan nopeasti muuttuville magneettikentille. Tämä vastus tuottaa sisäistä kitkaa, joka puolestaan tuottaa lämpöä.
materiaalia kuumennettaessa kelan ja osan välillä ei siis ole kontaktia, eikä myöskään palamiskaasuja. Lämmitettävä materiaali voi sijaita virransyötöstä eristetyssä ympäristössä; se voidaan upottaa nesteeseen, peittää eristetyillä aineilla, kaasumaisissa tiloissa tai jopa tyhjiössä.
tärkeät tekijät
induktiolämmitysjärjestelmän tehokkuus tiettyyn käyttötarkoitukseen riippuu useista tekijöistä: itse osan ominaisuudet, Kelan rakenne, virtalähteen kapasiteetti ja sovelluksen vaatiman lämpötilan muutoksen määrä.
osan ominaisuudet
metalli tai muovi
ensin induktiolämmitys toimii suoraan vain johtavilla materiaaleilla, yleensä metalleilla. Muoveja ja muita johtamattomia materiaaleja voidaan usein lämmittää välillisesti kuumentamalla ensin sähköä johtava metallihalkaisija, joka siirtää lämmön johtamattomaan materiaaliin.
magneettisia tai ei-magneettisia
magneettisia materiaaleja on helpompi kuumentaa. Pyörrevirtojen aiheuttaman lämmön lisäksi magneettiset aineet tuottavat lämpöä myös niin sanotun hystereesivaikutuksen (kuvattu edellä) kautta. Tämä vaikutus lakkaa esiintymästä ”Curie” – pisteen yläpuolella olevissa lämpötiloissa-lämpötilassa, jossa magneettinen materiaali menettää magneettiset ominaisuutensa. Magneettisten materiaalien suhteellinen vastus on mitoitettu ”permeabiliteetti” asteikolla 100-500; kun ei-magneettisten materiaalien permeabiliteetti on 1, magneettisten materiaalien permeabiliteetti voi olla jopa 500.
paksu tai ohut
johtavilla materiaaleilla noin 85% lämmitysvaikutuksesta tapahtuu osan pinnalla tai ”iholla”; lämmitysintensiteetti pienenee, kun etäisyys pinnasta increases.So pienet tai ohuet osat lämpenevät yleensä nopeammin kuin suuret paksut osat, varsinkin jos suuremmat osat täytyy kuumentaa kauttaaltaan.
tutkimukset ovat osoittaneet vaihtovirran taajuuden ja tunkeutumissyvyyden välisen suhteen: mitä korkeampi taajuus, sitä matalampi on osan lämmitys. Taajuudet 100-400 kHz tuottaa suhteellisen korkean energian lämpöä, ihanteellinen nopeasti lämmitys pieniä osia tai pinta / iho suurempia osia. Syvässä, läpitunkevassa lämmössä pidemmät lämmityskerrat 5-30 kHz: n matalammilla taajuuksilla ovat osoittautuneet tehokkaimmiksi.
resistiivisyys
Jos käytät täsmälleen samaa induktioprosessia kahden samankokoisen teräskappaleen ja kuparin lämmittämiseen, tulokset ovat aivan erilaiset. Miksi? Teräs-yhdessä hiilen, tinan ja volframin – on suuri sähköinen resistiivisyys. Koska nämä metallit vastustavat voimakkaasti virtausta, lämpöä kertyy nopeasti. Alhainen resistiivisyys metallit, kuten kupari, messinki ja alumiini kestää kauemmin lämpöä. Resistiivisyys kasvaa lämpötilan myötä, joten hyvin kuuma teräskappale on vastaanottavaisempi induktiokuumennukselle kuin kylmä kappale.
Kelan rakenne
kelan sisällä induktiokuumennuksen vaatima vaihteleva magneettikenttä kehittyy vaihtovirran avulla. Joten Kelan suunnittelu on yksi tärkeimmistä näkökohdista koko järjestelmän. Hyvin suunniteltu Kelan tarjoaa oikea Lämmitys malli Oman osan ja maksimoi tehokkuuden induktiolämmityksen virtalähde, mutta silti mahdollistaa helpon lisääminen ja poistaminen osa.
Virransyöttökapasiteetti
tietyn osan lämmitykseen tarvittavan induktiovirtalähteen koko voidaan helposti laskea. Ensin on määritettävä, kuinka paljon energiaa on siirrettävä työkappaleeseen. Tämä riippuu lämmitettävän materiaalin massasta, materiaalin ominaislämmöstä ja tarvittavasta lämpötilan noususta. Myös johtumisen, konvektion ja säteilyn lämpöhäviöt on otettava huomioon.
vaaditun Lämpötilamuutoksen aste
lopuksi induktiolämmityksen hyötysuhde tiettyyn käyttötarkoitukseen riippuu tarvittavan lämpötilan muutoksen määrästä. Monenlaisia lämpötilan muutoksia voidaan mukauttaa; nyrkkisääntönä käytetään yleensä enemmän induktiolämmitystehoa lämpötilan muutoksen asteen lisäämiseksi.