Induksjonsoppvarming er en prosess som brukes til å binde, herde eller myke metaller eller andre ledende materialer. For mange moderne produksjonsprosesser gir induksjonsoppvarming en attraktiv kombinasjon av hastighet, konsistens og kontroll.
de grunnleggende prinsippene for induksjonsoppvarming har blitt forstått og anvendt på produksjon siden 1920-tallet. under Andre Verdenskrig utviklet teknologien seg raskt for å møte presserende krigstidskrav for en rask, pålitelig prosess for å herde metallmotordeler. Mer nylig har fokuset på lean produksjonsteknikker og vekt på forbedret kvalitetskontroll ført til en gjenoppdagelse av induksjonsteknologi, sammen med utviklingen av nøyaktig kontrollerte, alle solid state induksjonsstrømforsyninger.
Hva gjør denne oppvarmingsmetoden så unik? I de vanligste oppvarmingsmetodene påføres en fakkel eller åpen flamme direkte på metalldelen. Men med induksjonsoppvarming er varmen faktisk «indusert» i selve delen ved å sirkulere elektriske strømmer.Induksjonsoppvarming er avhengig av de unike egenskapene til radiofrekvensenergi ( RF) – den delen av det elektromagnetiske spektret under infrarød og mikrobølge energi. Siden varme overføres til produktet via elektromagnetiske bølger, kommer delen aldri i direkte kontakt med noen flamme, induktoren selv blir ikke varm (Se Figur 1), og det er ingen produktkontaminering. Når det er riktig satt opp, blir prosessen svært repeterbar og kontrollerbar.
Hvordan Induksjonsvarme Fungerer
hvordan fungerer induksjonsvarme? Det hjelper å ha en grunnleggende forståelse av prinsippene for elektrisitet. Når en vekslende elektrisk strøm påføres primæren til en transformator, opprettes et vekslende magnetfelt. Ifølge Faradays Lov, hvis sekundæret til transformatoren befinner seg innenfor magnetfeltet, vil en elektrisk strøm bli indusert.
i et grunnleggende induksjonsoppsett vist i Figur 2, sender EN SOLID state RF strømforsyning EN VEKSELSTRØM gjennom en spole (ofte en kobberspole), og delen som skal varmes opp (arbeidsstykket) plasseres inne i spolen. Induktoren tjener som transformator primær og den delen som skal varmes opp blir en kortslutning sekundær. Når en metalldel er plassert i induktoren og går inn i magnetfeltet, induseres sirkulerende eddystrømmer i delen.
som vist i Figur 3, strømmer disse virvelstrømmene mot metallets elektriske resistivitet, og genererer presis og lokalisert varme uten direkte kontakt mellom delen og induktoren. Denne oppvarmingen skjer med både magnetiske og ikke-magnetiske deler, og blir ofte referert til som «joule-effekten» – og refererer Til Joules første lov-en vitenskapelig formel som uttrykker forholdet mellom varme produsert av elektrisk strøm passert gjennom en leder.Sekundært produseres ytterligere varme i magnetiske deler gjennom hysterese-intern friksjon som oppstår når magnetiske deler passerer gjennom induktoren. Magnetiske materialer gir naturlig elektrisk motstand mot de raskt skiftende magnetfeltene i induktoren. Denne motstanden produserer intern friksjon som igjen produserer varme.
i prosessen med oppvarming av materialet er det derfor ingen kontakt mellom induktoren og delen, og det er heller ingen forbrenningsgasser. Materialet som skal varmes opp kan være plassert i en innstilling isolert fra strømforsyningen; nedsenket i en væske, dekket av isolerte stoffer, i gassformige atmosfærer eller til og med i vakuum.
Viktige Faktorer å Vurdere
effektiviteten av et induksjonsvarmesystem for en bestemt applikasjon avhenger av flere faktorer: egenskapene til selve delen, utformingen av induktoren, kapasiteten til strømforsyningen og mengden temperaturendring som kreves for applikasjonen.
Egenskapene Til Delen
METALL eller PLAST
først fungerer induksjonsvarme direkte bare med ledende materialer, normalt metaller. Plast og andre ikke-ledende materialer kan ofte oppvarmes indirekte ved først å varme opp en ledende metall susceptor som overfører varme til det ikke-ledende materialet.
MAGNETISK eller IKKE-MAGNETISK
det er lettere å varme opp magnetiske materialer. I tillegg til varmen indusert av eddystrømmer, produserer magnetiske materialer også varme gjennom det som kalles hystereseffekten (beskrevet ovenfor). Denne effekten opphører å forekomme ved temperaturer over» Curie » – punktet-temperaturen der et magnetisk materiale mister sine magnetiske egenskaper. Den relative motstanden av magnetiske materialer er vurdert på en» permeabilitet » skala fra 100 til 500; mens ikke-magnetikk har en permeabilitet på 1, kan magnetiske materialer ha en permeabilitet så høy som 500.
TYKK eller TYNN
med ledende materialer skjer omtrent 85% av oppvarmingseffekten på overflaten eller» huden » av delen; oppvarmingsintensiteten reduseres som avstanden fra overflaten increases.So små eller tynne deler generelt varme raskere enn store tykke deler, spesielt hvis de større delene må varmes hele veien gjennom.
Forskning har vist et forhold mellom frekvensen av vekselstrømmen og oppvarmingsdybden av penetrasjon: jo høyere frekvens, jo grunnere oppvarming i delen. Frekvenser på 100 til 400 kHz produserer relativt høy energi varme, ideell for rask oppvarming av små deler eller overflaten/huden på større deler. For dyp, gjennomtrengende varme har lengre oppvarmingssykluser ved lavere frekvenser på 5 til 30 kHz vist seg å være mest effektive.
RESISTIVITET
hvis du bruker nøyaktig samme induksjonsprosess for å varme opp to stykker av stål og kobber i samme størrelse, vil resultatene være ganske forskjellige. Hvorfor? Stål – sammen med karbon, tinn og wolfram-har høy elektrisk resistivitet. Fordi disse metallene sterkt motstår strømmen, bygger varmen opp raskt. Lav resistivitet metaller som kobber, messing og aluminium tar lengre tid å varme. Resistiviteten øker med temperaturen, så et veldig varmt stykke stål vil være mer mottakelig for induksjonsoppvarming enn et kaldt stykke.
Induktordesign
det er innenfor induktoren at det varierende magnetfeltet som kreves for induksjonsoppvarming, utvikles gjennom strømmen av vekselstrøm. Så induktordesign er et av de viktigste aspektene av det samlede systemet. En godt designet induktor gir riktig varmemønster for din del og maksimerer effektiviteten til induksjonsvarmestrømforsyningen, samtidig som den gir enkel innsetting og fjerning av delen.
Strømforsyningskapasitet
størrelsen på induksjonsstrømforsyningen som kreves for oppvarming av en bestemt del, kan enkelt beregnes. Først må man bestemme hvor mye energi som skal overføres til arbeidsstykket. Dette avhenger av massen av materialet som blir oppvarmet, materialets spesifikke varme og temperaturstigningen som kreves. Varmetap fra ledning, konveksjon og stråling bør også vurderes.
Grad Av Temperaturendring Som Kreves
til Slutt avhenger effektiviteten av induksjonsoppvarming for spesifikk bruk av mengden temperaturendring som kreves. Et bredt spekter av temperaturendringer kan tilpasses; som en tommelfingerregel benyttes mer induksjonsvarmekraft generelt for å øke graden av temperaturendring.