Indukcijsko zagrijavanje na kojoj udaljenosti je moguće. Visokofrekventno indukcijsko grijanje. Proračun indukcijskog grijanja

Mnogi su privučeni grijanje na strujučinjenica da radi autonomno i da ne mora stalno da se brine o njoj. Negativna strana takvih kotlova za grijanje su troškovi i tehnički zahtjevi.

Na nekim se mjestima jednostavno ne mogu primijeniti. No, mnogi se vlasnici toga ne plaše i vjeruju da jednostavnost rada pokriva sve nedostatke.

Pogotovo kada su se na prodajnim tržištima pojavili novi tipovi s induktivnim zavojnicama, a ne TEN-ovima. Oni zagrijavaju i ekonomično zagrijavaju zgradu trenutnom brzinom, kažu vlasnici jedinica. Nova vrsta kotlova naziva se indukcijska.

Nova vrsta grijača je jednostavna za upotrebu. Smatraju se sigurnim, u usporedbi s plinskim grijačima, nema čađe i čađe, što se ne može reći za uređaje na čvrsto gorivo. A najvažnija prednost je što nema potrebe za nabavkom čvrsto gorivo(ugalj, ogrevno drvo,).

Čim su se pojavili indukcijski grijači, odmah su pronađeni majstori koji, kako bi uštedjeli novac, pokušavaju vlastitim rukama stvoriti takvu instalaciju.

U ovom članku ćemo vam pomoći u dizajnu uređaj za grijanje na svoju ruku.

Uređaj gdje se metal i slični proizvodi zagrijavaju bez kontakta naziva se indukcijski grijač. Radom se upravlja izmjeničnim indukcijskim poljem koje djeluje na metal, a unutarnje struje stvaraju toplinu.

Struje visoka frekvencija utiču na proizvode osim na izolaciju, zbog čega je dizajn izvanredan u odnosu na druge vrste grijanja.

Poluvodički reduktori frekvencije danas se koriste u indukcijskim grijačima. Ova vrsta grijanja naširoko se koristi u toplinskoj obradi čeličnih površina i različite veze, legure.

Kompaktnost opreme koristi se u inovativnim tehnologijama, dok postoji ogroman ekonomski efekat. Različiti modeli pomažu u usvajanju fleksibilnih i automatiziranih kombinacija, uključujući univerzalne poluprovodničke reduktore frekvencije i spojne blokove kada se preferira indukcijski sustav.

Opis

Uređaj grijača

Tipični grijaći element uključuje sljedeće jedinice:

Grejni element u obliku šipke ili metalne cijevi.
Induktor- ovo je bakrena žica koja uokviruje zavojnicu sa zavojima. U procesu rada igra ulogu generatora.
Generator naizmjenična struja. Odvojeni dizajn gdje se standardna struja pretvara u vrijednost visoke frekvencije.

U praksi su se nedavno koristile indukcijske instalacije. Teorijske studije su daleko ispred. To se može objasniti jednom preprekom - dobivanjem velike frekvencije magnetskih polja. Činjenica je da se smatra neučinkovitim koristiti instalacije s niskom frekvencijom. Čim su se pojavile sa velikom frekvencijom, problem je riješen.

HDTV generatori su prošli kroz svoj evolucijski period; od cijevi do moderni modeli baziran na IGBT. Sada su učinkovitiji, lagani i lagani. Ograničenje njihove frekvencije je 100 kHz zbog dinamičkih gubitaka tranzistora.

Princip rada i opseg

Generator povećava frekvenciju struje i prenosi svoju energiju na zavojnicu. Induktor pretvara visokofrekventnu struju u naizmjenično elektromagnetsko polje. Elektromagnetski valovi se mijenjaju s visokom frekvencijom.

Zagrijavanje nastaje zbog zagrijavanja vrtložnih struja, koje izazivaju naizmjenični vrtložni vektori elektromagnetno polje... Energija visoke efikasnosti prenosi se gotovo bez gubitaka, a energija je dovoljna za zagrijavanje rashladne tekućine i još više.

Energija akumulatora se prenosi na medij za grijanje koji se nalazi unutar cijevi. Nosač topline je hladnjak grijaćeg elementa. Zbog toga se vijek trajanja povećava.

Industrija je najaktivniji potrošač indukcijskih grijača, budući da mnogi dizajni omogućuju visoku toplinsku obradu. Njihova upotreba povećava snagu proizvoda.

U kovačnicama visoke frekvencije ugrađuju se uređaji velike snage.

Tvrtke za kovanje i prešanje, koristeći takve jedinice, povećavaju produktivnost rada i smanjuju trošenje matrica, smanjuju potrošnju metala. Postrojenja sa direktnim grijanjem mogu pokriti više radnih komada odjednom.

U slučaju površinskog otvrdnjavanja dijelova, korištenje takvog grijanja omogućava nekoliko puta povećanje otpornosti na habanje i postizanje značajnog ekonomskog efekta.

Općeprihvaćeno područje primjene uređaja je lemljenje, topljenje, zagrijavanje prije deformacije i HFC stvrdnjavanje. Ali postoje i zone u kojima se dobijaju monokristalni poluprovodnički materijali, uzgajaju epitaksijalni filmovi, materijali se pjene u e-mail. polje, visokofrekventno zavarivanje školjki i cijevi.

Prednosti i nedostaci

Pros:

Grijanje visokog kvaliteta.
Visoka preciznost kontrole i fleksibilnost.
Pouzdanost. Može raditi autonomno uz automatizaciju.
Zagrijava bilo koju tekućinu.
Efikasnost uređaja je 90%.
Dug vijek trajanja(do 30 godina).
Lako se montira.
Grijač ne skuplja kamenac.
Zbog automatizacije, uštede energije.

Minusi:

Visoka cijena modela s automatizacijom.
Ovisnost o električnoj energiji.
Neki su modeli bučni.

Kako to učiniti sami?

Električni dijagram indukcijsko grijanje telo

Recimo da ste sami odlučili napraviti indukcijski grijač, za to pripremamo cijev, u nju ulijemo male komade čelične žice (dužine 9 cm).

Cijev može biti plastična ili metalna, što je najvažnije, s debelim zidovima. Zatim se zatvara posebnim adapterima sa svih strana.

Zatim na nju namotamo bakrenu žicu do 100 zavoja i postavimo je duž središnjeg dijela cijevi. Rezultat je induktor. Na ovaj namot priključujemo izlazni dio pretvarača. Kao asistent pribjegavamo.

Cijev djeluje kao grijač.

Pripremamo generator i sastavljamo cijelu konstrukciju.

Potrebni materijali i alati:

žica iz od nerđajućeg čelika ili žičana šipka (promjera 7 mm);
voda;
emajlirana bakrena žica;
metalna mreža s malim rupama;
adapteri;
plastična cijev s debelim zidovima;

Korak po korak vodič:

Način povezivanja na komade, dužine 50 mm.
Pripremamo školjku za grijač. Koristimo debelozidnu cijev (promjera 50 mm).
Pokrijte dno i vrh kućišta mrežom.
Pripremamo indukcijski svitak. Bakrene žice namotamo 90 okretaja na kućište i postavimo ih u središte školjke.
Izrežite dio cijevi iz cjevovoda i instalirajte indukcijski kotao.
Zavojnicu povezujemo s pretvaračem i napunite kotao vodom.
Rezultirajuću strukturu smo uzemljili.
Proveravamo sistem u radu. Ne može se koristiti bez vode jer se plastična cijev može otopiti.

Od invertera za zavarivanje

Najjednostavniji budžetska opcija je proizvodnja indukcijskog grijača pomoću pretvarača za zavarivanje:

Za to uzimamo polimernu cijev, njegovi zidovi trebaju biti debeli. Montiramo 2 ventila s krajeva i povezujemo ožičenje.
Stavljamo komade u cijev(promjera 5 mm) metalne žice i montirajte gornji ventil.
Zatim napravimo 90 okreta oko cijevi bakrenom žicom, dobijamo induktor. Grijaći element je cijev, koristimo aparat za zavarivanje kao generator.
Uređaj mora biti u AC modu sa visokom frekvencijom.
Priključujemo bakrenu žicu na stupove aparat za zavarivanje i provjerite rad.

Radeći kao induktor, emitirat će se magnetsko polje, dok, vrtložne strujeće zagrijati sjeckanu žicu, što će dovesti do ključanja vode u polimernoj cijevi

Otvorene dijelove konstrukcije, iz sigurnosnih razloga, treba izolirati.
Korištenje indukcijskog grijača preporučuje se samo u zatvoreni sistemi grejanje, gde je opremljena pumpa za cirkulaciju rashladne tečnosti.
Konstrukcija s indukcijskim grijačem postavlja se 800 mm od stropa, 300 - od namještaja i zidova.
Ugradnja manometra zaštitit će vaš dizajn.
Poželjno je opremiti uređaj za grijanje automatski sistem menadžment.
Grijač bi trebao biti priključen na električnu mrežu pomoću posebnih adaptera.

Indukcijsko grijanje 16.01.2018

V indukcijske peći i uređaji, toplina u električno provodljivom grijanom tijelu oslobađa se strujama koje u njemu nastaju izmjeničnom elektrikom magnetsko polje... Dakle, ovdje se vrši direktno grijanje.

Indukcijsko zagrijavanje metala temelji se na dva fizikalna zakona:

Faraday-Maxwellov zakon elektromagnetne indukcije i Joule-Lenzov zakon. Metalna tijela (obratci, dijelovi itd.) Smještena su u naizmjenično magnetsko polje koje pobuđuje vrtlog električno polje... EMF indukcije određen je brzinom promjene magnetskog toka. Pod djelovanjem EMF indukcije, vrtložne struje (zatvorene unutar tijela) teku u tijelima, emitirajući toplinu prema Joule-Lenz-ovom zakonu. Ovaj EMF stvara izmjeničnu struju u metalu, toplotne energije oslobođeni ovim strujama uzrok su zagrijavanja metala. Indukcijsko grijanje je direktno i beskontaktno. Omogućuje vam da postignete temperaturu dovoljnu za taljenje većine vatrostalnih metala i legura.

Indukcijsko zagrijavanje i otvrdnjavanje metala Intenzivno indukcijsko zagrijavanje moguće je samo u elektromagnetskim poljima visokog intenziteta i frekvencije, koja stvaraju posebnim uređajima- induktori. Induktori se napajaju iz mreže od 50 Hz (industrijske frekvencijske instalacije) ili iz pojedinačnih izvora energije - generatora i pretvarača srednje i visoke frekvencije.

Najjednostavniji induktor uređaja za indirektno indukcijsko grijanje niske frekvencije je izolirani provodnik (izduženi ili namotani), smješten unutar metalna cijev ili postavljene na njegovu površinu. Kada struja teče kroz provodnik-induktor, u cijevi se induciraju vrtložne struje koje ga zagrijavaju. Toplina iz cijevi (može biti i lončić, posuda) prenosi se u zagrijani medij (voda koja teče kroz cijev, zrak itd.).

Najčešće korišteno direktno indukcijsko zagrijavanje metala na srednjim i visokim frekvencijama. Za to se koriste prigušnice posebnog dizajna. Induktor emitira elektromagnetski val koji pada na zagrijano tijelo i prigušen je u njemu. Energija apsorbiranog vala se u tijelu pretvara u toplinu. Za grijanje ravna tijela koristite ravne induktore, cilindrične praznine - cilindrične (solenoidne) prigušnice. V opšti slučaj možda jesu kompleksnog oblika zbog potrebe koncentriranja elektromagnetske energije u željenom smjeru.

Karakteristika indukcionog unosa energije je mogućnost regulacije prostorne lokacije zone strujanja vrtložne struje. Prvo, vrtložne struje teku unutar područja koje pokriva induktor. Zagrijava samo onaj dio tijela koji je u magnetskoj vezi s induktorom, bez obzira na to ukupne dimenzije tijelo. Drugo, dubina zone cirkulacije vrtložne struje i, prema tome, zona oslobađanja energije zavise, između ostalih faktora, od frekvencije struje induktora (povećava se na niskim frekvencijama i opada sa povećanjem frekvencije). Efikasnost prijenosa energije sa induktora na zagrijanu struju ovisi o veličini razmaka između njih i povećava se s njegovim smanjenjem.

Indukcijsko grijanje se koristi za površinsko kaljenje čeličnih proizvoda, kroz zagrijavanje za plastičnu deformaciju (kovanje, štancanje, prešanje, itd.), topljenje metala, termičku obradu (žarenje, kaljenje, normalizacija, kaljenje), zavarivanje, navarivanje, lemljenje metala.

Za grijanje se koristi indirektno indukcijsko grijanje tehnološke opreme(cjevovodi, kontejneri itd.), zagrijavanje tekućih medija, sušenje premaza, materijala (na primjer, drvo). Najvažniji parametar instalacije za indukcijsko grijanje - učestalost. Za svaki proces (površinsko očvršćavanje, zagrijavanjem) postoji optimalan raspon frekvencija koji pruža najbolje tehnološke i ekonomski pokazatelji... Za indukcijsko zagrijavanje koriste se frekvencije od 50 Hz do 5 MHz.

Prednosti indukcijskog grijanja

1) Prenos električna energija direktno u zagrijano tijelo omogućava direktno zagrijavanje provodljivih materijala. U ovom slučaju, brzina zagrijavanja se povećava u usporedbi s instalacijama indirektnog djelovanja, u kojima se proizvod zagrijava samo s površine.

2) Za prijenos električne energije direktno u zagrijano tijelo nisu potrebni kontaktni uređaji. Pogodan je u uvjetima automatizirane linijske proizvodnje, pri upotrebi vakuumske i zaštitne opreme.

3) Zbog pojave površinskog efekta maksimalna snaga, se izdvaja u površinskom sloju zagrijanog proizvoda. Stoga indukcijsko zagrijavanje tijekom kaljenja osigurava brzo zagrijavanje površinskog sloja proizvoda. To omogućava postizanje visoke površinske tvrdoće dijela sa relativno viskoznom sredinom. Površinski proces indukciono kaljenje brži i ekonomičniji od ostalih metoda površinskog očvršćavanja proizvoda.

4) Indukcijsko grijanje u većini slučajeva poboljšava produktivnost i poboljšava radne uvjete.

Evo još jednog neobičnog efekta.

Indukcijsko zagrijavanje je proces koji se koristi za zagrijavanje metala ili drugih provodljivih materijala. Za mnoge moderne proizvodni procesi indukcijsko grijanje nudi pravu kombinaciju brzine, dosljednosti i kontrole procesa.

Osnovni principi indukcijskog grijanja primjenjuju se od 1920. Tokom Drugog svjetskog rata tehnologija se brzo razvijala zbog vojnih potreba za brzim i pouzdanim procesom kaljenja metalnih dijelova motora.

Najčešće metode koriste plamenicu ili otvoreni plamen izravno nanesene na metalni dio. No s indukcijskim zagrijavanjem, toplina se zapravo "inducira" unutar cirkulirajuće električne struje.

Indukcijsko zagrijavanje oslanja se na jedinstvene karakteristike energije radio frekvencije - dio elektromagnetskog spektra ispod infracrvene i mikrovalne energije. Budući da se toplina prenosi na proizvod elektromagnetskim valovima, ona nikada ne dolazi u direktan kontakt s plamenom. Nema zagađenja proizvoda i proces postaje vrlo ponovljiv i kontroliran.

Kako radi indukcijsko grijanje

Kako funkcionira indukcijsko grijanje?

Kada se na transformator primijeni izmjenična električna struja, stvara se naizmjenično magnetsko polje. Prema Faradayevom zakonu, ako je sekundarni namot transformatora u magnetskom polju, inducirat će se električna struja.

Induktor je transformator. Kada metalni deo smješteni u induktor, unutar dijela induciraju se vrtložne struje vrtložne struje.

Dodatna toplina nastaje u magnetskim dijelovima histerezom - unutarnjim trenjem koje nastaje pri prolasku magnetskog materijala kroz induktor. Materijal za zagrijavanje može se nalaziti izolirano od izvora energije, uronjen u tekućine, prekriven izoliranim tvarima u plinovitom mediju ili čak u vakuumu.

Efikasnost indukcijskog sistema grijanja ovisi o nekoliko faktora: dizajnu induktora, kapacitetu napajanja, količini potrebne promjene temperature.

Karakteristike zagrijanog materijala

METALNI ILI PLASTIČNI

Prvo, samo provodljivi materijali, obično metali, podliježu indukcijskom zagrijavanju. Plastika i drugi neprovodljivi materijali mogu se zagrijati samo posredno putem provodljivih metala zajedno s plastikom.

MAGNETNI I NEMAGNETSKI

Zagrijavanje je bolje s magnetskim materijalima. Za toplinu koju izazivaju vrtložne struje, magnetski materijali proizvode toplinu kroz efekt histereze. Ovaj učinak prestaje pri temperaturama iznad Kirijeve točke - temperaturi pri kojoj magnetski materijal gubi svoju vrijednost magnetna svojstva... Relativna stabilnost magnetskih materijala ocijenjena je na skali "propusnosti" od 100 do 500. Iako nemagnetični materijali imaju propusnost 1, magnetski materijali mogu imati propusnost do 500.

GUSTO ILI TANKO

Na vodljivim materijalima oko 85% efekta zagrijavanja javlja se na površini materijala. Intenzitet zagrijavanja opada kako se udaljenost od površine povećava. Tako se mali ili tanki dijelovi obično zagrijavaju brže od velikih i debelih dijelova, posebno ako velike dijelove treba potpuno zagrijati.

Studije su pokazale vezu između učestalosti i dubine prodiranja: što je veća frekvencija, to je dublja dubina. Relativno visoke frekvencije energije od 100 do 400 kHz idealne su za brzo zagrijavanje malih dijelova ili površina velikih dijelova. Za duboka penetracija toplina treba niže frekvencije od 5 do 30 kHz.

RESISTIVITY

Ako koristite potpuno isti proces indukcije i istu veličinu za čelični i bakreni dio, rezultati će biti potpuno drugačiji. Zašto? Čelik - zajedno sa ugljenikom, kalajem i volframom - ima visoku otpornost. Budući da se metali opiru protoku struje. Metali niske otpornosti: bakar, mjed i aluminij bolje će se zagrijati. Otpornost raste s temperaturom, pa će vrlo vrući komad čelika biti podložniji indukcijskom zagrijavanju od hladnog komada.

Dizajn induktora

Dizajn i konstrukcija induktora je jedan od najvažnijih važni aspekti sistem u celini. Dobro osmišljen dizajn osigurava pravilno grijanje i maksimizira učinkovitost indukcijskog grijanja.

Brzina promjene temperature

Konačno, učinkovitost indukcijskog grijanja za određeni dio ovisi o broju potrebnih promjena temperature. Širok raspon temperaturnih promjena zahtijeva više indukcijskog zagrijavanja dovoda.

U indukcijskim pećima i uređajima toplina u električno provodljivom zagrijanom tijelu oslobađa se strujama koje u njemu inducira naizmjenično elektromagnetsko polje. Dakle, ovdje se vrši direktno zagrijavanje.

Indukcijsko zagrijavanje metala temelji se na dva fizička zakona: i Joule-Lenz-ovom zakonu. U njih se postavljaju metalna tijela (obratci, dijelovi itd.), Što u njima pobuđuje vrtlog. EMF indukcije određen je brzinom promjene magnetskog toka. Pod djelovanjem EMF indukcije, vrtložne struje (zatvorene unutar tijela) teku u tijelima, emitirajući toplinu. Ovaj EMF stvara u metalu, toplotna energija koju oslobađaju ove struje je uzrok zagrijavanja metala. Indukcijsko grijanje je direktno i beskontaktno. Omogućuje vam da postignete temperaturu dovoljnu za taljenje većine vatrostalnih metala i legura.

Intenzivno indukcijsko zagrijavanje moguće je samo u elektromagnetskim poljima visokog intenziteta i frekvencije, koja se stvaraju posebnim uređajima - prigušnicama. Induktori se napajaju iz mreže od 50 Hz (industrijske frekvencijske instalacije) ili iz pojedinačnih izvora energije - generatora i pretvarača srednje i visoke frekvencije.

Najjednostavniji induktor uređaja za indirektno indukcijsko grijanje niske frekvencije je izolirani vodič (izdužen ili namotan), smješten unutar metalne cijevi ili postavljen na njenu površinu. Kada struja teče kroz vodič-induktor, cijevi za grijanje se induciraju u cijevi. Toplina iz cijevi (može biti i lončić, posuda) prenosi se u zagrijani medij (voda koja teče kroz cijev, zrak itd.).

Najviše se koristi direktno indukcijsko zagrijavanje metala na srednjim i visokim frekvencijama. Za to se koriste prigušnice posebnog dizajna. Inducira se induktor koji pada na zagrijano tijelo i u njemu izumire. Energija apsorbiranog vala se u tijelu pretvara u toplinu. Učinkovitost zagrijavanja je veća, što je oblik emitiranog elektromagnetskog vala (ravni, cilindrični itd.) Bliži obliku tijela. Zbog toga se ravni induktori koriste za zagrijavanje ravnih tijela, cilindrični (solenoidni) induktori se koriste za cilindrične blanke. U općem slučaju, oni mogu imati složen oblik zbog potrebe koncentriranja elektromagnetske energije u željenom smjeru.

Značajka unosa indukcijske energije je mogućnost reguliranja prostorne lokacije zone protoka vrtložne struje. Prvo, vrtložne struje teku unutar područja koje pokriva induktor. Zagreva se samo onaj deo tela koji je u magnetnoj vezi sa induktorom, bez obzira na ukupnu veličinu tela. Drugo, dubina zone cirkulacije vrtložne struje i, prema tome, zona oslobađanja energije zavise, između ostalih faktora, od frekvencije struje induktora (povećava se na niskim frekvencijama i opada sa povećanjem frekvencije). Efikasnost prijenosa energije sa induktora na zagrijanu struju ovisi o veličini razmaka između njih i povećava se s njegovim smanjenjem.

Indukcijsko grijanje koristi se za površinsko stvrdnjavanje čeličnih proizvoda, zagrijavanjem za plastične deformacije (kovanje, štancanje, prešanje itd.), Taljenje metala, toplinsku obradu (žarenje, kaljenje, normalizacija, kaljenje), zavarivanje, navarivanje, lemljenje metala.

Indirektno indukcijsko grijanje koristi se za zagrijavanje tehnološke opreme (cjevovodi, kontejneri itd.), Zagrijavanje tekućih medija, prevlaka za sušenje, materijala (na primjer, drva). Najvažniji parametar instalacija indukcijskog grijanja je frekvencija. Za svaki proces (površinsko očvršćavanje, zagrijavanjem) postoji optimalan raspon frekvencija koji daje najbolje tehnološke i ekonomske pokazatelje. Za indukcijsko zagrijavanje koriste se frekvencije od 50 Hz do 5 MHz.

Prednosti indukcijskog grijanja

1) Prijenos električne energije direktno u zagrijano tijelo omogućava direktno zagrijavanje provodljivih materijala. U ovom slučaju, brzina zagrijavanja se povećava u usporedbi s instalacijama indirektnog djelovanja, u kojima se proizvod zagrijava samo s površine.

2) Za prijenos električne energije direktno u zagrijano tijelo nisu potrebni kontaktni uređaji. Pogodan je u uslovima automatizovane proizvodne linije, kada se koristi vakuumska i zaštitna oprema.

3) Zbog fenomena površinskog efekta, maksimalna snaga se oslobađa u površinskom sloju zagrijanog proizvoda. Stoga indukcijsko zagrijavanje tijekom kaljenja osigurava brzo zagrijavanje površinskog sloja proizvoda. To omogućava postizanje visoke površinske tvrdoće dijela s relativno viskoznom sredinom. Indukcijsko površinsko očvršćavanje brže je i ekonomičnije od ostalih metoda površinskog očvršćavanja.

4) Indukcijsko grijanje u većini slučajeva poboljšava produktivnost i poboljšava radne uvjete.

Indukcija peći za topljenje

Indukcijska peć ili uređaj može se posmatrati kao neka vrsta transformatora, u kojem je primarni namotaj (induktor) spojen na izvor izmjenične struje, a samo grijano tijelo služi kao sekundarni namotaj.

Radni proces peći za indukcijsko taljenje karakterizira elektrodinamičko i toplinsko kretanje tekućeg metala u kadi ili loncu, što doprinosi proizvodnji metala ujednačenog sastava i ujednačene temperature po cijelom volumenu, kao i niskog metala otpada (nekoliko puta manje nego u lučnim pećima).

Indukcijske peći za topljenje koriste se u proizvodnji odljevaka, uključujući i oblikovane, od čelika, lijevanog željeza, obojenih metala i legura.

Peći za indukcijsko taljenje mogu se podijeliti na kanalske peći industrijske frekvencije i lončane peći industrijske, srednje i visoke frekvencije.

Indukcijska kanalska peć je transformator, obično na frekvenciji napajanja (50 Hz). Sekundarni namotaj transformatora je zavojnica od rastopljenog metala. Metal je zatvoren u prstenasti vatrostalni kanal. Glavni magnetski tok inducira EMF u metalu kanala, EMF stvara struju, struja zagrijava metal, pa je peć s indukcijskim kanalom slična transformatoru koji radi u načinu kratkog spoja. Induktori kanalske peći su izrađeni od uzdužne bakrene cijevi, ima vodeno hlađenje, kanalski dio ognjišta se hladi ventilatorom ili centraliziranim sustavom za zrak.

Kanalne indukcijske peći dizajnirane su za kontinuirani rad s rijetkim prijelazima iz jedne vrste metala u drugu. Kanalne indukcijske peći uglavnom se koriste za topljenje aluminija i njegovih legura, kao i bakra i nekih njegovih legura. Ostale serije peći su specijalizovane kao mešalice za držanje i pregrijavanje tekućeg gvožđa, obojenih metala i legura pre livenja u kalupe za livenje.

Rad indukcijske peći s loncem temelji se na apsorpciji elektromagnetne energije provodljivog naboja. Kavez je smješten unutar cilindričnog svitka - induktora. WITH električna tačka pogled, indukcijska peć iz lonca je kratko spojeni zračni transformator, čiji je sekundarni namot provodno punjenje.

Indukcijske ložišne peći koriste se uglavnom za taljenje metala za oblikovano lijevanje u periodičnom načinu rada, kao i, bez obzira na način rada, za taljenje određenih legura, poput bronze, koje negativno utječu na oblaganje kanalskih peći.

Opis metode

Indukcijsko grijanje je zagrijavanje materijala električne struje, koje su inducirane izmjeničnim magnetskim poljem. Posljedično, ovo je zagrijavanje proizvoda od vodljivih materijala (vodiča) pomoću magnetskog polja induktora (izvori izmjeničnog magnetskog polja). Indukcijsko zagrijavanje se vrši na sljedeći način. Električno vodljivi (metalni, grafitni) komad smješten je u takozvani induktor, koji je jedan ili više zavoja žice (najčešće bakrene). Snažne struje se induciraju u induktoru pomoću posebnog generatora različita frekvencija(od deset Hz do nekoliko MHz), uslijed čega oko induktora nastaje elektromagnetsko polje. Elektromagnetsko polje izaziva vrtložne struje u izratku. Vrtložne struje zagrijavaju radni predmet pod utjecajem Joule topline (vidi Joule-Lenzov zakon).

Sustav induktora radnog komada je transformator bez jezgre u kojem je induktor primarni namot. Obradak je kratko spojeni sekundarni namot. Magnetni tok između namotaja je zatvoren u zraku.

Na visokoj frekvenciji, vrtložne struje se pomiču magnetskim poljem koje ih formiraju u tanke površinske slojeve obratka Δ (površinski efekat), zbog čega se njihova gustoća naglo povećava, a radni komad se zagrijava. Donji metalni slojevi zagrijavaju se zbog toplinske vodljivosti. Nije važna struja, već velika gustoća struje. U sloju kože Δ, gustoća struje se smanjuje za e puta u odnosu na gustinu struje na površini obratka, dok se 86,4% toplote oslobađa u sloju kože (od ukupnog oslobađanja toplote. Dubina sloja kože zavisi od frekvencije zračenja: što je frekvencija veća, to je tanji Zavisi i od relativne magnetne permeabilnosti μ materijala obratka.

Za željezo, kobalt, nikal i magnetske legure na temperaturama ispod Kirijeve točke μ ima vrijednost od nekoliko stotina do desetina hiljada. Za ostale materijale (taline, obojeni metali, tečni eutektici niskog taljenja, grafit, elektroliti, električno vodljiva keramika, itd.) μ je približno jednak jedinici.

Formula za izračunavanje dubine kože u mm:

gdje μ 0 = 4π · 10 −7 je magnetna konstanta H / m, i ρ - specifično električni otpor materijal obratka na temperaturi obrade.

Na primjer, na frekvenciji od 2 MHz, dubina kožnog sloja za bakar je oko 0,25 mm, za željezo ≈ 0,001 mm.

Induktor se tijekom rada jako zagrijava jer apsorbira vlastito zračenje. Osim toga, upija toplotno zračenje od usijanog obratka. Napravite induktore od bakarne cevi ohladiti vodom. Voda se dovodi usisnim putem - to osigurava sigurnost u slučaju izgaranja ili drugog smanjenja tlaka induktora.

Aplikacija

Ultračisto beskontaktno topljenje, lemljenje i zavarivanje metala.
Dobijanje prototipova legura.
Savijanje i toplinska obrada dijelova strojeva.
Izrada nakita.
Obrada malih dijelova koji se mogu oštetiti plamenom ili lučnim zagrijavanjem.
Površinsko očvršćavanje.
Kašenje i termička obrada dijelova složenog oblika.
Dezinfekcija medicinskih instrumenata.

Prednosti

Brzo zagrijavanje ili taljenje bilo kojeg električno provodljivog materijala.
Zagrijavanje je moguće u atmosferi zaštitnog plina, u oksidirajućoj (ili redukcijskoj) sredini, u neprovodnoj tekućini, u vakuumu.
Zagrijavanje kroz zidove zaštitne komore od stakla, cementa, plastike, drveta - ovi materijali vrlo slabo apsorbiraju elektromagnetno zračenje i ostaju hladni tokom rada instalacije. Zagreva se samo električno provodljivi materijal - metal (uključujući otopljeni), ugljenik, provodljiva keramika, elektroliti, tečni metali itd.
Zbog nastalih MHD sila, tečni metal se intenzivno miješa, sve do zadržavanja suspendiranog u zraku ili zaštitnom plinu - tako se u malim količinama dobivaju ultračiste legure (levitacijsko topljenje, topljenje u elektromagnetnom lončiću).
Budući da se grijanje vrši pomoću elektromagnetno zračenje, nema kontaminacije obratka proizvodima izgaranja baklje u slučaju zagrijavanja plamenom na plin, ili materijalom elektrode u slučaju lučnog zagrijavanja. Stavljanje uzoraka u atmosferu inertni gas a visoka stopa zagrijavanja će eliminirati stvaranje kamenca.
Jednostavna upotreba zbog male veličine induktora.
Induktor se može napraviti posebnog oblika - to će omogućiti ravnomjerno zagrijavanje dijelova složene konfiguracije po cijeloj površini, a da ne dođe do njihovog savijanja ili lokalnog nezagrijavanja.
Lokalno i selektivno grijanje je jednostavno.
Budući da je zagrijavanje najintenzivnije u tankom gornjih slojeva obradaka, a slojevi ispod se nježnije zagrijavaju zbog toplinske provodljivosti, metoda je idealna za površinsko očvršćavanje dijelova (jezgro ostaje viskozno).
Laka automatizacija opreme - ciklusi grijanja i hlađenja, kontrola i zadržavanje temperature, isporuka i uklanjanje obratka.

nedostatke

Povećana složenost opreme zahtijeva kvalificirano osoblje za podešavanje i popravak.
Uz lošu koordinaciju induktora s izratkom, potrebna je veća snaga grijanja nego u slučaju korištenja grijaćih elemenata za isti zadatak, električni lukovi itd.

Indukcijske instalacije grijanja

U instalacijama s radnom frekvencijom do 300 kHz, pretvarači se koriste na IGBT sklopovima ili MOSFET tranzistorima. Takve instalacije namijenjene su zagrijavanju velikih dijelova. Za zagrijavanje malih dijelova koriste se visoke frekvencije (do 5 MHz, raspon srednjih i kratkih valova), visokofrekventne instalacije izgrađene su na elektronskim cijevima.

Također, za grijanje malih dijelova grade se instalacije povećane frekvencije na MOSFET tranzistorima za radne frekvencije do 1,7 MHz. Upravljanje tranzistorima i njihova zaštita na višim frekvencijama predstavlja određene poteškoće, pa su postavke veće frekvencije i dalje prilično skupe.

Induktor za zagrijavanje malih dijelova ima mala velicina i mali induktivitet, što dovodi do smanjenja faktora kvalitete radnog oscilirajućeg kruga na niskim frekvencijama i smanjenja efikasnosti, a predstavlja i opasnost za glavni oscilator (faktor kvalitete oscilirajućeg kruga proporcionalan je L / C, formira se oscilirajući krug s niskim faktorom kvalitete koji se previše "pumpa" energijom kratki spoj induktor i deaktivira glavni oscilator). Za povećanje faktora kvalitete oscilatornog kruga koriste se dva načina:

povećanje radne frekvencije, što dovodi do složenije i skuplje instalacije;
upotreba feromagnetnih umetaka u induktoru; lijepljenje induktora pločama od feromagnetnog materijala.

Budući da induktor najefikasnije radi na visokim frekvencijama, indukcijsko grijanje dobilo je industrijsku primjenu nakon razvoja i početka proizvodnje snažnih generatorskih lampi. Prije Prvog svjetskog rata indukcijsko grijanje je bilo ograničene upotrebe. U to vrijeme kao generatori su korišteni strojni generatori povećane frekvencije (rad V.P. Vologdina) ili instalacije za pražnjenje iskri.

Krug generatora može biti, u načelu, bilo koji (multivibrator, RC generator, generator s neovisnom pobudom, različiti generatori opuštanja), koji radi na opterećenju u obliku induktora i ima dovoljnu snagu. Također je potrebno da frekvencija vibracija bude dovoljno visoka.

Na primjer, za "rezanje" u nekoliko sekundi čelična žica promjera 4 mm potrebna je oscilatorna snaga od najmanje 2 kW pri frekvenciji od najmanje 300 kHz.

Odaberite shemu prema sledećim kriterijumima: pouzdanost; stabilnost fluktuacija; stabilnost snage koja se oslobađa u radnom komadu; jednostavnost proizvodnje; jednostavnost prilagođavanja; minimalni iznos dijelovi za smanjenje troškova; korištenje dijelova koji zajedno daju smanjenje težine i dimenzija itd.

Dugi niz desetljeća induktivna trotočka korištena je kao generator visokofrekventnih oscilacija (Hartley generator, generator s autotransformatorom povratne informacije, krug na induktivnom razdjelniku napona petlje). Ovo je samopobudni krug paralelnog napajanja anode i sklop za odabir frekvencije napravljen na oscilatornom krugu. Uspješno se koristi i nastavlja se koristiti u laboratorijama, radionicama nakita, industrijska preduzeća kao i u amaterskoj praksi. Na primjer, tijekom Drugog svjetskog rata na takvim je instalacijama izvršeno površinsko očvršćavanje valjaka tenka T-34.

Nedostaci tri tačke:

Niska efikasnost (manje od 40% kada se koristi lampa).
Snažno odstupanje frekvencije u vrijeme zagrijavanja obratka od magnetskih materijala iznad Curie točke (≈700S) (μ se mijenja), što mijenja dubinu sloja kože i nepredvidivo mijenja način toplinske obrade. Prilikom termičke obrade kritičnih dijelova to može biti neprihvatljivo. Također, snažni televizori trebali bi raditi u uskom rasponu frekvencija koje dopušta Rossvyazokhrankultura, budući da su sa lošom zaštitom zapravo radijski odašiljači i mogu ometati televizijsko i radijsko emitiranje, obalne i spasilačke službe.
Pri promjeni obratka (na primjer, manjeg za veći), induktivnost sistema induktor-obradak se mijenja, što također dovodi do promjene frekvencije i dubine sloja kože.
Pri prijelazu s jednookretnih induktora na više zavoja, na veće ili manje, mijenja se i frekvencija.

Pod vodstvom Babata, Lozinskog i drugih znanstvenika, razvijena su kola s dva i tri kruga s više visoka efikasnost(do 70%), kao i bolje držanje radne frekvencije. Njihov princip rada je sljedeći. Zbog upotrebe spojenih krugova i slabljenja veze između njih, promjena induktivnosti radnog kruga ne povlači za sobom snažnu promjenu frekvencije kruga za podešavanje frekvencije. Radio predajnici su dizajnirani po istom principu.

Moderni TVF generatori su pretvarači zasnovani na IGBT sklopovima ili moćnim MOSFET tranzistorima, obično napravljeni u mostu ili polumostnoj shemi. Radite na frekvencijama do 500 kHz. Kapije tranzistora se otvaraju pomoću upravljačkog sistema mikrokontrolera. Kontrolni sistem, ovisno o zadatku, omogućava vam automatsko držanje
a) konstantna frekvencija
b) konstantna snaga oslobođena u izratku
c) najveća moguća efikasnost.
Na primjer, kada se magnetski materijal zagrije iznad Curie točke, debljina sloja kože naglo se povećava, gustoća struje opada, a radni predmet počinje se grijati lošije. Također, magnetska svojstva materijala nestaju i proces preokreta magnetizacije prestaje - radni predmet počinje se zagrijavati lošije, otpor opterećenja naglo opada - to može dovesti do "odvajanja" generatora i njegovog kvara. Upravljački sistem prati prelazak kroz Kirijevu tačku i automatski povećava frekvenciju kada se opterećenje iznenada smanji (ili smanji snaga).

Primjedbe

Induktor treba postaviti što je moguće bliže izratku. Ovo ne samo da povećava gustoću elektromagnetskog polja u blizini obratka (proporcionalno kvadratu udaljenosti), već povećava i faktor snage Cos (φ).
Povećanje frekvencije dramatično smanjuje faktor snage (proporcionalno kocki frekvencije).
Prilikom zagrijavanja magnetskih materijala, dodatna toplina se oslobađa i zbog preokreta magnetizacije; njihovo zagrijavanje do Curie točke je mnogo efikasnije.
Prilikom izračunavanja induktora potrebno je uzeti u obzir induktivnost sabirnica koje napajaju induktor, a koja može biti mnogo veća od induktivnosti samog induktora (ako je induktor izveden u obliku jednog okreta malog promjera ili čak i dio zavoja - luk).
Ponekad su se kao visokofrekventni generatori koristili stavljeni iz upotrebe moćni radio predajnici, gdje je antenski krug zamijenjen induktorom za grijanje.

vidi takođe

Linkovi

Književnost

Babat G.I., Svenchansky A.D. Električna industrijske peći... - M.: Gosenergoizdat, 1948.-- 332 str.
Burak Ya.I., Ogirko I.V. Optimalno zagrijavanje cilindrične ljuske s temperaturno ovisnim karakteristikama materijala // Mat. metode i fizičko krzno. polja... - 1977. - V. 5. - S. 26-30.
Vasiliev A.S. Cijevni generatori za visokofrekventno grijanje. - L .: Strojarstvo, 1990.- 80 str. - (Biblioteka visokofrekventnog termista; broj 15). - 5300 primjeraka. - ISBN 5-217-00923-3
Vlasov V.F. Kurs radiotehnike. - M.: Gosenergoizdat, 1962.- 928 str.
Izyumov N.M., Linde D.P. Osnove radiotehnike. - M.: Gosenergoizdat, 1959.-- 512 str.
Lozinsky M.G. Industrijska primjena indukcijsko grijanje. - M.: Izdavačka kuća Akademije nauka SSSR-a, 1948.-- 471 str.
Primjena visokofrekventnih struja u elektrotermiji / Ed. A. E. Slukhotskiy. - L .: Strojarstvo, 1968.- 340 str.
A. E. Slukhotskiy Induktori. - L .: Strojarstvo, 1989.- 69 str. - (Biblioteka visokofrekventnih termista; br. 12). - 10.000 primeraka. -