La ce distanță este posibilă încălzirea prin inducție? Încălzire prin inducție de înaltă frecvență. Calculul încălzirii prin inducție

Mulți oameni sunt atrași de incalzire electrica faptul că funcționează autonom și nu trebuie îngrijit constant. Partea negativă a unor astfel de cazane de încălzire este costul și cerințele tehnice.

În unele locuri, pur și simplu nu pot fi folosite. Dar mulți proprietari nu se tem de acest lucru și cred că ușurința de operare acoperă toate deficiențele.

Mai ales când pe piețele de vânzare au apărut noi tipuri cu bobine inductive, mai degrabă decât elemente de încălzire. Acestea încălzesc clădirea cu viteză instantanee și încălzesc economic clădirea, potrivit proprietarilor unităților. Noul tip de cazan se numește inducție.

Noul tip de încălzitoare este ușor de utilizat. Sunt considerate sigure, în comparație cu încălzitoarele pe gaz, nu există funingine și funingine, ceea ce nu se poate spune despre dispozitivele cu combustibil solid. Iar cel mai important avantaj este că nu este nevoie să vă pregătiți combustibil solid(cărbune, lemn de foc,).

Și de îndată ce au apărut încălzitoarele cu inducție, au existat imediat meșteri care, pentru a economisi bani, încercau să creeze o astfel de instalație cu propriile mâini.

În acest articol vă vom ajuta să proiectați dispozitiv de încălzire pe cont propriu.

Un dispozitiv în care metalul și produse similare sunt încălzite fără contact se numește încălzitor cu inducție.

Funcționarea este controlată de un câmp de inducție alternativ care acționează asupra metalului, iar curenții din interior generează căldură. Curenți frecventa inalta

afectează produsul pe lângă izolație, motiv pentru care designul este neobișnuit în comparație cu alte tipuri de încălzire. Încălzitoarele cu inducție de astăzi conțin reductoare de frecvență cu semiconductor. Acest tip de încălzire este utilizat pe scară largă în tratamentul termic al oțelului și diverse conexiuni

, aliaje.

Compactitatea echipamentelor este utilizată în tehnologii inovatoare, în timp ce există un efect economic uriaș. O varietate de modele ajută la implementarea combinațiilor flexibile și automate, inclusiv reductoare de frecvență a tranzistorului complet și blocuri de conectare atunci când este preferat un sistem de inducție.

Descriere

Dispozitiv de încălzire

Un element de încălzire tipic include următoarele componente: Element de incalzire
sub formă de tijă sau tub metalic.- Acesta este un fir de cupru care încadrează bobina pe rând. În timpul funcționării, acesta acționează ca un generator.
Generator AC. Design separat, unde curentul standard este convertit într-o valoare de înaltă frecvență.

În practică, unitățile de inducție au fost folosite recent. Studiile teoretice sunt mult înainte. Acest lucru poate fi explicat printr-un singur obstacol - obținerea de câmpuri magnetice de înaltă frecvență. Faptul este că utilizarea setărilor de frecvență joasă este considerată ineficientă. Imediat ce au apărut cu frecvență mare, problema a fost rezolvată.

Generatoarele HDTV au depășit perioada lor de evoluție; de la lampă, la modele moderne, care rulează pe baza IGBT. Acum sunt mai eficiente, mai ușoare ca greutate și mai mici ca dimensiuni. Limitarea de frecvență a acestora este de 100 kHz din cauza pierderilor dinamice ale tranzistorilor.

Principiul de funcționare și domeniul de aplicare

Generatorul crește frecvența curentului și își transferă energia către bobină. Inductorul convertește curentul de înaltă frecvență într-un câmp electromagnetic alternativ. Undele electromagnetice se schimbă la frecvențe înalte.

Încălzirea are loc datorită încălzirii curenților turbionari, care sunt provocați de vectori vortex variabili câmp electromagnetic. Energia este transmisă aproape fără pierderi cu eficiență ridicată și suficientă energie pentru a încălzi lichidul de răcire și chiar mai mult.

Energia bateriei este transferată lichidului de răcire, care se află în interiorul conductei. Lichidul de răcire, la rândul său, este lichidul de răcire al elementului de încălzire. Datorită acestui fapt, durata de viață crește.

Industria este cel mai activ consumator de încălzitoare cu inducție, deoarece multe modele implică un tratament termic ridicat.

Utilizarea lor crește rezistența produsului.

Dispozitivele de mare putere sunt instalate în forje de înaltă frecvență.

Companiile de forjare și presare care folosesc astfel de unități cresc productivitatea muncii, reduc uzura matrițelor și reduc consumul de metal. Instalațiile cu încălzire directă pot acoperi un anumit număr de piese de prelucrat simultan.

La întărirea suprafeței pieselor, utilizarea unei astfel de încălziri face posibilă creșterea rezistenței la uzură de mai multe ori și obținerea unui efect economic semnificativ.

Domeniile comune de aplicare pentru dispozitive sunt lipirea, topirea, încălzirea înainte de deformare și întărirea de înaltă frecvență. Dar există și zone în care sunt produse materiale semiconductoare monocristaline, sunt crescute filme epitaxiale, materialele sunt spumate în componente electrice. sudare pe teren, de înaltă frecvență a carcasei și țevilor.

Avantaje și dezavantaje

Calitate ridicată a încălzirii.
Control de înaltă precizie si flexibilitate.
Fiabilitate. Poate lucra autonom, avand automatizare.
Încălzește orice lichid.
Eficiența dispozitivului este de 90%.
Durată lungă de viață(până la 30 de ani).
Usor de instalat.
Încălzitorul nu colectează calcar.
Datorită automatizării, economiilor de energie.

Contra:

Cost ridicat al modelelor cu automatizare.
Dependența de alimentarea cu energie electrică.
Unele modele sunt zgomotoase.

Cum să o faci singur?

Schema electrica încălzire prin inducție viţel

Să presupunem că decideți să faceți singur un încălzitor cu inducție, pentru aceasta pregătim o țeavă, turnăm bucăți mici de sârmă de oțel (9 cm lungime) în ea.

Țeava poate fi din plastic sau metal, cel mai important, cu pereți groși. Apoi, se inchide cu adaptoare speciale pe toate laturile.

Apoi, înfășurăm până la 100 de spire de sârmă de cupru pe el și îl plasăm de-a lungul părții centrale a tubului. Rezultatul este un inductor. Conectăm partea de ieșire a invertorului la această înfășurare. Apelăm la ca asistent.

Conducta acționează ca un încălzitor.

Pregătim generatorul și asamblam întreaga structură.

Materiale și instrumente necesare:

fir din oţel inoxidabil sau tijă (diametru 7 mm);
apă;
sârmă de cupru emailată;
plasă metalică cu găuri mici;
adaptoare;
țeavă din plastic cu pereți groși;

Ghid pas cu pas:

Mod fir în bucăți, 50 mm lungime.
Pregătim carcasa pentru încălzitor. Folosim o țeavă cu pereți groși (diametru 50 mm).
Acoperim partea de jos și de sus a corpului cu o plasă.
Pregătirea bobinei de inducție. Sârmă de cupruÎnfășurăm 90 de ture pe corp și le așezăm în centrul carcasei.
Tăiați o parte a conductei din conductă si instalati un cazan cu inductie.
Conectam bobina la invertor si umple cazanul cu apa.
Împărtăm structura rezultată.
Verificăm sistemul în funcțiune. Nu poate fi folosit fără apă, deoarece țeava de plastic se poate topi.

De la un invertor de sudare

Cel mai simplu varianta bugetara este fabricarea unui încălzitor cu inducție folosind un invertor de sudură:

Pentru a face acest lucru, luați o țeavă de polimer, pereții săi ar trebui să fie groși. Instalăm 2 supape la capete și conectăm cablajul.
Turnăm bucăți în țeavă(diametru 5 mm) sârmă metalică și montați supapa de sus.
Apoi, facem 90 de spire în jurul țevii cu sârmă de cupru, primim un inductor. Element de incalzire este o conductă, folosim un aparat de sudură ca generator.
Dispozitivul trebuie să fie în modul AC cu frecventa mare.
Conectarea firului de cupru la poli aparat de sudura și verificați lucrarea.

Funcționând ca inductor, va fi emis un câmp magnetic, în timp ce curenți turbionari va încălzi firul tocat, ceea ce va duce la fierberea apei în conducta de polimer

Zonele deschise ale structurii trebuie izolate din motive de siguranță.
Utilizarea unui încălzitor cu inducție este recomandată numai în sisteme închiseîncălzire, unde este instalată o pompă pentru a circula lichidul de răcire.
Structura cu încălzitor cu inducție este amplasată la 800 mm de tavan, la 300 mm de mobilier și pereți.
Instalarea unui manometru vă va proteja structura.
Este recomandabil să echipați dispozitivul de încălzire sistem automat management.
Încălzitorul trebuie conectat la rețeaua electrică folosind adaptoare speciale.

Incalzire prin inductie 16 ianuarie 2018

ÎN cuptoare cu inducțieși dispozitive, căldura într-un corp încălzit conducător de electricitate este eliberată de curenții induși în acesta de electricitate alternativă. câmp magnetic. Astfel, aici are loc încălzirea directă.

Încălzirea prin inducție a metalelor se bazează pe două legi fizice:

Legea lui Faraday-Maxwell a inducției electromagnetice și legea lui Joule-Lenz. Corpurile metalice (spaturi, piese etc.) sunt plasate într-un câmp magnetic alternant, care excită un vortex în ele câmp electric. FEM indusă este determinată de viteza de modificare a fluxului magnetic. Sub influența emf indusă, curenții turbionari (închiși în interiorul corpurilor) curg în corpuri, eliberând căldură conform legii Joule-Lenz. Acest EMF creează un curent alternativ în metal, energie termică, eliberat de acești curenți, determină încălzirea metalului. Încălzirea prin inducție este directă și fără contact. Vă permite să atingeți temperaturi suficiente pentru a topi cele mai refractare metale și aliaje.

Încălzirea prin inducție și întărirea metalelor Încălzirea intensă prin inducție este posibilă numai în câmpuri electromagnetice de mare intensitate și frecvență, care creează dispozitive speciale- inductori. Inductoarele sunt alimentate de la o rețea de 50 Hz (setări de frecvență industrială) sau de la surse individuale de alimentare - generatoare și convertoare de frecvență medie și înaltă.

Cel mai simplu inductor al dispozitivelor de încălzire indirectă prin inducție de joasă frecvență este un conductor izolat (alungit sau spiralat) plasat în interior. teava metalica sau aplicat pe suprafața acestuia. Când curentul trece prin conductorul inductor, curenții turbionari sunt induși în conductă și o încălzesc. Căldura din țeavă (poate fi și creuzet, recipient) este transferată în mediul încălzit (apa care curge prin țeavă, aer etc.).

Cea mai utilizată este încălzirea directă prin inducție a metalelor la frecvențe medii și înalte. În acest scop, se folosesc inductori special proiectați. Inductorul emite o undă electromagnetică, care cade pe corpul încălzit și este atenuată în acesta. Energia undei absorbite este transformată în căldură în corp. Pentru incalzire corpuri plate se folosesc inductori plate, semifabricate cilindrice - inductoare cilindrice (solenoide). ÎN caz general pot avea formă complexă, din cauza necesității de a concentra energia electromagnetică în direcția dorită.

O caracteristică a intrării de energie inductivă este capacitatea de a regla locația spațială a zonei de curgere a curenților turbionari. În primul rând, curenții turbionari curg în zona acoperită de inductor. Doar acea parte a corpului care este în conexiune magnetică cu inductorul este încălzită, indiferent de dimensiuni generale corpuri. În al doilea rând, adâncimea zonei de circulație a curenților turbionari și, în consecință, zona de eliberare a energiei depinde, printre alți factori, de frecvența curentului inductor (crește la frecvențe joase și scade odată cu creșterea frecvenței). Eficiența transferului de energie de la inductor la curentul încălzit depinde de mărimea decalajului dintre ele și crește pe măsură ce acesta scade.

Încălzirea prin inducție este utilizată pentru călirea suprafeței produselor din oțel, prin încălzire pentru deformarea plastică (forjare, ștanțare, presare etc.), topirea metalelor, tratament termic (recoace, revenire, normalizare, călire), sudare, suprafață și lipire a metalelor. metale.

Încălzirea indirectă prin inducție este utilizată pentru încălzire echipamente tehnologice(conducte, containere etc.), medii lichide de încălzire, uscare acoperiri, materiale (de exemplu, lemn). Cel mai important parametru instalatii de incalzire cu inductie – frecventa. Pentru fiecare proces (călirea suprafeței, prin încălzire) există o gamă optimă de frecvență care oferă cea mai bună tehnologie și indicatori economici. Pentru încălzirea prin inducție se folosesc frecvențe de la 50Hz la 5MHz.

Avantajele încălzirii prin inducție

1) Transfer energie electrica direct în corpul încălzit permite încălzirea directă a materialelor conductoare. In acelasi timp, rata de incalzire creste fata de instalatiile indirecte, in care produsul este incalzit doar de la suprafata.

2) Transferul energiei electrice direct către corpul încălzit nu necesită dispozitive de contact. Acest lucru este convenabil în condiții de producție automată a liniilor de producție, atunci când se utilizează vid și echipamente de protecție.

3) Datorită fenomenului de efect de suprafață putere maxima, se eliberează în stratul superficial al produsului încălzit. Prin urmare, încălzirea prin inducție în timpul întăririi asigură încălzirea rapidă a stratului de suprafață al produsului. Acest lucru face posibilă obținerea unei durități ridicate a suprafeței piesei cu un miez relativ vâscos. Proces de suprafață întărire prin inducție mai rapid și mai economic decât alte metode de întărire a suprafeței unui produs.

4) Încălzirea prin inducție în majoritatea cazurilor permite creșterea productivității și îmbunătățirea condițiilor de lucru.

Iată un alt efect neobișnuit.

Încălzirea prin inducție este un proces care este utilizat pentru a încălzi metale sau alte materiale conductoare. Pentru mulți moderni procesele de producțieÎncălzirea prin inducție oferă combinația potrivită de viteză, consistență și control al procesului.

Principiile de bază ale încălzirii prin inducție sunt utilizate din 1920. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, tehnologia s-a dezvoltat rapid datorită necesităților militare pentru un proces rapid și fiabil de călire a pieselor metalice ale motorului.

Cele mai comune metode folosesc o torță sau o flacără deschisă aplicată direct pe partea metalică. Dar cu încălzirea prin inducție, căldura este de fapt „indusă” într-un curent electric circulant.

Încălzirea prin inducție se bazează pe caracteristicile unice ale energiei cu frecvență radio - partea spectrului electromagnetic sub infraroșu și energia cu microunde. Deoarece căldura este transferată în produs prin unde electromagnetice, nu intră niciodată în contact direct cu flacăra. Nu există nicio contaminare a produsului și procesul devine foarte repetabil și controlabil.

Cum funcționează încălzirea prin inducție?

Cum are loc încălzirea prin inducție?

Când se aplică curent electric alternativ unui transformator, se creează un câmp magnetic alternativ. Conform legii lui Faraday, dacă înfășurarea secundară a unui transformator este într-un câmp magnetic, va fi indus un curent electric.

Inductorul este un transformator. Când piesa metalica plasate într-un inductor, curenții turbionari circulanți sunt induși în interiorul piesei.

Căldura suplimentară este produsă în părțile magnetice prin histerezis - frecare internă care se creează atunci când materialul magnetic trece prin inductor. Materialul de încălzit poate fi amplasat izolat de o sursă de energie, scufundat în lichide, înconjurat de substanțe izolate în medii gazoase sau chiar în vid.

Eficiența unui sistem de încălzire prin inducție depinde de mai mulți factori: designul inductorului, capacitatea sursei de alimentare și cantitatea de schimbare a temperaturii necesară.

Caracteristicile materialului încălzit

METAL SAU PLASTIC

În primul rând, numai materialele conductoare, de obicei metale, pot fi încălzite inductiv. Materialele plastice și alte materiale neconductoare pot fi încălzite numai indirect prin metalele conductoare prezente împreună cu plasticul.

MAGNETIC ȘI NEMAGNETIC

Încălzirea este mai bună cu materiale magnetice. Pentru căldura cauzată de curenții turbionari, materialele magnetice produc căldură prin efectul de histerezis. Acest efect se oprește la temperaturi peste punctul Curie - temperatura la care materialul magnetic își pierde proprietăți magnetice. Rezistența relativă a materialelor magnetice este evaluată pe o scară de „permeabilitate” de la 100 la 500. Deși materialele nemagnetice au o permeabilitate de 1, materialele magnetice pot avea o permeabilitate de până la 500.

GROS SAU SUBTIRE

Pe materialele conductoare, aproximativ 85% din efectul de încălzire are loc la suprafața materialului. Intensitatea de încălzire scade pe măsură ce distanța față de suprafață crește. Deci, piesele mici sau subțiri se vor încălzi de obicei mai repede decât părțile mari și groase, mai ales dacă părțile mai mari trebuie încălzite complet.

Cercetările au arătat o relație între frecvență și adâncimea de penetrare: cu cât frecvența este mai mare, cu atât adâncimea este mai mică. Frecvențele de la 100 la 400 kHz de energii relativ mari sunt ideale pentru încălzirea rapidă a pieselor mici sau a suprafeței pieselor mari. Pentru pătrundere profundă căldura necesită frecvențe mai mici de la 5 la 30 kHz.

REZISTIVITATE

Dacă utilizați exact același proces de inducție și piese de oțel și cupru de aceeași dimensiune, rezultatele vor fi complet diferite. De ce? Oțelul – împreună cu carbonul, staniul și tungstenul – are o rezistivitate ridicată. Deoarece metalele rezistă curentului. Metale cu rezistivitate scăzută: cuprul, alama și aluminiul se vor încălzi mai bine. Rezistivitate crește cu temperatura, astfel încât o bucată de oțel foarte fierbinte va fi mai susceptibilă la încălzirea prin inducție decât o piesă rece.

Design inductor

Proiectarea și construcția inductorului este una dintre cele mai multe aspecte importante sisteme ca un întreg. Designul bine gândit asigură o încălzire adecvată și maximizează eficiența încălzirii prin inducție.

Rata de schimbare a temperaturii

În cele din urmă, eficiența încălzirii prin inducție pentru o anumită piesă depinde de numărul de schimbări de temperatură necesare. O gamă largă de schimbări de temperatură necesită mai multă putere de încălzire prin inducție.

În cuptoarele și dispozitivele cu inducție, căldura dintr-un corp încălzit conductiv de electricitate este eliberată de curenții induși în acesta de un câmp electromagnetic alternativ. Astfel, aici are loc încălzirea directă.

Încălzirea prin inducție a metalelor se bazează pe două legi fizice: și legea Joule-Lenz. În ele sunt plasate corpuri metalice (spaturi, piese etc.), ceea ce excită un vârtej în ele. FEM indusă este determinată de viteza de modificare a fluxului magnetic. Sub influența EMF indusă, curenții turbionari (închiși în interiorul corpurilor) curg în corpuri, eliberând căldură. Acest EMF creează în metal, energia termică eliberată de acești curenți determină încălzirea metalului. Încălzirea prin inducție este directă și fără contact. Vă permite să atingeți temperaturi suficiente pentru a topi cele mai refractare metale și aliaje.

Încălzirea intensă prin inducție este posibilă numai în câmpuri electromagnetice de mare intensitate și frecvență, care sunt create de dispozitive speciale - inductori. Inductoarele sunt alimentate de la o rețea de 50 Hz (setări de frecvență industrială) sau de la surse de alimentare individuale - generatoare și convertoare de frecvențe medii și înalte.

Cel mai simplu inductor pentru dispozitivele de încălzire indirectă prin inducție de joasă frecvență este un conductor izolat (alungit sau spiralat) plasat în interiorul unei țevi metalice sau plasat pe suprafața acesteia. Când curentul trece prin conductorul inductor, încălzitoarele sunt induse în conductă. Căldura din țeavă (poate fi și creuzet, recipient) este transferată în mediul încălzit (apa care curge prin țeavă, aer etc.).

Cea mai utilizată este încălzirea directă prin inducție a metalelor la frecvențe medii și înalte. În acest scop, se folosesc inductori special proiectați. Inductorul emite , care cade pe corpul încălzit și este amortizat în el. Energia undei absorbite este transformată în căldură în corp. Eficiența de încălzire este mai mare, cu cât tipul de undă electromagnetică emisă (plată, cilindrică etc.) este mai aproape de forma corpului. Prin urmare, inductoarele plate sunt folosite pentru a încălzi corpurile plate, iar inductoarele cilindrice (solenoide) sunt folosite pentru a încălzi piesele de prelucrat cilindrice. În general, pot avea o formă complexă, datorită necesității de a concentra energia electromagnetică în direcția dorită.

O caracteristică a intrării de energie inductivă este capacitatea de a regla locația spațială a zonei de curgere a curenților turbionari. În primul rând, curenții turbionari curg în zona acoperită de inductor. Doar acea parte a corpului care se află în legătură magnetică cu inductorul este încălzită, indiferent de dimensiunile totale ale corpului. În al doilea rând, adâncimea zonei de circulație a curenților turbionari și, în consecință, zona de eliberare a energiei depinde, printre alți factori, de frecvența curentului inductor (crește la frecvențe joase și scade odată cu creșterea frecvenței). Eficiența transferului de energie de la inductor la curentul încălzit depinde de mărimea decalajului dintre ele și crește pe măsură ce acesta scade.

Încălzirea indirectă prin inducție este utilizată pentru încălzirea echipamentelor de proces (conducte, containere etc.), încălzirea mediilor lichide, uscarea acoperirilor și a materialelor (de exemplu, lemn). Cel mai important parametru al instalațiilor de încălzire prin inducție este frecvența. Pentru fiecare proces (întărire la suprafață, prin încălzire) există o gamă optimă de frecvență care oferă cele mai bune performanțe tehnologice și economice. Pentru încălzirea prin inducție se folosesc frecvențe de la 50Hz la 5MHz.

Avantajele încălzirii prin inducție

1) Transferul de energie electrică direct către corpul încălzit permite încălzirea directă a materialelor conductoare. In acelasi timp, rata de incalzire creste fata de instalatiile indirecte, in care produsul este incalzit doar de la suprafata.

3) Datorită fenomenului de efect de suprafață, puterea maximă este eliberată în stratul de suprafață al produsului încălzit. Prin urmare, încălzirea prin inducție în timpul întăririi asigură încălzirea rapidă a stratului de suprafață al produsului. Acest lucru face posibilă obținerea unei durități ridicate a suprafeței piesei cu un miez relativ vâscos. Procesul de întărire prin inducție a suprafeței este mai rapid și mai economic decât alte metode de întărire a suprafeței unui produs.

4) Încălzirea prin inducție în majoritatea cazurilor permite creșterea productivității și îmbunătățirea condițiilor de lucru.

Inducţie cuptoare de topire

Un cuptor sau un dispozitiv cu inducție poate fi considerat un fel de transformator, în care înfășurarea primară (inductorul) este conectată la o sursă de curent alternativ, iar corpul încălzit în sine servește ca înfășurare secundară.

Procesul de lucru al cuptoarelor de topire cu inducție se caracterizează prin mișcarea electrodinamică și termică a metalului lichid într-o baie sau creuzet, ceea ce contribuie la obținerea unui metal de compoziție omogenă și temperatură uniformă a acestuia pe întreg volumul, precum și deșeuri metalice reduse (de mai multe ori). mai puţin decât în cuptoarele cu arc).

Cuptoarele de topire cu inducție sunt utilizate în producția de piese turnate, inclusiv modelate, din oțel, fontă, metale neferoase și aliaje.

Cuptoarele de topire cu inducție pot fi împărțite în cuptoare cu canal frecventa industriala si cuptoare cu creuzet frecvențe industriale, medii și înalte.

Un cuptor cu inducție cu canal este un transformator, de obicei de frecvență industrială (50 Hz). Înfășurarea secundară a transformatorului este o bobină de metal topit. Metalul este închis într-un canal inelar refractar. Fluxul magnetic principal induce un EMF în metalul canalului, EMF creează un curent, curentul încălzește metalul, prin urmare, un cuptor cu canal de inducție este similar cu un transformator care funcționează în modul de scurtcircuit. Inductoarele cuptoarelor cu canal sunt realizate dintr-un tub longitudinal de cupru, are răcire cu apă, partea de canal a pietrei de vatră este răcită de un ventilator sau de la un sistem de aer centralizat.

Cuptoarele cu canal de inducție sunt proiectate pentru funcționare continuă cu tranziții rare de la un grad de metal la altul. Cuptoarele cu inducție cu canal sunt utilizate în principal pentru topirea aluminiului și a aliajelor acestuia, precum și a cuprului și a unora dintre aliajele sale. Alte serii de cuptoare sunt specializate ca mixere pentru reținerea și supraîncălzirea fontei lichide, metalelor neferoase și aliajelor înainte de turnarea în matrițe.

Funcționarea unui cuptor cu creuzet cu inducție se bazează pe absorbția energiei electromagnetice dintr-o sarcină conductivă. Cușca este plasată în interiorul unei bobine cilindrice - un inductor. CU punct electricÎn termeni generali, un cuptor cu creuzet cu inducție este un transformator de aer scurtcircuitat, a cărui înfășurare secundară este o sarcină conductivă.

Cuptoarele cu creuzet cu inducție sunt utilizate în primul rând pentru topirea metalelor pentru piese turnate modelate în regim discontinuu și, de asemenea, indiferent de modul de funcționare, pentru topirea unor aliaje, precum bronzul, care au un efect dăunător asupra căptușelii cuptoarelor cu canal.

Descrierea metodei

Încălzirea prin inducție este încălzirea materialelor curenti electrici, care sunt induse de un câmp magnetic alternant. În consecință, aceasta este încălzirea produselor din materiale conductoare (conductoare) de către câmpul magnetic al inductorilor (surse de câmp magnetic alternativ). Încălzirea prin inducție se realizează după cum urmează. O piesă de prelucrat conductoare electric (metal, grafit) este plasată într-un așa-numit inductor, care este una sau mai multe spire de sârmă (cel mai adesea cupru). Curenți puternici sunt induși în inductor folosind un generator special frecvente diferite(de la zeci de Hz la câțiva MHz), rezultând un câmp electromagnetic în jurul inductorului. Câmpul electromagnetic induce curenți turbionari în piesa de prelucrat. Curenții turbionari încălzesc piesa de prelucrat sub influența căldurii Joule (vezi legea Joule-Lenz).

Sistemul inductor-marcă este un transformator fără miez în care inductorul este înfășurarea primară. Piesa de prelucrat este înfășurarea secundară, scurtcircuitată. Fluxul magnetic dintre înfășurări este închis prin aer.

La frecvențe înalte, curenții turbionari sunt deplasați de câmpul magnetic pe care îl generează ei înșiși în straturi subțiri ale suprafeței piesei de prelucrat Δ (efectul de suprafață), în urma căruia densitatea lor crește brusc și piesa de prelucrat se încălzește. Straturile de metal subiacente sunt încălzite datorită conductivității termice. Nu curentul este important, ci densitatea mare de curent. În stratul de piele Δ, densitatea de curent scade cu e ori față de densitatea curentului de pe suprafața piesei de prelucrat, în timp ce 86,4% din căldură este eliberată în stratul de piele (din degajarea totală de căldură. Adâncimea stratului de piele depinde de frecvența radiației: cu cât frecvența este mai mare, cu atât mai subțire stratul de piele Depinde și de permeabilitatea magnetică relativă a materialului piesei de prelucrat.

Pentru fier, cobalt, nichel și aliaje magnetice la temperaturi sub punctul Curie, μ are o valoare de la câteva sute la zeci de mii. Pentru alte materiale (topite, metale neferoase, eutectice lichide cu punct de topire scăzut, grafit, electroliți, ceramică conductoare de electricitate etc.) μ este aproximativ egal cu unitatea.

Formula pentru calcularea adâncimii pielii în mm:

Unde μ 0 = 4π·10 −7 este constanta magnetică H/m și ρ - specifice rezistenta electrica materialul piesei de prelucrat la temperatura de prelucrare.

De exemplu, la o frecvență de 2 MHz, adâncimea pielii pentru cupru este de aproximativ 0,25 mm, pentru fier ≈ 0,001 mm.

Inductorul devine foarte fierbinte în timpul funcționării, deoarece își absoarbe propria radiație. Mai mult, absoarbe radiatii termice dintr-o piesa de prelucrat fierbinte. Ei fac inductori din tuburi de cupru, racit cu apa. Apa este furnizată prin aspirație - aceasta asigură siguranță în caz de ardere sau altă depresurizare a inductorului.

Aplicație

Topirea, lipirea și sudarea metalului fără contact ultra-curate.
Obținerea de prototipuri de aliaje.
Îndoirea și tratarea termică a pieselor mașinii.
Fabricarea de bijuterii.
Prelucrarea pieselor mici care pot fi deteriorate de flacăra de gaz sau încălzirea cu arc.
Întărirea suprafeței.
Călirea și tratarea termică a pieselor cu forme complexe.
Dezinfectarea instrumentelor medicale.

Avantaje

Încălzirea de mare viteză sau topirea oricărui material conductiv electric.
Încălzirea este posibilă în atmosferă de gaz protectoare, într-un mediu oxidant (sau reducător), într-un lichid neconductor sau în vid.
Încălzirea prin pereții unei camere de protecție din sticlă, ciment, materiale plastice, lemn - aceste materiale absorb radiațiile electromagnetice foarte slab și rămân reci în timpul funcționării instalației. Se încălzește numai materialul electric conductor - metal (inclusiv topit), carbon, ceramică conductoare, electroliți, metale lichide etc.
Datorită forțelor MHD care apar, are loc amestecarea intensivă a metalului lichid, până la menținerea acestuia în suspensie în aer sau într-un gaz protector - așa se obțin aliaje ultrapure în cantități mici (topirea prin levitare, topirea într-un creuzet electromagnetic) .
Deoarece încălzirea se realizează prin radiatii electromagnetice, nu există contaminare a piesei de prelucrat cu produse de ardere a pistolului în cazul încălzirii cu flacără cu gaz sau cu materialul electrodului în cazul încălzirii cu arc. Plasarea probelor în atmosferă gaz inert iar rata mare de încălzire va elimina formarea de calcar.
Ușurință în utilizare datorită dimensiunii reduse a inductorului.
Inductorul poate fi realizat dintr-o formă specială - acest lucru îi va permite să fie încălzit uniform pe întreaga suprafață a părților dintr-o configurație complexă, fără a duce la deformarea sau neîncălzirea locală a acestora.
Este ușor de realizat încălzire locală și selectivă.
Deoarece cea mai intensă încălzire are loc în subțire straturile superioare piesele de prelucrat, iar straturile de dedesubt sunt încălzite mai ușor datorită conductivității termice, metoda este ideală pentru întărirea suprafeței pieselor (miezul rămâne vâscos).
Automatizare ușoară a echipamentelor - cicluri de încălzire și răcire, reglarea temperaturii și întreținerea, alimentarea și îndepărtarea pieselor de prelucrat.

Defecte

Complexitatea sporită a echipamentului este necesar pentru instalare și reparare.
Dacă inductorul este prost potrivit cu piesa de prelucrat, este necesară mai multă putere de încălzire decât dacă elementele de încălzire sunt utilizate pentru aceeași sarcină, arcuri electrice etc.

Unități de încălzire prin inducție

Pentru instalațiile cu frecvențe de funcționare de până la 300 kHz se folosesc invertoare bazate pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET. Astfel de instalații sunt proiectate pentru încălzirea pieselor mari. Pentru încălzirea pieselor mici se folosesc frecvențe înalte (până la 5 MHz, interval de unde medii și scurte), instalațiile de înaltă frecvență sunt construite pe tuburi vidate.

De asemenea, pentru încălzirea pieselor mici, se construiesc instalații de înaltă frecvență folosind tranzistoare MOSFET pentru frecvențe de operare de până la 1,7 MHz. Controlul tranzistorilor și protejarea lor la frecvențe mai înalte prezintă anumite dificultăți, așa că setările de frecvență mai înaltă sunt încă destul de costisitoare.

Inductorul pentru încălzirea pieselor mici are dimensiuni miciși inductanță mică, care duce la o scădere a factorului de calitate al circuitului oscilator de lucru la frecvențe joase și o scădere a eficienței și, de asemenea, prezintă un pericol pentru oscilatorul principal (factorul de calitate al circuitului oscilator este proporțional cu L/C , un circuit oscilator cu un factor de calitate scăzut este prea bine „pompat” cu energie, se formează scurt-circuit de-a lungul inductorului și dezactivează oscilatorul principal). Pentru a crește factorul de calitate al circuitului oscilator, sunt utilizate două moduri:

creșterea frecvenței de funcționare, ceea ce duce la instalații mai complexe și mai costisitoare;
utilizarea inserțiilor feromagnetice în inductor; lipirea inductorului cu panouri din material feromagnetic.

Deoarece inductorul funcționează cel mai eficient la frecvențe înalte, încălzirea prin inducție a primit aplicație industrială după dezvoltarea și începerea producției de lămpi generatoare de mare putere. Înainte de Primul Război Mondial, încălzirea prin inducție avea o utilizare limitată. Ca generatoare s-au folosit apoi generatoare de mașini de înaltă frecvență (lucrări V.P. Vologdin) sau instalații de descărcare cu scântei.

Circuitul generatorului poate fi, în principiu, orice (multivibrator, generator RC, generator cu excitație independentă, diverse generatoare de relaxare), funcționând la o sarcină sub formă de bobină inductor și având o putere suficientă. De asemenea, este necesar ca frecvența de oscilație să fie suficient de mare.

De exemplu, pentru a „taia” în câteva secunde sârmă de oțel cu diametrul de 4 mm, este necesară o putere de oscilație de cel puțin 2 kW la o frecvență de cel puțin 300 kHz.

Selectați o schemă conform urmatoarele criterii: fiabilitate; stabilitate la vibrații; stabilitatea puterii eliberate în piesa de prelucrat; ușurință de fabricație; ușurință de configurare; cantitate minima piese pentru a reduce costurile; utilizarea unor piese care împreună au ca rezultat o reducere a greutății și dimensiunilor etc.

Timp de multe decenii, un generator inductiv în trei puncte (generator Hartley, generator cu autotransformator) a fost folosit ca generator de oscilații de înaltă frecvență. feedback, circuit bazat pe un divizor de tensiune în buclă inductivă). Acesta este un circuit de alimentare paralel cu autoexcitare pentru anod și un circuit selectiv de frecvență realizat pe un circuit oscilant. A fost folosit cu succes și continuă să fie folosit în laboratoare, ateliere de bijuterii, întreprinderile industriale, precum și în practica amatorilor. De exemplu, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, pe astfel de instalații a fost efectuată întărirea suprafeței rolelor tancului T-34.

Dezavantajele trei puncte:

Eficiență scăzută (mai puțin de 40% atunci când utilizați o lampă).
O abatere puternică de frecvență în momentul încălzirii pieselor de prelucrat din materiale magnetice deasupra punctului Curie (≈700C) (modificări μ), care modifică adâncimea stratului de piele și schimbă în mod imprevizibil modul de tratament termic. Atunci când se tratează termic părți critice, acest lucru poate fi inacceptabil. De asemenea, instalațiile HDTV puternice trebuie să funcționeze într-o gamă restrânsă de frecvențe permise de Rossvyazohrankultura, deoarece cu o ecranare slabă sunt de fapt transmițătoare radio și pot interfera cu transmisiile de televiziune și radio, serviciile de coastă și de salvare.
La schimbarea pieselor de prelucrat (de exemplu, de la una mai mică la una mai mare), inductanța sistemului inductor-piesă de prelucrat se modifică, ceea ce duce, de asemenea, la o modificare a frecvenței și adâncimii stratului de piele.
La schimbarea inductoarelor cu o singură tură cu cele cu mai multe ture, cu altele mai mari sau mai mici, se modifică și frecvența.

Sub conducerea lui Babat, Lozinsky și alți oameni de știință, circuite generatoare cu două și trei circuite cu mai multe randament ridicat(până la 70%) și, de asemenea, menține mai bine frecvența de operare. Principiul funcționării lor este următorul. Datorită utilizării circuitelor cuplate și slăbirii conexiunii dintre ele, o modificare a inductanței circuitului de funcționare nu implică o schimbare puternică a frecvenței circuitului de setare a frecvenței. Transmițătoarele radio sunt proiectate folosind același principiu.

Generatoarele moderne HDTV sunt invertoare bazate pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET puternice, realizate de obicei după un circuit în punte sau semipunte. Funcționează la frecvențe de până la 500 kHz. Porțile tranzistorului sunt deschise folosind un sistem de control cu microcontroler. Sistemul de control, în funcție de sarcina la îndemână, vă permite să țineți automat
a) frecventa constanta
b) putere constantă eliberată în piesa de prelucrat
c) cea mai mare eficienţă posibilă.
De exemplu, atunci când un material magnetic este încălzit deasupra punctului Curie, grosimea stratului de piele crește brusc, densitatea curentului scade și piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău. Proprietățile magnetice ale materialului dispar, de asemenea, și procesul de inversare a magnetizării se oprește - piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău, rezistența la sarcină scade brusc - acest lucru poate duce la „împrăștierea” generatorului și eșecul acestuia. Sistemul de control monitorizează trecerea prin punctul Curie și crește automat frecvența atunci când sarcina scade brusc (sau reduce puterea).

Note

Dacă este posibil, inductorul trebuie amplasat cât mai aproape de piesa de prelucrat. Acest lucru nu numai că crește densitatea câmpului electromagnetic în apropierea piesei de prelucrat (proporțional cu pătratul distanței), dar crește și factorul de putere Cos(φ).
Creșterea frecvenței reduce brusc factorul de putere (proporțional cu cubul frecvenței).
La încălzirea materialelor magnetice, se eliberează și căldură suplimentară datorită inversării magnetizării, încălzirea lor până la punctul Curie este mult mai eficientă.
La calcularea unui inductor, este necesar să se țină cont de inductanța barelor care conduc la inductor, care poate fi mult mai mare decât inductanța inductorului în sine (dacă inductorul este realizat sub forma unei spire de diametru mic sau chiar o parte a unei viraj - un arc).
Uneori, transmițătoare radio puternice scoase din funcțiune erau folosite ca generator de înaltă frecvență, unde circuitul antenei a fost înlocuit cu un inductor de încălzire.

Vezi de asemenea

Legături

Literatură

Babat G. I., Svenchansky A. D. Electric cuptoare industriale. - M.: Gosenergoizdat, 1948. - 332 p.
Burak Ya I., Ogirko I. V.Încălzirea optimă a unei carcase cilindrice cu caracteristici ale materialului dependente de temperatură // Mat. metode şi fizico-mecanice câmpuri. - 1977. - V. 5. - P. 26-30.
Vasiliev A. S. Generatoare cu tuburi pentru încălzire de înaltă frecvență. - L.: Inginerie mecanică, 1990. - 80 p. - (Biblioteca termistului de înaltă frecvență; Numărul 15). - 5300 de exemplare.
- ISBN 5-217-00923-3 Vlasov V. F.
Curs de inginerie radio. - M.: Gosenergoizdat, 1962. - 928 p. Izyumov N. M., Linde D. P.
Bazele ingineriei radio. - M.: Gosenergoizdat, 1959. - 512 p. Lozinsky M. G. Aplicație industrială
încălzire prin inducție. - M.: Editura Academiei de Științe a URSS, 1948. - 471 p.
Aplicarea curenților de înaltă frecvență în electrotermie / Ed. A. E. Slukhotsky. - L.: Inginerie mecanică, 1968. - 340 p. Slukhotsky A. E.