Hur en induktionsvärmare fungerar och fungerar

Funktionsprincipen för en induktionsvärmare består i att värma upp ett elektriskt ledande metallarbetsstycke med hjälp av en sluten virvelström som induceras i den.

Virvelströmmar är strömmar som uppstår i solida ledningar på grund av fenomenet elektromagnetisk induktion när dessa ledningar penetreras av ett alternerande magnetfält. Energi används för att skapa dessa strömmar, som omvandlas till värme och värmer upp ledningarna.

För att minska dessa förluster och eliminera uppvärmning, istället för solida trådar, används skiktade trådar, där de enskilda lagren separeras med isolering. Denna isolering förhindrar uppkomsten av stora slutna virvelströmmar och minskar energiförlusterna för att upprätthålla dem. Det är av dessa skäl som transformatorkärnor, armaturer av generatorer etc. är gjorda av tunna stålplåtar isolerade från varandra med lager av lack.

Induktorn i en induktionsvärmare är en växelströmsspole utformad för att skapa ett högfrekvent elektromagnetiskt växelfält.

Det alternerande högfrekventa magnetfältet verkar i sin tur på ett elektriskt ledande material, vilket orsakar en sluten ström med hög densitet i det och värmer därmed upp arbetsstycket tills det smälter. Detta fenomen har varit känt under lång tid och har förklarats sedan Michael Faradays tid, som beskrev fenomenet elektromagnetisk induktion redan 1931

Det tidsvarierande magnetfältet inducerar en alternerande EMF i ledaren, som skär dess kraftlinjer. En sådan tråd kan i allmänhet vara en transformatorlindning, en transformatorkärna eller en solid bit av någon metall.

Om EMF induceras i spolen produceras en transformator eller mottagare, och om den är direkt i magnetkretsen eller i en kortslutning produceras induktionsvärmning av magnetkretsen eller spolen.

I en dåligt utformad transformator kan t.ex. kärnvärme med Foucault-strömmar skulle vara otvetydigt skadligt, men i en induktionsvärmare tjänar ett sådant fenomen ett användbart syfte.

Ur synvinkeln av belastningens natur är en induktionsvärmare med en ledande del uppvärmd i den som en transformator med en kortsluten sekundärlindning på ett varv. Eftersom motståndet inuti arbetsstycket är extremt litet är även ett litet inducerat elektriskt virvelfält tillräckligt för att skapa en ström med så hög densitet att dess termiska effekt (jfr. Joule-Lenz lagen) skulle vara mycket uttrycksfull och praktisk.

Den första kanalugnen av denna typ dök upp i Sverige 1900, den matades med ström med en frekvens på 50-60 Hz, den användes för att smälta stålkanal och metallen matades in i en degel anordnad med kortkedjigt roterande sätt. av sekundärlindningen av en transformator.Effektivitetsproblemet fanns givetvis då effektiviteten var mindre än 50%.

Idag är en induktionsvärmare en trådlös transformator som består av ett eller flera varv av ett relativt tjockt kopparrör genom vilket kylvätskan från ett aktivt kylsystem pumpas med hjälp av en pump. En växelström med en frekvens på flera kilohertz till flera megahertz appliceras på rörets ledande kropp, som en induktor, beroende på parametrarna för provet som bearbetas.

Faktum är att vid höga frekvenser förskjuts virvelströmmen från provet som värms upp av själva virvelströmmen, eftersom magnetfältet för denna virvelström förskjuter strömmen som genererades mot ytan.

Detta visar sig som hudeffekt, när den maximala strömtätheten är resultatet av att arbetsstyckets yta faller på ett tunt skikt, och ju högre frekvens och ju lägre elektrisk resistans hos det uppvärmda materialet, desto tunnare blir skalskiktet.

För koppar, till exempel, vid 2 MHz är huden bara en kvarts millimeter! Detta innebär att kopparämnets inre skikt värms upp inte direkt av virvelströmmar, utan av värmeledning från dess tunna yttre skikt. Tekniken är dock tillräckligt effektiv för att snabbt värma eller smälta nästan vilket elektriskt ledande material som helst.

Moderna induktionsvärmare byggs baserad på en oscillerande krets (spolinduktor och kondensator) drivs av en medföljande resonansväxelriktare IGBT eller MOSFET — transistorergör det möjligt att uppnå driftsfrekvenser upp till 300 kHz.

För högre frekvenser används vakuumrör, som gör det möjligt att nå frekvenser på 50 MHz och högre, till exempel för att smälta smycken krävs ganska höga frekvenser, eftersom storleken på delen är mycket liten.

För att öka kvalitetsfaktorn för arbetskretsarna tillgriper de ett av två sätt: antingen öka frekvensen eller öka kretsens induktans genom att lägga till ferromagnetiska insatser till dess konstruktion.

Dielektrisk uppvärmning utförs också med hjälp av ett högfrekvent elektriskt fält inom industrin. Skillnaden mot induktionsvärme är de aktuella frekvenserna som används (upp till 500 kHz med induktionsvärme och mer än 1000 kHz med dielektrisk). I detta fall är det viktigt att ämnet som ska värmas upp inte leder elektriciteten bra, d.v.s. var ett dielektrikum.

Fördelen med metoden är att det genereras värme direkt inuti ämnet. Dåligt ledande ämnen kan i detta fall snabbt värmas upp från insidan. För mer information se här: Grundläggande fysiska grunder för högfrekventa dielektriska uppvärmningsmetoder