Incalzire cu curent Eddy. încălzitoare cu inducție SAV
Dispozitivele de încălzire, al căror principiu se bazează pe încălzirea prin inducție, se numesc încălzitoare cu inducție. Sunt folosite atât în industrie, cât și în viața de zi cu zi, iar în industrie importanța utilizării lor cu greu poate fi supraestimată.
Să aruncăm o privire mai atentă la aceste dispozitive.
Dispozitivul și principiul de funcționare a încălzitorului cu inducție
Simplificat, încălzitorul cu inducție este format din trei componente:
O tijă conductoare (metal, grafit) este plasată într-o bobină, constând dintr-un anumit număr de spire ale unui conductor cu o anumită zonă de secțiune transversală, fără contact direct cu acesta, după care se aplică tensiune la contactele bobinei de la un alternator . În jurul spirelor bobinei se formează un câmp electromagnetic, sub influența căruia în tijă apar curenți turbionari Foucault, încălzind miezul. Astfel, nu există transfer de căldură către miez, căldura este generată de acesta în mod independent sub influența curenților care rătăcesc în el și poate fi transferată folosind un lichid de răcire. Temperatura tijei crește nu simultan în întreaga masă, ci de la straturile de suprafață spre centru, în funcție de conductibilitatea termică a materialului miezului. În același timp, creșterea frecvenței curentului alternativ reduce adâncimea încălzirii inductive, dar crește intensitatea acesteia. atentie speciala merită circumstanța că bobina din jurul miezului în timpul funcționării rămâne aproape rece.
Din punct de vedere vizual, acest proces arată astfel:
Domenii de utilizare
În industrie, încălzitoarele cu inducție sunt utilizate pentru a efectua următoarele procese complexe:
În viața de zi cu zi, dispozitivele de încălzire prin inducție sunt, de asemenea, destul de răspândite. Domeniile lor de aplicare:
- gospodărie sisteme autonomeîncălzire (pentru cabane de vară, apartamente, case particulare);
- plite cu inducție și gresie pentru bucătărie;
- Cuptoare cu creuzet de volum mic pentru topirea metalelor casnice;
- artizanat de bijuterii.
Deoarece subiectul principal al articolului este un încălzitor cu inducție, ne vom opri în detaliu asupra unui cazan de încălzire, a cărui bază este ideea de încălzire inductivă a lichidului de răcire.
Incalzitor cu inductie - boiler de incalzire
De când proprietarii de case au început să instaleze sisteme de încălzire autonome în casele lor, problema eficienței cazanelor de încălzire rămâne una dintre cele mai importante pentru ei. Conform acestui indicator, macar, printre dispozitivele care generează căldură din energie electrică, cazanele de încălzire prin inducție sunt în frunte. În același timp, puterea lor, care nu este comparabilă cu parametrul identic al unui astfel de dispozitiv precum un încălzitor de plinte, permite ca unitățile să fie utilizate ca metodă principală de încălzire în zone mari.
Cazanele de încălzire prin inducție sunt formate din două circuite - primar (electromagnetic) și secundar (conducte de schimb de căldură). Primul circuit, constând dintr-un convertor de tensiune și un generator de căldură cu un încălzitor tip de inducție, creează un câmp electromagnetic, curenți turbionari și generează căldură. Al doilea circuit, care include un schimbător de căldură cu un sistem de conducte, transferă această căldură prin circulația lichidului de răcire către radiatoarele sistemului de încălzire. Apa pură sau cu aditivi este folosită ca purtător de căldură.
Pe lângă aceste două circuite, sistemul de încălzire include automatizări responsabile de funcționarea unităților individuale ale unității.
Cazanele moderne de încălzire prin inducție sunt instalate numai în circuitul de schimb de căldură tip închis, care are în design rezervor de expansiune tip membrana si pompa de circulatie fortata. Utilizarea unei pompe de circulație este o măsură forțată și se datorează volumului mic de lichid de răcire la o intensitate mare de încălzire a schimbătorului de căldură. Posibilitate circulatie naturalaîntr-un astfel de sistem este exclus - fără pompă, apa va fierbe înainte de începere deplasarea acestuia prin conducte.
Important! Cazanul cu inducție trebuie să fie împământat. In plus, la instalarea sistemului de incalzire, din motive de siguranta, circuitul de distributie a agentului termic trebuie montat din conducte de plastic, sau unitatea de incalzire trebuie izolata de circuitul din otel prin introducerea fitingurilor din polipropilena.
Cazanele de încălzire prin inducție sunt clasificate identic cu alte unități electrice de încălzire - în ceea ce privește puterea, designul, parametrii energiei electrice consumate. Dar aceste dispozitive au și o clasificare în funcție de soluția de proiectare a părții electrice.
Varietăți de cazane cu inducție
Există următoarele tipuri de cazane de încălzire cu inducție, desemnate atât de principiul de funcționare, cât și de marca producătorului:
- SAV - o varietate și în același timp marcă cazane de nouă generație cu o capacitate de 2,5 până la 100 kW, produse din 2007 firma ruseasca CJSC NPK INERA;
- VIN - abrevierea nu este doar o abreviere pentru numele tipului de dispozitive de inducție (încălzitoare cu inducție vortex), ci și numele patentat al cazanelor produse de compania Izhevsk Alternative Energy.
încălzitoare cu inducție SAV
Funcționarea unităților SAV nu necesită utilizarea unui invertor, un curent cu o frecvență de 50 Hz este furnizat inductorului. Câmpul electromagnetic indus de înfășurarea primară determină formarea de fluxuri de vortex în înfășurarea secundară, al căror rol în cazanele de acest tip este îndeplinit de o secțiune a unei bucle închise de țevi cu lichid de răcire. Acest sitețevi - înfășurarea secundară este încălzită intens sub influența curenților Foucault și transferă căldură lichidului de răcire, care este circulată forțat în sistemul de încălzire folosind o pompă de circulație.
Dispozitivul sistemului de încălzire se realizează folosind radiatoare sau într-un mod labirint, care amintește de încălzirea plintei, pentru a crește suprafața totală a suprafeței exterioare (transferul de căldură) a conductelor - circuitul de încălzire, cel puțin, nu ar trebui să fie minimă în lungime.
Cazanele SAV sunt produse pentru tensiuni de 220V si 380V. Ei folosesc apa ca lichid de răcire (în formă pură sau cu aditivi antigel), precum și antigel. Ieșirea unității către toata puterea munca durează aproximativ 5-20 de minute (în funcție de volumul lichidului de răcire), eficiența încălzitoarelor unor astfel de dispozitive este de cel puțin 98%. Pentru încălzirea eficientă a încăperilor de până la 30 mp. este suficient un dispozitiv de inducție de 2,5 kW, a cărui achiziție, cu sisteme de automatizare și control, va costa aproximativ 30 de mii de ruble.
VIN-unități de încălzire
Cazanele de acest tip sunt mai perfecte în ceea ce privește principiul de funcționare și proiectare, ceea ce, desigur, se reflectă în costul lor. Pentru funcționarea dispozitivelor VIN, este necesar un invertor - un dispozitiv pentru creșterea frecvenței curentului de intrare. Actual frecventa inalta determină formarea energiei electrice camp magnetic tensiune ridicată, care, la rândul său, determină apariția unor curenți turbionari mai puternici în înfășurarea secundară. În plus, schimbătorul de căldură și corpul cazanului sunt realizate din aliaje feromagnetice care au propriul câmp magnetic. Rezultatul tuturor acestor procese este o intensitate mare de încălzire a schimbătorului de căldură și, desigur, a lichidului de răcire.
O unitate VIN cu o capacitate de 3 kW este suficientă pentru încălzirea unei încăperi cu o suprafață de 35-40 mp. (depinzând de condiții climaticeși calitatea izolației termice a structurilor exterioare ale clădirii).
Unitățile VIN, datorită productivității lor mai mari, pot fi utilizate nu numai în sistemele de încălzire rezidențiale, ci și pentru alimentarea cu apă caldă. Pentru a face acest lucru, în circuitul de răcire sunt introduse rezervoare de stocare suplimentare, echipate cu automatizare de protecție, a căror capacitate este calculată în funcție de numărul de puncte de admisie a apei calde. apa fierbinte aceste recipiente sunt asigurate de circulatia sa intr-un sistem cu incalzire direct prin incalzire cu inductie.
Evaluarea caracteristicilor-enunţuri de marketing
Multe avantaje sunt atribuite cazanelor de încălzire prin inducție, adesea fără argumente. Enumerăm aceste caracteristici și dăm o evaluare a gradului de conformitate a declarațiilor cu faptul:
economie
Afirmație
Consumul de energie electrică cazane cu inductie Cu 20-30% mai puțin decât alte încălzitoare electrice.
Fapt
Toate aparatele electrice de încălzire care nu efectuează lucrări mecanice transformă 100% din energia curentului electric în căldură, eficiența lor este întotdeauna sub 100%, dar diferă ca mărime. diferite dispozitive in conditii diferite. Pentru a genera 1 kW de energie termică, este necesar să cheltuiți mai mult de 1 kW de energie electrică, dar cât mai mult depinde de parametrii mediului de dispersie. În interiorul cazanului, desigur, există și pierderi - de exemplu, pentru încălzirea bobinei, deoarece orice material conductor are rezistență, dar toate aceste pierderi rămân în interior.
Important! Contoarele de stil vechi (bachelite) vor înregistra un consum de energie electrică mai mic (de 1,6 - 1,8 ori) decât cele electronice moderne, deoarece nu sunt concepute pentru a ține cont de puterea reactivă a cazanelor cu inducție.
Poate că acest fapt determină afirmația despre eficiența cazanelor cu inducție.
Durabilitate
Afirmație
Fiabilitate ridicată și durată lungă de viață a echipamentului - mai mult de 25 de ani.
Fapt
Într-adevăr, absența pieselor mobile elimină uzura mecanică a cazanelor cu inducție. Dar sistemul de încălzire cu o unitate VIN include o pompă de circulație, a cărei resursă este mult mai modestă. In plus, sistemul de control si automatizare include mecanisme, formate si din multe componente supuse uzurii.
Miezul încălzitorului cu inducție funcționează în condiții de încălzire și răcire ciclică constantă, deformații de temperatură, care sunt, de asemenea, un factor negativ. Prin urmare, a numi resursa cazanelor cu inducție aproape nelimitată este o exagerare. Cu toate acestea, este de fapt de multe ori mai mare decât încălzitoarele cu elemente de încălzire.
Consecvența caracteristicilor pentru întreaga perioadă de funcționare
Afirmație
Absența formării depunerilor pe suprafața interioară a țevilor determină eficiența constantă a încălzitorului și a schimbătorului de căldură.
Fapt
Calcarul este un depozit de săruri conținut în apă (lichid de răcire). Cantitatea acestor impurități într-un volum limitat al lichidului de răcire este, de asemenea, limitată și mică, astfel încât efectul calcarului asupra eficienței încălzitorului este nesemnificativ. Și într-un cazan cu inducție, înfășurarea secundară se află sub o vibrație aproape constantă, iar formarea calcarului nu are loc deloc. Deci afirmația este adevărată, doar semnificația ei este exagerată.
zgomot
Afirmație
Funcționarea cazanelor de încălzire prin inducție este silentioasă, ceea ce le deosebește de alte încălzitoare electrice.
Fapt
Afirmația este adevărată, dar - toate cazanele electrice nu fac zgomot în timpul funcționării, deoarece undele acustice nu sunt incluse în domeniul oscilațiilor lor. Doar pompa de circulație poate face zgomot, dar dacă doriți, puteți alege un model de acțiune silentioasă.
compactitatea
Afirmație
Cazanele cu inducție sunt compacte, ceea ce este convenabil atunci când alegeți un loc pentru instalarea lor.
Fapt
Acest lucru este valabil dacă nu utilizați o cascadă de cazane cu inducție și nu instalați rezervoare intermediare dacă există mai multe puncte de admisie a apei calde în sistemul de alimentare cu apă caldă, deoarece un încălzitor cu inducție este, în mare, o mică bucată de conductă. cu o înfăşurare.
Siguranță
Afirmație
Siguranța dispozitivului este absolută.
Fapt
Încălzitoarele electrice absolut sigure nu există. În timpul funcționării dispozitivelor cu inducție, nu este exclusă posibilitatea unei scurgeri de lichid de răcire din sistem, iar generatorul de câmp electromagnetic va continua să funcționeze, iar sistemul de conducte goale se va încălzi. Pentru a preveni apariția unei astfel de situații, designul cazanului prevede un dispozitiv de oprire automată, dar poate eșua.
Prin urmare, încălzitoarele cu inducție, deși depășesc rivalii în anumite criterii de siguranță, nu sunt complet sigure.
Dezavantajele încălzitoarelor cu inducție
- Costul ridicat al dispozitivelor.
- Greutate semnificativă cu compactitate.
- Prezența unui factor în influența câmpului electromagnetic asupra corpului și dispozitivelor.
Să aruncăm o privire mai atentă la ultimul punct.
Câmpul electromagnetic afectează organismele vii în aproximativ același mod ca produsele din cuptor cu microunde- le încălzește până la o anumită adâncime, iar acest lucru poate avea consecințe. Intensitatea impactului câmpului, inclusiv asupra unei persoane, este determinată de un indicator precum densitatea fluxului de energie (PEF), care crește odată cu creșterea frecvenței curentului furnizat înfășurării primare. Atunci când utilizați încălzitoare cu inducție, este necesar să respectați standard sanitar Valoarea limită a PES, care este stabilită în SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, depinde de durata expunerii în câmp și este, de exemplu, pentru o expunere de 8 ore - 25 μW / cm2, unu- oră - 200 μW / cm2 .
În plus, radiația inductorului afectează negativ echipamentele electronice și radio situate în apropiere, creând interferențe în timpul funcționării.
Important! Pentru a vă proteja de efectele unui câmp electromagnetic, puteți înconjura cazanul cu o plasă metalică cu ochiuri fine (1x1, 2x2 mm) (cușcă Faraday), care nu este în contact cu corpul cazanului și este împământat.
Reguli de funcționare
Funcționarea în siguranță a cazanelor de încălzire prin inducție, ca oricare altele dispozitive tehnice, este asigurată de implementarea unui număr de reguli privind atât instalarea lor, cât și utilizarea după instalare:
- Cazanul trebuie să fie împământat.
- Distanța de la dispozitiv la pereții laterali trebuie să fie de cel puțin 30 cm, de la punctul de jos al cazanului până la podea - 80 cm, de la punctul superior până la tavan - 80 cm.
- Cazanele cu inducție sunt instalate numai în circuit închis cu vas de expansiune de tip membrană.
- Sistemul trebuie să includă un bloc de dispozitive de siguranță (manometru, supapă de aer, supapă de siguranță suprapresiune, sistem de oprire automată la supraîncălzire).
Prezentare generală a producătorilor cunoscuți
Concluzie
Piața modernă a cazanelor pentru instalarea sistemelor de încălzire autonome este reprezentată de sute de modele de diferite tipuri de unități. Obiectivitatea criteriului preț/calitate al fiecărui soi este diferită. Alegerea în favoarea dispozitivelor de încălzire prin inducție în ceea ce privește riscul de dezamăgire ulterioară la achiziție este cea mai rezonabilă.
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Există sau referințe externe în acest articol sau secțiune, dar sursele declarațiilor individuale rămân neclare din cauza lipsei notelor de subsol.
Istoricul încălzirii prin inducțieDescoperirea inducției electromagnetice în 1831 îi aparține lui Faraday. Când un conductor se mișcă în câmpul unui magnet, în el este indus un EMF, la fel ca atunci când se mișcă un magnet, ale cărui linii de forță intersectează circuitul conductor. Curentul din circuit se numește indus. Invențiile multor dispozitive se bazează pe legea inducției electromagnetice, inclusiv pe cele determinante - generatoare și transformatoare care generează și distribuie energie electrică, care este baza fundamentală a întregii industrii electrice. În 1841, James Joule (și independent de el, Emil Lenz) a formulat o estimare cantitativă a efectului termic al curentului electric: „Puterea căldurii degajată pe unitatea de volum a mediului în timpul curgerii curentului electric este proporțională cu produsul dintre densitatea curentului electric și mărimea intensității câmp electric„(Legea Joule-Lenz). Efectul termic al curentului indus a dat naștere la căutarea unor dispozitive de încălzire fără contact a metalelor. Primele experimente privind încălzirea oțelului folosind curent inductiv au fost făcute de E. Colby în SUA. Primul care funcționează cu succes așa-numitul. Cuptorul cu inducție cu canal pentru topirea oțelului a fost construit în 1900 de Benedicks Bultfabrik din Gysing, Suedia. În revista respectabilă de atunci „INGINERUL” din 8 iulie 1904 a apărut celebrul, unde inventatorul suedez inginerul F. A. Kjellin vorbește despre dezvoltarea sa. Cuptorul era alimentat de un transformator monofazat. Topirea a fost efectuată într-un creuzet sub formă de inel, metalul din acesta era înfășurarea secundară a unui transformator alimentat de un curent de 50-60 Hz. Primul cuptor de 78 kW a fost pus în funcțiune pe 18 martie 1900 și s-a dovedit a fi foarte neeconomic, deoarece capacitatea de topire era de numai 270 kg de oțel pe zi. Următorul cuptor a fost fabricat în noiembrie același an cu o capacitate de 58 kW și o capacitate de 100 kg pentru oțel. Cuptorul a prezentat o rentabilitate ridicată, capacitatea de topire a fost de la 600 la 700 kg de oțel pe zi. Cu toate acestea, uzura căptușelii din cauza fluctuațiilor termice s-a dovedit a fi la un nivel inacceptabil, iar schimbările frecvente ale căptușelii au redus eficiența rezultată. Inventatorul a ajuns la concluzia că, pentru performanța maximă de topire, este necesar să se lase o parte semnificativă a topiturii în timpul descărcării, ceea ce evită multe probleme, inclusiv uzura căptușelii. Această metodă de topire a oțelului cu un reziduu, care a început să fie numită „mlaștină”, a supraviețuit până în zilele noastre în unele industrii în care se folosesc cuptoare de mare capacitate. În mai 1902, a fost pus în funcțiune un cuptor îmbunătățit semnificativ, cu o capacitate de 1800 kg, scurgerea era de 1000–1100 kg, soldul era de 700–800 kg, puterea era de 165 kW, capacitatea de topire a oțelului putea ajunge până la 4100. kg pe zi! Un astfel de rezultat de consum de energie de 970 kWh/t impresionează prin eficiența sa, care nu este cu mult inferioară productivității moderne de aproximativ 650 kWh/t. Conform calculelor inventatorului, dintr-un consum de putere de 165 kW, s-au pierdut 87,5 kW, puterea termică utilă a fost de 77,5 kW și s-a obținut o eficiență totală foarte mare de 47%. Rentabilitatea este explicată de designul inelului creuzetului, care a făcut posibilă realizarea unui inductor cu mai multe ture cu curent scăzut și tensiune înaltă - 3000 V. Cuptoarele moderne cu creuzet cilindric sunt mult mai compacte, necesită mai puține investiții de capital, sunt mai ușor să funcționeze, echipat cu multe îmbunătățiri peste o sută de ani de dezvoltare a acestora, dar eficiența este crescută nesemnificativ. Adevărat, inventatorul în publicația sa a ignorat faptul că electricitatea este plătită nu pentru puterea activă, ci pentru puterea maximă, care la o frecvență de 50-60 Hz este de aproximativ de două ori mai mare decât puterea activă. Și în cuptoarele moderne, puterea reactivă este compensată de o bancă de condensatoare. Cu invenția sa, inginerul F. A. Kjellin a pus bazele dezvoltării cuptoarelor industriale cu canale pentru topirea metalelor neferoase și a oțelului în țările industriale din Europa și America. Tranziția de la cuptoarele cu canal de 50–60 Hz la cuptoarele moderne cu creuzet de înaltă frecvență a durat între 1900 și 1940. Principiul de funcționareÎncălzirea prin inducție este încălzirea materialelor curenti electrici, care sunt induse de un câmp magnetic alternant. Prin urmare, aceasta este încălzirea produselor din materiale conductoare (conductoare) de către câmpul magnetic al inductorilor (surse ale unui câmp magnetic alternant). Încălzirea prin inducție se realizează după cum urmează. O piesă de prelucrat conductoare electric (metal, grafit) este plasată în așa-numitul inductor, care este una sau mai multe spire de sârmă (cel mai adesea cupru). Curenți puternici de diferite frecvențe (de la zeci de Hz la câțiva MHz) sunt induși în inductor folosind un generator special, în urma căruia apare un câmp electromagnetic în jurul inductorului. Câmpul electromagnetic induce curenți turbionari în piesa de prelucrat. Curenții turbionari încălzesc piesa de prelucrat sub acțiunea căldurii Joule. Sistemul inductor-blank este un transformator fără miez, în care inductorul este înfășurarea primară. Piesa de prelucrat este, parcă, o înfășurare secundară, scurtcircuitată. Fluxul magnetic dintre înfășurări se închide în aer. La o frecvență înaltă, curenții turbionari sunt deplasați de câmpul magnetic format de aceștia în straturi subțiri ale suprafeței piesei de prelucrat Δ (efectul pielii), în urma căruia densitatea lor crește brusc, iar piesa de prelucrat este încălzită. Straturile subiacente ale metalului sunt încălzite datorită conductivității termice. Nu curentul este important, ci densitatea mare de curent. În stratul de piele Δ, densitatea de curent crește în ori față de densitatea de curent din piesa de prelucrat, în timp ce 86,4% din căldura de la eliberarea totală de căldură este eliberată în stratul de piele. Adâncimea stratului de piele depinde de frecvența radiațiilor: cu cât frecvența este mai mare, cu atât stratul de piele este mai subțire. De asemenea, depinde de permeabilitatea magnetică relativă μ 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, ceramică conductoare de electricitate etc.), μ este aproximativ egal cu unu. Formula pentru calcularea adâncimii pielii în mm: , Unde μ 0 = 4π⋅10 −7 - constantă magnetică H/m, ρ - specifice rezistență electrică materialul piesei de prelucrat la temperatura de prelucrare, Ohm * m, f- frecvența câmpului electromagnetic generat de inductor, Hz. 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. În plus, absoarbe radiația de căldură de la o piesa de prelucrat fierbinte. Ei fac inductori din tuburi de cupru răcite cu apă. Apa este furnizată prin aspirație - aceasta asigură siguranța în cazul unei arsuri sau alte depresurizări a inductorului. Aplicație
Avantaje
Defecte
Încălzire prin levitareDispozitive de încălzire prin inducțieGeneratoare de curent cu inducțieInductorul de încălzire este un inductor care face parte din circuitul oscilator de lucru cu o bancă de condensatoare compensatoare. Construirea circuitului se realizează fie cu ajutorul tuburilor electronice, fie cu ajutorul cheilor electronice semiconductoare. La instalațiile cu o frecvență de funcționare de până la 300 kHz se folosesc invertoare 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, gama undelor medii și scurte), se construiesc instalații de înaltă frecvență pe tuburi electronice. De asemenea, pentru încălzirea pieselor mici, instalațiile de înaltă frecvență sunt construite pe tranzistoare MOSFET pentru frecvențe de funcționare de până la 1,7 MHz. Controlul și protejarea tranzistorilor la frecvențe mai înalte prezintă anumite dificultăți, așa că setările de frecvență mai înaltă sunt încă destul de costisitoare. Inductorul pentru încălzirea pieselor mici este mic și are o inductanță mică, ceea ce 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 (la frecvențe joase). , rezistența inductivă a inductorului (bobina circuitului oscilator) este mică și scurtcircuit în bobină (inductor). Factorul de calitate al circuitului oscilator este proporțional cu L / C, circuitul oscilator cu un factor de calitate scăzut este foarte slab "pompat" cu energie. Pentru a crește factorul de calitate al circuitului oscilator, se folosesc două moduri:
Deoarece inductorul funcționează cel mai eficient la frecvențe înalte, încălzirea prin inducție a primit aplicație industrială după dezvoltarea și începerea producției de lămpi puternice generatoare. Înainte de Primul Război Mondial, încălzirea prin inducție era de utilizare limitată. Pe atunci se foloseau ca generatoare mașini de înaltă frecvență (lucrări V.P. Vologdin) sau instalații de descărcare prin scânteie. Circuitul generator poate fi, în principiu, orice (multivibrator, generator RC, generator cu excitație independentă, diverse generatoare de relaxare) care funcționează la o sarcină sub formă de bobină inductor și având putere suficientă. De asemenea, este necesar ca frecvența de oscilație să fie suficient de mare. De exemplu, pentru a „taia” un fir de otel cu diametrul de 4 mm in cateva secunde, este necesara o putere oscilatoare de minim 2 kW la o frecventa de cel putin 300 kHz. Schema este selectată după următoarele criterii: fiabilitate; stabilitatea fluctuațiilor; stabilitatea puterii eliberate în piesa de prelucrat; ușurință de fabricație; ușurință de configurare; număr minim de piese pentru a reduce costurile; utilizarea unor piese care în total dau o reducere a greutății și dimensiunilor etc. Timp de multe decenii, un generator inductiv în trei puncte a fost folosit ca generator de oscilații de înaltă frecvență (generator Hartley, generator cu feedback autotransformator, un 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. Trei puncte dezavantaje:
Sub conducerea lui Babat, Lozinsky și alți oameni de știință, au fost dezvoltate circuite generatoare cu două și trei bucle, având mai multe Eficiență ridicată(până la 70%), precum și o reținere mai bună frecventa de operare. Principiul acțiunii lor este următorul. Datorită utilizării circuitelor cuplate și slăbirii conexiunii dintre ele, o modificare a inductanței circuitului de lucru nu implică o schimbare puternică a frecvenței circuitului de setare a frecvenței. Emițătoarele radio sunt construite după același principiu. Generatoarele moderne de înaltă frecvență sunt invertoare bazate pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET puternice, realizate de obicei conform schemei punte sau semi punte. Funcționează la frecvențe de până la 500 kHz. Porțile tranzistoarelor sunt deschise folosind un sistem de control cu microcontroler. Sistemul de control, în funcție de sarcină, vă permite să mențineți automat:
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. De asemenea, proprietățile magnetice ale materialului dispar și procesul de inversare a magnetizării se oprește - piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău. Problema încălzirii prin inducție a pieselor de prelucrat din materiale magnetice:În cazul în care invertorul pentru încălzire prin inducție nu este un auto-oscilator, nu are un circuit de auto-tuning și funcționează de la un oscilator master extern (la o frecvență apropiată de frecvența de rezonanță a circuitului oscilator „inductor - banca de condensatoare compensatoare”). În momentul în care o piesă de prelucrat din material magnetic este introdusă în inductor (dacă dimensiunile piesei de prelucrat sunt suficient de mari și proporționale cu dimensiunile inductorului), inductanța inductorului crește brusc, ceea ce duce la o scădere bruscă a frecvența de rezonanță naturală a circuitului oscilator și abaterea acestuia de la frecvența oscilatorului principal. Circuitul iese din rezonanță cu oscilatorul principal, ceea ce duce la o creștere a rezistenței sale și la o scădere bruscă a puterii transmise piesei de prelucrat. Dacă puterea unității este controlată de o sursă de alimentare externă, atunci reacția naturală a operatorului este de a crește tensiunea de alimentare a unității. Când piesa de prelucrat este încălzită până la punctul Curie, proprietățile sale magnetice dispar, frecvența naturală a circuitului oscilator revine la frecvența oscilatorului principal. Rezistența circuitului scade brusc, consumul de curent crește brusc. Dacă operatorul nu are timp să elimine tensiunea de alimentare crescută, unitatea se supraîncălzește și se defectează. Dacă unitatea este echipată sistem automat control, atunci sistemul de control trebuie să monitorizeze trecerea prin punctul Curie și să reducă automat frecvența oscilatorului principal, ajustând-o la rezonanță cu circuitul oscilator (sau să reducă puterea furnizată dacă schimbarea frecvenței este inacceptabilă). Dacă materialele nemagnetice sunt încălzite, atunci cele de mai sus nu contează. Introducerea unui semifabricat din material nemagnetic în inductor practic nu schimbă inductanța inductorului și nu schimbă frecvența de rezonanță a circuitului oscilator de lucru și nu este nevoie de un sistem de control. Dacă dimensiunile piesei de prelucrat sunt mult mai mici decât dimensiunile inductorului, atunci nu modifică prea mult rezonanța circuitului de lucru. plite cu inducțiePlita cu inductie- aragaz electric de bucatarie, care incalzeste ustensilele metalice cu curenti turbionari indusi creati de un camp magnetic de inalta frecventa, cu o frecventa de 20-100 kHz. O astfel de sobă are o eficiență mai mare în comparație cu elementele de încălzire ale sobelor electrice, de vreme ce mai putina caldura merge sa incalzeasca carcasa si, in plus, nu exista perioada de accelerare si racire (atunci cand energia generata, dar neabsorbita de vase, este irosita). Cuptoare de topire cu inducțieCuptoare de topire cu inducție (fără contact) - cuptoare electrice pentru topirea metalelor, în care încălzirea are loc din cauza curenților turbionari care apar într-un creuzet metalic (și metal), sau numai în metal (dacă creuzetul nu este din metal; această încălzire metoda este mai eficientă dacă creuzetul este slab izolat). Remarci
Vezi siScrieți o recenzie la articolul „Încălzire prin inducție”LegăturiLiteratură
Un fragment care caracterizează încălzirea prin inducție- Păi, contesă! Ce săte au madere [sote în Madeira] de cocoș va fi, ma chere! Am incercat; Am dat o mie de ruble pentru Taraska nu degeaba. Cheltuieli!Se aşeză lângă soţia lui, sprijinindu-şi curajos mâinile pe genunchi şi ciufulindu-şi părul cărunt. - Ce vrei, contesa? - Iată ce, prietene - ce ai murdar aici? spuse ea, arătând spre vestă. „Asta e sote, corect”, a adăugat ea, zâmbind. - Iată chestia, conte: am nevoie de bani. Fața ei a devenit tristă. - O, contesă!... Iar contele începu să se frământe, scoțându-și portofelul. - Am nevoie de multe, conte, am nevoie de cinci sute de ruble. Iar ea, scoțând o batistă cambrică, a frecat cu ea vesta soțului ei. - Acum. Hei, cine e acolo? strigă el cu o voce pe care doar oamenii strigă, încrezător că cei pe care îi cheamă se vor grăbi cu capul înainte la chemarea lor. - Trimite-mi pe Mitenka! Mitenka, acel fiu nobil, crescut de conte, care se ocupa acum de toate treburile lui, a intrat în cameră cu pași liniștiți. — Asta e, draga mea, îi spuse contele tânărului respectuos care intră. „Adu-mă…”, gândi el. - Da, 700 de ruble, da. Da, uite, să nu aduci așa rupte și murdare ca atunci, ci bune, pentru contesa. — Da, Mitenka, vă rog, cei curați, spuse contesa, oftând tristă. „Excelența voastră, când doriți să vă livrez?” spuse Mitenka. „Dacă vă rog, nu vă faceți griji, nu vă faceți griji”, a adăugat el, observând că contele începuse deja să respire greu și repede, ceea ce era întotdeauna un semn de furie. - Am fost și am uitat... Vei comanda să livrezi acest minut? - Da, da, atunci adu-l. Dă-i-o contesei. „Ce aur am acest Mitenka”, a adăugat contele zâmbind, când tânărul a plecat. - Nu există imposibil. Nu pot suporta. Totul este posibil. „Ah, bani, numără, bani, câtă durere provoacă în lume!” spuse contesa. „Am mare nevoie de acești bani. — Dumneavoastră, contesă, sunteți o binecunoscută bobinatoare, spuse contele și, sărutându-i mâna soției, se întoarse în birou. Când Anna Mikhailovna s-a întors din nou de la Bezukhoy, contesa avea deja bani, toți în hârtie nou-nouță, sub o batistă pe masă, iar Anna Mikhailovna a observat că contesa era cumva tulburată. - Păi, prietene? întrebă contesa. O, în ce stare groaznică se află! Nu-l poți recunoaște, e atât de rău, atât de rău; Am stat un minut și nu am spus două cuvinte... „Annette, pentru numele lui Dumnezeu, nu mă refuza”, a spus deodată contesa roșind, ceea ce era atât de ciudat cu chipul ei de vârstă mijlocie, subțire și importantă, scoțând bani de sub batistă. Anna Mikhaylovna a înțeles imediat care era problema și s-a aplecat deja să o îmbrățișeze cu dibăcie pe contesa la momentul potrivit. - Iată-l pe Boris de la mine, pentru că a cusut o uniformă... Anna Mihailovna o îmbrățișa deja și plângea. Contesa plângea și ea. Au plâns că sunt prietenoși; și că sunt amabili; și că ele, iubitele tinereții, sunt ocupate cu un subiect atât de scăzut - banii; și că tinerețea lor trecuse... Dar lacrimile amândurora erau plăcute... Contesa Rostova stătea cu fiicele ei și deja cu un număr mare de invitați în salon. Contele ia introdus pe oaspeții bărbați în biroul său, oferindu-le colecția de pipe turcești a vânătorului său. Din când în când ieșea și întreba: a venit ea? O așteptau pe Marya Dmitrievna Akhrosimova, supranumită în societate le terrible dragon, [un dragon groaznic], o doamnă renumită nu pentru bogăție, nu pentru onoruri, ci pentru sinceritatea sufletească și simplitatea sinceră a adresei. Maria Dmitrievna era cunoscută de familia regală, toată Moscova și tot Sankt Petersburgul știau, iar ambele orașe, surprinse de ea, râdeau în secret de grosolănia ei, spuneau glume despre ea; totuși toți, fără excepție, o respectau și se temeau de ea. A existat un timp înainte de o cină în care oaspeții adunați nu încep o conversație lungă în așteptarea unui apel pentru un aperitiv, dar în același timp consideră că este necesar să se agite și să nu tacă pentru a arăta că nu sunt în cel mai puţin nerăbdător să se aşeze la masă. Proprietarii aruncă o privire spre uşă şi schimbă ocazional priviri între ei. Din aceste priviri, oaspeții încearcă să ghicească pe cine sau ce mai așteaptă: o rudă târzie importantă sau un aliment care nu s-a copt încă. La capătul masculin al mesei conversația devenea din ce în ce mai animată. Colonelul a spus că manifestul de declarare a războiului a fost deja publicat la Petersburg și că copia, pe care o văzuse el însuși, fusese acum predată prin curier comandantului șef. Mesele din Boston au fost mutate deoparte, s-au făcut petreceri, iar oaspeții contelui au fost cazați în două sufragerie, o canapea și o bibliotecă. |
Încălzitorul cu inducție este în centrul unei noi metode de încălzire a clădirilor rezidențiale. Unitatea folosește energie electromagnetică pentru încălzire. Apa este folosită ca purtător de căldură în dispozitiv. Un cazan cu inducție poate fi achiziționat gata făcut din fabrică sau îl puteți realiza singur. Vă voi spune despre caracteristicile dispozitivului și asamblarea acestuia.
Ce este încălzirea prin inducție
Dispozitivul de inducție funcționează pe energia generată de câmpul electromagnetic. Este absorbit de agentul de căldură, apoi dându-l în spații:
- Un inductor creează un câmp electromagnetic într-un astfel de încălzitor de apă. Aceasta este o bobină de sârmă cilindrică cu mai multe spire.
- Curgând prin ea, un curent electric alternativ în jurul bobinei generează un câmp magnetic.
- Liniile sale sunt plasate perpendicular pe vectorul fluxului electromagnetic. Când sunt mutați, ei recreează un cerc închis.
- Curenții turbionari creați de curentul alternativ transformă energia electrică în căldură.
Energia termică la încălzire prin inducție se cheltuiește cu moderație și la o rată scăzută de încălzire. Datorită acestui fapt, dispozitivul de inducție aduce apa pentru sistemul de încălzire la o temperatură ridicată într-o perioadă scurtă de timp.
Caracteristicile dispozitivului
Încălzirea prin inducție se realizează folosind un transformator. Este format dintr-o pereche de înfășurări:
- extern (primar);
- scurtcircuitat intern (secundar).
Curenții turbionari apar în partea adâncă a transformatorului. Ele redirecționează câmpul electromagnetic emergent către circuitul secundar. El îndeplinește simultan funcția corpului și acționează ca un element de încălzire pentru apă.
Odată cu o creștere a densității fluxurilor de vortex direcționate către miez, se încălzește mai întâi singur, apoi întregul element termic.
Pentru alimentarea cu apă rece și îndepărtarea lichidului de răcire pregătit în sistem de incalzireîncălzitorul cu inducție este echipat cu o pereche de țevi:
- Cel de jos este instalat la intrarea în alimentarea cu apă.
- Conducta de ramificație superioară - la secțiunea de alimentare a sistemului de încălzire.
Din ce elemente constă dispozitivul și cum funcționează
Încălzitorul de apă cu inducție este format din următoarele elemente structurale:
O fotografie | Nodul structural |
Inductor.
Este format din multe bobine de sârmă de cupru. Ele generează un câmp electromagnetic. |
|
Element de incalzire.
Aceasta este o țeavă realizată din garnituri de sârmă de metal sau oțel plasate în interiorul inductorului. |
|
Generator.
Transformă electricitatea de uz casnic în curent electric de înaltă frecvență. Rolul generatorului poate fi jucat de un invertor de la aparatul de sudura. |
Când toate componentele dispozitivului interacționează, energia termică este generată și transferată în apă. Schema de funcționare a unității este următoarea:
- Generatorul produce un curent electric de înaltă frecvență. Apoi îl transmite la o bobină de inducție.
- Ea, după ce a perceput curentul, îl transformă într-un câmp magnetic electric.
- Încălzitorul, situat în interiorul bobinei, este încălzit prin acțiunea fluxurilor vortex care apar ca urmare a unei modificări a vectorului câmpului magnetic.
- Apa care circulă în interiorul elementului este încălzită de acesta. Apoi intră în sistemul de încălzire.
Avantajele și dezavantajele metodei de încălzire prin inducție
Încălzitoarele cu inducție sunt dotate cu astfel de avantaje:
- nivel ridicat de eficiență;
- nu necesită întreținere frecventă;
- ocupă puțin spațiu liber;
- din cauza vibrațiilor câmpului magnetic, scara nu se așează în interiorul lor;
- dispozitivele sunt silențioase;
- sunt în siguranță;
- datorită etanșeității carcasei, nu există scurgeri;
- funcționarea încălzitorului este complet automatizată;
- unitatea este ecologică, nu emite funingine, funingine, monoxid de carbon etc.
Principalul dezavantaj al dispozitivului este costul ridicat al modelelor sale din fabrică..
in orice caz acest neajuns poate fi nivelat dacă asamblați un încălzitor cu inducție cu propriile mâini. Unitatea este montata din elemente usor accesibile, pretul acestora este mic.
Asamblarea unității
Un încălzitor cu inducție de casă este fabricat dintr-un invertor de sudură. În plus, veți avea nevoie de câteva materiale și unelte.
Ce materiale și instrumente vor fi necesare
Pentru a asambla singur un cazan cu inducție, aveți nevoie de:
- Invertor de la aparatul de sudura. Acest dispozitiv va simplifica foarte mult asamblarea încălzitorului de apă.
- Conductă din plastic cu pereți groși. Acesta va juca rolul corpului unității.
- Sârmă din oțel inoxidabil. Va funcționa element de încălzireîntr-un câmp magnetic.
- Plasa metalica. Acesta va conține segmente de sârmă din oțel inoxidabil.
- Pompa de apa pentru circulatia fluidului.
- Sârmă de cupru pentru montarea inductorului.
- Regulator termic.
- Fitinguri și robinete cu bilă pentru conectarea încălzitorului de apă la sistemul de încălzire.
- Cleste pentru lucrul cu sarma.
Etapele muncii
Când asamblați încălzitorul, urmați secvența exactă a lucrărilor:
- Mai întâi, fixați o plasă metalică pe o parte a țevii de plastic. Nu va permite ca segmentele de sârmă ale elementului de încălzire să cadă.
- La același capăt al carcasei, fixați conducta pentru conectarea la sistemul de încălzire.
- Folosiți clești pentru a tăia bucăți de sârmă de oțel inoxidabil. Lungimea lor ar trebui să fie de 1-5 cm. Puneți strâns piesele într-o cutie de plastic. Nu ar trebui să rămână spațiu liber în conductă.
- Închideți celălalt capăt al țevii cu o plasă metalică. Apoi instalați oa doua conductă de ramificare pentru rețeaua de încălzire în ea.
- Apoi, începeți să faceți o bobină de inducție. Pentru a face acest lucru, înfășurați țeava cu sârmă de cupru. Instrucțiunea avertizează că ar trebui să existe cel puțin 80-90 de spire în înfășurare.
- După aceea, conectați capetele înfășurării de cupru la polii invertorului mașinii de sudură. Lipiți toate punctele de conectare.
- Conectați încălzitorul de apă la rețeaua de încălzire.
- În cazul în care un sistem de incalzire nu a fost încă echipat cu o pompă de circulație, conectați-o.
- Conectați un controler termic la invertor. Va face posibilă automatizarea funcționării încălzitorului de apă.
- În cele din urmă, verificați performanța dispozitivului asamblat.
După pornirea invertorului, bobina inductorului recreează câmpul electromagnetic. Acesta generează fluxuri vortex. Acestea încălzesc rapid bucățile de sârmă. Ele transferă căldura apei care circulă.
Concluzie
Un încălzitor de metal cu inducție de la un invertor de sudură este un dispozitiv de încălzire eficient. În același timp, are un design simplu, așa că este ușor să-l asamblați singur.
Vezi videoclipul din acest articol pentru instructiuni aditionale. Dacă aveți întrebări, întrebați-le în comentarii.
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 se realizează încălzirea directă.
Încălzirea prin inducție a metalelor se bazează pe două legi fizice: și legea Joule-Lenz. În ele sunt plasate corpuri metalice (blankuri, piese etc.), ceea ce excită un vârtej în ele. FEM de inducție este determinată de viteza de schimbare a fluxului magnetic. Sub acțiunea EMF de inducție, curenții turbionari (închiși în interiorul corpurilor) curg în corpuri, eliberând căldură. Acest EMF creează în metal, energie termală, eliberat de acești curenți, este cauza încălzirii metalului. Încălzirea prin inducție este directă și fără contact. Vă permite să atingeți o temperatură suficientă pentru a topi cele mai refractare metale și aliaje.
Încălzirea intensivă prin inducție este posibilă numai în câmpuri electromagnetice tensiune ridicatași frecvențe care sunt create de dispozitive speciale - inductori. Inductoarele sunt alimentate dintr-o rețea de 50 Hz (instalații de frecvență electrică) sau de la surse individuale de alimentare - generatoare și convertoare de medie și înaltă frecvență.
Cel mai simplu inductor al dispozitivelor de încălzire indirectă de joasă frecvență este un conductor izolat (întins sau bobinat) plasat în interiorul unei țevi metalice sau suprapus pe suprafața acesteia. Când curentul trece prin conductorul-inductor, conductele de încălzire 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 încălzire directă prin inducție a metalelor la frecvențe medii și înalte. Pentru aceasta, se folosesc inductori speciali. Inductorul emite , care cade pe corpul încălzit și se descompune în el. Energia undei absorbite este transformată în corp în căldură. Eficiența de încălzire este cu atât mai mare, cu atât tipul undei electromagnetice emise (plată, cilindrică etc.) este mai aproape de forma corpului. Prin urmare, inductoarele plate sunt folosite pentru a încălzi corpurile plate, țagle cilindrice - inductoare cilindrice (solenoide). În cazul general, ele pot avea o formă complexă, datorită necesității de a concentra energia electromagnetică în direcția corectă.
O caracteristică a intrării de energie de inducție este capacitatea de a controla aranjamentul spațial al 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 odată cu scăderea acestuia.
Încălzirea prin inducție este utilizată pentru călirea la suprafață a produselor din oțel, prin încălzire pentru deformare plastică (forjare, ștanțare, presare etc.), topire a metalelor, tratament termic (recoace, revenire, normalizare, călire), sudare, suprafață, lipire a metalelor. .
Încălzirea indirectă prin inducție este utilizată pentru încălzirea echipamentelor de proces (conducte, rezervoare etc.), încălzirea mediilor lichide, uscarea acoperirilor, materialelor (de exemplu, lemn). Cel mai important parametru instalatii de incalzire cu inductie – frecventa. Pentru fiecare proces (călire 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 50 Hz la 5 MHz.
Avantajele încălzirii prin inducție
1) Transfer energie electrica direct în corpul încălzit permite încălzirea directă a materialelor conductoare. Aceasta crește viteza de încălzire față de instalațiile indirecte, în care produsul este încălzit doar de la suprafață.
2) Transferul energiei electrice direct în corpul încălzit nu necesită dispozitive de contact. Acest lucru este convenabil în condițiile producției automate în linie, când se utilizează vid și echipamente de protecție.
3) Datorită fenomenului efectului 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 mari de suprafață a piesei cu un mijloc relativ vâscos. Procesul de întărire prin inducție a suprafeței este mai rapid și mai economic decât alte metode de întărire a suprafeței produsului.
4) În cele mai multe cazuri, încălzirea prin inducție poate crește productivitatea și poate îmbunătăți condițiile de lucru.
Cuptoare de topire cu inducție
Un cuptor sau un dispozitiv cu inducție poate fi privit ca 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, care contribuie la producerea unui metal omogen ca compoziție și temperatura sa uniformă pe tot volumul, precum și deșeuri metalice reduse (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 industriale cu canale de frecvență și cuptoare industriale, cu creuzet de frecvență medie și înaltă.
Cuptorul cu canal de inducție 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 refractar inelar. 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 într-un mod de scurtcircuit. Inductoarele cuptoarelor cu canal sunt realizate din longitudinal tub de cupru, este răcit cu apă, partea de canal a piatra de vatră este răcită printr-un ventilator sau printr-un sistem de aer centralizat.
Cuptoarele cu canal de inducție sunt proiectate pentru funcționare continuă, cu tranziții rare de la un tip de metal la altul. Cuptoarele cu canal de inducție sunt utilizate în principal pentru topirea aluminiului și aliajelor acestuia, precum și a cuprului și a unora dintre aliajele acestuia. Alte serii de cuptoare sunt specializate ca mixere pentru reținerea și supraîncălzirea fierului lichid, metalelor neferoase și aliajelor înainte de turnare 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. Din punct de vedere electric, 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 principal pentru topirea metalelor pentru piese turnate modelate în timpul funcționării periodice și, de asemenea, indiferent de modul de funcționare, pentru topirea anumitor aliaje, cum ar fi bronzul, care afectează negativ căptușeala cuptoarelor cu canal.
Încălzitorul cu inducție este format dintr-o sursă puternică de înaltă frecvență și un circuit oscilant care include un inductor (Fig. 1). Piesa de prelucrat de încălzit este plasată în câmpul magnetic alternativ al inductorului. În funcție de materialul piesei de prelucrat, volumul și adâncimea acestuia de încălzire, se utilizează o gamă largă de frecvențe de operare, de la 50 Hz la zeci de MHz. La frecvențe joase de ordinul 100-10000 Hz, în industrie pot fi utilizate convertoare de mașini electrice și invertoare cu tiristoare. La frecvențe de ordinul MHz, pot fi folosite tuburi cu vid. La frecvențe medii de ordinul 10-300 kHz, se recomandă utilizarea tranzistoarelor IGBT / MOSFET.
Figura 1. Schema generală
Fizică
Conform legii inducției electromagnetice, dacă conductorul se află într-un câmp magnetic schimbător (alternant), atunci este indusă (indusă) o forță electromotoare (EMF), a cărei direcție este perpendiculară pe linii de forță câmp magnetic care traversează conductorul. În acest caz, amplitudinea EMF este proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic în care se află conductorul.
vorbind limbaj simplu, dacă o piesă de prelucrat dintr-un material conductiv este considerată ca un număr infinit de circuite scurtcircuitate, atunci când este plasată într-un inductor, sub acțiunea unui câmp magnetic alternativ, curenți (așa-numiții curenți turbionari sau Foucault) vor fi induse în aceste circuite. La rândul lor, acești curenți, conform legii Joule-Lenz, vor determina încălzirea piesei de prelucrat, deoarece materialul său are rezistență electrică.
Figura 2. Cum funcționează
Atât la trecerea prin conductori metalici de curent alternativ, cât și la încălzirea metalelor cu curenți de înaltă frecvență, se observă un efect de suprafață (efect de piele). Acest lucru se datorează faptului că curenții turbionari din grosimea conductorului deplasează curentul principal la suprafață. Încălzirea prin inducție a metalului este mai intensă în apropierea suprafeței decât în centru. Adâncimea stratului de piele depinde de rezistivitatea materialului, de permeabilitatea sa magnetică și este invers proporțională cu frecvența câmpului. Prin urmare, în funcție de frecvență, aceasta metodaîncălzirea poate fi folosită atât pentru topirea metalului, cât și pentru călirea suprafeței.
Coordonare
Pentru un invertor care este o sursă de tensiune forma rectangulara, circuitul LC este o sarcină cu impedanță scăzută. Pentru potrivire se folosesc transformatoare de înaltă frecvență sau bobine.
O bobină de terminare inclusă în întreruperea firului dintre invertor și circuit, împreună cu condensatorul rezonant, formează un filtru LC. Astfel, luând o mică parte din capacitatea condensatorului rezonant, inductorul are un efect redus asupra răspunsului în frecvență al circuitului. De obicei, un astfel de șoc este realizat pe un miez de ferită cu un spațiu de aer, prin modificarea valorii căruia, puteți controla puterea furnizată inductorului.
Transformatorul de înaltă frecvență poate funcționa atât în circuit paralel, cât și în serie. În primul caz, transformatorul va afecta foarte mult frecvența de rezonanță a circuitului. În al doilea caz, circuitul în serie în modul rezonant va consuma putere maximă cu un inductor gol (fără sarcină), deoarece la rezonanța tensiunii, reactanța circuitului LC tinde spre zero, iar rezistența activă în astfel de circuite este, de regulă, foarte mică. Din punct de vedere structural, transformatorul de potrivire este realizat pe un inel de ferită (sau recrutat din mai multe) și este pus pe firul inductor.
Dacă impedanțele nu sunt potrivite, atunci eficiența unui astfel de încălzitor scade semnificativ și crește riscul de defectare a sursei de alimentare. La setare corectă generator, frecvența acestuia trebuie să se potrivească cu frecvența de rezonanță a circuitului de ieșire sau poate fi puțin mai mare decât cea de rezonanță. În acest caz, comutatoarele convertorului de alimentare funcționează în modul cel mai favorabil. Nu este de dorit să se permită situații în care frecvența de comutare a invertorului este sub cea de rezonanță, adică. rezistența va fi capacitivă.
Odată cu o modificare a masei sau materialului corpului încălzit, frecvența de rezonanță a circuitului oscilator se modifică. Pentru ajustare, aplicați diverse metode: comutare capacitate bancă de condensatoare, reglare automată a frecvenței, reglare manuală a frecvenței, auto-oscilatoare.
La atingerea unei anumite temperaturi a materialului (punctul Curie), materialul își pierde proprietățile magnetice, drept urmare frecvența de rezonanță a circuitului se modifică dramatic, iar grosimea stratului de piele crește și ea.
La alegerea elementelor de circuit, trebuie avut în vedere că la rezonanța în circuit se obțin curenți și tensiuni de amplitudine mare, care pot depăși tensiunile de alimentare de zeci de ori. Inductorul trebuie să fie făcut din sârmă de cupru sau dintr-un tub cu secțiune transversală suficientă. Chiar și la putere scăzută (aproximativ 200-500 W), inductorul începe să se încălzească puternic sub influența propriului câmp. Un astfel de inductor va funcționa, dar se va supraîncălzi foarte mult într-un timp scurt.
Răcirea cu apă este de obicei folosită pentru a elimina căldura, apoi inductorul este realizat dintr-un tub de cupru.
Ca condensatoare de buclă, trebuie selectate condensatoare de înaltă tensiune cu putere reactivă suficientă, cu pierderi dielectrice scăzute, conectate cu bare / fire c lungimea cea mai scurtăși inductanță, lângă inductor. Există condensatori speciali pentru funcționarea în astfel de instalații, dar cu relativ putere redusă(unități kW) bateriile condensatoarelor din polipropilenă sunt utilizate cu succes.