Induktion Heizprinzip wird seit den 1920er Jahren in Herstellungsprozessen eingesetzt. Wie gesagt - die Notwendigkeit ist die Mutter der Erfindung, während des Zweiten Weltkriegs die Notwendigkeit eines schnellen Prozesses, um die Teile von zu härten das Metall Motor, hat Induktionsheiztechnik schnell entwickelt. Heute sehen wir die Anwendung dieser Technologie in unseren täglichen Anforderungen. In jüngster Zeit hat die Notwendigkeit einer verbesserten Qualitätskontrolle und sicherer Herstellungstechniken diese Technologie erneut ins Rampenlicht gerückt. Mit den heutigen High-End-Technologien werden neue und zuverlässige Methoden zur Implementierung der Induktionsheizung eingeführt.
Was ist Induktionserwärmung?
Das Arbeitsprinzip des Induktionserwärmungsprozesses ist ein kombiniertes Rezept aus elektromagnetischer Induktion und Joule'scher Erwärmung. Der Induktionserwärmungsprozess ist der berührungslose Prozess des Erhitzens eines elektrisch leitenden Metalls durch Erzeugen von Wirbelströmen innerhalb des Metalls unter Verwendung des elektromagnetischen Induktionsprinzips. Wenn der erzeugte Wirbelstrom gegen den spezifischen Widerstand des Metalls fließt, wird nach dem Prinzip der Joule'schen Erwärmung Wärme im Metall erzeugt.
Wie funktioniert Induktionsheizung?
Die Kenntnis des Faradayschen Gesetzes ist sehr nützlich, um die Funktionsweise der Induktionserwärmung zu verstehen. Nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion ändert sich das elektrische Feld in der Schaffner es entsteht ein magnetisches Wechselfeld um es herum, dessen Stärke von der Stärke des angelegten elektrischen Feldes abhängt. Dieses Prinzip funktioniert auch umgekehrt, wenn das Magnetfeld im Leiter geändert wird.
Das obige Prinzip wird also im induktiven Heizprozess verwendet. Hier ein Festkörper HF-Frequenz Eine Induktivitätsspule wird mit Strom versorgt, und das zu erhitzende Material wird in die Spule eingebracht. Wann Wechselstrom Wird durch die Spule geleitet, wird nach dem Faradayschen Gesetz ein magnetisches Wechselfeld um sie herum erzeugt. Wenn das im Induktor befindliche Material in den Bereich dieses magnetischen Wechselfeldes kommt, wird im Material Wirbelstrom erzeugt.
Nun wird das Prinzip der Joule'schen Erwärmung eingehalten. Demnach wird beim Durchleiten eines Stroms durch ein Material Wärme im Material erzeugt. Wenn also aufgrund des induzierten Magnetfelds Strom im Material erzeugt wird, erzeugt der fließende Strom Wärme aus dem Material heraus. Dies erklärt den Prozess der berührungslosen induktiven Erwärmung.
Induktive Erwärmung von Metall
Schaltplan der Induktionsheizung
Der für den Induktionsheizprozess verwendete Aufbau besteht aus einer HF-Stromversorgung zur Bereitstellung des Wechselstroms für den Stromkreis. Als Induktor wird eine Kupferspule verwendet, an die Strom angelegt wird. Das zu erhitzende Material wird in die Kupferspule eingelegt.
Durch Ändern der Stärke des angelegten Stroms können wir die Heiztemperatur steuern. Da der im Material erzeugte Wirbelstrom entgegengesetzt zum spezifischen elektrischen Widerstand des Materials fließt, wird bei diesem Prozess eine präzise und lokalisierte Erwärmung beobachtet.
Neben dem Wirbelstrom wird aufgrund der Hysterese in magnetischen Teilen auch Wärme erzeugt. Der elektrische Widerstand, den ein magnetisches Material gegenüber dem sich ändernden Magnetfeld innerhalb des Induktors bietet, verursacht innere Reibung. Diese innere Reibung erzeugt Wärme.
Da der Induktionserwärmungsprozess ein berührungsloser Erwärmungsprozess ist, kann das zu erhitzende Material von der Stromversorgung entfernt vorhanden sein oder in eine Flüssigkeit oder in eine gasförmige Umgebung oder in ein Vakuum getaucht werden. Diese Art des Erhitzungsprozesses erfordert keine Verbrennungsgase.
Faktoren, die beim Entwurf eines Induktionsheizsystems zu berücksichtigen sind
Es gibt einige Faktoren Dies sollte bei der Entwicklung eines Induktionsheizsystems für jede Art von Anwendung berücksichtigt werden.
- Normalerweise wird der Induktionserwärmungsprozess für Metalle und leitfähige Materialien verwendet. Das nichtleitende Material kann direkt erwärmt werden.
- Beim Aufbringen auf magnetische Materialien wird Wärme sowohl durch Wirbelstrom als auch durch Hystereseeffekt magnetischer Materialien erzeugt.
- Kleine und dünne Materialien werden im Vergleich zu großen und dicken Materialien schnell erhitzt.
- Je höher die Frequenz des Wechselstroms, desto geringer die Eindringtiefe.
- Materialien mit höherem spezifischen Widerstand werden schnell erhitzt.
- Der Induktor, in den das Heizmaterial eingebracht werden soll, sollte ein einfaches Einsetzen und Entfernen des Materials ermöglichen.
- Bei der Berechnung der Stromversorgungskapazität sind die spezifische Wärme des zu erwärmenden Materials, die Masse des Materials und der erforderliche Temperaturanstieg zu berücksichtigen.
- Der Wärmeverlust aufgrund von Leitung, Konvektion und Strahlung sollte bei der Entscheidung über die Stromversorgungskapazität ebenfalls berücksichtigt werden.
Induktionsheizformel
Die vom Wirbelstrom in das Material eingedrungene Tiefe wird durch die Frequenz des induktiven Stroms bestimmt. Für stromführende Schichten kann die effektive Tiefe berechnet werden als
D = 5000 √ρ / µfHier gibt d die Tiefe (cm) an, die relative magnetische Permeabilität des Materials wird mit bezeichnet µ, ρ Der spezifische Widerstand des Materials in Ohm-cm, f gibt die Wechselstromfeldfrequenz in Hz an.
Induktionsheizspulen-Design
Die als Induktor verwendete Spule, an die Strom angelegt wird, hat verschiedene Formen. Der induzierte Strom im Material ist proportional zur Anzahl der Windungen in der Spule. Daher ist für die Wirksamkeit und Effizienz der Induktionsheizung das Spulendesign wichtig.
Induktionsspulen sind normalerweise wassergekühlte Kupferleiter. Abhängig von unseren Anwendungen werden verschiedene Formen von Spulen verwendet. Am häufigsten wird die Spiralspule mit mehreren Windungen verwendet. Für diese Spule wird die Breite des Heizmusters durch die Anzahl der Windungen in der Spule definiert. Single-Turn-Spulen sind nützlich für Anwendungen, bei denen ein Erwärmen des schmalen Bandes des Werkstücks oder der Spitze des Materials erforderlich ist.
Die Wendelspule mit mehreren Positionen dient zum Erhitzen von mehr als einem Werkstück. Die Pfannkuchenspule wird verwendet, wenn nur eine Seite des Materials erwärmt werden muss. Die Innenspule dient zum Erhitzen der Innenbohrungen.
Anwendungen der induktiven Heizung
- Mit dem induktiven Erwärmungsprozess ist eine gezielte Erwärmung zum Erhitzen, Schmelzen und Löten der Oberfläche möglich.
- Neben Metallen ist die Erwärmung von Flüssigkeitsleitern und Gasleitern durch induktive Erwärmung möglich.
- Zum Erhitzen von Silizium in der Halbleiterindustrie wird das induktive Erwärmungsprinzip verwendet.
- Dieses Verfahren wird in Induktionsöfen verwendet, um Metall auf seinen Schmelzpunkt zu erhitzen.
- Da es sich um ein kontaktloses Erhitzen handelt, verwenden Vakuumöfen dieses Verfahren zur Herstellung von Spezialstahl und -legierungen, die beim Erhitzen in Gegenwart von Sauerstoff oxidieren würden.
- Das Induktionserwärmungsverfahren wird zum Schweißen von Metallen und manchmal Kunststoffen verwendet, wenn diese mit ferromagnetischer Keramik dotiert sind.
- In der Küche verwendete Induktionsherde arbeiten nach dem Prinzip der induktiven Heizung.
- Zum Hartlöten von Hartmetall auf Welle wird ein Induktionsheizverfahren verwendet.
- Für die manipulationssichere Verschließung von Flaschen und Pharmazeutika wird das Induktionsheizverfahren verwendet.
- Die Modelliermaschine für Kunststoffinjektionen verwendet Induktionserwärmung, um die Energieeffizienz für die Injektion zu verbessern.
Für das verarbeitende Gewerbe, Induktionsheizung bietet ein leistungsstarkes Paket aus Konsistenz, Geschwindigkeit und Kontrolle. Dies ist ein ordentlicher, schneller und umweltfreundlicher Heizprozess. Der beim induktiven Erhitzen beobachtete Wärmeverlust kann nach dem Lenzschen Gesetz gelöst werden. Dieses Gesetz zeigte einen Weg, den Wärmeverlust, der beim induktiven Erhitzen auftritt, produktiv zu nutzen. Welche Anwendung der induktiven Heizung hat Sie überrascht?
