Induzione principio di riscaldamento è stato utilizzato nei processi di produzione sin dagli anni '20. Come si dice che - la necessità è la madre dell'invenzione, durante la seconda guerra mondiale, la necessità di un processo veloce per indurire le parti di il metallo motore, ha sviluppato rapidamente la tecnologia di riscaldamento a induzione. Oggi vediamo l'applicazione di questa tecnologia nelle nostre esigenze quotidiane. Recentemente, la necessità di un migliore controllo della qualità e di tecniche di produzione sicure ha portato questa tecnologia ancora una volta alla ribalta. Con le odierne tecnologie di fascia alta, vengono introdotti metodi nuovi e affidabili per l'implementazione del riscaldamento a induzione.
Cos'è il riscaldamento a induzione?
Il principio di funzionamento del processo di riscaldamento a induzione è una ricetta combinata di induzione elettromagnetica e riscaldamento a Joule. Il processo di riscaldamento a induzione è il processo senza contatto per riscaldare un metallo elettricamente conduttivo generando correnti parassite all'interno del metallo, utilizzando il principio dell'induzione elettromagnetica. Poiché la corrente parassita generata scorre contro la resistività del metallo, in base al principio del riscaldamento Joule, il calore viene generato nel metallo.
Come funziona il riscaldamento a induzione?
Conoscere la legge di Faraday è molto utile per comprendere il funzionamento del riscaldamento a induzione. Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, cambiando il campo elettrico in il conduttore dà luogo ad un campo magnetico alternato attorno ad esso, la cui intensità dipende dall'ampiezza del campo elettrico applicato. Questo principio funziona anche viceversa quando il campo magnetico viene modificato nel conduttore.
Quindi, il principio di cui sopra viene utilizzato nel processo di riscaldamento induttivo. Qui uno stato solido Frequenza RF l'alimentazione viene applicata ad una bobina induttore e il materiale da riscaldare viene posto all'interno della bobina. quando Corrente alternata viene fatto passare attraverso la bobina, attorno ad essa viene generato un campo magnetico alternato secondo la legge di Faraday. Quando il materiale posizionato all'interno dell'induttore rientra nella gamma di questo campo magnetico alternato, all'interno del materiale viene generata corrente parassita.
Ora si osserva il principio del riscaldamento Joule. In base a ciò, quando una corrente viene fatta passare attraverso un materiale, viene generato calore nel materiale. Quindi, quando la corrente viene generata nel materiale a causa del campo magnetico indotto, la corrente che scorre produce calore dall'interno del materiale. Questo spiega il processo di riscaldamento induttivo senza contatto.
Riscaldamento induttivo del metallo
Schema del circuito di riscaldamento a induzione
La configurazione utilizzata per il processo di riscaldamento a induzione consiste in un alimentatore RF per fornire la corrente alternata al circuito. Una bobina di rame viene utilizzata come induttore e viene applicata la corrente. Il materiale da riscaldare è posto all'interno della serpentina in rame.
Configurazione tipica del riscaldamento a induzione
Modificando la forza della corrente applicata, possiamo controllare la temperatura di riscaldamento. Poiché la corrente parassita prodotta all'interno del materiale fluisce in modo opposto alla resistività elettrica del materiale, in questo processo si osserva un riscaldamento preciso e localizzato.
Oltre alle correnti parassite, viene generato anche calore a causa dell'isteresi nelle parti magnetiche. La resistenza elettrica offerta da un materiale magnetico, nei confronti del campo magnetico variabile all'interno dell'induttore, causa attrito interno. Questo attrito interno crea calore.
Poiché il processo di riscaldamento a induzione è un processo di riscaldamento senza contatto, il materiale da riscaldare può essere presente lontano dall'alimentazione o immerso in un liquido o in qualsiasi ambiente gassoso o sotto vuoto. Questo tipo di processo di riscaldamento non richiede gas di combustione.
Fattori da considerare durante la progettazione del sistema di riscaldamento a induzione
Ci sono alcuni fattori che dovrebbe essere considerato durante la progettazione di un sistema di riscaldamento a induzione per qualsiasi tipo di applicazione.
- Normalmente, il processo di riscaldamento a induzione viene utilizzato per metalli e materiali conduttivi. Il materiale non conduttivo può essere riscaldato direttamente.
- Quando applicato su materiali magnetici, il calore viene generato sia dalla corrente parassita che dall'effetto di isteresi dei materiali magnetici.
- I materiali piccoli e sottili vengono riscaldati rapidamente rispetto ai materiali grandi e spessi.
- Maggiore è la frequenza della corrente alternata, minore è la profondità di penetrazione del riscaldamento.
- I materiali di maggiore resistività vengono riscaldati rapidamente.
- L'induttore in cui deve essere posizionato il materiale riscaldante dovrebbe consentire un facile inserimento e rimozione del materiale.
- Nel calcolare la capacità di alimentazione, è necessario considerare il calore specifico del materiale da riscaldare, la massa del materiale e l'aumento di temperatura richiesto.
- Anche la perdita di calore dovuta a conduzione, convezione e irraggiamento dovrebbe essere presa in considerazione per decidere la capacità di alimentazione.
Formula di riscaldamento a induzione
La profondità di penetrazione della corrente parassita nel materiale è determinata dalla frequenza della corrente induttiva. Per gli strati che trasportano corrente, la profondità effettiva può essere calcolata come
D = 5000 √ρ / µfQui d indica la profondità (cm), la permeabilità magnetica relativa del materiale è indicata con µ, ρ la resistività del materiale in ohm-cm, f indica la frequenza del campo ac in Hz.
Design della bobina di riscaldamento a induzione
La bobina utilizzata come induttore, a cui viene applicata l'alimentazione, si presenta in varie forme. La corrente indotta nel materiale è proporzionale al numero di spire della bobina. Pertanto, per l'efficacia e l'efficienza del riscaldamento a induzione, il design della bobina è importante.
Di solito, le bobine di induzione sono conduttori di rame raffreddati ad acqua. Esistono diverse forme di bobine utilizzate, in base alle nostre applicazioni. La bobina elicoidale multigiro è quella più comunemente utilizzata. Per questa bobina, la larghezza del modello di riscaldamento è definita dal numero di spire nella bobina. Le bobine a giro singolo sono utili per applicazioni in cui è richiesto il riscaldamento di una banda stretta del pezzo o della punta del materiale.
La bobina elicoidale multiposizione viene utilizzata per riscaldare più pezzi. La bobina per pancake viene utilizzata quando è necessario riscaldare solo un lato del materiale. La serpentina interna viene utilizzata per il riscaldamento dei fori interni.
Applicazioni del riscaldamento induttivo
- Il riscaldamento mirato per il riscaldamento superficiale, la fusione e la saldatura è possibile con il processo di riscaldamento induttivo.
- Oltre ai metalli, il riscaldamento di conduttori liquidi e gassosi è possibile mediante riscaldamento induttivo.
- Per il riscaldamento del silicio nelle industrie dei semiconduttori, viene utilizzato il principio del riscaldamento induttivo.
- Questo processo viene utilizzato nei forni induttivi per riscaldare il metallo fino al punto di fusione.
- Poiché si tratta di un processo di riscaldamento senza contatto, i forni a vuoto fanno uso di questo processo per produrre acciai e leghe speciali che si ossiderebbero se riscaldati in presenza di ossigeno.
- Il processo di riscaldamento a induzione viene utilizzato per la saldatura di metalli e talvolta plastica quando sono drogati con ceramiche ferromagnetiche.
- Le stufe a induzione utilizzate in cucina funzionano secondo il principio del riscaldamento induttivo.
- Per la brasatura del carburo sull'albero viene utilizzato il processo di riscaldamento a induzione.
- Per sigillare tappi a prova di manomissione su bottiglie e prodotti farmaceutici, viene utilizzato il processo di riscaldamento a induzione.
- La macchina per modellare l'iniezione di plastica utilizza il riscaldamento a induzione per migliorare l'efficienza energetica per l'iniezione.
Per le industrie manifatturiere, riscaldamento a induzione fornisce un potente pacchetto di coerenza, velocità e controllo. Questo è un processo di riscaldamento pulito, rapido e non inquinante. La perdita di calore osservata durante il riscaldamento induttivo può essere risolta utilizzando la legge di Lenz. Questa legge ha mostrato un modo per utilizzare in modo produttivo la perdita di calore che si verifica nel processo di riscaldamento induttivo. Quale delle applicazioni del riscaldamento induttivo ti ha stupito?
