Основы индукционного нагрева
Индукционный нагрев имеет место в электропроводящем объекте (не обязательно магнитной стали), когда объект находится в переменном магнитном поле. Индукционный нагрев обусловлен гистерезисом и потерями на вихревые токи.
Индукционный нагрев представляет собой процесс нагрева электропроводящего объекта (обычно металла) с помощью электромагнитной индукции за счет тепла, генерируемого в объекте вихревыми токами. Индукционный нагреватель состоит из электромагнита и электронного генератора, который пропускает высокочастотный переменный ток (AC) через электромагнит. Быстро переменное магнитное поле проникает в объект, генерируя электрические токи внутри проводника, называемые вихревыми токами. Вихревые токи, протекающие через сопротивление материала, нагревают его с помощью джоулева нагрева. В ферромагнитных (и ферримагнитных) материалах, таких как железо, тепло также может генерироваться за счет потерь на магнитный гистерезис. Частота используемого тока зависит от размера объекта, типа материала, связи (между рабочей катушкой и нагреваемым объектом) и глубины проникновения.
Гистерезисные потери возникают только в магнитных материалах, таких как сталь, никель и очень немного других. Потеря гистерезиса утверждает, что это вызвано трением между молекулами, когда материал намагничивается сначала в одном направлении, а затем в другом. Молекулы можно рассматривать как маленькие магниты, которые вращаются с каждым изменением направления магнитного поля. Работа (энергия) необходима, чтобы перевернуть их. Энергия превращается в тепло. Скорость расходования энергии (мощности) увеличивается с увеличением скорости обращения (частоты).
Вихретоковые потери возникают в любом проводящем материале в переменном магнитном поле. Это приводит к движению, даже если материалы не обладают магнитными свойствами, обычно связанными с железом и сталью. Примерами являются медь, латунь, алюминий, цирконий, немагнитная нержавеющая сталь и уран. Вихревые токи - это электрические токи, индуцированные действием трансформатора в материале. Как следует из их названия, они, кажется, циркулируют вихрями на вихрях в твердой материальной массе. Вихретоковые потери гораздо важнее, чем гистерезисные потери при индукционном нагреве. Обратите внимание, что индукционный нагрев применяется к немагнитным материалам, где не происходит потерь гистерезиса.
Для нагрева стали для закалки, ковки, плавления или любых других целей, где требуется температура выше температуры Кюри, мы не можем зависеть от гистерезиса. Сталь теряет свои магнитные свойства выше этой температуры. Когда сталь нагревают ниже точки Кюри, вклад гистерезиса обычно настолько мал, что его можно игнорировать. Для всех практических целей я2R вихревых токов является единственным способом, которым электрическая энергия может быть превращена в тепло для целей индукционного нагрева.
Две основные вещи для индукционного нагрева:
- Изменяющееся магнитное поле
- Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле