Hvordan en induktionsvarmer virker og virker

Funktionsprincippet for en induktionsvarmer består i at opvarme et elektrisk ledende metalemne ved hjælp af en lukket hvirvelstrøm induceret i det.

Hvirvelstrømme er strømme, der opstår i massive ledninger på grund af fænomenet elektromagnetisk induktion, når disse ledninger gennemtrænges af et vekslende magnetfelt. Energi bruges til at skabe disse strømme, som omdannes til varme og varmer ledningerne op.

For at reducere disse tab og eliminere opvarmning anvendes i stedet for massive ledninger lagdelte ledninger, hvor de enkelte lag er adskilt af isolering. Denne isolation forhindrer forekomsten af ​​store lukkede hvirvelstrømme og reducerer energitabene for at opretholde dem. Det er af disse grunde, at transformatorkerner, armaturer af generatorer osv. er lavet af tynde stålplader, der er isoleret fra hinanden med lag af lak.

Induktoren i en induktionsvarmer er en vekselstrømspole designet til at skabe et højfrekvent elektromagnetisk vekselfelt.

Det vekslende højfrekvente magnetfelt virker på sin side på et elektrisk ledende materiale, hvilket forårsager en lukket strøm med høj tæthed i det og opvarmer dermed emnet, indtil det smelter. Dette fænomen har været kendt i lang tid og er blevet forklaret siden Michael Faradays tid, som beskrev fænomenet elektromagnetisk induktion tilbage i 1931

Det tidsvarierende magnetfelt inducerer en vekslende EMF i lederen, som skærer dens kraftlinjer. En sådan ledning kan generelt være en transformervikling, en transformerkerne eller et solidt stykke metal.

Hvis EMF induceres i spolen, produceres en transformer eller modtager, og hvis det er direkte i det magnetiske kredsløb eller i en kortslutning, produceres induktionsopvarmning af det magnetiske kredsløb eller spolen.

I en dårligt designet transformer kan f.eks. kerneopvarmning ved Foucault-strømme ville være utvetydigt skadeligt, men i en induktionsvarmer tjener et sådant fænomen et nyttigt formål.

Fra belastningens art er en induktionsvarmer med en ledende del opvarmet i den som en transformer med en kortsluttet sekundærvikling på en omgang. Da modstanden inde i emnet er ekstremt lille, er selv et lille induceret elektrisk hvirvelfelt tilstrækkeligt til at skabe en strøm med så høj tæthed, at dens termiske effekt (jf. Joule-Lenz-loven) ville være meget udtryksfuld og praktisk.

Den første kanalovn af denne type dukkede op i Sverige i 1900, den blev fodret med strøm med en frekvens på 50-60 Hz, den blev brugt til at smelte stålkanal og metallet blev ledt ind i en digel arrangeret i en kortkædet rotationsmåde af sekundærviklingen af ​​en transformer.Effektivitetsproblemet var naturligvis til stede, da effektiviteten var mindre end 50%.

I dag er en induktionsvarmer en trådløs transformer, der består af en eller flere vindinger af et relativt tykt kobberrør, hvorigennem kølevæsken fra et aktivt kølesystem pumpes ved hjælp af en pumpe. En vekselstrøm med en frekvens på flere kilohertz til flere megahertz påføres det ledende legeme af røret, som en induktor, afhængigt af parametrene for prøven, der behandles.

Faktum er, at ved høje frekvenser forskydes hvirvelstrømmen fra prøven, der opvarmes af selve hvirvelstrømmen, fordi magnetfeltet i denne hvirvelstrøm forskyder den strøm, der blev genereret mod overfladen.

Dette viser sig som hudeffekt, når den maksimale strømtæthed er resultatet af, at emnets overflade falder på et tyndt lag, og jo højere frekvensen er og jo lavere den elektriske modstand af det opvarmede materiale er, jo tyndere er skallaget.

For kobber, for eksempel ved 2 MHz, er huden kun en kvart millimeter! Det betyder, at kobberstykkets indre lag ikke opvarmes direkte af hvirvelstrømme, men af ​​varmeledning fra dets tynde ydre lag. Teknologien er imidlertid effektiv nok til hurtigt at opvarme eller smelte næsten ethvert elektrisk ledende materiale.

Der bygges moderne induktionsvarmer baseret på et oscillerende kredsløb (spole-induktor og kondensator) drevet af en medfølgende resonans-inverter IGBT eller MOSFET — transistorergør det muligt at opnå driftsfrekvenser op til 300 kHz.

Til højere frekvenser bruges vakuumrør, som gør det muligt at nå frekvenser på 50 MHz og højere, for eksempel til smeltning af smykker kræves der ret høje frekvenser, da delens størrelse er meget lille.

For at øge kvalitetsfaktoren af ​​arbejdskredsløbene tyr de til en af ​​to måder: enten at øge frekvensen eller øge kredsløbets induktans ved at tilføje ferromagnetiske indsatser til dets konstruktion.

Dielektrisk opvarmning udføres også ved hjælp af et højfrekvent elektrisk felt i industrien. Forskellen fra induktionsopvarmning er de anvendte aktuelle frekvenser (op til 500 kHz med induktionsopvarmning og mere end 1000 kHz med dielektrisk). I dette tilfælde er det vigtigt, at stoffet, der skal opvarmes, ikke leder strøm godt, dvs. var et dielektrikum.

Fordelen ved metoden er generering af varme direkte inde i stoffet. I dette tilfælde kan dårligt ledende stoffer hurtigt varmes op indefra. For flere detaljer se her: Grundlæggende fysiske grundlag for højfrekvente dielektriske opvarmningsmetoder