Индуктор нагревательный: Нагреватель индукционный серии HD-25DG BlackSmith со склада с доставкой Индукционные нагреватели от компании Невское Оборудование
Индуктор нагревательный | это… Что такое Индуктор нагревательный?
(лат. inductor, от induce — ввожу, нахожу, побуждаю) электромагнитное устройство, предназначенное для индукционного нагрева (См. Индукционный нагрев). И. н. состоит из двух основных частей — индуктирующего провода, с помощью которого создаётся переменное магнитное поле, и токоподводов для подключения индуктирующего провода к источнику электрической энергии. Проводящее электрический ток тело, помещенное в магнитное переменное поле, нагревается вследствие теплового действия вихревых токов, наводимых в участках изделия, непосредственно охватываемых индуктирующим проводом. В основном все типы И. н. могут быть разделены на два вида: одновременного и непрерывно-последовательного нагрева. В первом случае площадь индуктирующего провода примерно равна площади нагреваемой поверхности, что позволяет одновременно нагревать все её участки. При втором способе нагреваемое изделие перемещают относительно индуктирующего провода, последовательно нагревая участки поверхности изделия.
Существуют И. н. для поверхностного нагрева и закалки различных изделий (деталей), для сквозного нагрева кузнечных заготовок, нагрева листового материала, для плавки металлов и др., различающиеся конструктивным выполнением, частотой питающего электрического тока, материалом магнитопровода индуктирующей системы и пр. На рис. 1 показан И. н. для нагрева под закалку простых цилиндрических деталей способом одновременного нагрева. Чтобы избежать перегрева и расплавления индуктирующего провода, его выполняют массивным. Такие И. н. питают током с частотой 10 кгц. На поверхности индуктирующего провода расположены отверстия для подачи на нагретую деталь закалочной воды после выключения электрического тока. Таким образом одновременно охлаждается и сам И. н.
Простейшим многовитковым И. н., предназначенным для закалки внутренних поверхностей деталей, является Соленоид. Соленоидными И. н. нагревают внутренние цилиндрические поверхности диаметром 50 мм и более.
При диаметрах отверстий меньше 30 мм используют петлевые И. н. с магнитопроводом (рис. 2), а для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей диаметром меньше 15 мм — стержневые И. н. в виде трубки, диаметр которой на несколько мм меньше диаметра обрабатываемого отверстия. Трубка по отношению к отверстию располагается коаксиально. Для сквозного нагрева кузнечных заготовок применяют И. н., изготавливаемые из трубки, которая при большой длине разделяется на несколько секций с отдельным охлаждением.
Плоские поверхности изделий нагревают для закалки И. н. с индуктирующим проводом в виде плоских спиралей или зигзагов (для малых нагреваемых площадей) либо непрерывно-последовательным способом нагрева с перемещением нагреваемой детали над индуктирующим проводом (
Нагрев торцевых поверхностей производится И. н. зигзагообразной формы; для равномерного нагрева поверхности деталь вращают. Листовой материал и ленты наиболее эффективно нагреваются в поперечном магнитном поле (рис. 4), при этом толщина листа должна быть меньше глубины проникновения тока (обычно на частотах от 10 до 70 кгц). Нагрев и закалку зубьев шестерни производят в петлевом И. н., охватывающем зуб с двух сторон. Чтобы закалить впадину между зубьями, индуктирующий провод располагают вдоль окружности шестерни, устанавливая против впадин магнитопроводы, входящие при рабочем положении внутрь впадин.
Лит. см. при ст. Индукционный нагрев, Индукционная нагревательная установка.
Рис. 1. Индуктор для закалки цилиндрических деталей способом одновременного нагрева: 1 — воронки для выравнивания давления закалочной воды в камере 2; 3 — индуктирующий провод с отверстиями для выхода закалочной воды: 4 — трубопровод водяного охлаждения.
Рис. 2. Петлевой индуктор для закалки внутренних цилиндрических поверхностей способом одновременного нагрева при вращении закаливаемой детали: а — конструкция с отдельными камерами для охлаждения индуктора и выхода закалочной воды; б — конструкция без постоянного охлаждения; 1 — магнитопровод; 2 — индуктирующий провод; 3 — трубопровод водяного охлаждения.
Рис. 3. Индуктор для закалки плоской поверхности непрерывно-последовательным способом: 1 — индуктирующий провод; 2 — магнитопровод; 3 — душевое устройство для подачи закалочной воды; 4 — трубопровод водяного охлаждения.
Рис. 4. Схема индукторов для нагрева листового материала в поперечном магнитном поле при размещении индуктирующего провода: а — с одной стороны нагреваемого листа; б — с обеих сторон нагреваемого листа; 1 — индуктирующий провод; 2 — магнитопровод; 3 — ярмо магнитопровода.
Индуктор нагревательный | это… Что такое Индуктор нагревательный?
Индуктор нагревательный — рабочий орган установок индукционного нагрева.
Содержание
|
Конструкция
Индуктор нагревательный представляет собой один или несколько витков проводника, в котором с помощью мощного генератора переменного тока создаются электрические колебания высокой частоты (от нескольких кГц до 5 МГц). Внутрь витков помещают заготовку из электропроводящего материала.
При включении генератора вокруг индуктора возникает интенсивное электромагнитное излучение, которое поглощается заготовкой и разогревает её.
Система индуктор-заготовка представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху (либо по вакууму, по защитному газу, по жидкости и т.
д.)
Трубчатые заготовки могут одеваться на спираль индуктора снаружи, плоские — размещаться у торца.
Также индуктор может выполняться в виде «змейки» для нагрева плоских поверхностей, трехлистного клевера для нагрева уголков, восьмерки для нагрева зубьев зубчатых колес, иметь другую причудливую форму (см. [2]).
Индукторы делятся на два класса:
- низкочастотные (большое число витков и большой диаметр) — предназначены для разогрева как правило крупных заготовок либо плавления металла в индукционных печах. Имеют большую индуктивность, на них не подают напряжение с частотой выше нескольких десятков кГц.
- высокочастотные (один виток небольшого диаметра) — в основном предназначены для разогрева мелких деталей. Имеют небольшую индуктивность, запитываются напряжением от сотен кГц до 5 МГц.
Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскаленной заготовки. По этой причине индукторы мощных установок изготавливаются из медных трубок, охлаждаемых проточной водой.
Индукторы маломощных установок или установок, работающих в кратковременном режиме (секунды) не успевают сильно нагреваться. Их достаточно изготовить из достаточно массивного медного провода (возможно обычного изолированного).
Безопасность
Так как в индукторе наводится высокое напряжение, которое в мощных установках может достигать сотен вольт, индуктор представляет опасность для персонала. Опасны ТВЧ-ожоги — высокочастотный ток течет только по поверхности кожи (скин-эффект), которая представляет собой практически электролит. Внутренние органы не повреждаются, но кожа может получить сильный ожог. Также не до конца изучено воздействие на человеческий организм мощного электромагнитного излучения.
Индуктор может прогореть от жара раскаленной заготовки, повредиться от удара заготовки об индуктор, недопустимо изменить свою индуктивность от закорачивания витков расплавленным металлом в случае многовитковой конструкции.
В связи с вышесказанным индукторы защищают заливкой огнеупорным цементом, обмоткой кварцевой или фторопластовой лентой, вставкой в индуктор тиглей и трубок из керамики или кварцевого стекла. Охлаждающая вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае разгерметизации индуктора. Для охлаждения индуктор подсоединяется либо к местному охлаждающему агрегату — чиллеру, либо к водопроводной сети пхв-трубками настолько длинными, чтобы сопротивление «столба» воды в трубке было высоким и обеспечило «изоляцию» водопроводной сети от высокого напряжения индуктора.
Проектирование
Основой для проектирования индукторов является поверхностный эффект. Он заключается в следующем. Вторичный ток в заготовке имеет то же направление, что и ток в индукторе, который расположен рядом. При этом наведенный ток как бы «притягивается» к индуктору. Это связано с тем, что близко расположенные токи, текущие в одну сторону, притягиваются.
Если индуктор погружен в жидкий металл и на него подается большая мощность (десятки кВт), металл под действием МГД сил отжимается от индуктора и небольшие его количества могут даже зависнуть над индуктором в воздухе.
Применяя индукторы специальной формы, можно провести сверхчистую плавку небольшого количества металла, левитирующего в вакууме или защитном газе.
Для увеличения кпд индуктора, необходимо как можно ближе расположить его рядом с заготовкой. На практике это от 2 мм до нескольких сантиметров.
Питание к индуктору подводится как правило с помощью высокочастотного трансформатора без сердечника (с воздушным сердечником), первичной обмоткой которого служит катушка колебательного контура, а вторичной — один широкий виток из медного листа (электромагнитный концентратор или концентратор вихревых токов). Индуктор должен быть согласован со вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, т.е иметь примерно такую же индуктивность. Чтобы уменьшить индуктивность многовитковых индукторов, их изготавливают из нескольких параллельных витков.
Для уменьшения рассеяния магнитного потока, индуктор снаружи обклеивают высокочастотными магнитопроводами (магнитодиэлектриками) — панельками из материала Fluxtrol или Ferrotron, который представляет собой мелкодисперсный порошок из магнитного материала, связанный эпоксидной смолой.
Такие панельки способны концентрировать электромагнитное излучение на частотах до 3 МГц и выдерживать температуру до 250 С.
См. также
Индукционный нагрев
Диэлектрический нагрев
Индукционная тигельная печь
Индукционная плита
Вихревые токи
Литература
1. Бабат Г. И., Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. -М.: Госэнергоиздат, 1948. С. 332.
2. Лозинский М. Г. Промышленное применение индукционного нагрева. -М.: Издательство АН СССР, 1948. С. 471.
3. Слухоцкий А. Е. Индукторы. -Л.: Машиностроение, 1989. С. 69.
4. Фогель А. А. Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии. -Л.: Машиностроение, 1979. С. 104.
Катушки индукционного нагрева — компоненты индукционного нагрева
Элементы индукционного нагрева
Типичная система индукционного нагрева включает источник питания, схему согласования импеданса, контур бака и аппликатор. Аппликатор, представляющий собой индукционную катушку, может быть частью контура бака.
Баковая цепь обычно представляет собой параллельный набор конденсаторов и катушек индуктивности. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи бака являются резервуарами электростатической энергии и электромагнитной энергии соответственно. На резонансной частоте конденсатор и катушка индуктивности начинают передавать накопленную энергию друг другу. В параллельной конфигурации это преобразование энергии происходит при высоком токе. Высокий ток через катушку способствует хорошей передаче энергии от индукционной катушки к заготовке.
Нажмите здесь, чтобы узнать, что такое индукционные катушки и как они работают, а также о различных типах катушек .
a) Источник питания
Источники питания являются одной из наиболее важных частей системы индукционного нагревателя. Обычно они оцениваются по диапазону рабочих частот и мощности. Существуют различные типы индукционных источников питания, которые представляют собой источники линейной частоты, умножители частоты, мотор-генераторы, преобразователи с искровым разрядником и полупроводниковые инверторы.
Твердотельные инверторы имеют наибольшую эффективность среди источников питания.
Типичный твердотельный инверторный блок питания состоит из двух основных частей; Выпрямитель и инвертор. Линейный переменный ток преобразуется в постоянный в секции выпрямителя с помощью диодов или тиристоров. Постоянный ток поступает в инвертор, где полупроводниковые переключатели, такие как IGBT или MOSFET, преобразуют его в ток, на этот раз с высокой частотой (обычно в диапазоне 10–600 кГц). Согласно диаграмме ниже, IGBT могут работать при более высоком уровне мощности и более низкой частоте по сравнению с MOSFET, работающими при более низком уровне мощности и более высоких частотах.
b) Соответствие импеданса
Блоки питания индукционного нагрева, как и любое другое электронное устройство, имеют максимальные значения напряжения и тока, которые не должны превышаться. Чтобы передать максимальную мощность от источника питания к нагрузке (заготовке), импеданс источника питания и нагрузки должен быть как можно ближе.
Таким образом, значения мощности, напряжения и тока могут одновременно достигать максимально допустимых пределов. Для этой цели в индукционных нагревателях используются цепи согласования импеданса. В зависимости от применения могут использоваться различные комбинации электрических элементов (например, трансформаторы, переменные катушки индуктивности, конденсаторы и т. д.).
c) Резонансный бак
Резонансный бак в системе индукционного нагрева обычно представляет собой параллельный набор конденсатора и индуктора, который резонирует на определенной частоте. Частота определяется по следующей формуле:
, где L — индуктивность индукционной катушки, а C — емкость. Согласно анимации ниже явление резонанса очень похоже на то, что происходит в качающемся маятнике. В маятнике кинетическая и потенциальная энергии преобразуются друг в друга, пока он качается с одного конца на другой. Движение демпфируется за счет трения и других механических потерь.
В резонансном резервуаре энергия, обеспечиваемая источником питания, колеблется между катушкой индуктивности (в виде электромагнитной энергии) и конденсатором (в виде электростатической энергии). Энергия затухает из-за потерь в конденсаторе, индукторе и изделии. Потери в заготовке в виде тепла являются желательными и целью индукционного нагрева.
Сам резонатор включает в себя конденсатор и катушку индуктивности. Батарея конденсаторов используется для обеспечения необходимой емкости для достижения резонансной частоты, близкой к возможностям источника питания. На низких частотах (ниже 10 кГц) используются маслонаполненные конденсаторы, а на более высоких частотах (более 10 кГц) используются керамические конденсаторы или конденсаторы с твердым диэлектриком.
d) Индукторы индукционного нагревателя
Что такое индукционные катушки и как они работают? Катушка индукционного нагрева представляет собой медную трубку особой формы или другой проводящий материал, через который проходит переменный электрический ток, создавая переменное магнитное поле.
Металлические детали или другие проводящие материалы помещаются внутри, через или рядом с катушкой индукционного нагрева, не касаясь катушки, и создаваемое переменное магнитное поле вызывает трение внутри металла, вызывая его нагрев.
При проектировании катушки необходимо учитывать некоторые условия:
1. Для повышения эффективности индукционных нагревателей расстояние между катушкой и заготовкой должно быть минимальным. Эффективность связи между катушкой и заготовкой обратно пропорциональна квадратному корню из расстояния между ними.
2. Если деталь расположена в центре спиральной катушки, она будет лучше всего связана с магнитным полем. Если он смещен от центра, область заготовки ближе к виткам получит больше тепла. Этот эффект показан на рисунке ниже.
3. Кроме того, положение, близкое к соединению выводы-катушка, имеет более слабую плотность магнитного потока, поэтому даже центр внутреннего диаметра спиральной катушки не является центром индукционного нагрева.
4. Следует избегать эффекта отмены (рисунок слева). Это происходит, когда отверстие катушки очень маленькое. Введение петли в катушку поможет обеспечить необходимую индуктивность (рисунок справа). Индуктивность индуктора определяет способность этого индуктора накапливать магнитную энергию. Индуктивность можно рассчитать как:
где ε — электродвижущая сила, а dI/dt — скорость изменения тока в катушке. ε сама по себе равна скорости изменения магнитного потока в катушке (- dφ/dt), где магнитный поток φ можно рассчитать из NBA, где N — число витков, B — магнитное поле, а A — площадь индуктор. Поэтому индуктивность будет равна:
Очевидно, что величина индуктивности линейно пропорциональна площади индуктора. Следовательно, необходимо учитывать минимальное значение для контура индуктора, чтобы он мог накапливать магнитную энергию и передавать ее на индукционную заготовку.
Эффективность катушки
Эффективность катушки определяется следующим образом:
В таблице ниже показана типичная эффективность различной катушки:
Модификация катушки в соответствии с применением
В нескольких приложениях, нагревание, нагревание, нагрева объект не имеет однородного профиля, хотя и нуждается в равномерном нагреве.
В этих случаях поле магнитного потока необходимо модифицировать. Для этого есть два типичных метода. Один из способов — разъединить витки там, где деталь имеет большее поперечное сечение (при использовании спиральной катушки). Более распространенным методом является увеличение межвиткового промежутка в местах, где поперечное сечение детали больше. Оба метода показаны на рисунке ниже.
Такая же ситуация возникает при нагреве плоских поверхностей большими блинчатыми змеевиками. Центральная часть будет перегреваться. Чтобы избежать этого, зазор между поверхностью катушки и плоским объектом будет увеличен за счет придания конической формы блинной катушке.
Змеевик с вкладышем используется в тех случаях, когда требуется широкая и равномерная зона нагрева, но мы хотим избежать использования медных труб большого диаметра. Вкладыш представляет собой широкий лист, который приваривается к ГНКТ как минимум в двух точках. Остальная часть стыка будет пропаяна только для обеспечения максимальной теплопередачи соединения.
Также синусоидальный профиль поможет увеличить охлаждающую способность змеевика. Такая катушка показана на рисунке ниже.
По мере увеличения длины нагрева количество витков необходимо увеличивать, чтобы сохранить равномерность нагрева.
В зависимости от изменения формы заготовки схема нагрева меняется. Магнитный поток имеет тенденцию скапливаться на краях, поверхностных срезах или углублениях нагревательного объекта, вызывая более высокую скорость нагрева в этих местах. На рисунке ниже показан «краевой эффект», когда спираль находится выше края нагревательного элемента, и в этой области происходит чрезмерный нагрев. Чтобы этого избежать, катушку можно опустить ниже, чтобы она была ровной или чуть ниже края.
Индукционный нагрев дисков также может вызвать чрезмерный нагрев краев, как показано на рисунке ниже. Края получат более высокий нагрев. Высота витка может быть уменьшена или концы витка могут быть выполнены большего радиуса, чтобы отделить их от края заготовки.
Острые углы прямоугольных витков могут вызвать более глубокий нагрев заготовки. Развязка углов катушки, с одной стороны, уменьшит скорость нагрева угла, а с другой стороны, уменьшит общую эффективность индукционного процесса.
Одним из важных моментов, который необходимо учитывать при проектировании многоместных катушек, является влияние соседних катушек друг на друга. Для того чтобы поддерживать максимальную силу нагрева каждой катушки, межосевое расстояние между соседними катушками должно быть не менее чем в 1,5 раза больше диаметра катушки.
Разъемные индукторы используются в тех случаях, когда требуется тесная связь, а также когда деталь не может быть извлечена из катушки после процесса нагрева. Важным моментом здесь является то, что в месте соприкосновения шарнирных поверхностей должен быть обеспечен очень хороший электрический контакт. Обычно тонкий слой серебра используется для обеспечения наилучшего поверхностного электрического контакта.
Разделенные части змеевиков будут охлаждаться с помощью гибких водяных трубок. Автоматическое пневматическое сжатие часто используется для закрытия/открытия змеевика, а также для обеспечения необходимого давления в шарнирной зоне.
Типы нагревательных змеевиков
Двойной деформированный блинчатый змеевикВ таких приложениях, как нагрев кончика вала, достижение однородности температуры может быть затруднено из-за эффекта компенсации в центре поверхности наконечника. Двойной деформированный блинчатый змеевик с зачищенными сторонами, аналогичный приведенной ниже схеме, можно использовать для достижения равномерного профиля нагрева. Следует обратить внимание на направление двух блинов, в которых центральные обмотки намотаны в одном направлении и имеют дополнительный магнитный эффект.
Катушка с раздельным возвратом
В таких применениях, как сварка узкой полосы на одной стороне длинного цилиндра, где относительно большая длина должна быть нагрета значительно выше, чем другие области объекта, обратный путь тока будет иметь значение.
При использовании катушки типа Split-Return большой ток, индуцируемый в сварочном пути, будет разделен на две части, которые будут еще шире. Таким образом, скорость нагрева на пути сварки как минимум в четыре раза выше, чем у остальных частей объекта.
Канальные змеевики
Канальные змеевики используются, если время нагрева не очень короткое, а также требуется довольно низкая удельная мощность. Ряд нагревающихся частей будет проходить через змеевик с постоянной скоростью и достигать максимальной температуры при выходе из машины. Концы катушки обычно загнуты, чтобы обеспечить путь для входа и выхода деталей из катушки. Там, где необходим профильный обогрев, можно использовать пластинчатые концентраторы с многовитковыми канальными змеевиками.
Квадратная медная трубка имеет два основных преимущества по сравнению с круглой трубкой: а) поскольку она имеет более плоскую поверхность, «смотрящую» на заготовку, она обеспечивает лучшую электромагнитную связь с нагревательной нагрузкой и б) она конструктивно легче для реализации поворотов с квадратной трубкой, а не с круглой трубкой.
Конструкция выводов для индукционных катушек
Конструкция выводов: Выводы являются частью индукционной катушки и, хотя они очень короткие, имеют конечную индуктивность. В общем виде на схеме ниже показана принципиальная схема теплового пункта системы индукционного агрегата. C — резонансный конденсатор, установленный в тепловой станции, L_lead — общая индуктивность выводов катушки, а L_coil — индуктивность индукционной катушки, связанной с нагревательной нагрузкой. V_total — это напряжение, подаваемое от индукционного источника питания на тепловую станцию, V_lead — падение напряжения на индуктивности провода, а V_coil — напряжение, которое будет подаваться на индукционную катушку. Общее напряжение представляет собой сумму напряжения на выводе и напряжения на индукционной катушке:
V_lead представляет собой величину общего напряжения, занимаемого выводами, и не оказывает никакого полезного индукционного действия. Целью дизайнера будет минимизировать это значение.
V_lead можно рассчитать как:
Из приведенных выше формул видно, что для минимизации значения V_lead индуктивность выводов должна быть в несколько раз меньше индуктивности индукционной катушки (L_lead≪L_coil) .
Уменьшение индуктивности выводов: На низких частотах, обычно из-за использования катушек с высокой индуктивностью (многовитковых и/или большого внутреннего диаметра), L_вывод намного меньше, чем L_coil. Однако, поскольку количество витков и общий размер катушки уменьшаются для высокочастотных индукторов, становится важным применение специальных методов для минимизации индуктивности выводов. Ниже приведены два примера, как это сделать.
Концентраторы потока: Когда магнитный материал помещается в окружающую среду, включающую магнитные поля, из-за низкого магнитного сопротивления (сопротивления) он имеет тенденцию поглощать линии магнитного потока. Способность поглощать магнитное поле количественно определяется относительной магнитной проницаемостью.
Это значение для воздуха, меди и нержавеющей стали равно единице, но для мягкой стали может доходить до 400, а для железа до 2000. Магнитные материалы могут сохранять свою магнитную способность до температуры Кюри, после чего их магнитная проницаемость падает до единицы и они больше не будут магнитными.
Концентратор потока представляет собой материал с высокой проницаемостью и низкой электропроводностью, предназначенный для использования в конструкции катушек индукционного нагревателя для усиления магнитного поля, воздействующего на нагревательную нагрузку. На рисунке ниже показано, как размещение концентратора потока в центре круглой катушки концентрирует силовые линии магнитного поля на поверхности катушки. При этом материалы, размещенные поверх блинчатого змеевика, будут лучше сцепляться и получать максимальный нагрев.
Влияние концентратора потока на плотность тока в индукционной катушке показано на рисунке ниже. Большая часть тока будет сосредоточена на поверхности, не покрытой концентратором потока.
Поэтому змеевик может быть сконструирован таким образом, что только сторона змеевика, обращенная к нагревательной нагрузке, останется без материалов концентратора. В электромагнетизме это называется щелевым эффектом. Щелевой эффект значительно повысит эффективность катушки, и для нагрева потребуется более низкий уровень мощности.
Ссылка:
- С. Зинн и С. Л. Семиатин, «Элементы индукционного нагрева, проектирование, управление и применение», ASM International, ISBN-13: 9780871703088, 19089
Изучение основ индукторов
Основы конструирования индукторов
Успех процесса индукционного нагрева в значительной степени зависит от правильного проектирования индукторов. Индукторы для высокочастотного индукционного нагрева, обычно называемые нагревательными спиралями, могут изготавливаться самых разных типов и стилей в зависимости от формы нагреваемой металлической поверхности. Их конструкции должны следовать определенным принципам получения максимальной эффективности высокочастотного генератора.
Вообще говоря, локальный индукционный нагрев ограничен только возможностью изготовления катушки, подходящей для обрабатываемой поверхности, и мощностью или выходной мощностью генератора. Другими словами, генератор должен иметь достаточную мощность для быстрого нагрева поверхности. Затем, если форма детали подходит для окружающей катушки, работа является логичной для индукционного нагрева.
Индуктивные токи и вихревые токи
Вихревые токи, индуцируемые в заготовке, имеют тенденцию быть отражением тока катушки. Это полезно иметь в виду при проектировании змеевиков для нагревания нестандартных форм. Магнитное поле, создаваемое током, перпендикулярно току. Напряжение, индуцированное этим полем, максимально в направлении, перпендикулярном полю, параллельному первоначальному току. В результате вихревые токи параллельны току катушки в пределах, определяемых формой заготовки.
Вихревые токи и ток катушки также притягиваются друг к другу. Оба они сконцентрированы у поверхности из-за скин-эффекта.
При низкой частоте токи меньше склонны притягиваться друг к другу, чем при высокой частоте. В общем, если частота достаточно высока для эффективного индукционного нагрева, ток катушки и вихревые токи будут стараться быть как можно ближе друг к другу.
Практически любую непрерывную форму можно нагревать на поверхности плоской заготовки. Токи, индуцируемые в заготовке, повторяют форму катушки. Воздушный зазор между змеевиком и заготовкой играет важную роль в этом виде нагрева. Количество потока, который связывается с заготовкой, быстро уменьшается по мере увеличения пространства между катушкой и заготовкой. Резкость, с которой нагретый рисунок в заготовке отражает форму катушки, увеличивается с увеличением частоты и приближением катушки к поверхности детали.
Муфта
Поскольку магнитные поля возникают в области, окружающей катушку, и сильнее вблизи нее, чем на любом расстоянии от нее, имеет смысл разместить заготовку близко к катушке, чтобы максимальное количество тепловой энергии могут быть переданы ему.
Сила поля обратно пропорциональна квадрату расстояния между изделием и катушкой, а это означает, что это соображение будет иметь прямое отношение к количеству тепла, выделяемому в изделии за заданный отрезок времени.
Термин «муфта» применяется к относительному зазору между катушкой и заготовкой. Небольшой зазор дает «сильную связь», а большой зазор дает «слабую связь». Тесная связь более эффективна, чем слабая связь, поскольку уменьшение зазора между индуктором и изделием приводит к увеличению концентрации магнитного потока. Плотность потока на поверхности работы определяет скорость нагрева.
В многовитковых катушках, плотно соединенных с заготовкой, вихревые токи имеют тенденцию создавать тепловой рисунок, соответствующий спирали катушки. Чем шире шаг, то есть расстояние между витками катушки, тем более выраженным будет этот рисунок, поэтому существенными становятся плотно намотанная катушка и вращение заготовки. Когда катушка слабо связана, поток вихревых токов распространяется на более широкую площадь и вращение изделия может не понадобиться.
Чем ниже рабочая частота, тем более жесткая связь требуется для данного результата. Чем выше частота, тем менее критичны требования к соединению. Эта особенность имеет большое значение при использовании автоматического кормового оборудования.
Типы индукторов
Индукционные катушки могут быть либо многовитковыми, либо иметь форму одновитковой катушки, причем последнюю часто называют «твердотельной» катушкой индуктивности. В любом случае в их конструкции по-разному используется медь, и охлаждение с помощью воды абсолютно необходимо.
При изготовлении многовитковых катушек из медных труб возможны самые разнообразные формы.
Катушка соленоида
Катушка соленоида наиболее распространена и подходит для поверхностного нагрева валов и круглых деталей.
Квадратный змеевик
Квадратный змеевик подходит для нагрева внешних поверхностей стержней или валов и может быть легко сформирован и намотан на деревянный брусок.
Блинчатый змеевик
Блинчатый змеевик используется для нагрева плоских поверхностей.
Канальный змеевик
Растущая потребность в повышении производительности за счет механизации или автоматизации часто приводит к необходимости конструировать змеевики, через которые можно транспортировать работу, или только частично окружающие заготовки и обеспечивающие беспрепятственный проход по внешнему конвейеру. Такие змеевики обычно называют змеевиками канального или конвейерного типа.
Формованная бухта
Формованная бухта предназначена для деталей сложной формы или необходимых специальных режимов нагрева. Таким образом, их внешний вид сильно различается и, как правило, уникален для каждой детали.
Внутренний змеевик
Внутренний змеевик используется для нагрева внутренних поверхностей отверстий. Поскольку плотность магнитного потока снаружи катушки меньше, чем внутри, и поскольку наибольшая сила находится рядом с катушкой, существует несколько уникальных конструктивных соображений для внутренних катушек.
