Čo určuje výkon induktora. Indukčný ohrev, základné princípy a technológie. Indukčný výboj bez vonkajšieho magnetického poľa

Vynález sa týka elektrotechniky a je zameraný na zvýšenie životnosti vysokofrekvenčných plazmových horákov a zvýšenie ich tepelnej účinnosti. Problém je vyriešený skutočnosťou, že plazmový horák HFI obsahuje valcovú výbojovú komoru vyrobenú vo forme vodou chladených pozdĺžnych profilovaných kovových profilov uložených v ochrannom dielektrickom obale, induktor obopínajúci puzdro, inštalovaný vo vnútri výbojovej komory na jej konci. časť, vstupné uzly hlavných a tepelných ochranných plynov. Vstupná jednotka tepelne ochranného plynu je vyrobená vo forme jedného alebo viacerých koaxiálnych prstencových radov pozdĺžnych kovových rúrok, pričom počet v každom rade sa rovná počtu pozdĺžnych profilovaných kovových častí. Rúrky na strane tlmivky majú profilovanú štrbinu pre výstup plynu, ako aj pozdĺžnu štrbinu vzhľadom na susedné rúrky v rade až do vzdialenosti aspoň jedného vnútorného priemeru výbojovej komory, počítané od najbližšej cievky induktor. Rúry sú spojené pozdĺž bočného povrchu spájkovaním alebo zváraním s radiálne umiestnenými pozdĺžnymi kovovými rúrkami susedného koaxiálneho prstencového radu a pozdĺžne kovové rúrky radu najbližšie k pozdĺžnym profilovaným kovovým profilom sú spojené pozdĺž bočného povrchu so susedným dielom. spájkovaním alebo zváraním. Hlavná jednotka prívodu plynu na strane tlmivky je vybavená membránou umiestnenou vo vzdialenosti aspoň jedného vnútorného priemeru výbojovej komory od najbližšej cievky tlmivky a má aspoň jeden otvor na priechod plynu. Konce pozdĺžnych kovových rúrok na výstup plynu v každom rade sú umiestnené mimo zóny induktora a v rovnakej vzdialenosti od jej najbližšieho závitu a vzdialenosť koncov pozdĺžnych kovových rúrok na výstup plynu od najbližšej cievky induktora sa zväčšuje s vzdialenosť koaxiálneho prstencového radu od pozdĺžnych profilovaných kovových profilov. Pozdĺžne kovové rúrky sú umiestnené na povrchu susedných, radiálne umiestnených pozdĺžnych kovových rúrok a pozdĺžne kovové rúrky koaxiálneho prstencového radu najbližšie k pozdĺžnym profilovaným kovovým profilom sú umiestnené na povrchu susedných častí. Membrána na strane induktora tvorí prstencovú medzeru na prechod plynu s pozdĺžnymi kovovými rúrkami najbližšieho koaxiálneho prstencového radu a výška prstencovej medzery na prechod plynu je menšia ako výška profilovanej medzery pre výstup plynu z pozdĺžnych kovových rúrok najbližšieho koaxiálneho prstencového radu. Využitie navrhovanej konštrukcie RFI plazmového horáka ako generátora nízkoteplotnej plazmy v prúdovo-plazmových procesoch na spracovanie dispergovaných materiálov umožnilo vytvoriť efektívne zariadenia plazmového reaktora na otváranie jemne mletých rudných surovín, sféroidizáciu dispergovaných materiálov a získavanie vysoko disperzné oxidové prášky generovaním neskrútených plazmových prúdov pri tepelnej účinnosti RFI-plazmatrónov viac ako 80 %. 15 z.p. f-ly, 5 chorých.

A v zariadeniach sa teplo vo vyhrievanom zariadení uvoľňuje prúdmi, ktoré vznikajú v striedavom elektromagnetickom poli vo vnútri jednotky. Nazývajú sa indukcia. V dôsledku ich pôsobenia stúpa teplota. indukčný ohrev kovy sú založené na dvoch základných fyzikálnych zákonoch:

• Faraday-Maxwell;
• Joule-Lenz.

V kovových telesách, keď sú umiestnené v striedavom poli, sa začnú objavovať vírivé elektrické polia.

Indukčné vykurovacie zariadenie

Všetko sa deje nasledovne. Pôsobením premennej sa mení elektromotorická sila (EMF) indukcie.

EMF pôsobí tak, že vnútri telies prúdia vírivé prúdy, ktoré uvoľňujú teplo plne v súlade s Joule-Lenzovým zákonom. EMF tiež generuje v kove striedavý prúd. V tomto prípade sa uvoľňuje tepelná energia, čo vedie k zvýšeniu teploty kovu.

Tento typ vykurovania je najjednoduchší, keďže je bezdotykový. Umožňuje dosiahnuť veľmi vysoké teploty, pri ktorých je možné spracovávať

Na zabezpečenie indukčného ohrevu je potrebné vytvoriť určité napätie a frekvenciu v elektromagnetických poliach. Môžete to urobiť v špeciálne zariadenie- induktor. Je napájaný z priemyselnej siete s frekvenciou 50 Hz. Na to môžete použiť jednotlivé zdroje energie - meniče a generátory.

Najjednoduchším zariadením pre nízkofrekvenčnú tlmivku je špirála (izolovaný vodič), ktorú je možné umiestniť dovnútra kovová rúrka alebo okolo neho omotané. Prechádzajúce prúdy ohrievajú potrubie, ktoré naopak odovzdáva teplo životné prostredie.

Použitie indukčného ohrevu pri nízkych frekvenciách je pomerne zriedkavé. Bežnejšie je spracovanie kovov pri stredných a vysokých frekvenciách.

Takéto zariadenia sa líšia tým, že magnetická vlna dopadá na povrch, kde dochádza k jej útlmu. Telo premieňa energiu tejto vlny na teplo. Na dosiahnutie maximálneho účinku by mali byť obe zložky tvarovo blízke.

Kde sa používajú

Použitie indukčného ohrevu v modernom svete je rozšírené. Oblasť použitia:

• tavenie kovov, ich spájkovanie bezkontaktným spôsobom;
• získavanie nových kovových zliatin;
• mechanické inžinierstvo;
• obchod so šperkami;
• výroba malých častí, ktoré môžu byť poškodené inými metódami;
• (navyše detaily môžu mať najkomplexnejšiu konfiguráciu);
• tepelné spracovanie (spracovanie častí strojov, tvrdené povrchy);
• medicína (dezinfekcia prístrojov a nástrojov).

Indukčný ohrev: pozitívne vlastnosti

Táto metóda má mnoho výhod:

• S ním môžete rýchlo zahriať a roztaviť akýkoľvek vodivý materiál.
• Umožňuje ohrev v akomkoľvek prostredí: vo vákuu, atmosfére, nevodivej kvapaline.
• Vzhľadom na to, že sa ohrieva iba vodivý materiál, steny, ktoré slabo absorbujú vlny, zostávajú studené.
• V špecializovaných oblastiach metalurgie získavanie ultračistých zliatin. Ide o zábavný proces, pretože kovy sú zmiešané v obale ochranného plynu.

• V porovnaní s inými typmi indukcia neznečisťuje životné prostredie. Ak je v prípade plynových horákov prítomné znečistenie, ako aj pri oblúkovom ohreve, potom to indukcia eliminuje vďaka „čistému“ elektromagnetickému žiareniu.
• Malé rozmery indukčného zariadenia.
• Možnosť výroby induktora akéhokoľvek tvaru nepovedie k lokálnemu ohrevu, ale prispeje k rovnomernému rozloženiu tepla.
• Je nenahraditeľné, ak je potrebné ohriať iba určitú oblasť povrchu.
• Nie je ťažké nastaviť takéto zariadenie požadovaný režim a regulovať ho.

Nedostatky

Systém má nasledujúce nevýhody:

• Je dosť ťažké nezávisle nainštalovať a nastaviť typ ohrevu (indukcia) a jeho vybavenie. Je lepšie obrátiť sa na špecialistov.
• Potreba presného prispôsobenia induktora a obrobku, inak bude indukčný ohrev nedostatočný, jeho výkon môže dosiahnuť malé hodnoty.

Vykurovanie pomocou indukčného zariadenia

Na usporiadanie individuálne vykurovanie môžete zvážiť možnosť, ako je indukčný ohrev.

Ako jednotka sa použije transformátor pozostávajúci z vinutí dvoch typov: primárneho a sekundárneho (ktoré je zasa skratované).

Ako to funguje

Princíp činnosti konvenčného induktora: vírivé toky prechádzajú dovnútra a smerujú elektrické pole do druhej budovy.

Aby voda prešla cez takýto kotol, privedú sa k nemu dve potrubia: na studenú, ktorá vstupuje, a na výstupe teplá voda- druhé potrubie. V dôsledku tlaku voda neustále cirkuluje, čo vylučuje možnosť ohrevu indukčného prvku. Prítomnosť vodného kameňa je tu vylúčená, pretože v induktore vznikajú konštantné vibrácie.

Takýto prvok v údržbe bude lacný. Hlavnou výhodou je, že zariadenie funguje ticho. Môžete ho nainštalovať do akejkoľvek miestnosti.

Výroba zariadenia sami

Inštalácia indukčného ohrevu nebude veľmi náročná. Dokonca aj tí, ktorí nemajú skúsenosti, po starostlivom štúdiu sa s úlohou vyrovnajú. Pred začatím práce musíte zásobiť nasledujúce potrebné položky:

• striedač. Dá sa použiť z zváračka, je to lacné a bude potrebovať vysokú frekvenciu. Môžete si ho vyrobiť sami. Je to však časovo náročná úloha.
• Kryt ohrievača (kus plastové potrubie, indukčný ohrev potrubia v tomto prípade bude najúčinnejší).
• Materiál (drôt s priemerom nie väčším ako sedem milimetrov sa zmestí).
• Zariadenia na pripojenie induktora k vykurovacej sieti.
• Mriežka na uchytenie drôtu vo vnútri induktora.
• Indukčná cievka môže byť vytvorená z (musí byť smaltovaná).
• Čerpadlo (aby sa do induktora privádzala voda).

Pravidlá pre výrobu zariadení nezávisle

Aby inštalácia indukčného ohrevu fungovala správne, prúd pre takýto výrobok musí zodpovedať výkonu (musí byť najmenej 15 ampérov, v prípade potreby môže byť aj viac).

• Drôt by mal byť narezaný na kusy nie väčšie ako päť centimetrov. To je nevyhnutné pre efektívne vykurovanie vo vysokofrekvenčnom poli.
• Telo nesmie mať menší priemer ako pripravený drôt a hrubé steny.
• Na pripevnenie k vykurovacej sieti je na jednej strane konštrukcie pripevnený špeciálny adaptér.
• Na spodok potrubia by mala byť umiestnená sieť, aby sa zabránilo vypadnutiu drôtu.
• Ten je potrebný v takom množstve, aby vyplnil celý vnútorný priestor.
• Dizajn je uzavretý, je umiestnený adaptér.
• Potom sa z tohto potrubia skonštruuje cievka. Aby ste to urobili, zabaľte ho už pripraveným drôtom. Je potrebné dodržať počet otáčok: minimálne 80, maximálne 90.
• Po pripojení k vykurovaciemu systému sa do zariadenia naleje voda. Cievka je pripojená k pripravenému meniču.
• Je nainštalované vodné čerpadlo.
• Regulátor teploty je nainštalovaný.

Výpočet indukčného ohrevu bude teda závisieť od nasledujúcich parametrov: dĺžka, priemer, teplota a čas spracovania. Dávajte pozor na indukčnosť pneumatík vedúcich k induktoru, ktorá môže byť oveľa vyššia ako samotný induktor.

O varných plochách

Ďalšou aplikáciou v domácnosti, okrem vykurovacieho systému, sa tento typ vykurovania nachádza v varné dosky taniere.

Takýto povrch vyzerá ako bežný transformátor. Jeho cievka je ukrytá pod povrchom panelu, ktorý môže byť sklenený alebo keramický. Preteká ním prúd. Toto je prvá časť cievky. Ale druhým sú jedlá, v ktorých sa bude variť. Na dne riadu sa vytvárajú vírivé prúdy. Najskôr ohrievajú riad a až potom jedlo v ňom.

Teplo sa uvoľní iba vtedy, keď je riad umiestnený na povrchu panelu.

Ak chýba, nevykoná sa žiadna akcia. Zóna indukčného ohrevu bude zodpovedať priemeru riadu, ktorý je na nej umiestnený.

Pre takéto kachle sú potrebné špeciálne jedlá. Väčšina feromagnetických kovov môže interagovať s indukčným poľom: hliník, nehrdzavejúca a smaltovaná oceľ, liatina. Nevhodné len na tieto povrchy: meď, keramika, sklo a riad z neferomagnetických kovov.

Prirodzene sa zapne iba vtedy, keď sú na ňom nainštalované vhodné riady.

Moderné sporáky sú vybavené elektronickou riadiacou jednotkou, ktorá umožňuje rozpoznať prázdny a nepoužiteľný riad. Hlavné výhody sládkov sú: bezpečnosť, jednoduchosť čistenia, rýchlosť, efektivita, hospodárnosť. Nikdy sa nespálite o povrch panelu.

Zistili sme teda, kde sa tento typ ohrevu (indukcia) používa.

INDUKČNÝ OHRIEVAČ- je to elektrické ohrievač, pracujúci so zmenou toku magnetickej indukcie v uzavretom vodivom obvode. Tento jav sa nazýva elektromagnetická indukcia. Chcete vedieť, ako funguje indukčný ohrievač? ZAVODRR je obchodno-informačný portál, kde nájdete informácie o ohrievačoch.

Indukčné ohrievače Vortex

Indukčná cievka je schopná ohrievať akýkoľvek kov, sú zostavené ohrievače na báze tranzistorov a majú vysokú účinnosť viac ako 95%, dlho nahradili rúrkové indukčné ohrievače, v ktorých účinnosť nepresiahla 60%.

Vírový indukčný ohrievač pre bezdotykový ohrev nemá žiadne straty vďaka úprave rezonančnej zhody prevádzkových parametrov inštalácie s parametrami výstupného oscilačného obvodu. Ohrievače typu Vortex namontované na tranzistoroch dokážu v automatickom režime dokonale analyzovať a upravovať výstupnú frekvenciu.

Kovové indukčné ohrievače

Ohrievače na indukčný ohrev kovu majú vďaka pôsobeniu bezkontaktnú metódu vírové pole. Rôzne typy ohrievačov prenikajú do kovu do určitej hĺbky od 0,1 do 10 cm, v závislosti od zvolenej frekvencie:

• vysoká frekvencia;
• priemerná frekvencia;
• ultra vysoká frekvencia.

Kovové indukčné ohrievače umožňujú spracovávať súčiastky nielen na otvorených priestranstvách, ale aj umiestňovať vyhrievané predmety do izolovaných komôr, v ktorých môže byť vytvorené akékoľvek médium, ako aj vákuum.

Elektrický indukčný ohrievač

Vysokofrekvenčný elektrický indukčný ohrievač každý deň získava nové využitie. Ohrievač funguje na striedavý prúd. Najčastejšie sa indukčné elektrické ohrievače používajú na privedenie kovov na požadované teploty pri týchto operáciách: kovanie, spájkovanie, zváranie, ohýbanie, kalenie atď. Elektrické indukčné ohrievače pracujú pri vysokej frekvencii 30-100 kHz a používajú sa na vykurovanie rôzne druhy prostredia a chladiacich kvapalín.

Elektrický ohrievač aplikovaný v mnohých oblastiach:

• hutnícke (ohrievače HDTV, indukčné pece);
• prístrojové vybavenie (spájkovacie prvky);
• lekárske (výroba a dezinfekcia nástrojov);
• šperky (výroba šperkov);
• bytové a komunálne (indukčné vykurovacie kotly);
• potravín (indukčné parné kotly).

Strednofrekvenčné indukčné ohrievače

Pri potrebe hlbšieho ohrevu sa používajú indukčné ohrievače so strednou frekvenciou, pracujúce pri stredných frekvenciách od 1 do 20 kHz. Kompaktná tlmivka pre všetky typy ohrievačov je najviac rôzne tvary, ktorý je zvolený tak, aby bol zabezpečený rovnomerný ohrev vzoriek najrozmanitejších tvarov, pričom je možné realizovať daný lokálny ohrev. Strednofrekvenčný typ bude spracovávať materiály na kovanie a kalenie, ako aj zahrievaním na razenie.

Ľahko ovládateľné, s účinnosťou až 100%, indukčné stredofrekvenčné ohrievače sa používajú pre široké spektrum technológií v hutníctve (aj na tavenie rôznych kovov), strojárstve, výrobe nástrojov a iných oblastiach.

Vysokofrekvenčné indukčné ohrievače

Najširší rozsah použitia je pre vysokofrekvenčné indukčné ohrievače. Ohrievače sa vyznačujú vysokou frekvenciou 30-100 kHz a širokým rozsahom výkonu 15-160 kW. Vysokofrekvenčný typ poskytuje malú hĺbku ohrevu, ale to stačí na zlepšenie chemických vlastností kovu.

Vysokofrekvenčné indukčné ohrievače sú ľahko ovládateľné a ekonomické, pričom ich účinnosť môže dosiahnuť 95%. Všetky typy pracujú nepretržite po dlhú dobu a dvojbloková verzia (pri umiestnení vysokofrekvenčného transformátora v samostatnom bloku) umožňuje nepretržitú prevádzku. Ohrievač má 28 typov ochrán, z ktorých každý zodpovedá za svoju funkciu. Príklad: kontrola tlaku vody v chladiacom systéme.

Mikrovlnné indukčné ohrievače

Mikrovlnné indukčné ohrievače pracujú pri superfrekvencii (100-1,5 MHz) a prenikajú do hĺbky ohrevu (až 1 mm). Mikrovlnný typ je nevyhnutný na spracovanie tenkých, malých dielov s malým priemerom. Použitie takýchto ohrievačov umožňuje vyhnúť sa nežiaducim deformáciám sprevádzajúcim zahrievanie.

Mikrovlnné indukčné ohrievače založené na moduloch JGBT a MOSFET tranzistoroch majú limity výkonu 3,5-500 kW. Používajú sa v elektronike, pri výrobe veľmi presných nástrojov, hodiniek, šperkov, na výrobu drôtu a na iné účely vyžadujúce špeciálnu presnosť a filigrán.

Kovanie indukčné ohrievače

Hlavným účelom kováčskych indukčných ohrievačov (IKN) je ohrievať časti alebo ich časti pred následným kovaním. Prírezy môžu byť iný typ, zliatina a tvar. Indukčné ohrievače kovania vám umožňujú spracovávať valcové obrobky akéhokoľvek priemeru v automatickom režime:

• hospodárne, pretože strávia len niekoľko sekúnd zahrievaním a majú vysokú účinnosť až 95 %;
• jednoduché použitie, umožňuje: úplnú kontrolu procesu, poloautomatické nakladanie a vykladanie. Existujú možnosti s plnou automatizáciou;
• spoľahlivý a môže pracovať nepretržite po dlhú dobu.

Indukčné valcové ohrievače

Indukčné ohrievače na kalenie hriadeľa pracovať spolu s vytvrdzovacím komplexom. Obrobok je vo vertikálnej polohe a otáča sa vo vnútri stacionárneho induktora. Ohrievač umožňuje použitie všetkých typov hriadeľov pre sekvenčný lokálny ohrev, hĺbka kalenia môže byť v hĺbke zlomkov milimetrov.

V dôsledku indukčného ohrevu hriadeľa po celej jeho dĺžke s okamžitým chladením sa výrazne zvyšuje jeho pevnosť a odolnosť.

Ohrievače indukčných rúr

Všetky typy rúr môžu byť ošetrené indukčnými ohrievačmi. Rúrkový ohrievač môže byť chladený vzduchom alebo vodou, s výkonom 10-250 kW, s nasledujúcimi parametrami:

• Vzduchom chladený rúrový indukčný ohrev vyrobené pomocou flexibilného induktora a tepelnej prikrývky. Teplota ohrevu až teplote 400 °C a použite rúry s priemerom 20 - 1250 mm s akoukoľvek hrúbkou steny.
• Vodou chladené potrubie indukčného ohrevu má teplotu ohrevu 1600 °C a používa sa na „ohýbanie“ rúr s priemerom 20 - 1250 mm.

Každá možnosť tepelného spracovania sa používa na zlepšenie kvality akejkoľvek oceľovej rúry.

Pyrometer na ovládanie vykurovania

Jedným z najdôležitejších prevádzkových parametrov indukčných ohrievačov je teplota. Na dôkladnejšiu kontrolu nad ním sa často používajú okrem zabudovaných senzorov aj infračervené pyrometre. Tieto optické zariadenia umožňujú rýchlo a jednoducho určiť teplotu ťažko dostupných (kvôli vysokej teplote, pravdepodobnosti vystavenia elektrine atď.) povrchov.

Ak pripojíte pyrometer k indukčnému ohrievaču, môžete nielen sledovať teplotný režim, ale aj automaticky udržiavať teplotu vykurovania po určitú dobu.

Princíp činnosti indukčných ohrievačov

Počas prevádzky sa v induktore vytvára magnetické pole, v ktorom je diel umiestnený. V závislosti od úlohy (hĺbka ohrevu) a časti (zloženie) sa volí frekvencia, môže byť od 0,5 do 700 kHz.

Princíp činnosti ohrievača podľa fyzikálnych zákonov hovorí: keď je vodič v striedavom elektromagnetickom poli, vytvára sa v ňom EMF (elektromotorická sila). Graf amplitúdy ukazuje, že sa pohybuje v pomere k zmene rýchlosti magnetického toku. Vďaka tomu sa v obvode vytvárajú vírivé prúdy, ktorých veľkosť závisí od odporu (materiálu) vodiča. Podľa Joule-Lenzovho zákona prúd vedie k zahrievaniu vodiča, ktorý má odpor.

Princíp činnosti všetkých typov indukčných ohrievačov je podobný transformátoru. Vodivý obrobok, ktorý sa nachádza v induktore, je podobný transformátoru (bez magnetického obvodu). Primárne vinutie je induktor, sekundárna indukčnosť časti a záťaž je odpor kovu. Pri zahrievaní HDTV sa vytvára „efekt pokožky“, vírivé prúdy, ktoré sa tvoria vo vnútri obrobku, posúvajú hlavný prúd na povrch vodiča, pretože zahrievanie kovu na povrchu je silnejšie ako vo vnútri.

Výhody indukčných ohrievačov

Indukčný ohrievač má nepopierateľné výhody a je lídrom medzi všetkými typmi zariadení. Táto výhoda pozostáva z nasledovného:

• Spotrebuje menej elektriny a neznečisťuje životné prostredie.
• Ľahko sa obsluhuje, poskytuje vysokokvalitnú prácu a umožňuje vám kontrolovať proces.
• Zahrievanie cez steny komory poskytuje špeciálnu čistotu a schopnosť získať ultračisté zliatiny, zatiaľ čo tavenie sa môže vykonávať v rôznych atmosférach, vrátane inertných plynov a vo vákuu.
• S jeho pomocou je možné rovnomerné zahrievanie detailov akejkoľvek formy alebo selektívne zahrievanie.
• Napokon, indukčné ohrievače sú univerzálne, čo umožňuje ich použitie všade a nahrádzajú zastarané energeticky náročné a neefektívne inštalácie.

Oprava indukčných ohrievačov sa vykonáva z náhradných dielov z nášho skladu. V súčasnosti vieme opraviť všetky typy ohrievačov. Indukčné ohrievače sú celkom spoľahlivé, ak dôsledne dodržiavate návod na obsluhu a vyhýbate sa extrémnym prevádzkovým režimom – v prvom rade sledujte teplotu a správne chladenie vodou.

Podrobnosti o fungovaní všetkých typov indukčných ohrievačov často nie sú úplne zverejnené v dokumentácii výrobcov, mali by byť opravené kvalifikovanými odborníkmi, ktorí sú dobre oboznámení s podrobným princípom fungovania takýchto zariadení.

Video o práci indukčných strednofrekvenčných ohrievačov

Môžete si pozrieť video z prevádzky stredofrekvenčného indukčného ohrievača Stredná frekvencia slúži na hlboké prenikanie do všetkých druhov kovových výrobkov. Strednofrekvenčný ohrievač je spoľahlivé a moderné zariadenie, ktoré pracuje 24 hodín denne v prospech vášho podniku.

Indukčný ohrev sa vykonáva v striedavom magnetickom poli. Vodiče umiestnené v poli sú ohrievané vírivými prúdmi, ktoré sa v nich indukujú podľa zákonov elektromagnetickej indukcie.

Intenzívne zahrievanie je možné získať len v magnetických poliach vysokej intenzity a frekvencie, ktoré vytvárajú špeciálne zariadenia - induktory (indukčné ohrievače) napájané zo siete alebo jednotlivé generátory vysokofrekvenčného prúdu (obr. 3.1). Induktor je, ako to bolo, primárne vinutie vzduchového transformátora, ktorého sekundárnym vinutím je vyhrievané teleso.

V závislosti od použitých frekvencií sa indukčné vykurovacie zariadenia delia takto:

a) nízka (priemyselná) frekvencia (50 Hz);

b) stredná (vysoká) frekvencia (do 10 kHz);

c) vysoká frekvencia (nad 10 kHz).

Rozdelenie indukčného ohrevu do frekvenčných rozsahov je dané technickými a technologickými úvahami. Fyzikálna podstata a všeobecné kvantitatívne vzorce pre všetky frekvencie sú rovnaké a sú založené na koncepcii absorpcie energie elektromagnetického poľa vodivým prostredím.

Frekvencia má významný vplyv na intenzitu a charakter ohrevu. Pri frekvencii 50 Hz a sile magnetického poľa 3000-5000 A/m nepresahuje merný vykurovací výkon 10 W/cm 2 a pri vysokofrekvenčnom (HF) ohreve dosahuje výkon stovky a tisíce W. /cm2. Súčasne sa vyvíjajú teploty, ktoré sú dostatočné na roztavenie najžiaruvzdornejších kovov.

Zároveň platí, že čím vyššia je frekvencia, tým menšia je hĺbka prieniku prúdov do kovu a v dôsledku toho je ohrievaná vrstva tenšia a naopak. Povrchový ohrev sa vykonáva pri vysokých frekvenciách. Znížením frekvencie a tým zvýšením hĺbky prenikania prúdu je možné vykonávať hlboké alebo dokonca prostredníctvom zahrievania, ktoré je rovnaké v celom priereze tela. Voľbou frekvencie je teda možné získať charakter vykurovania a jeho intenzitu požadovanú technologickými podmienkami. Schopnosť ohrievať výrobky na takmer akúkoľvek hrúbku je jednou z hlavných výhod indukčného ohrevu, ktorý sa široko používa na kalenie povrchov dielov a nástrojov.

Povrchové kalenie po indukčnom ohreve výrazne zvyšuje odolnosť výrobkov proti opotrebovaniu v porovnaní s tepelným spracovaním v peciach. Indukčný ohrev sa úspešne používa aj na tavenie, tepelné spracovanie, deformáciu kovov a iné procesy.

Induktor je pracovným telesom inštalácie indukčného ohrevu. Účinnosť ohrevu je tým vyššia, čím je typ elektromagnetickej vlny vyžarovanej induktorom bližšie k tvaru vyhrievanej plochy. Typ vlny (plochá, valcová atď.) je určený tvarom induktora.

Konštrukcia induktorov závisí od tvaru ohrievaných telies, cieľov a podmienok ohrevu. Najjednoduchší induktor je izolovaný vodič umiestnený vo vnútri kovovej rúrky, natiahnutý alebo zvinutý. Keď vodičom prechádza priemyselný frekvenčný prúd, v potrubí sa indukujú vírivé prúdy, ktoré ho ohrievajú. AT poľnohospodárstvo Boli urobené pokusy využiť tento princíp na vyhrievanie pôdy v interiéri, bidielka pre vtáky atď.

V indukčných ohrievačoch vody a pasterizéroch mlieka (práca na nich ešte neprekročila rozsah experimentálnych vzoriek) sa induktory vyrábajú ako statory trojfázových elektromotorov. Vo vnútri induktora je umiestnená kovová nádoba valcového tvaru. Rotujúce (alebo pulzujúce v prípade jednofázovej verzie) magnetické pole vytvorené induktorom indukuje vírivé prúdy v stenách nádoby a ohrieva ich. Teplo sa prenáša zo stien do kvapaliny v nádobe.

Pri indukčnom sušení dreva je stoh dosiek posunutý kovovými sieťkami a umiestnený (navinutý na špeciálnom vozíku) vo vnútri valcovej tlmivky z veľkopriestorových vodičov navinutých na ráme z izolačného materiálu. Dosky sú vyhrievané kovovými mriežkami, v ktorých sa indukujú vírivé prúdy.

Uvedené príklady vysvetľujú princíp nepriamych indukčných vykurovacích zariadení. Nevýhody takýchto inštalácií zahŕňajú nízku energetickú náročnosť a nízku intenzitu vykurovania. Nízkofrekvenčný indukčný ohrev je pomerne účinný pre priamy ohrev masívnych kovových obrobkov a určitý pomer medzi ich veľkosťou a prúdovou hĺbkou prieniku (pozri nižšie).

Tlmivky vysokofrekvenčných inštalácií sú vyrobené neizolované, skladajú sa z dvoch hlavných častí - indukčného drôtu, pomocou ktorého sa vytvára striedavé magnetické pole a prúdových vodičov na pripojenie indukčného drôtu k zdroju elektrickej energie.

Konštrukcia induktora môže byť veľmi rôznorodá. Na ohrev rovných plôch sa používajú ploché tlmivky, valcové polotovary - valcové (elektromagnetické) tlmivky a pod.(obr. 3.1). Tlmivky môžu mať zložitý tvar (obr. 3.2), kvôli potrebe koncentrovať elektromagnetickú energiu správnym smerom, privádzať chladiacu a zhášaciu vodu atď.

Aby sa vytvorili polia vysokého napätia, cez induktory prechádzajú veľké prúdy v stovkách a tisíckach ampérov. Aby sa znížili straty, tlmivky sa vyrábajú s čo najmenším aktívnym odporom. Napriek tomu sú stále intenzívne ohrievané ako vlastným prúdom, tak aj v dôsledku prenosu tepla z obrobkov, preto sú vybavené núteným chladením. Tlmivky bývajú vyrobené z medených rúrok, okrúhlych resp obdĺžnikový rez, vnútri ktorej prechádza prúdiaca voda na chladenie.

Špecifický povrchový výkon. Elektromagnetická vlna vyžarovaná induktorom dopadá na kovové telo a tým, že je v ňom absorbovaná, spôsobuje zahrievanie. Sila energetického toku prúdiaceho cez jednotkový povrch telesa je určená vzorcom (11)

vzhľadom na výraz

V praktických výpočtoch sa používa rozmer D R potom vo W / cm 2

Nahradením výslednej hodnoty H 0 do vzorca (207), dostaneme

Výkon rozptýlený v produkte je teda úmerný druhej mocnine ampérzávitov induktora a koeficientu absorpcie výkonu. Pri konštantnej intenzite magnetického poľa platí, že čím väčšia je intenzita ohrevu, tým väčší je odpor r, magnetická permeabilita materiálu m a frekvencia prúdu f.

Vzorec (208) platí pre rovinnú elektromagnetickú vlnu (pozri oddiel 2 kapitoly I). Keď sa valcové telesá zahrievajú v solenoidových induktoroch, vzor šírenia vlny sa stáva komplikovanejším. Odchýlky od pomerov pre rovinnú vlnu sú tým väčšie, čím sú pomery menšie r/z a, kde r je polomer valca, z a- hĺbka prieniku prúdov.

V praktických výpočtoch však stále používajú jednoduchú závislosť (208), pričom do nej zavádzajú korekčné faktory - Birchove funkcie v závislosti od pomeru r/z a(obr. 43). Potom

Vzorec (212) platí pre pevný induktor bez medzier medzi závitmi. V prítomnosti medzier sa straty v induktore zvyšujú. So zvyšujúcou sa frekvenciou funkcie F a (r a, z a) a F a (ra, z a) majú tendenciu k jednote (obr. 43), a pomer mocnin k limite

Z výrazu (3.13) vyplýva, že účinnosť klesá so zväčšením vzduchovej medzery a merného odporu materiálu tlmivky. Preto sú induktory vyrobené z masívnych medených rúrok alebo pneumatík. Ako vyplýva z výrazu (214) a obrázku 43, hodnota účinnosti sa blíži k svojej hranici už pri r/z a>5÷10. To umožňuje nájsť frekvenciu, ktorá poskytuje dostatočne vysokú účinnosť Pomocou vyššie uvedenej nerovnosti a vzorca (15) pre hĺbku prieniku z a, dostaneme

.

(3.14)

Treba si uvedomiť, že jednoduché a názorné závislosti (3.13) a (3.14) platia len pre obmedzený počet relatívne jednoduchých prípadov indukčného ohrevu.

Účiník induktora. Účinník vykurovacej tlmivky je určený pomerom aktívneho a indukčného odporu systému tlmivka-produkt. Pri vysokej frekvencii sú aktívny a vnútorný indukčný odpor produktu rovnaké, pretože fázový uhol medzi vektormi a je 45° a |D R| = |D Q|. Preto maximálna hodnota účinníka

kde a - vzduchová medzera medzi induktorom a produktom, m

Účinník teda závisí od elektrických vlastností materiálu produktu, vzduchovej medzery a frekvencie. So zväčšovaním vzduchovej medzery sa zvyšuje úniková indukčnosť a znižuje sa účinník.

Účinník je nepriamo úmerný druhej odmocnine frekvencie, takže neprimerané zvýšenie frekvencie znižuje energetickú náročnosť zariadení. Vždy by ste sa mali snažiť zmenšiť vzduchovú medzeru, ale je tu limit kvôli prieraznej sile vzduchu. Počas procesu ohrevu nezostáva účinník konštantný, pretože r a m (pre feromagnety) sa menia s teplotou. V reálnych podmienkach účinník indukčných vykurovacích zariadení zriedka prekračuje 0,3 a klesá na 0,1-0,01. Na odľahčenie sietí a generátora od jalových prúdov a zvýšenie cosf sú kompenzačné kondenzátory zvyčajne zahrnuté paralelne s induktorom.

Hlavnými parametrami charakterizujúcimi režimy indukčného ohrevu sú aktuálna frekvencia a účinnosť.V závislosti od použitých frekvencií sa podmienene rozlišujú dva režimy indukčného ohrevu: hlboký ohrev a povrchový ohrev.

Hlboké zahrievanie ("nízke frekvencie") sa vykonáva pri takejto frekvencii f keď je hĺbka prieniku z a približne rovná hrúbke zahriatej (vytvrdenej) vrstvy x k(obr. 3.4, a). K ohrevu dochádza okamžite do celej hĺbky vrstvy x k rýchlosť ohrevu sa volí tak, aby prestup tepla tepelnou vodivosťou do tela bol zanedbateľný.

Keďže v tomto režime je hĺbka prieniku prúdov z a pomerne veľké ( z a » x k), potom podľa vzorca:

Povrchový ohrev ("veľké frekvencie") sa uskutočňuje pri relatívne vysokých frekvenciách. V tomto prípade hĺbka prieniku prúdov z a podstatne menšia ako hrúbka vyhrievanej vrstvy x k(obr. 3.4,6). Ohrev v plnej hrúbke x k vzniká v dôsledku tepelnej vodivosti kovu. Pri zahrievaní v tomto režime je potrebný menší výkon generátora (na obrázku 3.4 je užitočný výkon úmerný tieňovaným oblastiam, ktoré majú dvojité šrafovanie), ale zvyšuje sa čas zahrievania a merná spotreba energie. Ten je spojený s ohrevom v dôsledku tepelnej vodivosti hlbokých vrstiev kovu. efektívnosť ohrev, úmerný pomeru plôch s dvojitým šrafovaním k celej ploche ohraničenej krivkou t a súradnicové osi, v druhom prípade nižšie. Zároveň je potrebné poznamenať, že pre spoľahlivé spojenie vytvrdenej vrstvy s podkladom je absolútne nevyhnutné zahriatie na určitú teplotu kovovej vrstvy s hrúbkou b, ktorá leží za vytvrdzujúcou vrstvou a nazýva sa prechodová vrstva. kov. Pri povrchovom ohreve je táto vrstva hrubšia a spoj je spoľahlivejší.

Pri výraznom znížení frekvencie sa zahrievanie stáva všeobecne nerealizovateľným, pretože hĺbka prieniku bude veľmi veľká a absorpcia energie v produkte bude zanedbateľná.

Indukčnú metódu je možné použiť na hĺbkový aj povrchový ohrev. Pri externých zdrojoch tepla (plazmový ohrev, elektrické odporové pece) nie je možný hlboký ohrev.

Podľa princípu činnosti sa rozlišujú dva typy indukčného ohrevu: simultánne a kontinuálne sekvenčné.

Pri súčasnom zahrievaní je plocha indukčného drôtu smerujúca k vyhrievanému povrchu produktu približne rovnaká ako plocha tohto povrchu, čo vám umožňuje súčasne zahrievať všetky jeho časti. Pri nepretržitom postupnom zahrievaní sa výrobok pohybuje vzhľadom na indukčný drôt a jeho jednotlivé časti sa zahrievajú pri prechode pracovisko induktor.

Výber frekvencie. Dostatočne vysokú účinnosť možno dosiahnuť len pri určitom pomere medzi rozmermi telesa a frekvenciou prúdu. Voľba optimálnej frekvencie prúdu bola spomenutá vyššie. V praxi indukčného ohrevu sa frekvencia volí podľa empirických závislostí.

Pri zahrievaní dielov na povrchové kalenie do hĺbky x k(mm) optimálna frekvencia(Hz) sa zistí z nasledujúcich závislostí: pre jednoduché tvarované diely (rovné plochy, rotačné telesá)

Pri priebežnom ohreve oceľových valcových predvalkov s priem d(mm) požadovaná frekvencia je určená vzorcom

V procese zahrievania sa zvyšuje špecifický odpor kovov r. Vo feromagnetikách (železo, nikel, kobalt a pod.) s rastúcou teplotou klesá hodnota magnetickej permeability m. Keď sa dosiahne Curieov bod, magnetická permeabilita feromagnetík klesne na 1, to znamená, že stratia svoje magnetické vlastnosti. Zvyčajná teplota ohrevu pre kalenie je 800-1000 °C, pre tlakovú úpravu 1000-1200 °C, teda nad Curieho bodom. Zmeniť fyzikálne vlastnosti kovov so zmenou teploty vedie k zmene koeficientu absorpcie výkonu a merného povrchového výkonu (3.8) vstupujúceho do výrobku počas ohrevu (obr. 3.5). Spočiatku, v dôsledku zvýšenia r, merný výkon D R zvyšuje a dosahuje maximálnu hodnotu D P max= (1,2÷1,5) D P štart a potom v dôsledku straty magnetických vlastností ocele klesne na minimum D Рmin. Na udržanie vykurovania v optimálnom režime (s dostatočne vysokou účinnosťou) sú zariadenia vybavené zariadeniami na prispôsobenie parametrov generátora a záťaže, to znamená schopnosť ovládať režim vykurovania.

Ak porovnáme priechodný ohrev obrobkov na plastickú deformáciu indukčnou a elektrokontaktnou metódou (obe sú priamym ohrevom), potom môžeme povedať, že z hľadiska spotreby energie je elektrokontaktný ohrev vhodný pre dlhé obrobky relatívne malého prierezu a indukčné ohrev je vhodný pre krátke obrobky relatívne veľkých priemerov.

Dôkladný výpočet induktorov je dosť ťažkopádny a je spojený so zapojením ďalších semiempirických údajov. Budeme uvažovať o zjednodušenom výpočte valcových induktorov pre povrchové kalenie na základe závislostí získaných vyššie.

Tepelný výpočet. Z uvažovania o spôsoboch indukčného ohrevu vyplýva, že vytvrdená vrstva má rovnakú hrúbku x k možno získať pri rôznych hodnotách hustoty výkonu D R a trvanie ohrevu t. Optimálny režim je určený nielen hrúbkou vrstvy x k, ale aj hodnotou prechodovej zóny b, spájajúcej vytvrdenú vrstvu s hlbokými vrstvami kovu.

Pri absencii zariadení na reguláciu výkonu generátora je povaha zmeny špecifickej energie spotrebovanej oceľovým výrobkom znázornená v grafe na obrázku 3.5. V procese ohrevu sa hodnota pc mení a ku koncu ohrevu po prechode Curieovým bodom prudko klesá. Dochádza k istému druhu samočinného vypnutia oceľového výrobku, čo zabezpečuje kvalitné kalenie bez prepálenia. V prítomnosti ovládacích zariadení, napájanie D R môže byť rovné alebo dokonca menšie ako D Рmin(obr. 3.5), čo umožňuje v dôsledku predĺženia procesu ohrevu znížiť merný výkon potrebný pre danú hrúbku vytvrdenej vrstvy x k.

Grafy režimov ohrevu pre povrchové kalenie pre uhlíkové a nízkolegované ocele s hrúbkou prechodovej zóny 0,3-0,5 kalenej vrstvy sú na obrázkoch 3.6 a 3.7.

Výberom hodnoty D R, nie je ťažké nájsť napájanie dodávané do induktora,

kde h tr- účinnosť vysokofrekvenčného (kaliaceho) transformátora.

Energia spotrebovaná zo siete

určená špecifickou spotrebou energie a(kWh/t) a produktivitu G(t/h):

na povrchové vykurovanie

,

(3.26)

kde D i- zvýšenie tepelného obsahu obrobku v dôsledku zahrievania, kJ/kg;

D-hustota materiálu obrobku, kg/m 3 ;

M 3 - hmotnosť obrobku, kg;

S3- povrch vytvrdenej vrstvy, m 2;

b- kovový odpad (s indukčným ohrevom 0,5-1,5%);

h m- účinnosť prenosu tepla vďaka tepelnej vodivosti vo vnútri obrobku (s povrchovým kalením h tp = 0,50).

Ostatné označenia sú vysvetlené vyššie.

Orientačné hodnoty mernej spotreby energie pri indukčnom ohreve: popúšťanie - 120, kalenie - 250, nauhličovanie - 300, cez ohrev na obrábanie - 400 kWh / t.

Elektrický výpočet. Elektrický výpočet je založený na závislosti (3.7). Zvážte prípad, keď je hĺbka prieniku z a podstatne menšie ako rozmery induktora a dielu a vzdialenosť a medzi induktorom a produktom je malá v porovnaní so šírkou indukčného vodiča b(obr. 3.1). V tomto prípade indukčnosť L s systémový induktor - súčin možno vyjadriť vzorcom

Nahradením hodnoty prúdu do vzorca (3.7) a pamätaním na to

Vzorec (3.30) udáva vzťah medzi špecifickým výkonom, elektrickými parametrami a geometrickými rozmermi tlmivky, fyzikálnymi charakteristikami vyhrievaného kovu. Ak vezmeme rozmery induktora ako funkciu, získame

pre zahriaty stav

Účiník induktora

kde P je aktívny výkon induktora, W;

U a- napätie na induktore, V;

f- frekvencia Hz.

Pri pripájaní kondenzátorov k primárnemu obvodu vysokofrekvenčného transformátora je potrebné zvýšiť kapacitu kondenzátorov, aby sa kompenzovala reaktancia transformátora a spojovacích vodičov.

Príklad. Vypočítajte induktor a vyberte vysokofrekvenčnú inštaláciu na povrchové kalenie valcových predvalkov vyrobených z uhlíkovej ocele s priemerom d a= 30 mm a výška h a= 90 mm. Hĺbka tvrdenej vrstvy x k = 1mm, napätie induktora U a = 100 V. Odporúčanú frekvenciu zistíme podľa vzorca (218):

Hz.

Zastavujeme na najbližšej použiteľnej frekvencii. f= 67 kHz.

Z grafu (obr. 3.7) vezmeme D R\u003d 400 W / cm 2.

Podľa vzorca (3.33) nájdeme al pre studený stav:

cm 2.

súhlasiť a= 0,5 cm, potom priemer induktora

cm.

Dĺžka indukčného vodiča

cm

Počet závitov induktora

Výška induktora

Napájanie dodávané do induktora podľa

kW

kde 0,66 je účinnosť tlmivky (obr. 3.8).

Výkon oscilačného generátora

kW.

Vyberáme vysokofrekvenčnú inštaláciu LPZ-2-67M, ktorá má oscilačný výkon 63 kW a pracovnú frekvenciu 67 kHz.

Technika indukčného ohrevu využíva prúdy nízkej (priemyselnej) frekvencie 50 Hz, strednej frekvencie 150-10000 Hz a vysokej frekvencie od 60 kHz do 100 MHz.

Stredofrekvenčné prúdy sa získavajú pomocou strojových generátorov alebo statických frekvenčných meničov. V rozsahu 150-500 Hz sa používajú generátory obvyklého synchrónneho typu a vyššie (do 10 kHz) - strojové generátory typu induktora.

V poslednej dobe sú strojové generátory nahradené spoľahlivejšími statickými frekvenčnými meničmi na báze transformátorov a tyristorov.

Vysokofrekvenčné prúdy od 60 kHz a vyššie sa získavajú výlučne pomocou generátorov lámp. Stroje s lampovými generátormi sa používajú na vykonávanie rôznych operácií tepelného spracovania, povrchového kalenia, tavenia kovov atď.

Bez toho, aby sme sa dotkli teórie problematiky uvedenej v iných kurzoch, zvážime iba niektoré vlastnosti generátorov na vykurovanie.

Vykurovacie generátory sa spravidla vykonávajú s vlastným budením (generátory s vlastným budením). V porovnaní s generátormi nezávislého budenia sú konštrukčne jednoduchšie a majú lepší energetický a ekonomický výkon.

Schémy generátorov lámp na vykurovanie sa zásadne nelíšia od rádiových, ale majú niektoré vlastnosti. Tieto obvody nevyžadujú prísnu frekvenčnú stabilitu, čo ich značne zjednodušuje. schému zapojenia najjednoduchší generátor na indukčný ohrev je znázornený na obrázku 3.10.

Hlavným prvkom obvodu je generátorová lampa. Vo vykurovacích generátoroch sa najčastejšie používajú trojelektródové výbojky, ktoré sú jednoduchšie ako tetrody a pentódy a poskytujú dostatočnú spoľahlivosť a stabilitu generovania. Zaťaženie lampy generátora je anódový oscilačný obvod, ktorého parametre sú indukčnosť L a kapacitu OD sa vyberajú zo stavu rezonancie obvodu pri prevádzkovej frekvencii:

kde R- znížená odolnosť proti strate slučky.

Parametre obrysu R, L, C sa určujú s prihliadnutím na zmeny spôsobené elektrofyzikálnymi vlastnosťami vyhrievaných telies.

Anódové obvody generátorových lámp sú napájané jednosmerným prúdom z usmerňovačov namontovaných na tyratrónoch alebo gastronoch (obr. 3.10). Z ekonomických dôvodov sa striedavé napájanie používa len pre nízky výkon (do 5 kW). Sekundárne napätie výkonového (anódového) transformátora napájajúceho usmerňovač je 8 - 10 kV, usmernené napätie je 10 - 13 kV.

Nepretržité oscilácie v oscilátore sa vyskytujú, keď je dostatočná kladná spätná väzba z mriežky do obvodu a sú splnené určité podmienky, ktoré súvisia s parametrami svietidla a obvodu.

Koeficient spätnej väzby siete

kde U c , U do , U a- napätia na mriežke, oscilačnom obvode a anóde generátora;

D- priepustnosť lampy;

SD- dynamická strmosť charakteristiky anódovej mriežky lampy.

Spätná väzba siete v generátoroch na indukčný ohrev sa najčastejšie vykonáva podľa trojbodovej schémy, keď sa sieťové napätie odoberá z časti indukčnosti anódy alebo vykurovacieho okruhu. Na obrázku 3.10 je napätie na mriežke privádzané z časti závitov spojovacej cievky L2, ktorý je indukčným prvkom vykurovacieho okruhu.

Vykurovacie generátory sú na rozdiel od rádiotechnických najčastejšie dvojokruhové (obr. 3.10) alebo aj jednookruhové. Dvojokruhové generátory sa ľahšie ladia do rezonancie a sú stabilnejšie v prevádzke.

V generátoroch sú vybudené kmity druhého druhu. Anódový prúd preteká lampou v impulzoch, iba počas časti (1/2-1/3) periódy. Tým sa zníži konštantná zložka anódového prúdu, zníži sa zahrievanie anódy a zvýši sa účinnosť generátora. Mriežkový prúd má tiež tvar impulzu. Odpojenie anódového prúdu (v rámci medzného uhla q = 70-90°) sa vykonáva aplikáciou konštantného záporného predpätia na mriežku, ktoré vzniká poklesom napätia na odpore mriežky. R g pri prietoku konštantnej zložky sieťového prúdu.

Generátory na vykurovanie majú záťaž, ktorá sa počas procesu ohrevu mení, spôsobená zmenou elektrických vlastností ohrievaných materiálov. Na zabezpečenie prevádzky generátora v optimálnom režime, ktorý sa vyznačuje najvyššie hodnoty výstupný výkon a účinnosť, inštalácie sú vybavené zariadeniami na prispôsobenie záťaže. Optimálny režim sa dosiahne výberom vhodnej hodnoty koeficientu spätnej väzby siete k s a splnenie podmienky

kde E a - napájacie napätie;

E s - konštantný posun na mriežke;

Ja a1- prvá harmonická anódového prúdu.

Na prispôsobenie záťaži v obvodoch je možné nastaviť rezonančný odpor obvodu R a a zmeniť napätie na sieti U s. Zmena týchto hodnôt sa dosiahne zavedením dodatočných kapacít alebo indukčností do obvodu a prepnutím anódových, katódových a mriežkových svoriek (sond) spájajúcich obvod so svietidlom.

Indukčné vykurovacie zariadenia sú veľmi bežné v opravárenských závodoch a podnikoch Selkhoztekhnika.

V opravárenskom priemysle sa stredno- a vysokofrekvenčné prúdy používajú na priechodný a povrchový ohrev dielov z liatiny a ocele na kalenie, pred deformáciou za tepla (kovanie, razenie), pri obnove dielov naváraním a vysokofrekvenčným pokovovaním, pri spájkovaní , atď.

Zvláštne miesto je obsadené povrchovým kalením dielov. Schopnosť koncentrovať výkon v danom mieste dielu umožňuje získať kombináciu vonkajšej tvrdenej vrstvy s plasticitou hlbokých vrstiev, čo výrazne zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu a odolnosť voči striedavému a rázovému zaťaženiu.

Výhody povrchového kalenia pomocou indukčného ohrevu sú nasledovné:

1) schopnosť vytvrdzovať diely a nástroje na akúkoľvek požadovanú hrúbku, ak je to potrebné, spracovať iba pracovné povrchy;

2) výrazné zrýchlenie procesu kalenia, čo zaisťuje vysokú produktivitu rastlín a znižuje náklady na tepelné spracovanie;

3) merná spotreba energie je zvyčajne nižšia v porovnaní s inými spôsobmi ohrevu v dôsledku selektivity ohrevu (len do danej hĺbky) a rýchlosti procesu;

4) vysoká kvalita zatvrdnutia a redukcie manželstva;

5) možnosť organizácie toku výroby a automatizácie procesov;

6) vysoká kultúra výroby, zlepšenie hygienických a hygienických pracovných podmienok.

Indukčné vykurovacie zariadenia sa vyberajú podľa nasledujúcich hlavných parametrov: účel, menovitý vibračný výkon, prevádzková frekvencia. Zariadenia vyrábané priemyslom majú štandardnú stupnicu výkonu s nasledujúcimi krokmi: 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0 kW a viac, keď tieto čísla vynásobíte 10, 100 a 1000.

Inštalácie na indukčný ohrev majú výkon od 1,0 do 1000 kW, vrátane zariadení s lampovými generátormi do 250 kW a vyššie - so strojovými generátormi. Pracovná frekvencia určená výpočtom je uvedená na stupnici frekvencií povolených na použitie v elektrotermii.

Vysokofrekvenčné zariadenia na indukčný ohrev majú jediné indexovanie: HFI (vysokofrekvenčná indukcia).

Za písmenami cez pomlčku je v čitateli uvedený oscilačný výkon (kW) a v menovateli frekvencia (MHz). Za číslami sú napísané písmená označujúce technologický účel. Napríklad: VCHI-40 / 0,44-ZP - inštalácia vysokofrekvenčného indukčného ohrevu, oscilačný výkon 40 kW, frekvencia 440 kHz; písmená ZP - pre kalenie povrchov (HC - pre prehrievanie, ST - zváranie rúr a pod.).

1. Vysvetlite princíp indukčného ohrevu. Rozsah jeho uplatňovania.

2. Uveďte hlavné prvky inštalácie indukčného ohrevu a uveďte ich účel.

3. Ako sa robí navíjanie ohrievača?

4. Aké sú výhody ohrievača?

5. Aký je jav povrchového efektu?

6. Kde je možné použiť indukčný ohrievač vzduchu?

7. Čo určuje hĺbku prieniku prúdu do ohrievaného materiálu?

8. Čo určuje účinnosť prstencovej tlmivky?

9. Prečo je potrebné použiť feromagnetické rúrky na výrobu indukčných ohrievačov pri priemyselnej frekvencii?

10. Čo najvýraznejšie ovplyvňuje cos induktora?

11. Ako sa mení rýchlosť ohrevu so zvyšujúcou sa teplotou ohrievaného materiálu?

12. Aké parametre ocele ovplyvňuje meranie teploty?

Indukčný ohrev je spôsob bezkontaktného ohrevu vysokofrekvenčnými prúdmi (angl. RFH - rádiofrekvenčný ohrev, ohrev rádiofrekvenčnými vlnami) elektricky vodivých materiálov.

Popis metódy.

Indukčný ohrev je ohrev materiálov elektrické prúdy, ktoré sú indukované striedavým magnetickým poľom. Ide teda o ohrev výrobkov z vodivých materiálov (vodičov) magnetickým poľom induktorov (zdrojov striedavého magnetického poľa). Indukčný ohrev sa vykonáva nasledovne. Elektricky vodivý (kovový, grafitový) obrobok je umiestnený v takzvanom induktore, čo je jeden alebo viac závitov drôtu (najčastejšie medi). V tlmivke sa pomocou špeciálneho generátora indukujú silné prúdy rôznych frekvencií (od desiatok Hz do niekoľkých MHz), v dôsledku čoho okolo tlmivky vzniká elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole indukuje vírivé prúdy v obrobku. Vírivé prúdy zahrievajú obrobok pôsobením Jouleovho tepla (pozri Joule-Lenzov zákon).

Systém induktor-blank je bezjadrový transformátor, v ktorom je induktor primárnym vinutím. Obrobok je sekundárne vinutie skratované. Magnetický tok medzi vinutiami sa vo vzduchu uzatvára.

Pri vysokej frekvencii sú vírivé prúdy vytláčané magnetickým poľom, ktoré tvoria, do tenkých povrchových vrstiev obrobku Δ (Povrchový efekt), v dôsledku čoho sa ich hustota prudko zvyšuje a obrobok sa zahrieva. Podkladové vrstvy kovu sa zahrievajú v dôsledku tepelnej vodivosti. Nie je dôležitý prúd, ale vysoká prúdová hustota. Vo vrstve plášťa Δ sa prúdová hustota zníži o faktor e v porovnaní s prúdovou hustotou na povrchu obrobku, pričom vo vrstve plášťa sa uvoľní 86,4 % tepla (z celkového uvoľneného tepla. Hĺbka vrstvy plášťa závisí na frekvencii žiarenia: čím vyššia frekvencia, tým tenšia vrstva kože Závisí to aj od relatívnej magnetickej permeability μ materiálu obrobku.

Pre železo, kobalt, nikel a magnetické zliatiny pri teplotách pod Curieovým bodom má μ hodnotu od niekoľkých stoviek až po desiatky tisíc. Pre ostatné materiály (taveniny, neželezné kovy, tekuté nízkotaviteľné eutektiká, grafit, elektrolyty, elektricky vodivá keramika atď.) sa μ rovná približne jednej.

Napríklad pri frekvencii 2 MHz je hĺbka kože pre meď asi 0,25 mm, pre železo ≈ 0,001 mm.

Induktor sa počas prevádzky veľmi zahrieva, pretože absorbuje svoje vlastné žiarenie. Okrem toho absorbuje tepelné žiarenie z horúceho obrobku. Tlmivky vyrábajú z medených rúrok chladených vodou. Voda je dodávaná odsávaním - to zaisťuje bezpečnosť v prípade popálenia alebo iného odtlakovania tlmivky.

Aplikácia:
Ultra čisté bezkontaktné tavenie, spájkovanie a zváranie kovov.
Získavanie prototypov zliatin.
Ohýbanie a tepelné spracovanie strojných dielov.
Bižutéria.
Obrábanie malých dielov, ktoré sa môžu poškodiť plameňom alebo oblúkovým ohrevom.
Povrchové kalenie.
Kalenie a tepelné spracovanie dielov zložitého tvaru.
Dezinfekcia lekárskych nástrojov.

Výhody.

Vysokorýchlostný ohrev alebo tavenie akéhokoľvek elektricky vodivého materiálu.

Ohrev je možný v ochrannej plynovej atmosfére, v oxidačnom (alebo redukčnom) médiu, v nevodivej kvapaline, vo vákuu.

Ohrev cez steny ochrannej komory zo skla, cementu, plastov, dreva - tieto materiály veľmi slabo absorbujú elektromagnetické žiarenie a počas prevádzky inštalácie zostávajú studené. Zohrieva sa len elektricky vodivý materiál – kov (aj roztavený), uhlík, vodivá keramika, elektrolyty, tekuté kovy atď.

Vplyvom vznikajúcich MHD síl sa tekutý kov intenzívne premiešava, až zostane suspendovaný vo vzduchu alebo ochrannom plyne – takto sa získavajú ultračisté zliatiny v malých množstvách (tavenie levitáciou, tavenie v elektromagnetickom tégliku).

Pretože ohrev prebieha pomocou elektromagnetického žiarenia, nedochádza k znečisteniu obrobku produktmi horenia horáka v prípade ohrevu plynovým plameňom alebo materiálom elektródy v prípade ohrevu oblúkom. Umiestnením vzoriek do atmosféry inertného plynu a vysokej rýchlosti ohrevu sa eliminuje tvorba vodného kameňa.

Jednoduché použitie vďaka malej veľkosti induktora.

Induktor môže byť vyrobený v špeciálnom tvare - to umožní ohrievanie častí komplexnej konfigurácie rovnomerne po celom povrchu bez toho, aby to viedlo k ich deformácii alebo lokálnemu nezahrievaniu.

Je ľahké vykonávať lokálne a selektívne vykurovanie.

Keďže k najintenzívnejšiemu ohrevu dochádza v tenkých horné vrstvy obrobky, a podložné vrstvy sa kvôli tepelnej vodivosti ohrievajú jemnejšie, metóda je ideálna na povrchové vytvrdzovanie dielov (jadro zostáva viskózne).

Jednoduchá automatizácia zariadení - cykly ohrevu a chladenia, kontrola a udržiavanie teploty, podávanie a odoberanie obrobkov.

Indukčné vykurovacie jednotky:

Na inštaláciách s prevádzkovou frekvenciou do 300 kHz sa používajú invertory na zostavách IGBT alebo tranzistory MOSFET. Takéto inštalácie sú určené na vykurovanie veľkých častí. Na ohrev malých dielov sa používajú vysoké frekvencie (do 5 MHz, rozsah stredných a krátkych vĺn), vysokofrekvenčné inštalácie sú postavené na elektrónkách.

Na ohrev malých častí sú tiež vysokofrekvenčné inštalácie postavené na tranzistoroch MOSFET pre prevádzkové frekvencie až do 1,7 MHz. Riadenie a ochrana tranzistorov pri vyšších frekvenciách predstavuje určité ťažkosti, takže nastavenie vyšších frekvencií je stále dosť drahé.

Induktor na ohrievanie malých častí má malú veľkosť a malú indukčnosť, čo vedie k zníženiu kvalitatívneho faktora pracovného rezonančného obvodu pri nízkych frekvenciách a zníženiu účinnosti a tiež predstavuje nebezpečenstvo pre hlavný oscilátor (faktor kvality rezonančného obvodu je úmerný L/C, rezonančný obvod s nízkym činiteľom kvality je príliš dobre "napumpovaný" energiou, vytvorí skrat v tlmivke a vyradí hlavný oscilátor). Na zvýšenie faktora kvality oscilačného obvodu sa používajú dva spôsoby:
- zvýšenie prevádzkovej frekvencie, čo vedie k zložitosti a nákladom na inštaláciu;
- použitie feromagnetických vložiek v induktore; prilepenie induktora panelmi z feromagnetického materiálu.

Keďže induktor pracuje najefektívnejšie pri vysokých frekvenciách, indukčný ohrev dostal priemyselné uplatnenie po vývoji a spustení výroby výkonných generátorových lámp. Pred prvou svetovou vojnou bol indukčný ohrev obmedzený. V tom čase sa ako generátory používali vysokofrekvenčné strojové generátory (práce V.P. Vologdina) alebo iskrové výboje.

Obvod generátora môže byť v princípe akýkoľvek (multivibrátor, RC generátor, nezávisle budený generátor, rôzne relaxačné generátory), ktorý pracuje na záťaži vo forme cievky induktora a má dostatočný výkon. Je tiež potrebné, aby frekvencia oscilácií bola dostatočne vysoká.

Napríklad na „prerezanie“ oceľového drôtu s priemerom 4 mm za niekoľko sekúnd je potrebný oscilačný výkon najmenej 2 kW pri frekvencii najmenej 300 kHz.

Schéma sa vyberá podľa nasledujúcich kritérií: spoľahlivosť; stabilita kolísania; stabilita výkonu uvoľneného v obrobku; jednoduchosť výroby; jednoduchosť nastavenia; minimálny počet dielov na zníženie nákladov; použitie dielov, ktoré celkovo znižujú hmotnosť a rozmery atď.

Indukčný trojbodový generátor sa dlhé desaťročia používa ako generátor vysokofrekvenčných kmitov (Hartleyov generátor, generátor s autotransformátorovou spätnou väzbou, obvod založený na deliči napätia v indukčnej slučke). Ide o samobudený paralelný napájací obvod pre anódu a frekvenčne selektívny obvod vytvorený na oscilačnom obvode. S úspechom sa používal a používa v laboratóriách, klenotníckych dielňach, priemyselných podnikoch, ako aj v amatérskej praxi. Napríklad počas druhej svetovej vojny sa na takýchto zariadeniach uskutočnilo povrchové kalenie valcov tanku T-34.

Nevýhody troch bodiek:

Nízka účinnosť (menej ako 40% pri použití lampy).

Silná frekvenčná odchýlka v momente ohrevu obrobkov z magnetických materiálov nad Curieovým bodom (≈700С) (zmeny μ), čo mení hĺbku vrstvy pokožky a nepredvídateľne mení režim tepelného spracovania. Pri tepelnom spracovaní kritických častí to môže byť neprijateľné. Výkonné RF inštalácie musia tiež fungovať v úzkom rozsahu frekvencií povolených Rossvyazokhrankulturou, keďže so slabým tienením sú vlastne rádiovými vysielačmi a môžu rušiť televízne a rozhlasové vysielanie, pobrežné a záchranné služby.

Pri výmene obrobkov (napríklad z menšieho na väčší) sa mení indukčnosť systému induktor-obrobok, čo vedie aj k zmene frekvencie a hĺbky vrstvy pokožky.

Pri zmene jednootáčkových tlmiviek na viacotáčkové, na väčšie alebo menšie sa mení aj frekvencia.

Pod vedením Babata, Lozinského a ďalších vedcov boli vyvinuté dvoj- a trojokruhové generátorové obvody, ktoré majú vyššiu účinnosť (až 70%) a tiež lepšie udržujú prevádzkovú frekvenciu. Princíp ich konania je nasledovný. V dôsledku použitia združených obvodov a oslabenia spojenia medzi nimi, zmena indukčnosti pracovného obvodu nespôsobí silnú zmenu frekvencie obvodu nastavenia frekvencie. Rádiové vysielače sú konštruované podľa rovnakého princípu.

Moderné vysokofrekvenčné generátory sú invertory založené na zostavách IGBT alebo výkonných tranzistoroch MOSFET, zvyčajne vyrobené podľa schémy mostíka alebo polovičného mostíka. Pracujte pri frekvenciách do 500 kHz. Brány tranzistorov otvára riadiaci systém mikrokontroléra. Riadiaci systém vám v závislosti od úlohy umožňuje automaticky držať

A) konštantná frekvencia
b) konštantný výkon uvoľnený v obrobku
c) maximálna účinnosť.

Napríklad, keď sa magnetický materiál zahreje nad Curieov bod, hrúbka vrstvy kože sa prudko zvýši, prúdová hustota klesne a obrobok sa začne horšie zahrievať. Zmiznú aj magnetické vlastnosti materiálu a zastaví sa proces obrátenia magnetizácie - obrobok sa začne horšie zahrievať, záťažový odpor sa prudko zníži - to môže viesť k "rozostupu" generátora a jeho poruche. Riadiaci systém sleduje prechod cez bod Curie a automaticky zvyšuje frekvenciu s prudkým poklesom záťaže (alebo znižuje výkon).

Poznámky.

Induktor by mal byť umiestnený čo najbližšie k obrobku. To nielen zvyšuje hustotu elektromagnetického poľa v blízkosti obrobku (v pomere k druhej mocnine vzdialenosti), ale tiež zvyšuje účinník Cos (φ).

Zvýšením frekvencie sa dramaticky zníži účinník (v pomere k tretej mocnine frekvencie).

Pri zahrievaní magnetických materiálov sa uvoľňuje aj dodatočné teplo v dôsledku obrátenia magnetizácie, ich zahrievanie na Curieov bod je oveľa efektívnejšie.

Pri výpočte tlmivky je potrebné vziať do úvahy indukčnosť pneumatík vedúcich k tlmivke, ktorá môže byť oveľa väčšia ako indukčnosť samotnej tlmivky (ak je tlmivka vyrobená vo forme jednej otáčky malého priemer alebo dokonca časť otáčky - oblúk).

V oscilačných obvodoch existujú dva prípady rezonancie: napäťová rezonancia a prúdová rezonancia.
Paralelný oscilačný obvod - rezonancia prúdov.
V tomto prípade je napätie na cievke a na kondenzátore rovnaké ako napätie generátora. Pri rezonancii sa odpor obvodu medzi bodmi vetvenia stane maximálnym a prúd (celkom I) cez odpor záťaže Rn bude minimálny (prúd vo vnútri obvodu I-1l a I-2s je väčší ako prúd generátora) .

V ideálnom prípade je impedancia slučky nekonečná - obvod neodoberá žiadny prúd zo zdroja. Keď sa frekvencia generátora zmení v akomkoľvek smere od rezonančnej frekvencie, impedancia obvodu sa zníži a lineárny prúd (Itot) sa zvýši.

Sériový oscilačný obvod - napäťová rezonancia.

Hlavnou črtou sériového rezonančného obvodu je, že jeho impedancia je pri rezonancii minimálna. (ZL + ZC - minimum). Keď je frekvencia naladená na hodnotu nad alebo pod rezonančnou frekvenciou, impedancia sa zvýši.
Záver:
V paralelnom obvode pri rezonancii je prúd cez vodiče obvodu 0 a napätie je maximálne.
V sériovom obvode je to naopak - napätie má tendenciu k nule a prúd je maximálny.

Článok bol prevzatý zo stránky http://dic.academic.ru/ a do zrozumiteľnejšieho textu pre čitateľa ho prepracovala spoločnosť LLC Prominduktor.