Hvordan en induksjonsvarmer fungerer og fungerer
Prinsippet for drift av en induksjonsvarmer består i å varme opp et elektrisk ledende metallarbeidsstykke ved hjelp av en lukket virvelstrøm indusert i det.
Virvelstrømmer er strømmer som oppstår i solide ledninger på grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon når disse ledningene penetreres av et vekslende magnetfelt. Energi brukes til å lage disse strømmene, som omdannes til varme og varmer opp ledningene.
For å redusere disse tapene og eliminere oppvarming, i stedet for solide ledninger, brukes lagdelte ledninger, der de enkelte lagene er separert med isolasjon. Denne isolasjonen forhindrer forekomsten av store lukkede virvelstrømmer og reduserer energitapene for å opprettholde dem. Det er av disse grunnene at transformatorkjerner, armaturer til generatorer, etc., er laget av tynne stålplater isolert fra hverandre av lag med lakk.
Induktoren i en induksjonsvarmer er en vekselstrømspole designet for å skape et høyfrekvent vekselelektromagnetisk felt.
Det vekslende høyfrekvente magnetfeltet virker på sin side på et elektrisk ledende materiale, forårsaker en lukket strøm med høy tetthet i det og oppvarmer dermed arbeidsstykket til det smelter. Dette fenomenet har vært kjent i lang tid og har blitt forklart siden Michael Faradays tid, som beskrev fenomenet elektromagnetisk induksjon tilbake i 1931
Det tidsvarierende magnetfeltet induserer en vekslende EMF i lederen, som skjærer hverandre med kraftlinjene. En slik ledning kan generelt være en transformatorvikling, en transformatorkjerne eller et solid stykke metall.
Hvis EMF induseres i spolen, produseres en transformator eller mottaker, og hvis den er direkte i den magnetiske kretsen eller i en kortslutning, produseres induksjonsoppvarming av den magnetiske kretsen eller spolen.
I en dårlig designet transformator, f.eks. kjerneoppvarming av Foucault-strømmer ville være utvetydig skadelig, men i en induksjonsvarmer tjener et slikt fenomen en nyttig hensikt.
Fra belastningens art er en induksjonsvarmer med en ledende del oppvarmet som en transformator med en kortsluttet sekundærvikling på en omdreining. Siden motstanden inne i arbeidsstykket er ekstremt liten, er selv et lite indusert elektrisk virvelfelt tilstrekkelig til å skape en strøm med så høy tetthet at dens termiske effekt (jf. Joule-Lenz-loven) ville være veldig uttrykksfulle og praktiske.
Den første kanalovnen av denne typen dukket opp i Sverige i 1900, den ble matet med strøm med en frekvens på 50-60 Hz, den ble brukt til å smelte stålkanal og metallet ble matet inn i en digel arrangert i en kortkjedet rotasjonsmåte av sekundærviklingen til en transformator.Effektivitetsproblemet var selvsagt til stede da effektiviteten var under 50 %.
I dag er en induksjonsvarmer en trådløs transformator som består av en eller flere omdreininger av et relativt tykt kobberrør som kjølevæsken til et aktivt kjølesystem pumpes gjennom ved hjelp av en pumpe. En vekselstrøm med en frekvens på flere kilohertz til flere megahertz påføres den ledende kroppen til røret, som en induktor, avhengig av parametrene til prøven som behandles.
Faktum er at ved høye frekvenser forskyves virvelstrømmen fra prøven oppvarmet av selve virvelstrømmen, fordi magnetfeltet til denne virvelstrømmen forskyver strømmen som ble generert mot overflaten.
Dette viser seg som hudeffekt, når den maksimale strømtettheten er resultatet av at arbeidsstykkets overflate faller på et tynt lag, og jo høyere frekvensen er og jo lavere den elektriske motstanden til det oppvarmede materialet er, jo tynnere er skalllaget.
For kobber, for eksempel ved 2 MHz, er huden bare en kvart millimeter! Dette betyr at de indre lagene av kobberemnet oppvarmes ikke direkte av virvelstrømmer, men av varmeledning fra det tynne ytre laget. Imidlertid er teknologien effektiv nok til raskt å varme eller smelte nesten alle elektrisk ledende materialer.
Moderne induksjonsvarmer bygges basert på en oscillerende krets (spole-induktor og kondensator) drevet av en inkludert resonant omformer IGBT eller MOSFET — transistorergjør det mulig å oppnå driftsfrekvenser opp til 300 kHz.
For høyere frekvenser brukes vakuumrør, som gjør det mulig å nå frekvenser på 50 MHz og høyere, for eksempel for smelting av smykker kreves det ganske høye frekvenser, siden størrelsen på delen er veldig liten.
For å øke kvalitetsfaktoren til arbeidskretsene, tyr de til en av to måter: enten å øke frekvensen eller øke induktansen til kretsen ved å legge til ferromagnetiske innsatser til konstruksjonen.
Dielektrisk oppvarming utføres også ved bruk av et høyfrekvent elektrisk felt i industrien. Forskjellen fra induksjonsoppvarming er gjeldende frekvenser som brukes (opptil 500 kHz med induksjonsvarme og mer enn 1000 kHz med dielektrisk). I dette tilfellet er det viktig at stoffet som skal varmes opp ikke leder strøm godt, d.v.s. var et dielektrikum.
Fordelen med metoden er generering av varme direkte inne i stoffet. I dette tilfellet kan dårlig ledende stoffer raskt varmes opp fra innsiden. For mer detaljer se her: Grunnleggende fysiske grunnlag for høyfrekvente dielektriske oppvarmingsmetoder