Jednoduché na pochopení
Pro typického inženýra je indukce fascinující metodou ohřevu. Sledování kusu kovu v cívce, který se během několika sekund zbarví do třešňově červené barvy, může být pro ty, kteří indukční ohřev neznají, překvapivé. Zařízení pro indukční ohřev vyžadují pochopení fyziky, elektromagnetismu, výkonové elektroniky a řízení procesů, ale základní koncepty indukčního ohřevu jsou jednoduché na pochopení.
Základy
Indukce, kterou objevil Michael Faraday, začíná s cívkou z vodivého materiálu (například mědi). Jak cívkou protéká proud, vytváří se v jejím okolí magnetické pole. Schopnost magnetického pole konat práci závisí na konstrukci cívky a také na velikosti proudu protékajícího cívkou.
Směr magnetického pole závisí na směru protékajícího proudu, takže střídavý proud procházející cívkou bude mít za následek změnu směru magnetického pole stejnou rychlostí, jakou se mění frekvence střídavého proudu. Střídavý proud o frekvenci 60 Hz způsobí, že magnetické pole změní směr 60krát za sekundu. Střídavý proud o frekvenci 400 kHz způsobí, že se magnetické pole přepne 400 000krát za sekundu.
Proud
Pokud je vodivý materiál, obrobek, umístěn do měnícího se magnetického pole (například pole generovaného střídavým proudem), indukuje se v obrobku napětí (Faradayův zákon). Výsledkem indukovaného napětí je tok elektronů: proud! Proud protékající obrobkem půjde opačným směrem než proud v cívce. To znamená, že frekvenci proudu v obrobku můžeme řídit řízením frekvence proudu v cívce.
Protože proud protéká prostředím, bude pohyb elektronů klást určitý odpor. Tento odpor se projevuje jako teplo (Jouleův jev). Materiály, které jsou odolnější vůči toku elektronů, budou při průchodu proudu vydávat více tepla, ale určitě je možné pomocí indukovaného proudu zahřívat vysoce vodivé materiály (například měď). Tento jev je pro indukční ohřev rozhodující.
Co potřebujeme k indukčnímu ohřevu?
Z toho všeho vyplývá, že k indukčnímu ohřevu potřebujeme dvě základní věci:
- měnící se magnetické pole
- elektricky vodivý materiál umístěný do magnetického pole.
Jak se indukční ohřev liší od jiných způsobů ohřevu?
Existuje několik metod, jak ohřát předmět bez indukce. Mezi nejběžnější průmyslové postupy patří plynové pece, elektrické pece a solné lázně. Všechny tyto metody se spoléhají na přenos tepla na výrobek ze zdroje tepla (hořáku, topného tělesa, kapalné soli) prostřednictvím konvekce a sálání. Jakmile je povrch výrobku zahřátý, teplo se přenáší skrz výrobek tepelnou kondukcí.
Indukčně vyhřívané výrobky se při přenosu tepla na povrch výrobku nespoléhají na konvekci a sálání. Místo toho se teplo vytváří na povrchu výrobku prouděním proudu. Teplo z povrchu výrobku pak prochází výrobkem pomocí tepelné vodivosti. Hloubka, do které je teplo generováno přímo pomocí indukovaného proudu, závisí na tzv. elektrické referenční hloubce.
Obrázek 3: Schéma elektrické referenční hloubky vysoké a nízké frekvence Elektrická referenční hloubka vysoké a nízké frekvence
Elektrická referenční hloubka závisí do značné míry na frekvenci střídavého proudu protékajícího obrobkem. Proud o vyšší frekvenci má za následek menší elektrickou referenční hloubku a proud o nižší frekvenci má za následek větší elektrickou referenční hloubku. Tato hloubka závisí také na elektrických a magnetických vlastnostech obrobku.
Řešení ohřevu pro konkrétní výrobky a aplikace
Společnosti skupiny Inductotherm Group využívají těchto fyzikálních a elektrických jevů k přizpůsobení řešení ohřevu pro konkrétní výrobky a aplikace. Pečlivé řízení výkonu, frekvence a geometrie cívek umožňuje společnostem skupiny Inductotherm Group navrhovat zařízení s vysokou úrovní řízení procesu a spolehlivosti bez ohledu na aplikaci.
Indukčně vyhřívané výrobky se při přenosu tepla na povrch výrobku nespoléhají na konvekci a sálání. Místo toho se teplo vytváří na povrchu výrobku prouděním proudu. Teplo z povrchu výrobku pak prochází výrobkem pomocí tepelné vodivosti. Hloubka, do které je teplo generováno přímo pomocí indukovaného proudu, závisí na tzv. elektrické referenční hloubce.
Elektrická referenční hloubka závisí do značné míry na frekvenci střídavého proudu protékajícího obrobkem. Proud o vyšší frekvenci má za následek menší elektrickou referenční hloubku a proud o nižší frekvenci má za následek větší elektrickou referenční hloubku. Tato hloubka závisí také na elektrických a magnetických vlastnostech obrobku.
Společnosti skupiny Inductotherm Group využívají těchto fyzikálních a elektrických jevů k přizpůsobení řešení ohřevu pro konkrétní výrobky a aplikace. Pečlivé řízení výkonu, frekvence a geometrie cívek umožňuje společnostem skupiny Inductotherm Group navrhovat zařízení s vysokou úrovní řízení procesu a spolehlivosti bez ohledu na aplikaci.
- ACESO Praha & Inductotherm Corp.