Hoe een inductieverwarmer werkt en werkt

Het werkingsprincipe van een inductieverwarmer bestaat uit het verwarmen van een elektrisch geleidend metalen werkstuk door middel van een daarin geïnduceerde gesloten wervelstroom.

Wervelstromen zijn stromen die ontstaan ​​in massieve draden door het fenomeen van elektromagnetische inductie wanneer deze draden worden gepenetreerd door een wisselend magnetisch veld. Er wordt energie gebruikt om deze stromen op te wekken, die wordt omgezet in warmte en de draden opwarmt.

Om deze verliezen te verminderen en opwarming te elimineren, worden in plaats van massieve draden gelaagde draden gebruikt, waarbij de afzonderlijke lagen door isolatie worden gescheiden. Deze isolatie voorkomt het ontstaan ​​van grote gesloten wervelstromen en reduceert de energieverliezen om deze in stand te houden. Om deze redenen zijn transformatorkernen, armaturen van generatoren, enz. Gemaakt van dunne staalplaten die van elkaar zijn geïsoleerd door lagen vernis.

De inductor in een inductieverwarmer is een wisselstroomspoel die is ontworpen om een ​​hoogfrequent wisselend elektromagnetisch veld te creëren.

Het wisselende hoogfrequente magnetische veld werkt op zijn beurt in op een elektrisch geleidend materiaal, waardoor er een gesloten stroom van hoge dichtheid in ontstaat en zo het werkstuk wordt verwarmd totdat het smelt. Dit fenomeen is al lang bekend en wordt verklaard sinds de tijd van Michael Faraday, die het beschreef fenomeen van elektromagnetische inductie terug in 1931

Het in de tijd variërende magnetische veld induceert een wisselende EMF in de geleider, die de krachtlijnen snijdt. Zo'n draad kan over het algemeen een transformatorwikkeling, een transformatorkern of een massief stuk metaal zijn.

Als de EMF in de spoel wordt geïnduceerd, wordt een transformator of ontvanger geproduceerd, en als direct in het magnetische circuit of in een kortsluiting, wordt inductieverwarming van het magnetische circuit of de spoel geproduceerd.

In een slecht ontworpen transformator bijvoorbeeld kernverwarming door Foucault-stromen zou onmiskenbaar schadelijk zijn, maar in een inductieverwarmer dient een dergelijk fenomeen een nuttig doel.

Vanuit het oogpunt van de aard van de belasting is een inductieverwarmer met daarin verwarmd geleidend deel als een transformator met een kortgesloten secundaire wikkeling van één winding. Aangezien de weerstand in het werkstuk extreem klein is, is zelfs een klein geïnduceerd wervel elektrisch veld voldoende om een ​​stroom op te wekken met zo'n hoge dichtheid dat het thermisch effect ervan (vgl. De wet van Joule-Lenz) zou zeer expressief en praktisch zijn.

De eerste kanaaloven van dit type verscheen in Zweden in 1900, hij werd gevoed met stroom met een frequentie van 50-60 Hz, hij werd gebruikt om stalen kanalen te smelten en het metaal werd in een smeltkroes gevoerd die in een korte kettingrotatie was opgesteld van de secundaire wikkeling van een transformator.Het efficiëntieprobleem was natuurlijk aanwezig aangezien het rendement minder dan 50% was.

Tegenwoordig is een inductieverwarmer een draadloze transformator die bestaat uit een of meer windingen van een relatief dikke koperen buis waar met behulp van een pomp de koelvloeistof van een actief koelsysteem doorheen wordt gepompt. Een wisselstroom met een frequentie van enkele kilohertz tot enkele megahertz wordt als een inductor op het geleidende lichaam van de buis aangelegd, afhankelijk van de parameters van het monster dat wordt verwerkt.

Het feit is dat bij hoge frequenties de wervelstroom wordt verdrongen van het door de wervelstroom zelf verwarmde monster, omdat het magnetische veld van deze wervelstroom de opgewekte stroom naar het oppervlak verdringt.

Dit manifesteert zich als huid effect, wanneer de maximale stroomdichtheid het resultaat is van het vallen van het werkstukoppervlak op een dunne laag, en hoe hoger de frequentie en hoe lager de elektrische weerstand van het verwarmde materiaal, hoe dunner de schaallaag.

Voor bijvoorbeeld koper bij 2 MHz is de huid slechts een kwart millimeter! Dit betekent dat de binnenste lagen van de koperen knuppel niet direct worden verwarmd door wervelstromen, maar door warmtegeleiding van de dunne buitenste laag. De technologie is echter efficiënt genoeg om vrijwel elk elektrisch geleidend materiaal snel te verwarmen of te smelten.

Er worden moderne inductieverhitters gebouwd gebaseerd op een oscillerend circuit (spoel-inductor en condensator) aangedreven door een meegeleverde resonante omvormer IGBT of MOSFET — transistorswaardoor werkfrequenties tot 300 kHz kunnen worden bereikt.

Voor hogere frequenties worden vacuümbuizen gebruikt, die het mogelijk maken om frequenties van 50 MHz en hoger te bereiken, bijvoorbeeld voor het smelten van sieraden zijn vrij hoge frequenties vereist, omdat de grootte van het onderdeel erg klein is.

Om de kwaliteitsfactor van de werkende circuits te verhogen, nemen ze hun toevlucht tot een van de volgende twee manieren: ofwel de frequentie verhogen ofwel de inductantie van het circuit verhogen door ferromagnetische inzetstukken aan de constructie toe te voegen.

Diëlektrische verwarming wordt ook uitgevoerd met behulp van een hoogfrequent elektrisch veld in de industrie. Het verschil met inductieverhitting zijn de gebruikte huidige frequenties (tot 500 kHz met inductieverhitting en meer dan 1000 kHz met diëlektricum). Hierbij is het van belang dat de te verwarmen stof de elektriciteit niet goed geleidt, d.w.z. was een diëlektricum.

Het voordeel van de methode is de warmteontwikkeling direct in de substantie. In dit geval kunnen slecht geleidende stoffen snel van binnenuit opwarmen. Zie hier voor meer informatie: Fundamentele fysieke grondslagen van hoogfrequente diëlektrische verwarmingsmethoden