Làm thế nào một lò sưởi cảm ứng hoạt động và hoạt động

Nguyên lý hoạt động của lò sưởi cảm ứng bao gồm làm nóng phôi kim loại dẫn điện bằng dòng điện xoáy kín được tạo ra trong đó.

Dòng điện xoáy là dòng điện phát sinh trong dây dẫn đặc do hiện tượng cảm ứng điện từ khi dây dẫn này bị từ trường xoay chiều xuyên qua. Năng lượng được sử dụng để tạo ra những dòng điện này, được chuyển thành nhiệt và làm nóng dây dẫn.

Để giảm những tổn thất này và loại bỏ sự nóng lên, thay vì dây đặc, người ta sử dụng dây nhiều lớp, trong đó các lớp riêng lẻ được ngăn cách bằng lớp cách điện. Sự cách ly này ngăn chặn sự xuất hiện của dòng điện xoáy kín lớn và giảm tổn thất năng lượng để duy trì chúng. Chính vì những lý do đó mà lõi máy biến áp, phần ứng của máy phát điện... được làm bằng các lá thép mỏng cách điện với nhau bằng các lớp vecni.

Cuộn cảm trong lò sưởi cảm ứng là một cuộn dây xoay chiều được thiết kế để tạo ra trường điện từ xoay chiều tần số cao.

Ngược lại, từ trường tần số cao xen kẽ tác động lên vật liệu dẫn điện, tạo ra dòng điện kín có mật độ cao trong đó và do đó làm nóng phôi cho đến khi nó nóng chảy. Hiện tượng này đã được biết đến từ lâu và được giải thích từ thời Michael Faraday, người đã mô tả hiện tượng cảm ứng điện từ trở lại năm 1931

Từ trường thay đổi theo thời gian tạo ra một EMF xen kẽ trong dây dẫn, giao nhau với các đường sức của nó. Một dây như vậy thường có thể là cuộn dây máy biến áp, lõi máy biến áp hoặc một miếng kim loại rắn.

Nếu EMF được tạo ra trong cuộn dây, thì một máy biến áp hoặc máy thu được tạo ra, và nếu trực tiếp trong mạch từ hoặc ngắn mạch, thì cảm ứng nhiệt của mạch từ hoặc cuộn dây được tạo ra.

Ví dụ, trong một máy biến áp được thiết kế kém, làm nóng lõi bằng dòng điện Foucault chắc chắn sẽ có hại, nhưng trong lò sưởi cảm ứng, hiện tượng như vậy phục vụ một mục đích hữu ích.

Từ quan điểm về bản chất của tải, lò sưởi cảm ứng với bộ phận dẫn điện được làm nóng trong nó giống như một máy biến áp có cuộn dây thứ cấp ngắn mạch một vòng. Vì điện trở bên trong phôi cực kỳ nhỏ, nên ngay cả một điện trường xoáy cảm ứng nhỏ cũng đủ để tạo ra dòng điện có mật độ cao đến mức hiệu ứng nhiệt của nó (xem. Định luật Joule-Lenz) sẽ rất biểu cảm và thiết thực.

Lò kênh đầu tiên thuộc loại này xuất hiện ở Thụy Điển vào năm 1900, nó được cung cấp dòng điện có tần số 50-60 Hz, nó được sử dụng để nấu chảy kênh thép và kim loại được đưa vào nồi nấu kim loại được sắp xếp theo kiểu quay chuỗi ngắn. của cuộn thứ cấp của máy biến áp.Tất nhiên, vấn đề về hiệu quả là do hiệu quả dưới 50%.

Ngày nay, lò sưởi cảm ứng là một máy biến áp không dây bao gồm một hoặc nhiều vòng ống đồng tương đối dày, qua đó chất làm mát của hệ thống làm mát đang hoạt động được bơm bằng máy bơm. Một dòng điện xoay chiều có tần số vài kilohertz đến vài megahertz được đưa vào thân dẫn điện của ống, giống như cuộn cảm, tùy thuộc vào các thông số của mẫu được xử lý.

Thực tế là ở tần số cao, dòng điện xoáy bị dịch chuyển khỏi mẫu được làm nóng bởi chính dòng điện xoáy, bởi vì từ trường của dòng điện xoáy này sẽ dịch chuyển dòng điện được tạo ra trên bề mặt.

Điều này biểu hiện như hiệu ứng da, khi mật độ dòng điện tối đa là kết quả của bề mặt phôi rơi trên một lớp mỏng và tần số càng cao và điện trở của vật liệu được nung nóng càng thấp thì lớp vỏ càng mỏng.

Ví dụ, đối với đồng, ở tần số 2 MHz, da chỉ bằng một phần tư milimét! Điều này có nghĩa là các lớp bên trong của phôi đồng được làm nóng không trực tiếp bằng dòng điện xoáy, mà bằng sự dẫn nhiệt từ lớp mỏng bên ngoài của nó. Tuy nhiên, công nghệ này đủ hiệu quả để làm nóng hoặc làm tan chảy hầu hết mọi vật liệu dẫn điện một cách nhanh chóng.

Lò sưởi cảm ứng hiện đại đang được chế tạo dựa vào mạch dao động (cuộn dây-cuộn cảm và tụ điện) được cung cấp bởi một biến tần cộng hưởng đi kèm IGBT hoặc MOSFET - bóng bán dẫncho phép đạt được tần số hoạt động lên đến 300 kHz.

Đối với các tần số cao hơn, các ống chân không được sử dụng để có thể đạt được tần số từ 50 MHz trở lên, ví dụ, đối với đồ trang sức nóng chảy, tần số khá cao là bắt buộc, vì kích thước của bộ phận rất nhỏ.

Để tăng hệ số chất lượng của mạch làm việc, họ sử dụng một trong hai cách: tăng tần số hoặc tăng độ tự cảm của mạch bằng cách thêm các miếng chèn sắt từ vào cấu trúc của nó.

Gia nhiệt điện môi cũng được thực hiện bằng cách sử dụng điện trường tần số cao trong công nghiệp. Sự khác biệt so với gia nhiệt cảm ứng là tần số hiện tại được sử dụng (lên đến 500 kHz với gia nhiệt cảm ứng và hơn 1000 kHz với điện môi). Trong trường hợp này, điều quan trọng là chất được làm nóng không dẫn điện tốt, tức là. là một chất điện môi.

Ưu điểm của phương pháp là tạo ra nhiệt trực tiếp bên trong chất. Trong trường hợp này, các chất dẫn điện kém có thể nhanh chóng nóng lên từ bên trong. Để biết thêm chi tiết xem tại đây: Cơ sở vật chất cơ bản của phương pháp gia nhiệt điện môi cao tần