Osnove indukcijskega ogrevanja
Indukcijsko ogrevanje poteka v električno prevodnem predmetu (ni nujno magnetno jeklo), ko je predmet postavljen v spreminjajoče se magnetno polje. Indukcijsko ogrevanje je posledica histereze in izgub vrtljajev.
Indukcijsko ogrevanje je postopek segrevanja električno prevodnega predmeta (običajno kovine) z elektromagnetno indukcijo, skozi toploto, ki jo v predmetu ustvarijo vrtinčasti tokovi. Indukcijski grelec je sestavljen iz elektromagneta in elektronskega oscilatorja, ki skozi elektromagnet prehaja visokofrekvenčni izmenični tok (AC). Hitro izmenično magnetno polje prodira skozi objekt in v prevodniku ustvarja električne tokove, imenovane vrtinčasti tokovi. Vrtljivi tokovi, ki tečejo skozi upor materiala, ga segrejejo s segrevanjem Joule. V feromagnetnih (in ferrimagnetnih) materialih, kot je železo, lahko toplota nastane tudi zaradi izgub magnetne histereze. Pogostost uporabljenega toka je odvisna od velikosti predmeta, vrste materiala, sklopke (med delovno tuljavo in objektom, ki ga je treba segrevati) in globine penetracije.
Histerezne izgube se pojavljajo samo v magnetnih materialih, kot so jeklo, nikelj in zelo malo drugih. Izguba histereze navaja, da je to posledica trenja med molekulami, ko je material najprej magnetiziran v eni smeri, nato pa v drugem. Molekule lahko obravnavamo kot majhne magnete, ki se obračajo z vsakim obratom smeri magnetnega polja. Za njihovo obračanje je potrebno delo (energija). Energija se pretvori v toploto. Stopnja porabe energije (moči) se poveča s povečano stopnjo obračanja (frekvenco).
Izgube pri vrtinčnem toku se pojavljajo v katerem koli prevodnem materialu v spremenljivem magnetnem polju. To povzroča naslov, čeprav materiali nimajo nobenih magnetnih lastnosti, ki so običajno povezane z železom in jeklom. Primeri so baker, medenina, aluminij, cirkonij, nemagnetno nerjavno jeklo in uran. Eddy tokovi so električni tokovi, ki jih inducira delovanje transformatorja v materialu. Kot nakazuje njihovo ime, se zdi, da tečejo v vrtinčkih na vrtineh znotraj trdne mase materiala. Izgube zaradi vrtinčnega toka so veliko bolj pomembne kot izgube histereze pri indukcijskem segrevanju. Upoštevajte, da se indukcijsko ogrevanje uporablja za nemagnetne materiale, kjer ne pride do izgub histereze.
Za segrevanje jekla za strjevanje, kovanje, taljenje ali druge namene, ki zahtevajo temperaturo nad temperaturo Curie, ne moremo biti odvisni od histereze. Jeklo izgubi svoje magnetne lastnosti nad to temperaturo. Ko se jeklo segreva pod točko Curie, je prispevek histereze običajno tako majhen, da ga je mogoče zanemariti. Za vse praktične namene, I2R vrtinčnih tokov je edini način, da električno energijo pretvorimo v toploto za indukcijsko ogrevanje.
Dve osnovni stvari za indukcijsko segrevanje:
- Spreminjajoče se magnetno polje
- Električno prevodni material, ki se vstavi v magnetno polje