Kaip veikia ir veikia indukcinis šildytuvas
Indukcinio šildytuvo veikimo principas susideda iš elektrai laidžio metalinio ruošinio kaitinimo jame indukuota uždara sūkurine srove.
Sūkurinės srovės yra srovės, atsirandančios kietuose laiduose dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio, kai į šiuos laidus prasiskverbia kintamasis magnetinis laukas. Šioms srovėms sukurti naudojama energija, kuri paverčiama šiluma ir įkaitina laidus.
Norint sumažinti šiuos nuostolius ir pašalinti šildymą, vietoj vientisų laidų naudojami sluoksniniai laidai, kuriuose atskiri sluoksniai yra atskirti izoliacija. Ši izoliacija apsaugo nuo didelių uždarų sūkurinių srovių atsiradimo ir sumažina energijos nuostolius joms palaikyti. Būtent dėl šių priežasčių transformatorių gyslos, generatorių armatūra ir kt. gaminami iš plonų plieno lakštų, izoliuotų vienas nuo kito lako sluoksniais.
Indukcinio šildytuvo induktorius yra kintamosios srovės ritė, skirta sukurti aukšto dažnio kintamąjį elektromagnetinį lauką.
Kintamasis aukšto dažnio magnetinis laukas savo ruožtu veikia elektrai laidžią medžiagą, sukeldamas joje uždarą didelio tankio srovę ir taip kaitindamas ruošinį, kol jis išsilydys. Šis reiškinys buvo žinomas ilgą laiką ir buvo paaiškintas nuo Michaelo Faradėjaus laikų, kuris jį aprašė elektromagnetinės indukcijos reiškinys dar 1931 m
Laike kintantis magnetinis laukas sukelia kintamą EML laidininke, kuris susikerta su jo jėgos linijomis. Toks laidas paprastai gali būti transformatoriaus apvija, transformatoriaus šerdis arba vientisas kokio nors metalo gabalas.
Jei EMF indukuojamas ritėje, tada gaminamas transformatorius arba imtuvas, o jei tiesiogiai magnetinėje grandinėje arba trumpajame jungime, susidaro indukcinis magnetinės grandinės ar ritės šildymas.
Pavyzdžiui, blogai suprojektuotame transformatoriuje šerdies šildymas Foucault srovėmis būtų vienareikšmiškai žalingas, tačiau indukciniame šildytuve toks reiškinys pasitarnauja naudingam tikslui.
Apkrovos pobūdžio požiūriu indukcinis šildytuvas su jame šildoma laidžia dalimi yra tarsi transformatorius su trumpai sujungta antrine vieno apsisukimo apvija. Kadangi varža ruošinio viduje yra labai maža, net ir nedidelio indukuoto sūkurinio elektrinio lauko pakanka sukurti tokio tankio srovę, kad atsirastų šiluminis efektas (plg. Džaulio-Lenco dėsnis) būtų labai išraiškinga ir praktiška.
Pirmoji tokio tipo kanalinė krosnis pasirodė Švedijoje 1900 m., ji buvo maitinama 50-60 Hz dažnio srove, buvo naudojama plieniniam kanalui lydyti ir metalas tiekiamas į tiglį, išdėstytą trumpos grandinės sukimosi būdu. transformatoriaus antrinės apvijos.Žinoma, efektyvumo problema buvo, nes efektyvumas buvo mažesnis nei 50%.
Šiandien indukcinis šildytuvas yra belaidis transformatorius, susidedantis iš vieno ar kelių santykinai storo varinio vamzdžio apsisukimų, per kuriuos naudojant siurblį pumpuojamas aktyvios aušinimo sistemos aušinimo skystis. Kintamoji srovė, kurios dažnis yra nuo kelių kilohercų iki kelių megahercų, laidžiam vamzdžio korpusui, kaip induktorius, yra taikomas priklausomai nuo apdorojamo mėginio parametrų.
Faktas yra tas, kad esant dideliems dažniams sūkurinė srovė yra išstumiama nuo pačios sūkurinės srovės įkaitinto mėginio, nes šios sūkurinės srovės magnetinis laukas išstumia srovę, kuri buvo sukurta paviršiaus link.
Tai pasireiškia kaip odos poveikis, kai didžiausias srovės tankis yra dėl to, kad ruošinio paviršius krenta ant plono sluoksnio, o kuo didesnis dažnis ir mažesnė kaitinamos medžiagos elektrinė varža, tuo plonesnis apvalkalo sluoksnis.
Pavyzdžiui, variui esant 2 MHz, oda yra tik ketvirtadalis milimetro! Tai reiškia, kad vario ruošinio vidiniai sluoksniai šildomi ne tiesiogiai sūkurinėmis srovėmis, o šilumos laidumu iš plono išorinio jo sluoksnio. Tačiau ši technologija yra pakankamai efektyvi, kad būtų galima greitai įkaitinti arba išlydyti beveik bet kokią elektrai laidžią medžiagą.
Statomi modernūs indukciniai šildytuvai remiantis svyruojančia grandine (ritė-induktorius ir kondensatorius) maitinamas įtrauktu rezonansiniu keitikliu IGBT arba MOSFET - tranzistoriaileidžiantis pasiekti darbinius dažnius iki 300 kHz.
Aukštesniems dažniams naudojami vakuuminiai vamzdžiai, kurie leidžia pasiekti 50 MHz ir aukštesnius dažnius, pavyzdžiui, papuošalų lydymui reikia gana aukštų dažnių, nes detalės dydis yra labai mažas.
Norėdami padidinti darbo grandinių kokybės koeficientą, jie naudojasi vienu iš dviejų būdų: arba padidina dažnį, arba padidina grandinės induktyvumą, pridedant feromagnetinius įdėklus į jos konstrukciją.
Dielektrinis šildymas pramonėje taip pat atliekamas naudojant aukšto dažnio elektrinį lauką. Skirtumas nuo indukcinio šildymo yra naudojami srovės dažniai (iki 500 kHz su indukciniu šildymu ir daugiau nei 1000 kHz su dielektriku). Šiuo atveju svarbu, kad kaitinama medžiaga blogai laidų elektrą, t.y. buvo dielektrikas.
Metodo pranašumas yra šilumos generavimas tiesiai medžiagos viduje. Tokiu atveju prastai laidžios medžiagos gali greitai įkaisti iš vidaus. Daugiau informacijos rasite čia: Pagrindiniai aukšto dažnio dielektrinio šildymo metodų fiziniai pagrindai