Схема индукционного нагревателя:принцип работы, конструкция и применение рабочей катушки

Люди используют схему индукционного нагревателя для нагрева проводящих материалов в бесконтактном процессе. Это также устройство, использующее высокочастотное магнитное поле для нагрева ферромагнитной керамики и металлов. Кроме того, индукционный нагреватель подходит для плавки и ковки стали, а также алюминия. В коммерческих целях вы также можете использовать их для пайки, пайки и термообработки.

Индукционный нагреватель особенно интересен для сборки, потому что для него не нужен индукционный нагревательный элемент. Вместо этого электронное устройство похоже на плиту, которая сохраняет температуру. В этом пособии объясняется конструкция цепей индукционного нагревателя. Первичную схему индукционного нагревателя легко построить, плюс в ней используются только некоторые стандартные компоненты.

Итак, давайте приступим к делу.

1. Принцип работы индукционного нагревателя

Согласно закону Фарадея, изучение процесса индукционного нагрева имеет важное значение — согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, переключение проводника в электрическом поле приводит в действие переменное магнитное поле. Во время процесса цепи индукционного нагревателя частота движется быстрее, чем электроны в железе. Несомненно, это вызывает обратный ток, который является вихревым током.

За счет развития сильного вихревого тока железо также нагревается. Принцип работает и наоборот, когда магнитное поле в проводнике меняется. Экстремальный нагрев равен текущему 2-кратному сопротивлению железа. Поскольку нагруженным металлом является железо, мы будем ссылаться на сопротивление R для металлического железа. Таким образом, твердотельный источник питания ВЧ-частоты применяется к катушке индуктора и материалам, которые вы будете нагревать.

Теплота =I2 x R (железо)

Удельное сопротивление железа =97 нОм·м

Поскольку указанное выше тепло равно рабочей частоте, обычные трансформаторы управления затвором не работают в приложениях высокочастотного индукционного нагрева. Следующий процесс представляет собой принцип нагрева Джоуля. Здесь, после того как ток проходит через материал, он генерирует магнитные материалы. Кроме того, простые конструкции схемы индукционного нагревателя настраиваются на резонансную частоту медной катушки и блока цепей, которые аналогичны схеме резервуара.

2. Элементы схемы индукционного нагревателя

Как построить индукционный нагреватель? Здесь мы обсудим проектирование индукционной катушки и быстро колеблющегося сигнала, в том числе создание потоков тока, нагревающих металл. Как и для большинства устройств, для контура индукционного нагрева требуется печатная плата и другие активные компоненты.

2.1 Материалы

• Соответствие импеданса:мощность источника питания индукционного нагрева аналогична другим устройствам предыдущего поколения. Поскольку он имеет как переменное, так и максимальное напряжение, импеданс мощности и нагрузка должны быть близки к подаче полного питания на заготовку. Цепи управления, согласующие импеданс, работают в индукционном нагреве, чтобы значения напряжения, тока и мощности достигли своих самых высоких пределов. Кроме того, это полезно в электрическом трансформаторе.

• Источник питания. Индукционные источники питания являются неотъемлемой частью системы индукционного нагревателя. Часто их оценивают по рабочему диапазону частот и мощности. Кроме того, существует несколько типов источников питания, таких как умножители частоты, преобразователи искрового разрядника и инверторы напряжения.

• Резонансный резервуар:Резонансный резервуар индукционного нагревателя обычно состоит из катушек индуктивности и конденсаторов, включенных параллельно с резонансной частотой. То, что происходит в контуре бака, похоже на качающийся маятник. В накопительном конденсаторе источник питания обеспечивает энергию, которая колеблется между конденсатором (электростатическая энергия) и катушкой индуктивности (электромагнитная энергия). Затем передача энергии затухает из-за потерь в катушке индуктивности, нагрузке и конденсаторе. Кроме того, батарея конденсаторов обеспечивает необходимую емкость для достижения резонансной частоты с той же емкостью, что и источник питания.

(резонансный контур)

• Дроссели индукционного нагревателя

2.2 Контур индукционного нагревателя– Конструкция индукционной рабочей катушки

Катушка индукционного нагревателя представляет собой профилированную медную трубку, которая подает энергию в нескольких формах. Индуктивный ток в материале равен числу витков катушки. Таким образом, для эффективности схемы нагрева важна конструкция первичной обмотки.

Это также проводящий материал, через который проходит переменный ток, создавая магнитное поле. Проводящие компоненты и металлические детали обычно остаются внутри, рядом или через индукционную нагревательную катушку. Обратите внимание, что эти материалы никогда не соприкасаются с кольцом, но они создают магнитную индукцию в металле для создания тепла.

Как правило, индукционные катушки функционируют как медные индукционные катушки с водяным охлаждением. В зависимости от применения также существуют различные формы катушек. Но обычно используется многовитковая спиральная катушка. В случае с кольцом ширина рисунка нагрева определяется количеством витков в петле. Таким образом, однооборотные замки подходят для приложений, где необходим нагрев кремния, наконечника материала или узкой ленты.

Между тем, многопозиционный спиральный змеевик нагревает множество заготовок. Производители также используют внутреннее кольцо для нагрева внутренних отверстий, в то время как блинчатый змеевик нагревает только одну сторону материала.

(индукционная катушка)

Контур индукционного нагревателя– Условия, которые необходимо учитывать

1. Когда вы прикладываете катушку к магнитным материалам, она выделяет тепло как за счет эффекта гистерезиса, так и за счет вихревых токов.
2. Место, близкое к соединению отдельных катушек, имеет меньшую плотность магнитного потока. Таким образом, идентификационный центр нагревательной катушки никогда не находится в центре индукционного нагрева.
3. Чтобы повысить эффективность индукционного нагрева, необходимо уменьшить расстояние между змеевиком блина и нагрузкой.
4. Если вы расположите деталь посередине катушки индукционного нагрева, в идеале соедините ее рядом с магнитным проводом или полем. Однако, если он смещен от центра, область нагрузки ближе к поворотам получает меньшие потери тепла.
5. Чтобы определить мощность змеевика, примите во внимание конвекцию, излучение и тепловые потери от теплопроводности.
6. Чем выше критическая частота переменного тока, тем меньше глубина проникновения нагрева.
7. Материалы с более высокой резонансной частотой быстро нагреваются.

(схема резонансного резервуара)

Эффективность катушки

Ниже приведена формула эффективности катушки:

КПД катушки =КПД по энергии от бифилярной катушки, передаваемой в нагрузку/энергия, передаваемая на катушку

Контур индукционного нагревателя– Модификация катушки в соответствии с применением

Хотя объект индукционного нагрева нуждается в равномерном нагреве, во многих приложениях он не имеет постоянного профиля. Однако вы можете изменить его двумя способами. Во-первых, разделите кривые, где спиральная катушка имеет большее поперечное сечение. Другой способ — увеличить шаг витков в местах, где площадь поперечного сечения более значительна.

Аналогичная ситуация возникает, когда вы нагреваете плоские поверхности с помощью большого блинного змеевика. Остальные зоны будут получать меньше тепла, чем средняя зона. Чтобы предотвратить это, увеличьте расстояние между плоским предметом и поверхностью катушки, соединив конический узор с катушкой блина.

Контур индукционного нагревателя– Типы нагревательных змеевиков

Катушки канала

В промышленности используется канальный змеевик, когда время нагрева не является ни коротким, ни длинным; Но требует относительно низких уровней мощности. Несколько нагревательных спиралей проходят через него с постоянной скоростью, чтобы достичь максимального давления при выходе из устройства. Чтобы обеспечить вход и выход катушек, их концы часто загибают. Там, где утюг требует профильного нагрева, в промышленности наряду с многовитковыми канальными катушками используются пластинчатые концентраторы флюса.

Двойной деформированный виток

Производители используют змеевик с двойной деформацией для достижения равномерной температуры, нагрева концов вала и припоя. Замок имеет наклонные стороны, которые помогают достичь равномерного нагрева. Чтобы иметь магнитный эффект, вы должны обратить внимание на путь обеих катушек блина, в которых формируются первичные обмотки.

(нагревательный змеевик)

Змеевик с раздельным возвратом

Он работает в таких приложениях, как сварка пластика, металла и узкополосная сварка при легировании ферромагнитной керамикой. Используя катушку с раздельным возвратом, вы вызовете сильный ток в зоне сварки, который разделится на две части. Таким образом, процесс индукционного нагрева на пути сварки выше, чем на других частях объекта.

Контур индукционного нагревателя– Конструкция выводов для индукционных катушек

Несмотря на то, что выводы короткие, они являются важным элементом цепи бака и катушки индукционного нагрева, поскольку обладают конечной индуктивностью. На схеме ниже показана принципиальная схема теплового пункта резонансного контура. C – резонансный конденсатор в тепловой станции. Кроме того, L - это вывод, который представляет собой общую индуктивность выводов катушки. V - общее входное напряжение от индукционного источника питания до работы цепи индукционного нагревателя.

Источник:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FET_Armstrong_oscillator.svg

Концентратор потока

Концентратор потока представляет собой материал с низкой электропроводностью и высокой проницаемостью, который работает в катушке индукционного нагревателя для усиления магнитного потока или поля на нагревательной нагрузке. Влияние концентратора потока на контур индукционного нагревателя заключается в повышении тепловой эффективности при низком уровне мощности.

Схема индукционного нагревателя – уменьшение индуктивности выводов

В промышленности используются катушки с высокой индуктивностью на низкой частоте, потому что L-вывод меньше, чем L-катушка.

(вихревой ток в магнитном поле)

3. Пример отображения контура индукционного нагревателя

Ниже приведена принципиальная схема и настройка схемы индукционного нагревателя.

Заключение

По сравнению с некоторыми электронными устройствами индукционные нагреватели обеспечивают большую эффективность, лучший контроль и скорость. Однако уровень эффективности, которого он достигает, зависит от того, насколько хорошо вы их создадите и реализуете.

Схема индукционного нагревателя обеспечивает быстрый, аккуратный и экологически чистый метод нагрева. С помощью приведенных выше диаграмм вы обнаружите, что работа и конструкция контура бака и индукционной катушки легко конструируются и тестируются. Вы всегда можете связаться с нами в любое время.