כיצד פועל ועובד דוד אינדוקציה
עקרון הפעולה של מחמם אינדוקציה מורכב מחימום חלק מתכת מוליך חשמלי באמצעות זרם מערבולת סגור המושרה בו.
זרמי מערבולת הם זרמים הנוצרים בחוטים מוצקים עקב תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית כאשר חוטים אלו חודרים שדה מגנטי מתחלף. אנרגיה משמשת ליצירת זרמים אלה, המומרים לחום ומחממים את החוטים.
כדי לצמצם את ההפסדים הללו ולחסל את החימום, במקום חוטים מוצקים משתמשים בחוטי שכבות, שבהם השכבות הבודדות מופרדות על ידי בידוד. בידוד זה מונע את התרחשותם של זרמי מערבולת סגורים גדולים ומפחית את הפסדי האנרגיה כדי לשמור עליהם. מסיבות אלו ליבות שנאי, אבזור של גנרטורים וכו' עשויים מיריעות פלדה דקות המבודדות זו מזו על ידי שכבות של לכה.
המשרן במחמם אינדוקציה הוא סליל זרם חילופין שנועד ליצור שדה אלקטרומגנטי מתחלף בתדר גבוה.
השדה המגנטי המתחלף בתדר גבוה, בתורו, פועל על חומר מוליך חשמלי, גורם לזרם סגור בצפיפות גבוהה בו ובכך מחמם את חומר העבודה עד שהוא נמס. תופעה זו ידועה מזה זמן רב והוסברה עוד מתקופתו של מייקל פאראדיי, שתיאר תופעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית עוד ב-1931
השדה המגנטי המשתנה בזמן גורם ל-EMF מתחלף במוליך, שמצטלב עם קווי הכוח שלו. חוט כזה יכול להיות בדרך כלל מתפתל שנאי, ליבת שנאי או חתיכה מוצקה של מתכת כלשהי.
אם ה-EMF מושרה בסליל, אזי מיוצר שנאי או מקלט, ואם ישירות במעגל המגנטי או בקצר חשמלי, מיוצר חימום אינדוקציה של המעגל המגנטי או הסליל.
בשנאי שתוכנן בצורה גרועה, למשל, חימום הליבה על ידי זרמי פוקו יהיה מזיק באופן חד משמעי, אבל במחמם אינדוקציה תופעה כזו משרתת מטרה שימושית.
מנקודת המבט של אופי העומס, מחמם אינדוקציה עם חלק מוליך מחומם בתוכו הוא כמו שנאי עם סלילה משנית קצרה של סיבוב אחד. מכיוון שההתנגדות בתוך חומר העבודה קטנה ביותר, אפילו שדה חשמלי מושרה קטן מספיק כדי ליצור זרם בעל צפיפות כה גבוהה עד להשפעתו התרמית (ראה. חוק ג'ול-לנץ) יהיה מאוד אקספרסיבי ומעשי.
תנור הערוצים הראשון מסוג זה הופיע בשוודיה בשנת 1900, הוא הוזן בזרם בתדר של 50-60 הרץ, הוא שימש להמסת תעלת פלדה והמתכת הוכנסה לכור היתוך מסודר בסיבוב קצר שרשרת. של הפיתול המשני של שנאי.בעיית היעילות הייתה כמובן קיימת שכן היעילות הייתה פחות מ-50%.
כיום, מחמם אינדוקציה הוא שנאי אלחוטי המורכב מסיבוב אחד או יותר של צינור נחושת עבה יחסית שדרכו נשאב נוזל הקירור של מערכת קירור אקטיבית באמצעות משאבה. זרם חילופין בתדר של כמה קילו-הרץ עד כמה מגה-הרץ מופעל על הגוף המוליך של הצינור, כמו משרן, בהתאם לפרמטרים של הדגימה המעובדת.
העובדה היא שבתדרים גבוהים זרם המערבול נע מהמדגם המחומם על ידי זרם המערבולת עצמו, מכיוון שהשדה המגנטי של זרם המערבולת הזה מחליף את הזרם שנוצר לעבר פני השטח.
זה מתבטא כ אפקט העור, כאשר צפיפות הזרם המקסימלית היא תוצאה של נפילת משטח העבודה על שכבה דקה, וככל שהתדירות גבוהה יותר וההתנגדות החשמלית של החומר המחומם נמוכה יותר, שכבת המעטפת דקה יותר.
עבור נחושת, למשל, ב-2 מגה-הרץ, העור הוא רק רבע מילימטר! המשמעות היא שהשכבות הפנימיות של בילט הנחושת מחוממות לא ישירות על ידי זרמי מערבולת, אלא על ידי הולכת חום מהשכבה החיצונית הדקה שלו. עם זאת, הטכנולוגיה יעילה מספיק כדי לחמם או להמיס במהירות כמעט כל חומר מוליך חשמלי.
תנורי אינדוקציה מודרניים נבנים מבוסס על מעגל מתנודד (משרן סליל וקבל) מופעל על ידי מהפך תהודה כלול IGBT או MOSFET - טרנזיסטוריםהמאפשר להשיג תדרי פעולה של עד 300 קילו-הרץ.
לתדרים גבוהים יותר משתמשים בשפופרות ואקום המאפשרות להגיע לתדרים של 50 מגה-הרץ ומעלה, למשל להיתוך תכשיטים נדרשים תדרים גבוהים למדי, שכן גודל החלק קטן מאוד.
כדי להגדיל את גורם האיכות של מעגלי העבודה, הם פונים לאחת משתי דרכים: או הגדלת התדר או הגדלת השראות של המעגל על ידי הוספת תוספות פרומגנטיות לבנייתו.
חימום דיאלקטרי מתבצע גם באמצעות שדה חשמלי בתדר גבוה בתעשייה. ההבדל מחימום אינדוקציה הוא התדרים הנוכחיים המשמשים (עד 500 קילו-הרץ עם חימום אינדוקציה ויותר מ-1000 קילו-הרץ עם דיאלקטרי). במקרה זה, חשוב שהחומר לחימום לא יוליך חשמל טוב, כלומר. היה דיאלקטרי.
היתרון של השיטה הוא יצירת חום ישירות בתוך החומר. במקרה זה, חומרים מוליכים גרועים יכולים להתחמם במהירות מבפנים. לפרטים נוספים ראה כאן: יסודות פיזיקליים בסיסיים של שיטות חימום דיאלקטרי בתדר גבוה