přeskočit na hlavní obsah

Indukční ohřev (1)

indukcní ohrev

Elektricky vodivý materiál lze ohřívat elektrickým proudem, který se v něm indukuje elektromagnetickým polem. V principu se jedná o transformátor, kde primární vinutí tvoří induktor, jímž protéká primární proud. Ohřívaný materiál představuje sekundární vinutí s jedním závitem spojeným nakrátko (obr. 1).

Indukční ohřev kovových materiálů je technologicky progresivní technologie, které se využívá v mnoha průmyslových odvětvích. Jde např. o tavení kovů, letování kovových dílů, kalení a lisování za tepla.

Hlavní přednosti indukčního ohřevu jsou:
¦    možnost řízení intenzity ohřevu a rozložení teploty,
¦    povrchové vrstvy nejsou ohroženy chemickými změnami jako při ohřevu plamenem,
¦    nevznikají žádné produkty spalování, které mohou být i toxické.

2. Základní vztahy

V sekundárním vinutí transformátoru se indukuje napětí:
(1)

kde:
f je frekvence napětí,
N2    počet sekundárních závitů,
SigmaM maximální hodnota střídavého magnetického toku.

Má-li sekundární vinutí pouze jeden závit, bude:
(2)

Sekundární proud bude:
(3)

Má-li v celé délce ohřívaného tělesa homogenní magnetické pole vyvolané cívkou s počtem závitů N1 na 1 m délky, bude intenzita magnetického pole:
(4)

Z Maxwellových rovnic je možné určit intenzitu magnetického pole H a hustotu proudu J v libovolném místě ohřívaného tělesa.

V ohřívané masivní vodivé vsázce se hustota proudu J nerozdělí rovnoměrně, ale při vyšších frekvencích klesá od povrchu ke středu zhruba podle exponenciální křivky:
(5)

Hloubka, ve které hustota proudu J0 klesne na hodnotu 1/e = 1/2,718 = 0,368, se nazývá hloubka vniku:
(6)

kde omega je úhlový kmitočet (co = 2nPIf, kde f je
frekvence), p      měrný odpor (Q-mm2-m), H0 permeabilita vakua (4n-10-7H-m-1), jl      poměrná permeabilita vsázky. Úpravou této rovnice dostáváme praktický vzorec:
(7)

Na obr. 2 je naznačeno rozložení intenzity magnetického pole H/H2 válcové vsázky a na obr. 3 rozložení hustoty proudu J/J2 v závislosti na argumentu x2. Argument x2 je definován vztahem:
(8)

Čím je frekvence vyšší, tím je hloubka vniku 8 menší a argument x2 vyšší. Intenzita magnetického pole H2 i hustota proudu J2 mají svá maxima na povrchu vsázky, tj. ve vzdálenosti r2 od střední osy. Z průběhů na obr. 2 a 3 je zřejmé, že pro malé frekvence, tj. pro malé argumenty x2, je průběh intenzity magnetického pole H2 v celém průměru vsázky téměř konstantní a hustota proudu J2 roste téměř lineárně s rostoucím poloměrem. Pro velké frekvence, které se používají u indukčních pecí, jsou hodnoty argumentu x2 vysoké a závislosti veličin H2 na J2 mají přibližně exponenciální průběh.

(pokračování)

prof. Václav Černý

převzato z časopisu Elektro

Líbil se vám článek?

ano: 231     ne: 252

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb