誘導加熱の基礎
誘導加熱 導電性の物体(必ずしも磁性鋼である必要はない)を変化する磁場中に置いたときに起こる。誘導加熱はヒステリシス損失と渦電流損失によるものである。
誘導加熱 は、渦電流によって物体に発生する熱によって、電磁誘導によって導電性の物体(通常は金属)を加熱するプロセスである。誘導加熱器は、電磁石と、電磁石に高周波交流(AC)を流す電子発振器で構成される。急速に交番する磁場が物体を貫通し、渦電流と呼ばれる電流を導体内部に発生させる。渦電流は材料の抵抗を通って流れ、ジュール熱によって材料を加熱する。鉄のような強磁性(およびフェリ磁性)材料では、磁気ヒステリシス損失によっても熱が発生することがある。使用する電流の周波数は、対象物の大きさ、材料の種類、(ワークコイルと被加熱物との間の)カップリング、浸透深さによって異なる。
ヒステリシス損失は、鋼やニッケルなどの磁性材料にのみ発生し、その他はごくわずかである。ヒステリシス損失は、材料がまず一方向に磁化され、次にもう一方向に磁化されるときに、分子間の摩擦によって引き起こされるとしている。分子は、磁場の向きが反転するたびに回転する小さな磁石とみなすことができる。分子を回転させるには仕事(エネルギー)が必要である。エネルギーは熱に変わる。エネルギー(パワー)の消費率は、反転率(周波数)が高くなるにつれて増加する。
渦電流による損失は、変化する磁場中ではどのような導電性材料でも発生します。これは、鉄や鋼に通常見られるような磁気特性を持たない材料であっても、ヘッダーの原因となります。例えば、銅、真鍮、アルミニウム、ジルコニウム、非磁性ステンレス鋼、ウランなどです。渦電流は、材料の変圧作用によって誘導される電流である。その名の通り、渦電流は固体の塊の中で渦を巻いて流れているように見える。誘導加熱では、ヒステリシス損失よりも渦電流損失の方がはるかに重要である。誘導加熱は、ヒステリシス損失が発生しない非磁性材料に適用されることに注意。
硬化、鍛造、溶解など、キュリー温度以上の温度を必要とする鋼鉄の加熱では、ヒステリシスに頼ることはできない。鋼はこの温度以上になると磁気特性を失う。鋼がキュリー点以下で加熱される場合、ヒステリシスの寄与は通常無視できるほど小さい。実用上、I2渦電流のRは、電気エネルギーを誘導加熱の目的で熱に変えることができる唯一の方法である。
誘導加熱の基本は2つある:
- 変化する磁場
- 磁場に置かれた導電性素材