Noțiuni de bază privind încălzirea prin inducție
Încălzire prin inducție are loc într-un obiect conductor electric (nu neapărat oțel magnetic) atunci când obiectul este plasat într-un câmp magnetic variabil. Încălzirea prin inducție se datorează pierderilor prin histerezis și curenți turbionari.
Încălzire prin inducție este procesul de încălzire a unui obiect conductor de electricitate (de obicei un metal) prin inducție electromagnetică, prin căldura generată în obiect de curenții turbionari. Un încălzitor prin inducție constă dintr-un electromagnet și un oscilator electronic care trece un curent alternativ (CA) de înaltă frecvență prin electromagnet. Câmpul magnetic rapid alternativ penetrează obiectul, generând curenți electrici în interiorul conductorului, denumiți curenți turbionari. Curenții turbionari care trec prin rezistența materialului îl încălzesc prin încălzire Joule. În cazul materialelor feromagnetice (și ferimagnetice) precum fierul, căldura poate fi generată și de pierderile prin histerezis magnetic. Frecvența curentului utilizat depinde de dimensiunea obiectului, de tipul materialului, de cuplaj (între bobina de lucru și obiectul care trebuie încălzit) și de adâncimea de penetrare.
Pierderile prin histerezis apar numai în materiale magnetice precum oțelul, nichelul și foarte puține altele. Pierderea prin histerezis afirmă că aceasta este cauzată de frecarea dintre molecule atunci când materialul este magnetizat mai întâi într-o direcție și apoi în cealaltă. Moleculele pot fi considerate ca mici magneți care se învârt la fiecare inversare a direcției câmpului magnetic. Munca (energia) este necesară pentru a le întoarce. Energia se transformă în căldură. Rata de consum a energiei (puterea) crește odată cu creșterea ratei de inversare (frecvența).
Pierderile de curent Foucault apar în orice material conductor într-un câmp magnetic variabil. Aceasta cauzează poziția, chiar dacă materialele nu au niciuna dintre proprietățile magnetice asociate de obicei cu fierul și oțelul. Exemple sunt cuprul, alama, aluminiul, zirconiul, oțelul inoxidabil nemagnetic și uraniul. Curenții turbionari sunt curenți electrici induși de acțiunea transformatorului în material. După cum sugerează și numele lor, acestea par să circule în vârtejuri pe vârtejuri în interiorul unei mase solide de material. Pierderile prin curenți turbionari sunt mult mai importante decât pierderile prin histerezis în încălzirea prin inducție. Rețineți că încălzirea prin inducție este aplicată materialelor nemagnetice, unde nu apar pierderi de histerezis.
Pentru încălzirea oțelului pentru întărire, forjare, topire sau în orice alte scopuri care necesită o temperatură mai mare decât temperatura Curie, nu ne putem baza pe histerezis. Oțelul își pierde proprietățile magnetice peste această temperatură. Atunci când oțelul este încălzit sub punctul Curie, contribuția histerezisului este de obicei atât de mică încât poate fi ignorată. În toate scopurile practice, valoarea I2R a curenților turbionari este singurul mod în care energia electrică poate fi transformată în căldură pentru încălzirea prin inducție.
Două lucruri de bază pentru ca încălzirea prin inducție să aibă loc:
- Un câmp magnetic în schimbare
- Un material conductiv electric plasat în câmpul magnetic