Основы индукционного нагрева

Индукционный нагрев происходит в электропроводящем объекте (не обязательно из магнитной стали), когда объект помещается в изменяющееся магнитное поле. Индукционный нагрев обусловлен гистерезисом и потерями на вихревые токи.

Индукционный нагрев это процесс нагрева электропроводящего объекта (обычно металлического) с помощью электромагнитной индукции за счет тепла, выделяемого в объекте вихревыми токами. Индукционный нагреватель состоит из электромагнита и электронного генератора, который пропускает через электромагнит высокочастотный переменный ток (AC). Быстро меняющееся магнитное поле проникает в объект, создавая внутри проводника электрические токи, называемые вихревыми токами. Вихревые токи, проходя через сопротивление материала, нагревают его за счет Джоулева нагрева. В ферромагнитных (и ферримагнитных) материалах, таких как железо, тепло также может выделяться за счет потерь на магнитный гистерезис. Частота используемого тока зависит от размера объекта, типа материала, сцепления (между рабочей катушкой и нагреваемым объектом) и глубины проникновения.

Гистерезисные потери возникают только в магнитных материалах, таких как сталь, никель и очень немногих других. Гистерезисные потери объясняются трением между молекулами, когда материал намагничивается сначала в одном, а затем в другом направлении. Молекулы можно рассматривать как маленькие магниты, которые поворачиваются при каждом изменении направления магнитного поля. Для их вращения требуется работа (энергия). Энергия превращается в тепло. Скорость расходования энергии (мощность) возрастает с увеличением скорости обращения (частоты).

В любом проводящем материале в изменяющемся магнитном поле возникают потери от вихревых токов. Это приводит к возникновению курса, даже если материалы не обладают магнитными свойствами, которые обычно ассоциируются с железом и сталью. Примерами являются медь, латунь, алюминий, цирконий, немагнитная нержавеющая сталь и уран. Вихревые токи - это электрические токи, возникающие в материале под действием трансформатора. Как следует из названия, они возникают в вихревых потоках внутри твердой массы материала. При индукционном нагреве потери от вихревых токов гораздо важнее, чем потери от гистерезиса. Обратите внимание, что индукционный нагрев применяется к немагнитным материалам, где гистерезисные потери отсутствуют.

При нагреве стали для закалки, ковки, плавки или любых других целей, требующих температуры выше температуры Кюри, мы не можем полагаться на гистерезис. Сталь теряет свои магнитные свойства выше этой температуры. Когда сталь нагревают ниже точки Кюри, вклад гистерезиса обычно настолько мал, что им можно пренебречь. Для всех практических целей значение I²Вихревые токи - единственный способ превращения электрической энергии в тепловую для целей индукционного нагрева.

Для индукционного нагрева необходимы две основные вещи:

Меняющееся магнитное поле
Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле