İndüksiyonla Isıtma Temelleri
İndüksiyonla ısıtma elektriksel olarak iletken bir nesnede (manyetik çelik olması gerekmez), nesne değişken bir manyetik alana yerleştirildiğinde gerçekleşir. İndüksiyonla ısıtma histerezis ve girdap akımı kayıplarından kaynaklanır.
İndüksiyonla ısıtma elektriksel olarak iletken bir nesneyi (genellikle bir metal) elektromanyetik indüksiyon yoluyla, nesnede girdap akımları tarafından üretilen ısı yoluyla ısıtma işlemidir. Bir indüksiyon ısıtıcısı, bir elektromıknatıs ve elektromıknatıstan yüksek frekanslı bir alternatif akım (AC) geçiren bir elektronik osilatörden oluşur. Hızla değişen manyetik alan nesneye nüfuz ederek iletken içinde girdap akımları adı verilen elektrik akımları oluşturur. Malzemenin direnci boyunca akan girdap akımları Joule ısıtması ile malzemeyi ısıtır. Demir gibi ferromanyetik (ve ferrimanyetik) malzemelerde, manyetik histerezis kayıpları nedeniyle de ısı oluşabilir. Kullanılan akımın frekansı, nesnenin boyutuna, malzeme türüne, bağlantıya (çalışma bobini ile ısıtılacak nesne arasında) ve penetrasyon derinliğine bağlıdır.
Histerezis kayıpları sadece çelik, nikel ve çok az sayıda diğer manyetik malzemelerde meydana gelir. Histerezis kaybı, malzeme önce bir yönde, sonra diğer yönde mıknatıslandığında bunun moleküller arasındaki sürtünmeden kaynaklandığını belirtir. Moleküller, manyetik alanın her yön değiştirmesinde kendi etrafında dönen küçük mıknatıslar olarak düşünülebilir. Onları döndürmek için iş (enerji) gereklidir. Enerji ısıya dönüşür. Enerji (güç) harcama oranı, artan tersine çevirme oranı (frekans) ile artar.
Değişken bir manyetik alan içindeki herhangi bir iletken malzemede girdap akımı kayıpları meydana gelir. Bu durum, malzemeler genellikle demir ve çelikle ilişkilendirilen manyetik özelliklerden herhangi birine sahip olmasa bile başlığa neden olur. Örnekler bakır, pirinç, alüminyum, zirkonyum, manyetik olmayan paslanmaz çelik ve uranyumdur. Girdap akımları, malzeme içinde transformatör etkisiyle indüklenen elektrik akımlarıdır. Adlarından da anlaşılacağı üzere, katı bir malzeme kütlesi içinde girdaplar halinde akıyor gibi görünürler. Girdap akımı kayıpları indüksiyonla ısıtmada histerezis kayıplarından çok daha önemlidir. İndüksiyonla ısıtmanın histerezis kayıplarının oluşmadığı manyetik olmayan malzemelere uygulandığını unutmayın.
SertleĢtirme, dövme, eritme veya Curie sıcaklığının üzerinde bir sıcaklık gerektiren diğer amaçlar için çeliğin ısıtılmasında histerezise güvenemeyiz. Çelik bu sıcaklığın üzerinde manyetik özelliklerini kaybeder. Çelik Curie noktasının altında ısıtıldığında, histerezisin katkısı genellikle göz ardı edilebilecek kadar küçüktür. Tüm pratik amaçlar için, I2Girdap akımlarının R'si, elektrik enerjisinin indüksiyonla ısıtma amacıyla ısıya dönüştürülebilmesinin tek yoludur.
İndüksiyonla ısıtmanın gerçekleşmesi için iki temel şey vardır:
- Değişen bir manyetik alan
- Manyetik alan içine yerleştirilmiş elektriksel olarak iletken bir malzeme