Induktionsvärmegrunder
Induktionsuppvärmning äger rum i ett elektriskt ledande föremål (inte nödvändigtvis magnetiskt stål) när föremålet placeras i ett varierande magnetfält. Induktionsuppvärmning beror på hysteres och virvelströmförluster.
Induktionsuppvärmning är processen för att värma ett elektriskt ledande föremål (vanligtvis en metall) genom elektromagnetisk induktion, genom värme som genereras i föremålet med virvelströmmar. En induktionsvärmare består av en elektromagnet och en elektronisk oscillator som leder en växelström med hög frekvens (AC) genom elektromagneten. Det snabbt växlande magnetfältet penetrerar objektet och alstrar elektriska strömmar inuti ledaren, kallad virvelströmmar. Virvelströmmarna som strömmar genom materialets motstånd värmer det genom Joule-uppvärmning. I ferromagnetiska (och ferrimagnetiska) material som järn kan värme också genereras genom magnetiska hysteresförluster. Frekvensen för den använda strömmen beror på objektets storlek, materialtyp, koppling (mellan arbetsspolen och föremålet som ska värmas) och penetreringsdjupet.
Hysteresförluster uppträder endast i magnetiska material såsom stål, nickel och väldigt få andra. Hysteresförlust säger att detta orsakas av friktion mellan molekyler när materialet magnetiseras först i en riktning och sedan i det andra. Molekylerna kan betraktas som små magneter som vänder sig om med varje omkastning av magnetfältets riktning. Arbete (energi) krävs för att vända dem. Energin omvandlas till värme. Utgifterna för energi (kraft) ökar med en ökad omkastning (frekvens).
Eddy-strömförluster uppträder i vilket ledande material som helst i ett varierande magnetfält. Detta orsakar rubrik, även om materialen inte har någon av de magnetiska egenskaperna som vanligtvis är förknippade med järn och stål. Exempel är koppar, mässing, aluminium, zirkonium, icke-magnetiskt rostfritt stål och uran. Eddyströmmar är elektriska strömmar inducerade genom transformatorverkan i materialet. Som namnet antyder verkar de flyta runt i virvlar på eddier inom en solid massa material. Eddy-strömförluster är mycket viktigare än hysteresförluster vid induktionsuppvärmning. Observera att induktionsvärme appliceras på icke magnetiska material, där inga hysteresförluster uppträder.
För uppvärmning av stål för härdning, smide, smältning eller andra ändamål som kräver en temperatur över Curie-temperaturen, kan vi inte bero på hysteres. Stål förlorar sina magnetiska egenskaper över denna temperatur. När stål värms under Curie-punktet, är hysteresens bidrag vanligtvis så liten att det kan ignoreras. För alla praktiska ändamål är jag2R av virvelströmmarna är det enda sättet på vilket elektrisk energi kan omvandlas till värme för induktionsuppvärmning.
Två grundläggande saker för induktionsuppvärmning:
- Ett förändrat magnetfält
- Ett elektriskt ledande material placerat i magnetfältet