Induktionsheizkreis:Arbeitsprinzip, Design und Anwendungen der Arbeitsspule

Menschen verwenden den Induktionsheizkreis zum Erhitzen leitfähiger Materialien in einem berührungslosen Prozess. Es ist auch ein Gerät, das ein hochfrequentes Magnetfeld verwendet, um ferromagnetische Keramiken und Metalle zu erhitzen. Außerdem eignet sich die Induktionsheizung zum Schmelzen und Schmieden von Stahl sowie Aluminium. Kommerziell können Sie sie auch zum Hartlöten, Weichlöten und Wärmebehandeln verwenden.

Ein Induktionsheizgerät ist besonders interessant zu bauen, da es kein Induktionsheizelement benötigt. Stattdessen ähnelt das elektronische Gerät einem Kochfeld, das auf Temperatur bleibt. Dieses anweisbare erklärt den Aufbau von Induktionsheizkreisen. Der primäre Induktionsheizkreis ist einfach aufzubauen und verwendet nur einige Standardkomponenten.

Fangen wir also gleich an.

1. Arbeitsprinzip der Induktionsheizung

Nach dem Faradayschen Gesetz ist das Erlernen des induktiven Erwärmungsprozesses unerlässlich – nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion erzeugt das Schalten des Leiters im elektrischen Feld ein magnetisches Wechselfeld. Während des Induktionsheizkreisprozesses bewegt sich die Frequenz schneller als die Elektronen im Eisen. Zweifellos verursacht es einen Rückstrom, der Wirbelstrom ist.

Durch die Entstehung des hohen Wirbelstroms erwärmt sich auch das Bügeleisen. Das Prinzip funktioniert auch umgekehrt, wenn sich das Magnetfeld im Leiter ändert. Die extreme Hitze entspricht dem aktuellen 2-fachen Widerstand des Bügeleisens. Da das geladene Metall Eisen ist, beziehen wir uns auf den Widerstand R für das Metall Eisen. Die Festkörper-HF-Frequenzversorgung gilt also für die Induktorspule und die Materialien, die Sie erhitzen.

Wärme =I2 x R (Eisen)

Widerstand von Eisen =97 nΩm

Da die darüber liegende Wärme gleich der Betriebsfrequenz ist, funktionieren gewöhnliche Gate-Treiber-Transformatoren nicht in Hochfrequenz-Induktionsheizanwendungen. Der folgende Prozess ist das Prinzip der Jouleschen Erwärmung. Hier erzeugt der Strom, nachdem er durch ein Material fließt, magnetische Materialien. Darüber hinaus werden die einfachen Konstruktionen des Induktionsheizkreises auf die Resonanzfrequenz der Kupferspule und der Schaltungsbank eingestellt, die dem Schwingkreis ähneln.

2. Elemente des Induktionsheizkreises

Wie baut man eine Induktionsheizung? Hier besprechen wir den Entwurf einer Induktionsspule und eines schnell oszillierenden Signals, einschließlich der Induktion von Stromflüssen, um das Metall heiß zu machen. Wie die meisten Geräte benötigt der Induktionsheizkreis eine Platine und andere aktive Komponenten.

2.1 Materialien

• Impedanzanpassung:Die Stromversorgungskapazität der Induktionsheizung ist ähnlich wie bei anderen Geräten der vorherigen Generation. Da es sowohl Wechsel- als auch Maximalspannung hat, müssen die Leistungsimpedanz und die Last nahe an der Bereitstellung einer vollen Stromversorgung für das Werkstück liegen. Impedanzanpassungssteuerkreise arbeiten bei der Induktionserwärmung, damit die Spannungs-, Strom- und Leistungswerte ihre höchsten Grenzen erreichen. Außerdem ist es in einem elektrischen Transformator nützlich.

• Stromversorgung:Die Induktionsstromversorgungen sind ein wesentlicher Bestandteil des Induktionsheizsystems. Der Betriebsfrequenzbereich und die Leistung bewerten sie oft. Außerdem gibt es verschiedene Arten von Stromversorgungen wie Frequenzvervielfacher, Funkenstreckenwandler und Wechselrichterspannung.

• Resonanztank:Der Resonanztank der Induktionsheizung besteht normalerweise aus parallel geschalteten Induktoren und Kondensatoren mit einer Resonanzfrequenz. Was im Tankkreislauf passiert, ähnelt einem schwingenden Pendel. Im Tankkondensator liefert die Stromversorgung Energie, die zwischen dem Kondensator (elektrostatische Energie) und der Induktivität (elektromagnetische Energie) oszilliert. Die Energieübertragung wird dann aufgrund der Verluste in Induktivität, Last und Kondensator gedämpft. Darüber hinaus stellt die Kondensatorbank die notwendige Kapazität bereit, um eine Resonanzfrequenz mit der gleichen Kapazität wie die Stromversorgung zu erreichen.

(Resonanzkreis)

• Induktoren der Induktionsheizung

2.2 Induktionsheizkreis– Das Design der Induktionsarbeitsspule

Die Induktionsheizspule ist ein geformtes Kupferrohr, das Strom in verschiedenen Formen anwendet. Der induktive Strom im Material ist gleich der Anzahl der Spulenwindungen. Daher ist das Design der Primärspule für die Effizienz und Effektivität des Heizmusters von entscheidender Bedeutung.

Es ist auch ein leitfähiges Material, durch das Wechselstrom fließt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Leitfähige Komponenten und Metallteile verbleiben normalerweise innerhalb, neben oder durch die Induktionswärmespule. Beachten Sie, dass diese Materialien den Ring niemals berühren, aber sie erzeugen eine magnetische Induktion im Metall, um Wärme zu erzeugen.

Generell funktionieren Induktionsspulen als wassergekühlte Kupferinduktoren. Je nach Anwendung gibt es auch verschiedene Spulenformen. Üblicherweise wird jedoch die spiralförmige Spule mit mehreren Windungen verwendet. Beim Ring wird die Breite des Heizmusters durch die Anzahl der Windungen in der Schleife bestimmt. Daher eignen sich Singleturn-Schlösser für Anwendungen, bei denen die Erwärmung von Silizium, Materialspitze oder Schmalband unerlässlich ist.

Inzwischen erwärmt die Wendelspule mit mehreren Positionen viele Werkstücke. Hersteller verwenden den Innenring ferner zum Erhitzen von Innenbohrungen, während die Flachspule nur eine Seite des Materials erhitzt.

(Induktionsspule)

Induktionsheizkreis– Zu beachtende Bedingungen

1. Wenn Sie die Spule auf magnetische Materialien auftragen, erzeugt sie sowohl durch den Hystereseeffekt als auch durch Wirbelströme Wärme.
2. Die Position in der Nähe der Verbindung der separaten Spulen hat eine geringere magnetische Flussdichte. Das ID-Zentrum der Heizspule liegt also niemals im Induktionswärmezentrum.
3. Um die Effizienz der Induktionswärme zu erhöhen, müssen Sie den Abstand zwischen der Flachspule und der Last verringern.
4. Wenn Sie das Teil in der Mitte der Induktionsheizspule positionieren, koppeln Sie es idealerweise neben dem Magnetdraht oder -feld. Wenn es jedoch außermittig ist, verliert der Lastbereich näher an den Kurven weniger Wärme.
5. Berücksichtigen Sie die Konvektion, Strahlung und den Wärmeverlust durch Leitung, um die Leistungskapazitätsversorgung der Spule zu bestimmen.
6. Je höher die kritische Frequenz des Wechselstroms ist, desto geringer ist die Erwärmungseindringtiefe.
7. Materialien mit höherer Resonanzfrequenz werden schnell erhitzt.

(Resonanzschwingkreis)

Spuleneffizienz

Unten ist die Spuleneffizienzformel:

Spulenwirkungsgrad =Energieeffizienz von der bifilaren Spule, die auf die Last übertragen wird/auf die Spule übertragene Energie

Induktionsheizkreis– Spulenmodifikation je nach Anwendung

Obwohl das Induktionswärmeobjekt eine gleichmäßige Erwärmung erfordert, hat es in vielen Anwendungen kein konstantes Profil. Sie können es jedoch mit zwei Methoden ändern. Entkoppeln Sie zunächst die Kurven, bei denen die Wendel einen größeren Querschnitt hat. Der andere Weg besteht darin, den Windungsabstand an den Stellen zu vergrößern, an denen der Flächenquerschnitt signifikanter ist.

Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn Sie flache Oberflächen mit einer großen Pfannkuchenspule erhitzen. Die anderen Bereiche erhalten weniger Wärme als der mittlere Bereich. Um dies zu verhindern, vergrößern Sie den Abstand zwischen dem flachen Objekt und der Spulenoberfläche, indem Sie ein konisches Muster mit der Flachspule verbinden.

Induktionsheizkreis– Arten von Heizschlangen

Kanalspulen

Die Industrie verwendet die Kanalspule, wenn die Aufheizzeit weder kurz noch lang ist; Benötigt aber relativ geringe Leistungsstufen. Mehrere Heizschlangen durchlaufen es mit konstanter Geschwindigkeit, um beim Aussteigen aus dem Gerät den maximalen Druck zu erreichen. Um einen Eingang und Ausgang der Spulen zu schaffen, werden ihre Enden oft gebogen. Wo ein Eisen eine Profilheizung benötigt, verwendet die Industrie neben den Kanalspulen mit mehreren Windungen einen Flussmittelkonzentrator.

Doppelt verformte Spule

Hersteller verwenden die doppelt verformte Spule, um eine gleichmäßige Temperatur zu erreichen, Wellenspitzen zu erhitzen und Materialien zu löten. Das Schloss hat geneigte Seiten, die helfen, eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen. Um eine magnetische Wirkung zu erzielen, müssen Sie auf den Verlauf der beiden Flachspulen achten, in denen sich die Primärwicklungen bilden.

(Heizspirale)

Split-Return-Spule

Es funktioniert in Anwendungen wie dem Schweißen von Kunststoff, Metall und Schmalband, wenn es mit ferromagnetischer Keramik dotiert ist. Durch die Verwendung der Spule mit geteiltem Rücklauf induzieren Sie im Schweißbereich einen hohen Strom, der sich in zwei Teile teilt. Dadurch ist der induktive Erwärmungsprozess an der Schweißbahn höher als an anderen Stellen des Objekts.

Induktionsheizkreis– Bleidesign für Induktionsspulen

Obwohl die Leitungen kurz sind, sind sie ein wesentliches Element des Schwingkreises und der Induktionsheizspule, da sie eine endliche Induktivität besitzen. Das folgende Diagramm zeigt das Schaltbild der Wärmestation eines Resonanzkreises. C ist der Resonanzkondensator in der Wärmestation. Außerdem ist L Lead, was die Gesamtinduktivität der Spulenanschlüsse ist. V ist die Gesamteingangsspannung von der Induktionsstromversorgung zur Arbeit des Induktionsheizkreises.

Quelle:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FET_Armstrong_oscillator.svg

Flussmittelkonzentrator

Der Flusskonzentrator ist ein Material mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit und hoher Permeabilität, das in der Induktionsheizspule arbeitet, um den magnetischen Fluss oder das Feld an der Heizlast zu verstärken. Die Wirkung des Flusskonzentrators auf den Induktionsheizkreis besteht darin, die Wärmeeffizienz auf einem niedrigen Leistungsniveau zu verbessern.

Induktionsheizkreis – Abzug der Leitungsinduktivität

In der Industrie werden Spulen mit hoher Induktivität bei niedriger Frequenz verwendet, da die L-Leitung kleiner als die L-Spule ist.

(Wirbelstrom in einem Magnetfeld)

3. Beispiel für die Anzeige des Induktionsheizkreises

Unten ist das Schaltbild und der Aufbau des Induktionsheizkreises.

Schlussfolgerung

Im Vergleich zu mehreren elektronischen Geräten bieten Induktionsheizgeräte mehr Effizienz, bessere Kontrolle und Geschwindigkeit. Die erreichte Effizienz hängt jedoch davon ab, wie gut Sie sie konstruieren und implementieren.

Der Induktionsheizkreislauf bietet Ihnen eine schnelle, saubere und umweltfreundliche Methode des Erwärmungsprozesses. Mit den obigen Diagrammen sollten Sie die Funktionsweise und Konstruktion des Schwingkreises und der Induktionsspule leicht konstruieren und testen können. Sie können uns jederzeit kontaktieren.