Kā darbojas un darbojas indukcijas sildītājs
Indukcijas sildītāja darbības princips sastāv no elektriski vadoša metāla sagataves karsēšanas ar tajā inducētas slēgtas virpuļstrāvas palīdzību.
Virpuļstrāvas ir strāvas, kas rodas cietajos vados elektromagnētiskās indukcijas fenomena dēļ, kad šos vadus iekļūst mainīgs magnētiskais lauks. Šo strāvu radīšanai tiek izmantota enerģija, kas pārvēršas siltumā un uzsilda vadus.
Lai samazinātu šos zudumus un novērstu apkuri, cieto vadu vietā tiek izmantoti slāņveida vadi, kuros atsevišķie slāņi ir atdalīti ar izolāciju. Šī izolācija novērš lielu slēgtu virpuļstrāvu rašanos un samazina enerģijas zudumus to uzturēšanai. Tieši šo iemeslu dēļ transformatoru serdes, ģeneratoru armatūras utt. ir izgatavotas no plānām tērauda loksnēm, kas viena no otras izolētas ar lakas slāņiem.
Induktors indukcijas sildītājā ir maiņstrāvas spole, kas paredzēta augstas frekvences mainīga elektromagnētiskā lauka radīšanai.
Savukārt mainīgais augstfrekvences magnētiskais lauks iedarbojas uz elektriski vadošu materiālu, izraisot tajā slēgtu augsta blīvuma strāvu un tādējādi sasildot apstrādājamo priekšmetu, līdz tas izkūst. Šī parādība ir zināma jau ilgu laiku un ir izskaidrota kopš Maikla Faradeja laikiem, kurš aprakstīja elektromagnētiskās indukcijas parādība vēl 1931. gadā
Laika mainīgais magnētiskais lauks inducē vadītājā mainīgu EML, kas krustojas ar tā spēka līnijām. Šāds vads parasti var būt transformatora tinums, transformatora serde vai ciets metāla gabals.
Ja EMF tiek inducēts spolē, tad tiek ražots transformators vai uztvērējs, un, ja tas atrodas tieši magnētiskajā ķēdē vai īssavienojumā, rodas magnētiskās ķēdes vai spoles indukcijas sildīšana.
Piemēram, slikti izstrādātā transformatorā serdes apkure ar Fuko strāvām būtu viennozīmīgi kaitīgs, bet indukcijas sildītājā šāda parādība kalpo lietderīgam mērķim.
No slodzes rakstura viedokļa indukcijas sildītājs ar tajā iesildīto vadošo daļu ir kā transformators ar īsslēgtu viena apgrieziena sekundāro tinumu. Tā kā pretestība apstrādājamā priekšmeta iekšpusē ir ārkārtīgi maza, pat ar nelielu inducētu virpuļelektrisko lauku pietiek, lai radītu tik liela blīvuma strāvu, ka tās termiskais efekts (sal. Džoula-Lenca likums) būtu ļoti izteiksmīgi un praktiski.
Pirmā šāda veida kanālu krāsns parādījās Zviedrijā 1900. gadā, to baroja ar strāvu ar frekvenci 50-60 Hz, to izmantoja tērauda kanāla kausēšanai un metālu ievadīja tīģelī, kas sakārtots īsās ķēdes rotācijas veidā. transformatora sekundārais tinums.Protams, efektivitātes problēma pastāvēja, jo efektivitāte bija mazāka par 50%.
Mūsdienās indukcijas sildītājs ir bezvadu transformators, kas sastāv no viena vai vairākiem salīdzinoši biezas vara caurules apgriezieniem, caur kuru ar sūkni tiek sūknēts aktīvās dzesēšanas sistēmas dzesēšanas šķidrums. Maiņstrāva ar frekvenci no vairākiem kiloherciem līdz vairākiem megaherciem tiek pievadīta uz caurules vadošo korpusu, piemēram, induktors atkarībā no apstrādājamā parauga parametriem.
Fakts ir tāds, ka augstās frekvencēs virpuļstrāva tiek izspiesta no parauga, ko silda pati virpuļstrāva, jo šīs virpuļstrāvas magnētiskais lauks izspiež strāvu, kas tika radīta virsmas virzienā.
Tas izpaužas kā ādas efekts, ja maksimālais strāvas blīvums ir rezultāts tam, ka sagataves virsma nokrīt uz plāna slāņa, un jo augstāka ir apsildāmā materiāla frekvence un zemāka elektriskā pretestība, jo plānāks ir apvalka slānis.
Varam, piemēram, pie 2 MHz, āda ir tikai ceturtdaļa milimetra! Tas nozīmē, ka vara sagataves iekšējos slāņus silda nevis tieši ar virpuļstrāvām, bet gan ar siltuma vadīšanu no tā plānā ārējā slāņa. Tomēr tehnoloģija ir pietiekami efektīva, lai ātri uzsildītu vai izkausētu gandrīz jebkuru elektriski vadošu materiālu.
Tiek būvēti moderni indukcijas sildītāji pamatojoties uz svārstību ķēdi (spoles induktors un kondensators), ko darbina komplektā iekļautais rezonanses invertors IGBT vai MOSFET — tranzistorikas ļauj sasniegt darba frekvences līdz 300 kHz.
Augstākām frekvencēm tiek izmantotas vakuuma lampas, kas ļauj sasniegt 50 MHz un augstākas frekvences, piemēram, juvelierizstrādājumu kausēšanai ir nepieciešamas diezgan augstas frekvences, jo detaļas izmērs ir ļoti mazs.
Lai palielinātu darba ķēžu kvalitātes koeficientu, viņi izmanto vienu no diviem veidiem: vai nu palielināt frekvenci, vai palielināt ķēdes induktivitāti, pievienojot tās konstrukcijai feromagnētiskos ieliktņus.
Arī rūpniecībā dielektriskā apkure tiek veikta, izmantojot augstfrekvences elektrisko lauku. Atšķirība no indukcijas sildīšanas ir izmantotās strāvas frekvences (līdz 500 kHz ar indukcijas sildīšanu un vairāk nekā 1000 kHz ar dielektrisku). Šajā gadījumā ir svarīgi, lai karsējamā viela slikti vadītu elektrību, t.i. bija dielektriķis.
Metodes priekšrocība ir siltuma ģenerēšana tieši vielas iekšienē. Šajā gadījumā slikti vadošas vielas var ātri uzkarst no iekšpuses. Sīkāku informāciju skatiet šeit: Augstfrekvences dielektriskās sildīšanas metožu fiziskie pamati