Индукционные нагреватели
Индукционные нагреватели – это устройства реализующие бесконтактный нагрев металла и изделий из него для различных технологических процессов. Нагрев происходит воздействием переменного индукционного поля на металл в результате чего токи, наводящиеся внутри металла производят тепло.
Индукционные нагреватели токами высокой частоты (ТВЧ) применяются для обеспечения интенсивного электротермического воздействия на изделия, чтобы повысить производительность технологических процессов. Использование индукционного нагрева обеспечивает уникальную возможность нагрева сквозь изоляцию, что не возможно достичь другими способами нагрева.
Современные индукционные нагреватели – это полупроводниковые преобразователи частоты, которые применяются для термообработки стальных поверхностей, соединений и сплавов с использованием индукционного нагрева, имеющее широкую область применения. Универсальные и компактные нагреватели индукционного типа позволяют разрабатывать и применять новаторские технологии с колоссальным экономическим эффектом. Их разнообразие обуславливает внедрение гибких и автоматизированных комплексов, состоящих из транзисторного преобразователя частот универсального типа и соединительного блока с выбранной индукционной системой.
Принцип действия индукционного нагревателя.
Способ бесконтактного нагрева использует токи высокой частоты. Рабочая заготовка помещается внутрь индуктора, который в простейшем случае представляет из себя спираль. Переменный ток протекающий по индуктору создаёт высокочастотное электромагнитное поле, в результате чего на поверхности заготовки индуцируются вторичные вихревые токи контролируемой величины. Вихревые токи, в свою очередь, при высоких частотах вытесняются действием магнитного поля в поверхностные слои детали, что приводит к резкому увеличению плотности токов на поверхности и деталь нагревается. Таким образом, высокочастотный нагрев эффективно используется для термообработки металлических и других поверхностей (например, закалка ТВЧ), и данный метод успешно вошел в промышленную практику.
Предыстория индукционных нагревателей.
Отметим, что активное внедрение индукционных установок на практике началось недавно, сравнительно с теоретической проработкой данной темы. Наблюдается многолетний разрыв теории с практикой. Это связано с трудностями получения высоких частот высокочастотного магнитного поля. Метод индукционного нагрева не эффективен при низких частотах, проблема была решена с появлением генераторов токов высокой частоты. Генераторы токов высоких частот прошли свою эволюцию, и с появлением ламповых генераторов высокочастотный ток стал широко применяться в промышленной сфере в качестве надежного и рационального вида электроэнергии. Современный генератор ТВЧ, как правило, выполняется на базе IGBT и имеет гораздо большую эффективность по сравнению с ламповым генератором, кроме того вес и габариты в разы меньше. К сожалению, генераторы на базе IGBT имеют частотные ограничения порядка 100кГц, которые обуславливаются высокими динамическими потерями транзисторов.
Область применения индукционных нагревателей.
Индукционный нагреватели находят всё более широкое применение в промышленности. В наше время при проектировании сколько-нибудь крупного предприятия предусматривается широкое использование высокочастотных методов термообработки.
Высокочастотные кузницы и установки для поверхностной закалки на автомобильных заводах гигантах достигают многих десятков тысяч киловатт. Мощность установок индукционного нагрева на многочисленных предприятиях страны, составляет сотни тысяч киловатт.
Особый характер индукционного нагрева открывает возможность создания новых путей повышения конструктивной прочности металлов.
Применение индукционного нагрева в кузнечно-прессовом производстве позволяет повысить производительность труда, уменьшает износ штампов, сокращает расход металла при одновременном улучшении культуры производства. Индукционный нагреватель для сквозного нагрева выполняется с многовитковым индуктором, который охватывает одну или несколько заготовок.
Применение индукционного нагрева для поверхностного упрочения деталей позволяет в разы увеличить износостойкость и имеет высокий экономический эффект от использования индукционного нагревателя.
Кроме традиционных областей применения индукционных нагревателей (закалка ТВЧ, нагрев перед пластической деформацией, индукционная плавка, индукционная пайка) известны и такие области как получение монокристаллических полупроводниковых материалов, наращивание эпитаксиальных пленок, твч сварка труб и оболочек связи, вспенивание материалов в электрическом поле, применение высокочастотной плазмы для технологических целей и др.
Преимущества индукционного нагрева.
Применение индукционного нагрева и перспективы его развития в условиях интенсификации производства обусловлены рядом постоянно действующих причин:
- Высоким качеством нагрева вследствие быстроты процесса, отсутствием загрязнений, достижимостью любых температур, возможностью использования различных атмосфер и вакуума и т.д.; существует ряд процессов, реализация которых без индукционного нагрева практически не возможна.
- Гибкостью и высокой точностью управления из-за малой инерционности процесса, возможностью точного дозирования энергии, наличием нескольких каналов управления.
- Сбережением материальных, трудовых и во многих случаях энергетических ресурсов за счет уменьшения потерь материала в процессе нагрева, повышения качества продукции, увеличения производительности.
- Уменьшением вредных воздействий на окружающую среду и улучшением условий труда обслуживающего персонала