הַשׁרָאָה עקרון חימום שימש בתהליכי ייצור מאז שנות העשרים. כפי שנאמר כי - הצורך הוא אם ההמצאה, במהלך מלחמת העולם השנייה, הצורך בתהליך מהיר להקשיח את חלקי המתכת מנוע, פיתחה טכנולוגיית חימום אינדוקציה במהירות. כיום אנו רואים את היישום של טכנולוגיה זו בדרישות היום יום שלנו. לאחרונה, הצורך בשיפור בקרת האיכות ובטכניקות ייצור בטוחות הביא טכנולוגיה זו שוב לאור הזרקורים. עם הטכנולוגיות המתקדמות של ימינו, מוצגות שיטות חדשות ואמינות ליישום חימום אינדוקציה.
מהי חימום אינדוקציה?
ה עקרון עבודה של תהליך חימום אינדוקציה הוא מתכון משולב של אינדוקציה אלקטרומגנטית וחימום ג'ול. תהליך חימום אינדוקציה הוא תהליך ללא מגע של חימום מתכת מוליכה חשמלית על ידי יצירת זרמי מערבולת בתוך המתכת, תוך שימוש בעקרון אינדוקציה אלקטרומגנטית. כאשר זרם הערבול הנוצר זורם כנגד התנגדות המתכת, על פי העיקרון של חימום ג'ול, נוצר חום במתכת.
איך עובד חימום אינדוקציה?
הכרת חוק פאראדיי מועילה מאוד להבנת פעולתו של חימום אינדוקציה. על פי חוק פאראדיי לאינדוקציה אלקטרומגנטית, שינוי השדה החשמלי פנימה מחשבון מוליד שדה מגנטי מתחלף סביבו, שעוצמתו תלויה בגודל השדה החשמלי המופעל. עיקרון זה פועל גם להפך כאשר משנים את השדה המגנטי במוליך.
לכן, העיקרון הנ'ל משמש בתהליך חימום אינדוקטיבי. כאן מצב מוצק תדר RF אספקת החשמל מוחלת על סליל המשרן והחומר המיועד לחימום ממוקם בתוך הסליל. מתי זרם חליפין מועבר דרך הסליל, נוצר סביבו שדה מגנטי מתחלף לפי חוק פאראדיי. כאשר החומר המונח בתוך המשרן מגיע לטווח השדה המגנטי המתחלף הזה, נוצר זרם מערבולת בתוך החומר.
עכשיו נשמר העיקרון של חימום ג'ול. לפי זה כאשר זרם מועבר דרך החום נוצר בחומר. לכן, כאשר נוצר זרם בחומר בגלל השדה המגנטי המושרה, הזרם הזורם מייצר חום מתוך החומר. זה מסביר את התהליך של חימום אינדוקטיבי ללא מגע.
חימום אינדוקטיבי של מתכת
דיאגרמת מעגל חימום אינדוקציה
ההתקנה המשמשת לתהליך חימום אינדוקציה מורכבת מאספקת RF המספקת זרם חילופין למעגל. סליל נחושת משמש כמשרן ומופעל עליו זרם. החומר שיש לחמם ממוקם בתוך סליל הנחושת.
התקנת חימום אינדוקציה אופיינית
על ידי שינוי חוזק הזרם המופעל, אנו יכולים לשלוט על טמפרטורת החימום. כאשר זרם החוטם המיוצר בתוך החומר זורם בניגוד להתנגדות החשמלית של החומר, נצפה בתהליך זה חימום מדויק ומקומי.
מלבד זרם אדי, נוצר גם חום עקב היסטריה בחלקים מגנטיים. ההתנגדות החשמלית שמציע חומר מגנטי, כלפי השדה המגנטי המשתנה בתוך המשרן, גורמת לחיכוך פנימי. חיכוך פנימי זה יוצר חום.
מכיוון שתהליך חימום האינדוקציה הוא תהליך חימום ללא מגע, החומר לחימום יכול להיות נוכח הרחק מאספקת החשמל או שקוע בנוזל או בכל סביבה גזית או בחלל ריק. סוג זה של תהליך חימום אינו דורש גזי בעירה.
גורמים שיש לקחת בחשבון בעת תכנון מערכת חימום אינדוקציה
יש כמה גורמים יש לקחת בחשבון בעת תכנון מערכת חימום אינדוקציה לכל סוג של יישומים.
- בדרך כלל, תהליך חימום האינדוקציה משמש למתכות וחומרים מוליכים. ניתן לחמם את החומר הלא מוליך ישירות.
- בעוד שמופעל על חומרים מגנטיים, נוצר חום הן על ידי זרם אדי והשפעת היסטריה של חומרים מגנטיים.
- חומרים קטנים ודקים מחוממים במהירות בהשוואה לחומרים גדולים ועבים.
- גבוה יותר בתדירות הזרם החלופי, הנמיך את עומק החימום של החימום.
- חומרים בעלי עמידות גבוהה יותר מחוממים במהירות.
- המשרן בו יונח חומר החימום אמור לאפשר החדרה והסרה קלה של החומר.
- בעת חישוב יכולת אספקת החשמל יש לקחת בחשבון את החום הספציפי של החומר שיש לחמם, את מסת החומר ואת עליית הטמפרטורה הנדרשת.
- יש לקחת בחשבון את אובדן החום עקב הולכה, הסעה וקרינה להחלטת יכולת אספקת החשמל.
נוסחת חימום אינדוקציה
העומק שחודר זרם העצבני לחומר נקבע על ידי תדירות הזרם האינדוקטיבי. לשכבות נושאות זרם ניתן לחשב את העומק האפקטיבי
D = 5000 √ρ / µfכאן d מציין עומק (ס'מ), החדירות המגנטית היחסית של החומר מסומנת על ידי µ, ρ התנגדות החומר באום-ס'מ, f מציין תדר שדה AC בהרץ.
עיצוב סלילי חימום אינדוקציה
הסליל המשמש כמשרן, עליו מופעל כוח מגיע בצורות שונות. הזרם המושרה בחומר הוא פרופורציונלי למספר הסיבובים בסליל. לפיכך, ליעילות ויעילות חימום האינדוקציה, עיצוב סליל חשוב.
בדרך כלל, סלילי אינדוקציה הם מוליכי נחושת מקוררים במים. ישנן צורות שונות של סלילים המשמשים, בהתבסס על היישומים שלנו. הנפוץ ביותר הוא סליל סלילי רב סיבובי. עבור סליל זה, רוחב דפוס החימום מוגדר על ידי מספר הסיבובים בסליל. סלילי סיבוב חד פעמי שימושיים ליישומים בהם נדרש חימום של פס צר של חומר העבודה או קצה החומר.
סליל הסליל מרובה המיקומים משמש לחימום יותר מעבודות עבודה אחת. סליל פנקייק משמש כאשר הוא נדרש לחמם רק צד אחד של החומר. הסליל הפנימי משמש לחימום קדחים פנימיים.
יישומים של חימום אינדוקטיבי
- חימום ממוקד לחימום פנימי, התכה, הלחמה אפשרי בתהליך החימום האינדוקטיבי.
- מלבד מתכות, חימום של מוליכים נוזליים ומוליכים גזיים אפשרי על ידי חימום אינדוקטיבי.
- לצורך חימום סיליקון בתעשיות מוליכים למחצה משתמשים בעקרון החימום האינדוקטיבי.
- תהליך זה משמש בתנורי אינדוקציה לחימום מתכת לנקודת ההיתוך שלה.
- מכיוון שמדובר בתהליך חימום ללא מגע, תנורי ואקום משתמשים בתהליך זה לצורך ייצור פלדה וסגסוגות מיוחדות שיתחמצנו כאשר הם מחוממים בנוכחות חמצן.
- תהליך חימום אינדוקציה משמש לריתוך מתכות ולעיתים פלסטיק כאשר הם מסוממים בקרמיקה פרומגנטית.
- תנורי אינדוקציה המשמשים במטבח פועלים על פי עיקרון החימום ההשראי.
- נעשה שימוש בתהליך חימום אינדוקציה של קרביד לפיר.
- נעשה שימוש בתהליך חימום אינדוקציה על איטום מכסים עמידים בפני בקבוקים ותרופות.
- מכונת דוגמנות הזרקת פלסטיק משתמשת בחימום אינדוקציה כדי לשפר את יעילות האנרגיה להזרקה.
לתעשיות ייצור, חימום אינדוקציה מספק חבילה עוצמתית של עקביות, מהירות ושליטה. זהו תהליך חימום מסודר, מהיר ולא מזהם. ניתן לפתור את אובדן החום שנצפה במהלך חימום אינדוקטיבי על פי חוק לנץ. חוק זה הראה דרך שימוש פרודוקטיבי באובדן החום המתרחש בתהליך של חימום אינדוקטיבי. איזו יישום של חימום אינדוקטיבי הפליא אותך?
