×

Что такое индукция?

Группа Компаний Индуктотерм использует электромагнитную индукцию для плавки, нагрева и сварки в различных применениях и различных промышленностях.

Но что такое индукция? И как она отличается от других нагревательных методов?

Induction Coil Heating
Наблюдение за куском металла в индукторе, который становится красным за считанные секунды, может удивить тех, кто незнаком с индукционной плавкой.

Для инженера, индукция это отличный метод нагрева. Наблюдение за тем, как кусок металла в индукторе становится красным за считанные секунды, может быть удивительным для тех, кто не знаком с индукционным нагревом. Оборудование индукционного нагрева требует понимания физики, электромагнетизма, силовой электроники и управления процессом, но базовые понятия, стоящие за индукционным нагревом довольно просты для понимания.

Основы

Открытая Михаэлем Фарадеем, индукция берет начала с катушки проводникового материала (например меди). По мере того как ток идет по катушке, магнитные поля возникают вокруг катушки. Возможность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а так же от тока, проходящего через нее.

Induction Diagram
Магнитные поля указаны как линии, проходящие вокруг и через катушку.

Направление магнитных полей зависит от направления тока, таким образом, изменение тока, идущего через катушку, приведет к тому, что магнитные поля сменят направление в той же пропорции что и частота нового тока. 60 Гц переменного тока вызовут поля, которые меняют направление 60 раз в секунду. 400кГц переменного тока вызовут магнитные поля, которые меняют направление 400 000 раз в секунду.

Когда металл, являющийся проводником, помещают в изменяемое магнитное поле (например, поле сгенерированное переменным током), напряжение возникает внутри металла (Закон Фарадея). Вызванное напряжение приведет к потоку электронов: ток! Ток проходит через рабочий кусок металла в противоположном направлении напряжению в индукторе. Это означает что мы можем регулировать частоту тока в металле с помощью управления частотой тока в индукторе.

Так как ток течет через среду, в ней возникнет сопротивление движению электронов. Это сопротивление выявляется как нагрев (Эффект нагрева Джоуля) Материалы с большим сопротивлением к движению электронов покажут больший нагрев при течении тока по ним, но при этом можно так же нагревать металлы с очень высокой проводимостью (например медь) используя вызванные токи. Этот феномен является критичным для индуктивного нагрева.

Что нам необходимо для Индукционного нагрева?

Все вышесказанное указывает нам, что нам необходимы две базовые вещи для появления индукционного нагрева:

  1. Меняющиеся магнитные поля
  2. Электрически проводимый металл расположенный в магнитном поле

Чем индукция отличается от остальных методов нагрева?

Other heating

Существует несколько методов нагрева предмета без индукции. Самыми распространенными в промышленной практике являются газовые печи, электрические печи и соляные ванны. Данные методы все основаны на передаче тепла предмету от источника (горелки, нагревательного элемента, жидкой соли) посредством конвекции или излучения. После того как поверхность предмета нагрета тепло проходит внутрь посредством тепловой проводимости.

Induction Heating

Индукционный нагрев предметов не зависит от конвекции или излучения для доставки тепла к поверхности предмета. Вместо этого тепло генерируется на поверхности предмета посредством течения тока. Затем тепло от поверхности передается внутрь предмета с помощью теплопроводности. Глубина в которой тепло непосредственно генерируется посредством возникновения тока зависит от некоего параметра, называемого Электрическая опорная глубина.

Электрическая опорная глубина очень сильно зависит от частоты возникающего тока текущего в предмете. Большая частота даст небольшую электрическую опорную глубину и более низкая частота приведет к большей электрической опорной глубине. Данная глубина так же зависит от электрических и магнитных свойств предмета.

Электрическая опорная глубина высоких и низких частот.
Электрическая опорная глубина высоких и низких частот.

Группа компаний Индуктотерм использует преимущества данных физических феноменов для заказных решений нагрева для специальных продуктов и применений.

Точный контроль мощности, частоты и геометрии катушки позволяет Группе Индуктотерм разрабатывать оборудование с высокими уровнями управляемости процессом и надежности вне зависимости от применения.

Inductotherm HSS01

Индукционная Плавка

Для большинства процессов плавка является первым шагом в производстве полезного продукта, индукционная плавка является быстрой и эффективной. Меняя геометрию индукционной катушки, индукционные печи могут быть различными по размерам – объемом от небольшой чашки кофе до сотен тонн расплавленного металла. Далее, корректируя частоту и мощность, группа компаний Индуктотерм может перерабатывать практически все металлы и материалы, включая железо, сталь и нержавеющие сплавы, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний и другие. Индукционное оборудование делается на заказ для каждого отдельного применения чтобы использоваться наиболее эффективно.

Индукционная Вакуумная Плавка

Ввиду того что индукционный нагрев связан с использованием магнитных полей, нагреваемый предмет должен быть физически изолирован от индуктора огнеупором или другим не проводниковым материалом. Магнитные поля будут проходить через этот материал чтобы возбудит напряжение в загрузке содержащейся внутри. Это означает что предмет или материалы могут быть нагреты в условиях вакуума или в аккуратно контролируемой атмосфере. Это позволяет перерабатывать очень активные металлы (Титан, алюминий), специальные сплавы, кремний, графит и любые другие чувствительные проводимые материалы.

Индукционный нагрев

В отличие от методов горения, индукционный нагрев является точно контролируемым вне зависимости от объема нагреваемого предмета. Варьируя ток, напряжение и частоту в индукторе можно получить точно настроенный нагрев, отлично подходящий для точных применений, таких как упрочнение корпусов, отпуск и упрочнение, отжиг и другие формы термической обработки. Высокий уровень точности контроля является критичным для некоторых применений, таких как автомеханика, аэрокосмическая отрасль, стекловолокно,  военная техника, упрочнение проволоки и отпуск. Индукционный нагрев отлично подходит для специальных металлических производств с применением титана, драгоценных металлов и улучшенных композитов. Точное управление нагревом которое обеспечивает индукционный нагрев не может быть обеспечено ни одним другим способом. Кроме того, используя ту же базу что и для вакуумного нагрева в тигле, индукционный нагрев может быть выполнен в атмосфере с непрерывным применением. Например для отжига трубки из нержавеющей стали.

Высокочастотная индукционная сварка

High Frequency Welding

Когда индукция возникает с использованием тока Высоких Частот (ВЧ) возможно производить даже сварку. В этом применении используется настолько небольшая электрическая опорная глубина насколько это возможно при использовании высоких частот. В данном случае полоса металла формируется постоянно и затем проходит через точно рассчитанные валки, целью которых является прижать края проходимых лент металла вместе для начала сварки. Прямо перед тем как пройти через валки металл проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вдоль геометрической V образованной краями ленты вместо выхода наружу формируемого канала. По мере того как ток течет вдоль краев ленты они нагреваются до подходящей для сварки температуры (чуть ниже температуры плавления материала). Когда края сдавлены вместе, все осколки, оксиды и другие загрязнения выдавливаются наружу и получается твердый кованный шов.

Будущее

С приходом века высоко технологичных материалов, альтернативных источников энергии и необходимости в оснащении развивающихся стран, инженеры и разработчики будущего предлагают быстрые, эффективные и точные методы нагрева посредством уникальных возможностей индукции.