3. Электроустановки индукционного нагрева

3.1. Общие сведения об индукционных эту

Индукционный нагрев (ИН) применяется для:

- плавки металлов и неметаллов;

- поверхностной закалки;

• нагрева изделий для пластической деформации;

• сварки и пайки;

• зонной очистки металлов и полупроводников;

• получения монокристаллов из тугоплавких оксидов;

• получения плазмы.

При индукционном нагреве в нагреваемых телах под действием электромагнитной энергии возникают вихревые токи, которые нагревают тело по закону Джоуля-Ленца. Индукционный нагрев применяется в установках прямого и косвенного действия.

Принципиальная схема ИН показана на рис. 3.1. Индуктор создает переменный магнитный поток и работает как первичная обмотка силового трансформатора. Нагреваемое тело помещается внутри индуктора таким образом, чтобы между индуктором и телом оставался зазор. Нагреваемое тело выполняет роль вторичной обмотки трансформатора с одним к.з. витком. ЭДС, возникающая в нагреваемом теле, пропорциональна магнитному потоку, и обеспечивает возникновение тока в теле, который вызывает нагрев.

Е = 4,44Фwf,

где Е – ЭДС, возникающая в нагреваемом теле;

Ф – магнитный поток, создаваемый индуктором, вб;

w – число витков индуктора; f – частота питающей сети, Гц.

Мощность, выделяемая в нагреваемом теле, пропорциональна квадрату тока и сопротивлению нагреваемого тела

P = I² R,

где I – вихревой ток, возникающий в теле, А;

R – активное сопротивление нагреваемого тела, Ом.

Достоинствами электроустановок индукционного нагрева являются:

- высокая скорость нагрева, пропорциональная вводимой мощности;

- хорошие санитарно-гигиенические условия труда;

- возможность регулирования зоны действия вихревых токов в про-странстве (ширина и глубина прогрева);

• простота автоматизации технологического процесса;

• неограниченный уровень достигаемых температур, достаточных для нагрева металлов, плавления металлов и неметаллов, перегрева, расплава, испарения материалов и получения плазмы.

Рис. 3.1. Принципиальная схема ИН: 1 – индуктор; 2 – магнитный поток в нагреваемом теле; 3 – нагреваемое тело; 4 – наведенный ток; 5 – воздушный зазор

Недостатки:

- требуются более сложные источники питания;

- повышенный удельный расход ЭЭ на технологические операции.

К особенностям индукционного нагрева можно отнести возможность регулирования пространственного расположения зоны протекания вихревых токов.

Эффективность передачи энергии от индуктора к нагреваемому телу зависит от величины зазора между ними и повышается при его уменьшении. Глубина нагрева тела увеличивается с ростом его удельного сопротивления и снижается с увеличением частоты тока. Ток индукторов составляет от сотен до нескольких тысяч А при средней плотности тока 20 А/мм². Потери мощности в индукторах могут достигать 20-30 % от полезной мощности.

Индукционные электротехнологические установки разделяются на плавильные, нагревательные и закалочные. Печи могут работать на промышленной частоте 50 Гц, средней частоте 0,5-10 кГц и высокой частоте: сотни-тысячи кГц.