Основы теории индукционного нагрева презентация

Основы теории индукционного нагрева

Содержание Что такое индукционный нагрев? ЭМ процессы в идукционных системах Поглощение мощности нагреваемыми телами ЭМ эффекты в индукционных системах: Эффект концентратора Эффект близости Концевые эффекты в цилиндрических системах Концевые и краевые эффекты при нагреве прямоугольных тел

Теория индукционного нагрева

Теория индукционного нагрева

Теория индукционного нагрева Индукционный нагрев получил широкое распространение в промышленности, науке и даже в быту Индукционный нагрев основан на следующих физических явлениях: электромагнетизм, теплопередача, металлургические трансформации, МГД процессы (в жидком металле) и др. Практика разработки индукционных систем основана на знании принципов их работы, применении определенных правил, формул и зависимостей, созданных экспериментально или на основе теоретических методов (аналитических и позже числовых) В настоящее время наиболее совершенной является разработка индукционных систем на основе компьютерного моделирования Знание физических основ и теории индукционного нагрева необходимо как для разработки или выбора индукционных систем, так и для их оптимальной эксплуатации Использование компьютерного моделирования существенно облегчает разработку и использование индукционых систем, но при этом знание теории остаётся необходимым

Индукционный нагрев – это метод бесконтактного нагрева Индукционный нагрев – это метод бесконтактного нагрева тел, основанный на поглощении энергии из Переменного Магнитного Поля, генерируемого индуктором* Существует два механизма поглощения: нагрев вихревыми токами, индуцируемыми магнитным полем внутри нагреваемого тела - гистерезисный нагрев (только для магнитных материалов!) - нагрев вследствие трения магнитных микрообъёмов (доменов), которые поворачиваются под воздействием внешнего магнитного поля * Существует также особый вид Индукционного нагрева, при котором нагреваемое тело быстро движется/вращается в сильном постоянном магнитном поле. Этот вид нагрева (Нагрев Индукцией Движения)в данном курсе не рассматривается.

Нагрев вихревым током происходит во всех проводящих материалах (магнитных или немагнитных сталях, меди, алюминии, графите, жидком стекле или окислах и т.д.) когда они расположены в поле переменного тока. Вихревой ток всегда течет по замкнутому контуру (закон природы!) и для эффективного нагрева должен быть легкий путь для протекания этого тока. Например, легко нагреть проволочную петлю, но трудно нагреть незамкнутый контур из тонкой проволоки Нагрев вихревым током происходит во всех проводящих материалах (магнитных или немагнитных сталях, меди, алюминии, графите, жидком стекле или окислах и т.д.) когда они расположены в поле переменного тока. Вихревой ток всегда течет по замкнутому контуру (закон природы!) и для эффективного нагрева должен быть легкий путь для протекания этого тока. Например, легко нагреть проволочную петлю, но трудно нагреть незамкнутый контур из тонкой проволоки Гистерезисный нагрев равен нулю в немагнитных материалах (алюминий, медь, нагретая сталь) или способен вызвать сравнительно небольшой нагрев в компактных магнитных телах (в основном стали при низких и средних температурах). Однако, в порошковых металлах (включая магнитные концентраторы) гистерезис может быть основным источником тепла. Каждая частица или микрообъём греются индивидуально; тело может иметь любую форму и размер (массивные тела, листы, пленки, проволока).

В каждом индукционном устройстве существует три замкнутых цепи: В каждом индукционном устройстве существует три замкнутых цепи: Цепь тока индуктора (I1) Цепь магнитного потока (Ф) Цепь вихревого тока (I2) Цепь магнитного потока может быть в виде магнитного сердечника, как у индуктора трансформаторного типа (рис. справа) или может быть невидимой (в воздухе или ином непроводящем материале) Цепь магнитного потока является чрезвычайно важным элементом индукционной системы, управлять которым можно с помощью магнитных контроллеров, улучшая качество нагрева и/или параметры системы

Линии магнитного поля

Электромагнитные процессы в индукционных установках

Схема индукционной цепи с сенсорами

Передача мощности в индукционных установках

Глубина проникновения

Глубина проникновения (прод.)

Примеры распределения мощности в цилиндрических телах

Глубина проникновения для различных материалов и частот

Мощность, поглощаемая нагреваемым телом

Коэффициент поглощения для пластин и цилиндров

Коэффициент поглощения для труб

Тонкая или толстая нагреваемая деталь ? d >> δ – Хороший нагрев t < δ – Плохой нагрев

Электромагнитные эффекты в индукционных системах Сложные распределения магнитного поля, плотности тока и мощности, которые определяют распределение температуры в нагреваемом теле, могут быть описаны с помощью “Электромагнитных эффектов”: Поверхностный эффект (описан ранее) Эффект концентрации поля (эффект Фильда) Эффект близости Концевой эффект Краевой эффект для пластин и лент

Эффект близости в системе “индуктор-плоское тело”

Концевые эффекты в цилиндрических системах

Концевые эффекты в цилиндрических системах с немагнитными телами

Концевые эффекты в цилиндрических системах с магнитными телами

Концевые и краевые эффекты при нагреве тел прямоугольного сечения

Краевые эффекты в магнитном и немагнитном слябе

Распределение мощности в немагнитном слябе (трехмерный угол) Частота 9,5 кГц

Нагрев цилиндра с переменным диаметром – Петлевой индуктор

Нагрев цилиндра с переменным диаметром – Цилиндрический индуктор