Încălzirea electrică prin inducție

CAP.I. INCĂLZIREA ELECTRICĂ PRIN INDUCŢIE

1.1. Clasificare şi domenii de utilizare

La încălzirea electrică prin inducţie o bobină-inductorul de încălzire, fiind parcursă de curent electric alternativ, produce un cîmp magnetic variabil în timp, introducînd în inductor un corp conductor din punct de vedere electric (piesă, şarjă topită), cu acesta se vor induce curenţi turbionari, care prin efect Joule vor determina încălzirea directă sau topirea corpului.

În sistemul inductor-piesă (şarjă), curenţii turbionari sînt refulaţi spre exterirul condutoarelor - efect pelicular şi suportă influenţa curenţilor din cundutoarele învecinate - efect de proximitate.

Avantajele încălzirii prin inducţie, în comparaţie cu alte metode de încălzire, sînt următoarele:

-căldura se dezvoltă în metalul ce urmează a fi înczit cu o densitate mare de putere (>1000 kw/m2), rezultînd o viteză de încălzire mai ridicată (>1000k/s) faţă de cea care sa obţine în cuptoarele cu încălzire indirectă;

-construcţia instalaţiilor de încălzire este mai simplă, permiţînd utilizarea vidului sau a atmosferelor de protecţie şi automatizarea funcţionării în condiţii de flux;

-condiţiile de lucru sînt mult îmbunătăţite, poluarea mediului ambiant este redusă.

Ca dezavantaj se menţionează faptul că multe dintre aplicaţiile înălzirii prin inducţie necesită surse de alimentare la o frecvenţă diferită de 50Hz, precum şi preţul ridicat al instalaţiei.

Încălzirea prin inducţie este utilizată pentru:

-topirea, menţinerea în stare caldă şi supraîncălzirea metalelor în cuptoare cu creuzet sau canal;

-încălzirea în profunzime a semifabricatelor, sub formă de blocuri, bolţuri, bare, table, sîrme, ce urmează a fi prelucrate la cald prin forjare, matriţare, presare, laminare, etc..

-tratamentul termic superficial al pieselor din oţel sau fontă utilizate în construcţia de maşini.

Cuptoarele şi instalaţiile de încălzire prin inducţie pot fi alimentate la frecvenţă industrială-50Hz-, medie (10010000Hz) sau înaltă (10kHz10MHz).Frecvenţa joasă (sub 50Hz) este utilizată pentru alimentarea agitatoarelor şi a transportoarelor inductive.

1.2. Sistemul inductor-corp încălzit

Formele şi poziţiile diferite ale inductoarelor şi corpurilor încălzite au influenţă importantă asupra trasmiterii energiei electromagnetice.

Metodele de calcul al mărimilor caracteristice sistemului inductor-corp încălzit pot fi împărţite în două mari grupe:

-metode analitice care permit calculul rapid; principalul dezavantaj al acestor metode îl constituie un grad de imprecizie datorat aproximarilor cu care operează

-metode numerice;utilizate numai în situaţia valorilor concrete ale datelor iniţiale.

În cele ce urmează se va prezenta metoda analitică bazată pe principiul transformatorului cu aer.

Inductorul avînd N spire şi dimensiunile din fig. 1.1 alimentat la tensiunea U, va fi parcurs de curentul I1, ce produce cîmpul magnetic H0 în spaţiul de aer dintre inductor şi piesă.

1- Fig. 1.1 Sistemul inductor-corp încălzit avînd simetrie cilindrică

inductor ; 2-corp încălzit ; 3-ecran feromagnetic

fig1.2

Spirele inductorului sînt din ţevi de cupru răcite cu apă, avînd secţiuni circulare sau dreptunghiulare.(fig. 1.2)

Datorită efectelor peliculare şi de proximitate, curenţii prin inductor I1,I2, vor fi repartizaţi pe adîncimile de pătrundere 1, respectiv 2, (fig.1.2).

Mărimile, parametrii şi dimensiunile inductorului se vor nota cu indicele 1, iar cei referitori la piesă cu indicele 2.

Parametrii corpului încălzit şi ai indutorului

Dîndu-se valorile intensităţilor cîmpului magnetic , şi cîmpul electric , la suprafaţa unui conductor masiv se pune problema deterrminării cîmpurilor , a curentului I şi a densităţii J în conductor, precum I a energiei electromagnetice absorbite de unitatea de timp(puterea superficială) -vectorul desităţii fluxului de energie (vectorul Poynting)