Încălzirea prin Inducție Electromagnetică

Încălzirea prin inducție electromagnetică

1.1 Introducere

La baza încălzirii prin inducţie stă fenomenul pătrunderii energiei electromagnetice într-un mediu conductor din punct de vedere electric şi situat în câmpul magnetic al unei bobine. Pentru a se putea produce efectul inducţiei electromagnetice trebuie să existe un inductor (bobină) care să creeze un câmp magnetic variabil.

Fig. 1. Schema de principiu a incălzirii prin inducție electromagnetică

Încălzirea prin inducție se bazează pe fenomenul pătrunderii energiei electromagnetice ,într-un conductor,situate în câmpul magnetic variabil în timp al unei bobine ,denumită inductor ,încălzirea conductorului producându-se prin efectul Joule al curentilor induși.

Încalzirea prin inducție electromagnrtică este utilizată pentru topirea sau menținerea în stare topită a metalelor și aliajelor , pentru încălzirea în profunzime a semifabricatelor care urmează a fi prelucrate la cald, pentru tratamentul termic superficial , pentru încalzirea recipienților ,pentru sudarea și lipirea materialelor, etc. Față de alte metode încalzirea prin inducție electromagnetică se remarcă prin faptul că, conversia energiei electrice în caldură are loc chiar în mediul de încșlzit , viteza și temperature de încălzire putând fi suficient de riguros reglate și controlate.

Parametrul δ ,caracteristic patrunderii energiei electromagnetice în conductoare masive ,reprezintă în cazul semispatiului ,distanța față de suprafața conductorului pe care densitatea curentului indus scade de e=2,71 ori.

Adâncimea de patrundere δ depinde de frecvența câmpului alternativ,de rezistivitatea și permeabilitatea magnetică a materialului conductor. Cum δ variază invers proportional cu radicalul frecvenței , rezultă că pentru încălzirea în profunzime este necesară o frecvență redusă, în timp ce în aplicații de călire superficială sunt necesare valori ridicate ale frecvenței.

Rezistivitatea conductoarelor crește odată cu temperatura ,iar la schimbarea stării de agregare suferă un salt brusc, deci adâncimea de pătrundere crește și ea pe măsura creșterii temperaturii.

În cazul conductoarelor cu proprietăți magnetice aflate la temperaturi sub punctul Curie, Tc, permeabilitatea magnetică depinde de mărimea intensității câmpului magnetic. Ca urmare odată cu crețterea temperaturii , adâncimea de pătrundere crește prin efectul creșterii rezistivității , iar la atingerea temperaturii Curie crește brusc ,deoarece conductorul pierde proprietățile magnetice.

Încălzirea conductorului este cu atât mai puternică cu cât acesta este mai rezistiv , cu cât are o permeabilitate magnetică mai mare, cu cât câmpul magnetic este mai intens și are o frecvență mai mare.

1.2 Parametrii echivalenți ai sistemului inductor- indus

Parametrii echivalenţi ai sistemului inductor-indus se pot determina:

• prin metode analitice;

• prin metode numerice.

Metoda analitică de calcul a mărimilor caracteristice sistemului inductor-indus se bazează pe principiul transformatorului în aer: Sistemul inductor-indus (Fig. 2) se consideră echivalent cu un transformator în aer (Fig. 3), constând din două ţevi concentrice, cu grosimile pereţilor 1 , 2 şi diametrele d1 , d2.