IHヒーターの仕組みと仕組み
誘導加熱装置の動作原理は、導電性の金属製ワークピースに誘導された閉じた渦電流を利用してワークピースを加熱することにあります。
渦電流は、固体ワイヤに交流磁場が浸透したときに、電磁誘導現象により固体ワイヤ内に発生する電流です。これらの電流を生成するためにエネルギーが使用され、その電流が熱に変換されてワイヤが加熱されます。
これらの損失を減らし、発熱をなくすために、単線の代わりに、個々の層が絶縁体で分離された層状ワイヤが使用されます。この絶縁により、大きな閉渦電流の発生が防止され、それを維持するためのエネルギー損失が低減されます。変圧器の鉄心や発電機の電機子などが、ワニスの層によって互いに絶縁された薄い鋼板で作られているのは、このような理由からです。
誘導ヒーターのインダクターは、高周波交流電磁場を生成するように設計された交流コイルです。
交流高周波磁場は導電性材料に作用し、その中に高密度の閉電流を引き起こし、ワークピースが溶けるまで加熱します。この現象は古くから知られており、マイケル・ファラデーの時代から説明されてきました。 電磁誘導現象 1931年に遡る
時間とともに変化する磁場は導体内に交流 EMF を誘発し、導体の力線と交差します。このようなワイヤは一般に、変圧器の巻線、変圧器のコア、または何らかの金属の固体片です。
EMF がコイル内に誘導されると、変圧器または受信機が生成され、磁気回路内または短絡内に直接誘導されると、磁気回路またはコイルの誘導加熱が生成されます。
たとえば、不適切に設計された変圧器では、 フーコー電流による核加熱 これは明らかに有害ですが、誘導加熱装置ではこのような現象が有益な目的を果たします。
負荷の性質の観点から見ると、内部で加熱される導電部分を備えた誘導ヒーターは、1 ターンの二次巻線が短絡された変圧器に似ています。ワーク内部の抵抗は非常に小さいため、たとえ小さな誘導渦電場でも、熱影響を及ぼすほどの高密度の電流を生成するのに十分です（参照）。 ジュール・レンツの法則) 非常に表現力豊かで実用的です。
このタイプの最初のチャンネル炉は 1900 年にスウェーデンに登場しました。この炉には 50 ～ 60 Hz の周波数の電流が供給され、スチール チャンネルを溶解するために使用され、金属は短鎖回転方式で配置されたるつぼに供給されました。変圧器の二次巻線の。効率が 50% 未満だったので、効率の問題は当然存在しました。
現在、誘導加熱器は、ポンプを使用してアクティブ冷却システムの冷却剤が送り込まれる比較的厚い銅管を 1 つ以上巻いたワイヤレス変圧器です。処理されるサンプルのパラメータに応じて、数キロヘルツから数メガヘルツの周波数の交流がインダクタのようなチューブの導電体に印加されます。
実際のところ、高周波では、渦電流自体によって加熱されたサンプルから渦電流が移動します。これは、この渦電流の磁場が、表面に向かって生成された電流を移動させるためです。
これは次のように現れます 表皮効果、最大電流密度がワークピース表面が薄い層上にある結果である場合、周波数が高く、加熱された材料の電気抵抗が低いほど、シェル層は薄くなります。
たとえば、銅の場合、2 MHz では、表皮はわずか 4 分の 1 ミリメートルです。これは、銅ビレットの内層が渦電流によって直接加熱されるのではなく、薄い外層からの熱伝導によって加熱されることを意味します。ただし、この技術は、ほぼすべての導電性材料を急速に加熱または溶解できるほど効率的です。
最新の誘導加熱装置が構築されています 発振回路に基づく 付属の共振インバーターによって電力供給される（コイル・インダクターとコンデンサー） IGBT または MOSFET — トランジスタ最大 300 kHz の動作周波数を実現できます。
より高い周波数の場合は、真空管が使用され、50 MHz 以上の周波数に到達することが可能になります。たとえば、宝石を溶かす場合、部品のサイズが非常に小さいため、非常に高い周波数が必要になります。
動作する回路の品質係数を高めるために、周波数を上げるか、回路の構造に強磁性インサートを追加して回路のインダクタンスを増やすという 2 つの方法のいずれかに頼ります。
誘電加熱は、産業において高周波電界を使用して実行されることもあります。誘導加熱との違いは、使用される電流周波数です (誘導加熱では最大 500 kHz、誘電加熱では 1000 kHz 以上)。この場合、加熱される物質が電気をよく通さないことが重要です。誘電体だった。
この方法の利点は、物質内部で直接熱が発生することです。この場合、導電性の低い物質は内部から急速に加熱される可能性があります。詳細については、ここを参照してください。 高周波誘電加熱法の基礎的な物理的基礎