Com funciona i funciona un escalfador d'inducció
El principi de funcionament d'un escalfador d'inducció consisteix a escalfar una peça de metall elèctricament conductora mitjançant un corrent de Foucault tancat induït en ella.
Els corrents de Foucault són corrents que sorgeixen en cables sòlids a causa del fenomen d'inducció electromagnètica quan aquests cables són penetrats per un camp magnètic altern. L'energia s'utilitza per crear aquests corrents, que es converteix en calor i escalfa els cables.
Per reduir aquestes pèrdues i eliminar l'escalfament, en comptes de cables sòlids, s'utilitzen cables en capes, en els quals les capes individuals estan separades per aïllament. Aquest aïllament evita l'aparició de grans corrents de Foucault tancats i redueix les pèrdues d'energia per mantenir-los. És per aquests motius que els nuclis dels transformadors, les armadures dels generadors, etc., estan fets de fines làmines d'acer aïllades entre si per capes de vernís.
L'inductor d'un escalfador d'inducció és una bobina de corrent altern dissenyada per crear un camp electromagnètic altern d'alta freqüència.
El camp magnètic altern d'alta freqüència, al seu torn, actua sobre un material elèctricament conductor, provocant-hi un corrent tancat d'alta densitat i escalfant així la peça fins que es fon. Aquest fenomen es coneix des de fa molt de temps i s'explica des de l'època de Michael Faraday, que va descriure fenomen de la inducció electromagnètica l'any 1931
El camp magnètic variable en el temps indueix un EMF altern en el conductor, que es talla amb les seves línies de força. Aquest cable pot ser generalment un bobinat de transformador, un nucli de transformador o una peça sòlida d'algun metall.
Si l'EMF s'indueix a la bobina, llavors es produeix un transformador o receptor, i si directament al circuit magnètic o en un curtcircuit, es produeix un escalfament per inducció del circuit o bobina magnètica.
En un transformador mal dissenyat, per exemple, Escalfament del nucli per corrents de Foucault seria inequívocament perjudicial, però en un escalfador d'inducció aquest fenomen té un propòsit útil.
Des del punt de vista de la naturalesa de la càrrega, un escalfador d'inducció amb una part conductora escalfada és com un transformador amb un bobinatge secundari curtcircuitat d'una volta. Com que la resistència a l'interior de la peça és extremadament petita, fins i tot un petit camp elèctric remolí induït és suficient per crear un corrent d'una densitat tan alta que el seu efecte tèrmic (cf. La llei de Joule-Lenz) seria molt expressiu i pràctic.
El primer forn de canal d'aquest tipus va aparèixer a Suècia l'any 1900, s'alimentava amb corrent amb una freqüència de 50-60 Hz, s'utilitzava per fondre el canal d'acer i el metall s'introduïa en un gresol disposat en forma de rotació de cadena curta. del bobinatge secundari d'un transformador.El problema d'eficiència, per descomptat, estava present, ja que l'eficiència era inferior al 50%.
Avui dia, un escalfador d'inducció és un transformador sense fil que consisteix en una o més voltes d'un tub de coure relativament gruixut a través del qual es bombeja el refrigerant d'un sistema de refrigeració actiu mitjançant una bomba. S'aplica un corrent altern amb una freqüència de diversos kilohertz a diversos megahertz al cos conductor del tub, com un inductor, depenent dels paràmetres de la mostra que s'està processant.
El cas és que a altes freqüències el corrent de Foucault es desplaça de la mostra escalfada pel mateix corrent de Foucault, perquè el camp magnètic d'aquest corrent de Foucault desplaça el corrent que es va generar cap a la superfície.
Això es manifesta com efecte pell, quan la densitat màxima de corrent és el resultat de la caiguda de la superfície de la peça sobre una capa fina, i com més gran sigui la freqüència i menor sigui la resistència elèctrica del material escalfat, més prima serà la capa de closca.
Per al coure, per exemple, a 2 MHz, la pell només és d'un quart de mil·límetre! Això significa que les capes interiors de la palangana de coure s'escalfen no directament per corrents de Foucault, sinó per conducció de calor des de la seva fina capa exterior. Tanmateix, la tecnologia és prou eficient per escalfar o fondre ràpidament gairebé qualsevol material elèctricament conductor.
S'estan construint escalfadors d'inducció moderns basat en un circuit oscil·lant (bobina-inductor i condensador) alimentat per un inversor ressonant inclòs IGBT o MOSFET: transistorspermetent aconseguir freqüències de funcionament de fins a 300 kHz.
Per a freqüències més altes, s'utilitzen tubs de buit, que permeten arribar a freqüències de 50 MHz i superiors, per exemple, per a la fusió de joies, es requereixen freqüències força altes, ja que la mida de la peça és molt petita.
Per augmentar el factor de qualitat dels circuits de treball, recorren a una de dues maneres: augmentant la freqüència o augmentant la inductància del circuit afegint insercions ferromagnètiques a la seva construcció.
L'escalfament dielèctric també es realitza mitjançant un camp elèctric d'alta freqüència a la indústria. La diferència amb l'escalfament per inducció són les freqüències actuals utilitzades (fins a 500 kHz amb calefacció per inducció i més de 1000 kHz amb dielèctric). En aquest cas, és important que la substància a escalfar no condueixi bé l'electricitat, és a dir. era un dielèctric.
L'avantatge del mètode és la generació de calor directament dins de la substància. En aquest cas, les substàncies poc conductores poden escalfar-se ràpidament des de l'interior. Per a més detalls consulteu aquí: Fonaments físics fonamentals dels mètodes d'escalfament dielèctric d'alta freqüència