Inductieverwarming Basics
Inductieverwarming vindt plaats in een elektrisch geleidend object (niet noodzakelijk magnetisch staal) wanneer het object in een wisselend magnetisch veld wordt geplaatst. Inductieverwarming is te wijten aan de hysterese en wervelstroomverliezen.
Inductieverwarming is het proces van het verwarmen van een elektrisch geleidend object (meestal een metaal) door elektromagnetische inductie, door warmte die in het object wordt gegenereerd door wervelstromen. Een inductieverwarmer bestaat uit een elektromagneet en een elektronische oscillator die een hoogfrequente wisselstroom (AC) door de elektromagneet laat. Het snel wisselend magnetisch veld dringt het object binnen en genereert elektrische stromen in de geleider, wervelstromen genoemd. De wervelstromen die door de weerstand van het materiaal stromen, verwarmen het door Joule-verwarming. In ferromagnetische (en ferrimagnetische) materialen zoals ijzer kan warmte ook worden gegenereerd door magnetische hystereseverliezen. De gebruikte stroomfrequentie is afhankelijk van de objectgrootte, materiaaltype, koppeling (tussen de werkspoel en het te verwarmen object) en de penetratiediepte.
Hystereseverliezen treden alleen op in magnetische materialen zoals staal, nikkel en zeer weinig andere. Hystereseverlies stelt dat dit wordt veroorzaakt door wrijving tussen moleculen wanneer het materiaal eerst in de ene richting wordt gemagnetiseerd en vervolgens in de andere. De moleculen kunnen worden beschouwd als kleine magneten die ronddraaien bij elke omkering van de richting van het magnetische veld. Werk (energie) is nodig om ze om te draaien. De energie wordt omgezet in warmte. De snelheid van de uitgave van energie (vermogen) neemt toe met een verhoogde mate van omkering (frequentie).
Wervelstroomverliezen treden op in elk geleidend materiaal in een variërend magnetisch veld. Dit veroorzaakt koppen, zelfs als de materialen geen van de magnetische eigenschappen hebben die gewoonlijk worden geassocieerd met ijzer en staal. Voorbeelden zijn koper, messing, aluminium, zirkonium, niet-magnetisch roestvrij staal en uranium. Wervelstromen zijn elektrische stromen die worden opgewekt door de werking van de transformator in het materiaal. Zoals hun naam al aangeeft, lijken ze rond te zweven in wervelingen op draaikolken binnen een vaste massa materiaal. Wervelstroomverliezen zijn veel belangrijker dan hysteresisverliezen bij inductieverwarming. Merk op dat inductieverwarming wordt toegepast op niet-magnetische materialen, waar geen hystereseverliezen optreden.
Voor het verhitten van staal voor verharding, smeden, smelten of voor andere doeleinden waarvoor een temperatuur boven Curie-temperatuur vereist is, kunnen we niet afhankelijk zijn van hysterese. Staal verliest zijn magnetische eigenschappen boven deze temperatuur. Wanneer staal onder het Curie-punt wordt verwarmd, is de bijdrage van hysterese meestal zo klein dat deze kan worden genegeerd. Voor alle praktische doeleinden, de I2R van de wervelstromen is de enige manier waarop elektrische energie kan worden omgezet in warmte voor inductieverwarmingsdoeleinden.
Er zijn twee basisdingen voor inductieverwarming:
- Een veranderend magnetisch veld
- Een elektrisch geleidend materiaal geplaatst in het magnetische veld