گرمایش القایی چیست؟

بهره‌وری سیستم گرمایش القایی برای کاربرد خاص، به چند عامل زیر بستگی دارد:

ویژگی‌های خود قطعه، طراحی القاء کننده، ظرفیت منبع توان، و مقدار تغییر دمای مورد نیاز برای آن کاربرد.

ویژگی‌های قطعه:

فلزی یا پلاستیکی

اول، گرمایش القایی مستقیماً تنها با مواد رسانا، به‌طور معمول فلزات، کار می‌کند. پلاستیک و سایر مواد غیر رسانا اغلب به‌صورت غیرمستقیم گرم می‌شوند؛ یعنی ابتدا گیرنده فلزی رسانا گرم می‌شود و گرما را به مواد غیر رسانا انتقال می‌دهد.

مغناطیسی یا غیر مغناطیسی

گرم کردن مواد مغناطیسی آسان‌تر است. علاوه بر گرم شدن القایی توسط جریانات گردابی، مواد مغناطیسی از طریق اثر هیسترزیس (که توضیح دادیم) نیز گرم می‌شوند. این اثر در دمای بالای نقطه “کوری” – دمایی که در آن مواد مغناطیسی ویژگی‌های مغناطیسی خود را از دست می‌دهند- ایجاد می‌شود. مقاومت نسبی مواد مغناطیسی براساس مقیاس نفوذپذیری 100 تا 500 اندازه‌گیری می‌شود. درحالی‌که مواد غیر مغناطیسی نفوذپذیری 1 دارند و مواد مغناطیسی می‌توانند نفوذپذیری به بزرگی 500 داشته باشند.

ضخیم یا نازک

در مواد رسانا، بیش از 85% اثر گرم کردن در سطح پوسته قطعه رخ می‌دهد؛ شدت گرم کردن با افزایش فاصله از سطح، کاهش می‌یابد. بنابراین قطعات کوچک یا نازک سریع‌تر از قطعات بزرگ ضخیم گرم می‌شوند، به‌خصوص اگر گرم کردن کامل قطعات بزرگ‌تر مورد نظر باشد.

تحقیقات رابطه‌ای را بین فرکانس جریان جایگزین و عمق نفوذ گرمایش نشان داده‌اند؛ هرچه فرکانس بالاتر باشد، عمق نفوذ گرمایش در قطعه کم‌تر می‌شود. فرکانس 100 تا 400kHz  گرمای با انرژی نسبتاً زیادی تولید می‌کند که برای گرم کردن سریع قطعات کوچک یا سطح/پوسته قطعات بزرگ مناسب هستند. فرکانس‌های پایین‌تر از 5 تا 30kHz  برای گرم کردن عمیق و نافذ، چرخه گرم کردن طولانی‌تر بیش‌ترین اثرگذاری را دارند.

مقاومت

اگر از فرآیند القایی یکسانی برای دو قطعه فولاد و مس با اندازه یکسان استفاده کنید، نتایج متفاوتی به دست خواهید آورد. علت چیست؟ فولاد- در کنار کربن، قلع و تنگستن، مقاومت الکتریکی بالایی دارند. زیرا این فلزات مقاومت زیادی در برابر جریان دارند، گرما سریعاً ایجاد می‌شود. فلزات با مقاومت پایین مثل مس، برنج و آلومینیوم زمان بیش‌تری برای گرم شدن نیاز دارند. مقاومت‌پذیری با دما افزایش می‌یابد، بنابراین قطعه فولاد بسیار داغ نسبت به قطعه سرد، گرمایش القایی را بهتر می‌پذیرد.

طرح القاء کننده

میدان مغناطیسی متغیر مورد نیاز برای گرمایش القایی از طریق شارش جریان متناوب در القاگر ایجاد می‌شود. بنابراین طراحی القاگر یکی از مهم‌ترین جنبه‌های کل سیستم محسوب می‌شود. القاگر با طراحی مناسب، الگوی گرم کردن مناسبی برای قطعه شما ایجاد کرده و بهره‌وری منبع توان گرمایش القایی را به حداکثر می‌رساند، درحالی‌که امکان گذاشتن و برداشتن قطعه را به سادگی هر چه تمام‌تر فراهم می‌کند.

ظرفیت منبع  توان

اندازه منبع توان القایی مورد نیاز برای گرم کردن یک قطعه خاص را می‌توان به سادگی محاسبه کرد. ابتدا، باید مشخص شود چه مقدار انرژی برای انتقال به موردنیاز است. این امر به جرم فلز، گرمای ویژه ماده، و افزایش دمای مورد نیاز بستگی دارد. اتلاف گرما از رسانا، همرفتی و تابش را نیز باید مدنظر قرار داد.

میزان تغییر گرمای مورد نیاز

بهره‌وری گرمایش القایی برای کاربرد خاص، به میزان تغییر دمای مورد نیاز بستگی دارد. طیف وسیعی از تغییرات دمایی را می‌توان ایجاد کرد؛ به‌عنوان یک قانون ساده، بطورکلی با توان گرمایش القایی بیش‌تر می‌توان میزان تغییر دما را افزایش داد.