Free Press

誘導加熱は、金属や他の導電性材料を加熱するための正確、高速、再現性、効率的、非接触の手法である。

誘導加熱システムは、ライン電力を交流に変換してワークヘッドに供給するための誘導電源と、コイル内に電磁場を発生させるためのワークコイルで構成されています。

水冷式コイルは、ワークの周囲または境界線に配置されます。 水冷式コイルはワークの周囲に配置され、ワークには接触せず、誘導電流がワークを通して伝わることによってのみ熱が発生する。 被加工物の材質は、銅、アルミニウム、鉄、真鍮などの金属が使用される。 また、グラファイト、カーボン、炭化ケイ素などの半導体であってもよい。

プラスチックやガラスなどの非導電性材料を加熱するために、誘導は、非導電性材料に熱を渡す、例えば、グラファイトなどの電気伝導性のサセプターを加熱するために使用することができます。 また、半秒未満の短い加熱プロセスや数ヶ月に及ぶ加熱プロセスで使用されます。

誘導加熱は、熱処理、はんだ付け、溶接の予熱、溶解、産業における焼き嵌め、シール、ろう付け、硬化、および研究開発などのいくつかのアプリケーションで、家庭および商業料理の両方に使用されています。

誘導加熱の仕組み

誘導加熱は、コイルに電磁場を発生させ、エネルギーを被加熱物に伝達します。 電流がワイヤを通過するとき、そのワイヤの周囲に磁場が発生します。

誘導の主な利点

誘導の利点は次のとおりです。

• 効率的で迅速な加熱
• 正確で再現性のある加熱
• 炎がないので安全な加熱
• 正確に加熱するので固定具が長持ち

誘導加熱の方法

誘導加熱は2つの方法を使って行われます。

最初の方法は、ワークピースの材料の抵抗率から生じるI²R損失から、渦電流加熱と呼ばれます。 4270>

ヒステリシス加熱は、材料の透磁率が1になり、ヒステリシス加熱が減少するキュリー温度まで部品に発生する。 渦電流加熱が残りの誘導加熱効果を構成する。

電流（AC）の方向に変化があると、発生した磁界は失敗し、電流の方向が逆になるため、逆方向に発生した磁界が発生する。 その交流磁界の中に第2のワイヤーを配置すると、第2のワイヤーに交流電流が生じる。

第2のワイヤーを伝わる電流と第1のワイヤーを伝わる電流は互いに比例し、また両者の間の距離の二乗の逆数にも比例する。

このモデルのワイヤをコイルに置き換えると、コイルに流れる交流は電磁場を発生させ、加熱されるワークがその場にいる間に、ワークが第2のワイヤにマッチして、ワークに交流が発生する。 ワークの材料抵抗率のI²Rロスにより、ワークの材料抵抗率のワークに熱が発生する。 これを渦電流加熱と呼ぶ。

図1.

誘導コイルの働き

交流電界の助けを借りて、エネルギーはワークコイルでワークピースに伝えられます。

コイルを通過する交流は、ワークコイルを通過する電流に鏡像としてワークピースを通過する電流を誘導する電磁場を生成する。 ワークコイル/インダクタは、誘導加熱システムの一部であり、ワークが加熱されたときの効果や効率を表示するものです。

ヘリカルコイル（またはソレノイドコイル）は、マンドレルに巻かれた多数の銅管からなる単純なコイルの一例で、複雑なものから単純なものまで多くの種類があります。 無垢の銅から精密に加工され、ろう付けされたコイルは、複雑なコイルの一例です。

動作（共振）周波数

誘導加熱装置の動作周波数は、加熱が必要なワークとワークの材質で決まります。 用途に適した周波数帯域で電力を供給する誘導加熱システムを使用することが重要です。 さまざまな動作周波数の理由は、「表皮効果」と呼ばれるものによって理解することができます。 電磁界が部品に電流を誘導するとき、それは主に部品表面を通過します

図3. (a) 高周波誘導加熱は、小さな部品に対してより効率的な浅い表皮効果を有する。 (b) 低周波誘導加熱は、大きな部品に対してより効率的な深い表皮効果を有する。

動作周波数が高い場合、表皮深さはより浅くなる。 同様に動作周波数が低い場合、スキン深さと加熱効果の浸透が深くなります。

たとえば（表1参照）、20mmの鉄筋を3kHzの誘導システムで540℃に加熱すると、応力緩和が可能です。 しかし、同じ棒鋼を870℃に加熱して硬化させるには、10kHzの装置が必要になります。

。

Steel+Flow
(2.0 in) Sdn.(5 in)

したがって、小さい部品を誘導加熱するには高い動作周波数（主に50kHz以上）を、大きい部品を効率的に加熱するには低い動作周波数を使用すれば良いと言えます。

マイクロプロセッサ制御システムを組み込んだ高度なソリッドステート誘導電源の場合、すべての部品がコイル内の一定の位置に配置されるという事実に基づいて、一貫した効果的な加熱技術が達成可能です。

誘導加熱システムの部品

誘導加熱システムは、タンク回路、電源、ワークコイルからなります。 工業用ではコイルに十分な電流が流れるため、水冷装置が基本的に装備されています。 ACラインからの交流は、電源を通して、コイルのインダクタンス、ワークヘッドの静電容量、部品の抵抗率の組み合わせに沿った交流に変換される

図4． 典型的な誘導加熱システム

Factors to Consider

ワークピースの材料は、必要な加熱速度と電力を決定する。 鉄や鋼は抵抗率が高いので加熱しやすく、アルミニウムや銅は抵抗率が低いので加熱に多くの電力を必要とします。

特定の鋼はもともと磁性なので、誘導で加熱する場合は金属の抵抗率とヒステリシス特性を使用します。 しかし、渦電流加熱は、より高い温度のために必要な加熱技術を提供します。

必要な電力は、材料の種類、ワークピースのサイズ、必要な温度上昇、および温度までの時間などの要因によって決定される。 加熱されるワークピースのサイズに応じて、考慮すべき本質的な要因は、誘導加熱システムの動作周波数です。

同様に、小さいワークピースの場合には、効率的な加熱のために高い周波数（>50kHz）が必要であり、大きいワークピースの場合には、低い周波数（>10kHz）と熱のより浸透は発生します。

加熱ワークピースの温度が増加すると、ワークピースの熱も失われる。 ワークピースからの放射および対流損失は、温度が高くなると非常に本質的な要因に発展する。 断熱方法は、熱損失を低減し、誘導システムから必要な電力を減少させるために、高温で頻繁に使用されている

図5. Ambrell Induction Heating Power Supplies のファミリー

この情報は、Ambrell Induction Heating Solutions が提供する資料を出典、レビュー、および翻案したものです。

引用

.