 |
Основы индукционного нагрева
|
|
|
|
ТОЛКОВЫЙ Словарь
Словарь разработан для практического использования и не претендует на научную глубину и точность. Он ориентирован на индукционные технологии для нагрева, ковки, пайки и пр. Специфические для индукционной плавки термины не включены в словарь, так же как термины индукционной плазмы, индукционной сварки, электромагнитной совместимости и безопасности. Нагрев тел за счёт их перемещения/вращения в постоянном магнитном поле также не рассматривается.
Мощность, излучаемая в пространство в виде электромагнитных волн, в словаре не рассматривается, поскольку ее величина пренебрежимо мала по сравнению с мощностью всей установки.
В словаре использована Международная (метрическая) Система SI. Термины и единицы измерения приведены по-русски и английски.
Определения и Единицы измерения:
1. Активная мощность (Active Power) Pa - величина энергии, поглощенной элементами цепи в единицу времени (1 секунда). Активная мощность измеряется в Ваттах Вт (W) или киловаттах кВт (Kw). Активная мощость всегда меньше или равна полной мощности. Например, если напряжение на индукторе 50 V и ток 4000 A, то полная мощность 200 кVA. Активная мощность, поглощенная деталью и обмоткой индуктора, будет меньше 200 кВт и будет зависеть от коэффициента мощности
2. Активная часть индуктора (Coil head) – часть индуктора, генерирующая «полезное» магнитное поле (рабочий магнитный поток)
3. Вихревой ток (Eddy currents) – ток, возникающий внутри проводящего тела под влиянием переменного магнитного потока, проходящего через поперечное сечение этого тела. Вихревой ток должен всегда иметь замкнутую цепь внутри тела. Если кольцо замкнуто – нагрев будет. В индукционном нагреве компактных магнитных материалов потери от вихревого тока являются обычно основной частью потерь, тогда как гистерезисные потери много меньше
|
|
|
4. Внешний (наружный) индуктор (O.D. coil) - индуктор (цилиндрический или овальный) для нагрева внешней поверхности детали
5. Внутренний индуктор (I.D. coil) – индуктор для нагрева внутренних поверхностей детали. Магнитные контроллеры (сердечники) в таких индукторах существенно улучшают параметры
6. Гистерезисные потери (Hysteresis losses) - потери, за счет "внутреннего трения" между микрообластями (доменами) в магнитномматериале, когда они поворачиваются под воздействием переменного магнитного поля. Доля гистерезистных потерь при индукционном нагреве обычно мала (менее 10 % при низких частотах). С увеличением частоты она еще более снижается. В немагнитных материалах (парамагнетиках и диамагнетиках), гистерезисные потери равны нулю. В магнитных контроллерах, выполненных из ферритов, расслоённой стали или магнитодиэлектриков, гистерезисные потери могут быть основными.
7. Добротность (Quality factor) Q – отношение реактивной мощности к активной, кВA/кВт. Эта величина пришла из радио, где активная мощность в компонентах цепи является потерями и большая величина Q соответствует высокому качеству компонентов. В индукционном нагрева следует стремиться к малым значениям Q
8. Индуктор (Inductor) – устройство для индукционного нагрева тел и других операций (фиксация изделия, охлаждение и пр.). Оно состоит из одно- или многовитковой обмотки (обычно водоохлаждаемые медные трубки), а также, возможно, магнитного контроллера, конструктивных элементов и встроенного закалочного устройства
9. Индуктор «сковородка» (Pancake coil) – индуктор в форме плоской спирали, предназначенный для нагрева одной стороны плоского тела. Эти индукторы значительно лучше работают с магнитными контроллерами
|
|
|
10. Индуктор «шпилька» (Hair-pin coil) – индуктор в виде двух параллельных проводников, предназначенный, в основном, для нагрева одной стороны плоской детали. Как правило, оба проводника используются для нагрева. В таком индукторе очень эффективно использование магнитных контроллеров
11. Индукционный нагрев (Induction heating) – метод беcконтактного нагрева тел, которые поглощают энергию Переменного Магнитного Поля, созданного индуктором. Существует два механизма поглощения энергии: a. Нагрев Вихревым током (в проводящих телах); b. Гистерезисный нагрев (только в магнитных телах)
12. Индуктор поперечного нагрева (Transverse Flux coil) – индуктор, предназначенный для нагрева тонких плоских тел (пленок, лент, полос, тонких слябов). Состоит из одной или более пар индукторов-шпилек или расщепленных индукторов с одинаковой полярностью, расположенных по разным сторонам детали
13. Индуктор одноразового нагрева (Single-Shot coil) – индуктор канального типа, предназначенный для нагрева вращающихся валов и осей. Магнитные контроллеры могут использоваться как для улучшения эффективности нагрева, так и для управления интесивностью нагрева по длине изделия
14. Концентратор (Concentrator) – элемент индуктора, выполненный из мягкого магнитного материала и служащий для концентрации магнитного поля
15. Коэффициент мощности или cos j (Power factor or cos j) – отношение активной мощности к полной. Он может быть в диапазоне 0< cos j< 1. В реальных индукционных системах cos j обычно равен 0.05 – 0.7, и чем больше, тем лучше. Коэффициент мощности в индукционных системах примерно равен величине, обратной Добротности Q
16. Линии магнитного поля (Magnetic field lines) или линии индукции (B) помогают визуализировать распределение магнитного поля. Магнитное поле сильнее там, где гуще линии поля. Магнитные линии всегда замкнуты вокруг источника (проводника с током). В системах переменного тока, таких как индукционные устройства, рисунок магнитных линий непрерывно меняется внутри каждого полупериода переменного тока
17. Магнитная проницаемость (Permeability). В линейной среде отношение B/H является однозначным параметром свойств материала и называется его абсолютной проницаемостью. Относительная проницаемость определяеися путем калибровки "магнитная проницаемость ваакума (или воздуха) равна единице". Относительная проницаемость всех немагнитных материалов практически равна единице. Проницаемость ферромагнитных материалов может быть равна нескольким десяткам тысяч и зависит от свойств материала и интенсивности магнитного поля (нелинейность!). Чем выше магнитная проницаемость, тем меньшая магнитодвижущая сила (напряженность магнитного поля Н или ток индуктора) необходима для того, чтобы протолкнуть такой же магнитный поток сквозь материал
|
|
|
18. Магнитное поле (Magnetic field) – вид физического поля. Оно распространяется в пространстве и изменяется во времени, сообразно изменениям тока в источнике. Источником магнитного поля является ток или постоянный магнит
19. Магнитное сопротивление (Reluctance = Magnetic resistance). Это аналог электрическому сопротивлению цепи или ее компонентов. В электрической цепи напряжение (движущая сила тока) проталкивает ток через сопротивление. В магнитной цепи ампер-витки индуктора (движущая сила магнитного потока) проталкивает магнитный поток через сопротивление определенной зоны. Использование магнитных контроллеров в магнитных цепях снижает сопротивление соответствующей зоны и уменьшает ток, необходимый для создания заданного потока, или увеличивает поток, созданный током
20. Магнитный контроллер (Magnetic (flux) controller) – название магнитного устройства для концентрации или изменения магнитного поля индуктора. В зависимости от применения и производимого эффекта он может называться Концентратором (Concentrator), Сердечником (Core or Impeder, in welding ) или Экраном (Screen)
21. Магнитный поток (Magnetic flux) F - величина потока магнитного поля. Движущейся силой магнитного потока является ток или более точно, ампер-витки индуктора. Магнитный поток течет вокруг витков индуктора и его путь должен быть всегда замкнут. Единица измерения магнитного потока называется Вебер, Вб (Weber, Wb)
22. Магнитный экран (Magnetic Shield or Screen) – тип магнитного контроллера, предназначенный для снижения или полного экранирования вредного нагрева элементов машин или поля в окружающем пространстве
|
|
|
23. Нагрузка индуктора (Coil Load) – нагреваемое изделие (деталь )
24. Напряжение (Voltage) – движущая сила тока. Напряжение создается источником (аккумулятор, генератор и пр.). Оно падает на компонентах электрической цепи в соответствии с их сопротивлением. Единица измерения напряжения называется Вольт, В (V). Напряжение на индукторе может изменяться в широком диапазоне от нескольких вольт (маленькие одновитковые индукторы) до нескольких киловольт (многовитковые индукторы больших плавильных печей)
25. Напряженность магнитного поля (Magnetic field strength) H - величина, измеряющая интенсивность магнитодвижущей силы, то-есть силы, создающей и проводящей магнитное поле. Единицей измерения напряженности магнитного поля является A/м или A/см. Устаревшая единица - Эрстед (Oersted), Oe. 1 A/см = 1.26 Oe
26. Обмотка индуктора (Induction coil winding) – проводник илисистема проводников активной части индуктора
27. Полная мощность (Apparent power) S - произведение напряжения на ток, протекающий в цепи. Она измеряется в киловольтамперах, кVA (kVA). Например, трансформатор с первичным напряжением 800 V и током 500 A имеет полную мощность 400 kVA. В цепи постоянного тока (DC) Полная мощность равна Активной мощности и термин Полная мощность не имеет смысла. В цепях переменного тока (AC), особенно в индукционных нагрузочных цепях, мощность, передаваемая от источника к нагрузке, только часть ее поглощается компонентами в виде нагрева или механической энергии (моторы). Остальная мощность отражается. В таких случаях Полная мощность всегда больше, чем Активная
28. Полное сопротивление (Impedance Z) – отношение напряжения к току. Этот параметр характеризует элементы цепи или всю цепь. Единица измерения сопротивления Ом (W или Ohm). 1 Ом = 1 В/A.
29. Потери от вихревого тока (Eddy currents losses) – нагрев проводящего тела вихревым током, индуцированным переменным магнитным полем
30. Плотность магнитного потока (Magnetic flux density) B – величина интенсивности магнитного потока. Единица плотности магнитного потока называется Тесла (T). 1T = 1Вб/м2 = 10,000 Гаусс (Gauss).
31. Расщеплённый индуктор (Split-and-Return coil) – индуктор из трёх параллельно проложенных проводников, предназначенный для местного нагрева одной стороны плоского тела. Центральный проводник используется для нагрева, боковые проводники используются для возврата тока и иногда для дополнительного подогрева. Магнитный концентратор следует устанавливать на центральном проводнике.
|
|
|
32. Реактивная мощность (Reactive power) Pr – часть полной мощности, которая возвращается от индуктора в питающую цепь. Единица измерения реактивной мощности ВАр (VAr) или кВАр (kVAr)
33. Сердечник (Core) – а. магнитный контроллер, расположенный внутри индуктора для внутреннего нагрева, см. внутренний индуктор (ID inductor);
б. магнитный контроллер, расположенный внутри нагреваемой трубы служит для улучшения нагрева; в. центральная (в основном магнитная) зона поперечного сечения нагретой детали
34. Тип индуктора (Style of inductor) – Принципиальная конструкция головки индуктора, определяющая его назначение (внешний, внутренний, овальный, «шпилька», расщепленный, «сковородка», поперечного потока вертикальная петля, трансформаторный, туннельный и т.д.)
35. Токоподводы (Leads) – проводники для передачи тока от источника (трансформатора, емкостной батареи или генератора) к индуктору. Токоподводы могут быть в виде шин (Basswork), коаксиальных кабелей или водоохлождаемых труб
36. Трансформаторный индуктор (Transformer inductor) – индуктор в виде трансформатора с нагрузкой, расположенной в зазоре между полюсами или надеваемой на полюс (в случае полой детали). Нагрузка образует короткозамкнутую вторичную обмотку индуктора-трансформатора
37. Туннельный индуктор (Channel or Tunnel coil) – индуктор, выполненный из двух параллельных проводников с токами, текущими в противоположных направлениях. Он может быть одно- или много-витковым. Нагреваемая деталь располагается между прямым и обратным проводниками. Широко используется для нагрева деталей, движущихся по конвейеру через индуктор. Магнитные концентраторы могут существено улучшить параметры таких индукторов
38. Электрический ток (Electric current) - величина потока электрических зарядов (электронов и/или ионов). Сравнение может быть сделано с расходом воды в трубе. Единица измерения тока Ампер (Ampere) A. Ток в индукционных системах может иметь широкий диапазон от единиц ампер до десятков килоампер в зависимости от процесса
39. Энергия магнитного поля (Magnetic field energy) – энергия магнитного поля распределена в пространстве вокруг проводника с током, создающим это поле. Для перемнного тока энергия магнитного поля постоянно преображается в электрическую энергию цепи индуктора и обратно. Эта (электромагнитная) энергия постоянно циркулирует между электрическим и магнитным полем с частотой, равной удвоенной частоте тока. Проводящие тела поглощают часть этой энергии в течение каждого цикла. Единицей измерения энергии магнитного поля (как любой энергии) является Джоуль, Дж (Joule, J). 1 J = 1 Ватт-секунда. В промышленности чаще используются киловатт-часы (кВтчас). 1 кВтчас = 3,600,000 J
|
|
|
