كيف يعمل سخان الحث ويعمل
يتمثل مبدأ تشغيل السخان الحثي في تسخين قطعة عمل معدنية موصلة للكهرباء عن طريق تيار دائري مغلق مستحث فيه.
تيارات إيدي هي التيارات التي تنشأ في الأسلاك الصلبة بسبب ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي عندما يتم اختراق هذه الأسلاك بواسطة مجال مغناطيسي متناوب. تُستخدم الطاقة لإنشاء هذه التيارات ، والتي يتم تحويلها إلى حرارة وتسخين الأسلاك.
لتقليل هذه الخسائر والقضاء على التسخين ، بدلاً من الأسلاك الصلبة ، يتم استخدام الأسلاك ذات الطبقات ، حيث يتم فصل الطبقات الفردية عن طريق العزل. يمنع هذا العزل حدوث تيارات دوامة كبيرة مغلقة ويقلل من فقد الطاقة للحفاظ عليها. ولهذه الأسباب ، فإن قلب المحولات ، وأذرع المولدات ، وما إلى ذلك ، مصنوعة من صفائح فولاذية رقيقة معزولة عن بعضها البعض بطبقات من الورنيش.
الحث في سخان الحث عبارة عن ملف تيار متناوب مصمم لإنشاء مجال كهرومغناطيسي متناوب عالي التردد.
يعمل المجال المغناطيسي المتناوب عالي التردد ، بدوره ، على مادة موصلة للكهرباء ، مما يتسبب في تيار مغلق عالي الكثافة فيه وبالتالي تسخين قطعة العمل حتى تذوب. هذه الظاهرة معروفة منذ زمن طويل وتم شرحها منذ زمن مايكل فاراداي الذي وصفها ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي مرة أخرى في عام 1931
يحث المجال المغناطيسي المتغير بمرور الوقت على EMF بالتناوب في الموصل ، والذي يتقاطع مع خطوط قوته. يمكن أن يكون هذا السلك بشكل عام ملف محول ، أو قلب محول ، أو قطعة صلبة من بعض المعدن.
إذا تم إحداث EMF في الملف ، فسيتم إنتاج محول أو جهاز استقبال ، وإذا كان في الدائرة المغناطيسية مباشرة أو في دائرة كهربائية قصيرة ، يتم إنتاج التسخين التعريفي للدائرة المغناطيسية أو الملف.
في محولات سيئة التصميم ، على سبيل المثال ، التسخين الأساسي بواسطة تيارات فوكو سيكون ضارًا بشكل لا لبس فيه ، ولكن في سخان الحث ، تخدم هذه الظاهرة غرضًا مفيدًا.
من وجهة نظر طبيعة الحمل ، فإن السخان الحثي مع جزء موصل مسخن فيه يشبه المحول ذي اللف الثانوي قصير الدائرة من دورة واحدة. نظرًا لأن المقاومة داخل قطعة العمل صغيرة للغاية ، فحتى المجال الكهربائي الصغير المستحث يكفي لإنشاء تيار بكثافة عالية بحيث يكون تأثيره الحراري (راجع. قانون جول لينز) سيكون معبرًا جدًا وعمليًا.
ظهر أول فرن قناة من هذا النوع في السويد في عام 1900 ، تم تغذيته بالتيار بتردد 50-60 هرتز ، وتم استخدامه لصهر قناة الصلب وتم تغذية المعدن في بوتقة مرتبة بطريقة دوران قصيرة السلسلة من اللف الثانوي للمحول.كانت مشكلة الكفاءة موجودة بالطبع حيث كانت الكفاءة أقل من 50٪.
اليوم ، السخان التعريفي عبارة عن محول لاسلكي يتكون من دورة واحدة أو أكثر من أنبوب نحاسي سميك نسبيًا يتم من خلاله ضخ سائل التبريد لنظام التبريد النشط باستخدام مضخة. يتم تطبيق تيار متناوب بتردد يتراوح من عدة كيلوهرتز إلى عدة ميغا هرتز على الجسم الموصل للأنبوب ، مثل المحرِّض ، اعتمادًا على معلمات العينة التي تتم معالجتها.
الحقيقة هي أنه عند الترددات العالية ، يتم إزاحة تيار الدوامة من العينة المسخنة بواسطة تيار الدوامة نفسه ، لأن المجال المغناطيسي لهذا التيار الدوامة يزيح التيار المتولد نحو السطح.
هذا يتجلى على أنها تأثير البشرة، عندما تكون الكثافة الحالية القصوى ناتجة عن سقوط سطح قطعة العمل على طبقة رقيقة ، وكلما زاد التردد وانخفاض المقاومة الكهربائية للمادة المسخنة ، كانت طبقة الغلاف أرق.
بالنسبة للنحاس ، على سبيل المثال ، عند 2 ميغا هرتز ، يكون الجلد ربع ملليمتر فقط! وهذا يعني أن الطبقات الداخلية لقضبان النحاس لا يتم تسخينها مباشرة عن طريق التيارات الدوامية ، ولكن عن طريق التوصيل الحراري من طبقتها الخارجية الرقيقة. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا فعالة بما يكفي لتسخين أو إذابة أي مادة موصلة للكهرباء بسرعة.
يجري بناء دفايات الحث الحديثة على أساس دائرة متذبذبة (ملف الحث والمكثف) مدعوم من العاكس الرنيني المرفق IGBT أو MOSFET - الترانزستوراتمما يسمح بتحقيق ترددات تشغيل تصل إلى 300 كيلو هرتز.
بالنسبة للترددات الأعلى ، يتم استخدام الأنابيب المفرغة ، مما يجعل من الممكن الوصول إلى ترددات تبلغ 50 ميجاهرتز وأعلى ، على سبيل المثال ، بالنسبة لصهر المجوهرات ، يلزم وجود ترددات عالية جدًا ، نظرًا لأن حجم الجزء صغير جدًا.
لزيادة عامل الجودة لدارات العمل ، يلجأون إلى إحدى طريقتين: إما زيادة التردد أو زيادة محاثة الدائرة عن طريق إضافة إدراجات مغنطيسية حديدية إلى بنائها.
يتم إجراء التسخين العازل أيضًا باستخدام مجال كهربائي عالي التردد في الصناعة. الفرق من التسخين التعريفي هو الترددات الحالية المستخدمة (حتى 500 كيلو هرتز مع التسخين بالحث وأكثر من 1000 كيلو هرتز مع العزل الكهربائي). في هذه الحالة ، من المهم أن المادة المراد تسخينها لا توصل الكهرباء بشكل جيد ، أي كان عازلًا.
ميزة الطريقة هي توليد الحرارة مباشرة داخل المادة. في هذه الحالة ، يمكن أن تسخن المواد ضعيفة التوصيل بسرعة من الداخل. لمزيد من التفاصيل انظر هنا: الأسس الفيزيائية الأساسية لطرق التسخين العازل عالي التردد