Circuito del calentador de inducción:principio de funcionamiento, diseño y aplicaciones de la bobina de trabajo

Las personas usan el circuito del calentador de inducción para calentar materiales conductores en un proceso sin contacto. También es un dispositivo que utiliza un campo magnético de alta frecuencia para calentar cerámicas y metales ferromagnéticos. Además, el calentador de inducción es adecuado para fundir y forjar acero y aluminio. Comercialmente, también puede usarlos para soldadura fuerte, soldadura blanda y tratamiento térmico.

Un calentador de inducción es particularmente interesante de construir porque no necesita ningún elemento de calentamiento por inducción. En cambio, el dispositivo electrónico es similar a una estufa que permanece en temperatura. Este instructable explica la construcción de circuitos de calentador de inducción. El circuito del calentador de inducción principal es fácil de construir y, además, solo utiliza algunos componentes estándar.

Así que entremos de lleno.

1. Principio de funcionamiento del calentador de inducción

De acuerdo con la ley de Faraday, aprender el proceso de calentamiento inductivo es esencial; de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, cambiar el conductor en el campo eléctrico alimenta un campo magnético alterno. Durante el proceso del circuito del calentador de inducción, la frecuencia se mueve más rápido que los electrones en el hierro. Sin duda, provoca una corriente inversa que es la corriente de Foucault.

A través del desarrollo de la alta corriente de Foucault, el hierro también se calienta. El principio también funciona a la inversa cuando el campo magnético cambia en el conductor. El calor extremo es igual a la resistencia actual 2x de la plancha. Como el metal cargado es hierro, nos referiremos a la resistencia R para el metal hierro. Por lo tanto, la fuente de alimentación de frecuencia de RF de estado sólido se aplica a la bobina del inductor y a los materiales que calentará.

Calor =I2 x R (Hierro)

Resistividad del hierro =97 nΩm

Dado que el calor anterior es igual a la frecuencia de funcionamiento, los transformadores de accionamiento de compuerta ordinarios no funcionan en aplicaciones de calentamiento por inducción de alta frecuencia. El siguiente proceso es el principio de calentamiento Joule. Aquí, después de que la corriente pasa a través de un material, genera materiales magnéticos. Además, los diseños simples del circuito del calentador de inducción se ajustan a la frecuencia de resonancia de la bobina de cobre y el banco de circuitos, que son similares al circuito del tanque.

2. Elementos del circuito del calentador de inducción

¿Cómo se puede construir un calentador de inducción? Aquí discutiremos el diseño de una bobina de inducción y una señal de oscilación rápida, incluida la inducción de flujos de corriente para calentar el metal. Como la mayoría de los dispositivos, el circuito de calor por inducción necesita una placa de circuito y otros componentes activos.

2.1 Materiales

• Coincidencia de impedancia:la capacidad de la fuente de alimentación de calentamiento por inducción es similar a la de otros dispositivos de generaciones anteriores. Debido a que tiene CA y voltaje máximo, la impedancia de potencia y la carga deben estar cerca de entregar una fuente de alimentación completa a la pieza de trabajo. Los circuitos de control de adaptación de impedancia funcionan en el calentamiento por inducción para hacer que los valores de voltaje, corriente y potencia alcancen sus límites más altos. Además, es útil en un transformador eléctrico.

• Fuente de alimentación:las fuentes de alimentación por inducción son una parte esencial del sistema de calentamiento por inducción. El rango de frecuencia de funcionamiento y la potencia a menudo los califican. Además, existen varios tipos de fuentes de alimentación, como multiplicadores de frecuencia, convertidores de chispa y voltaje inversor.

• Tanque de resonancia:el tanque de resonancia del calentador de inducción suele ser inductores y condensadores en paralelo con una frecuencia de resonancia. Lo que sucede en el circuito del tanque es similar a un péndulo oscilante. En el condensador del tanque, la fuente de alimentación proporciona energía que oscila entre el condensador (energía electrostática) y el inductor (energía electromagnética). La transferencia de energía luego se amortigua debido a las pérdidas en el inductor, la carga y el capacitor. Además, la batería de condensadores proporciona la capacidad necesaria para alcanzar una frecuencia de resonancia con la misma capacidad que la fuente de alimentación.

(circuito de resonancia)

• Inductores de calentamiento por inducción

2.2 Circuito del calentador de inducción– El diseño de la bobina de trabajo de inducción

La bobina del calentador de inducción es un tubo de cobre con forma que aplica energía en varias formas. La corriente inductiva en el material es igual al número de vueltas de la bobina. Por lo tanto, para la eficiencia y eficacia del patrón de calentamiento, el diseño de la bobina primaria es esencial.

También es un material conductor por el que pasa la corriente alterna para crear un campo magnético. Los componentes conductores y las piezas metálicas suelen permanecer dentro, al lado o a través de la bobina de calor por inducción. Tenga en cuenta que estos materiales nunca tocan el anillo, pero generan una inducción magnética en el metal para generar calor.

Generalmente, las bobinas de inducción funcionan como inducciones de cobre refrigeradas por agua. Dependiendo de la aplicación, también hay varias formas de bobina. Pero, la bobina helicoidal de múltiples vueltas se usa comúnmente. Con el anillo, el ancho del patrón de calentamiento está determinado por el número de vueltas en el bucle. Por lo tanto, las cerraduras de una sola vuelta son adecuadas para aplicaciones en las que el calentamiento de silicona, punta de material o banda estrecha es esencial.

Mientras tanto, la bobina helicoidal de posiciones múltiples calienta muchas piezas de trabajo. Los fabricantes utilizan además el anillo interno para calentar los orificios internos, mientras que la bobina tipo panqueque calienta solo un lado del material.

(bobina de inducción)

Circuito del calentador de inducción– Condiciones que debe tener en cuenta

1. Cuando aplica la bobina sobre materiales magnéticos, genera calor tanto por el efecto de histéresis como por la corriente de Foucault.
2. La posición cercana a la conexión de las bobinas separadas tiene menos densidad de flujo magnético. Por lo tanto, el centro de identificación de la bobina de calentamiento nunca está en el centro de calor por inducción.
3. Para aumentar la eficiencia del calor de inducción, debe reducir la distancia entre el serpentín tipo panqueque y la carga.
4. Si coloca la pieza en el medio de la bobina de calentamiento por inducción, es ideal que la acople junto al cable o campo magnético. Sin embargo, si está descentrado, el área de carga más cercana a las curvas pierde menos calor.
5. Para decidir la capacidad de suministro de energía de la bobina, tenga en cuenta la convección, la radiación y la pérdida de calor por conducción.
6. Cuanto mayor sea la frecuencia crítica de la corriente alterna, menor será la profundidad de penetración del calentamiento.
7. Los materiales con mayor frecuencia de resonancia se calientan rápidamente.

(circuito del tanque de resonancia)

Eficiencia de la bobina

A continuación se muestra la fórmula de eficiencia de la bobina:

Eficiencia de la bobina =eficiencia energética de la bobina bifilar transferida a la carga/ energía transmitida a la bobina

Circuito del calentador de inducción– Modificación de bobina según la aplicación

Aunque el objeto de calor por inducción necesita un calentamiento uniforme, no tiene un perfil constante en muchas aplicaciones. Sin embargo, puede modificarlo utilizando dos métodos. En primer lugar, desacople las curvas donde la bobina helicoidal tiene una sección transversal mayor. La otra forma es aumentando el espacio entre bobinados en los lugares donde la sección transversal del área es más significativa.

Una situación similar ocurre cuando calientas superficies planas con un gran serpentín tipo panqueque. Las otras áreas recibirán menos calor que el área central. Para evitarlo, aumente el espacio entre el objeto plano y la superficie de la bobina conectando un patrón cónico a la bobina tipo panqueque.

Circuito del calentador de inducción– Tipos de bobinas de calentamiento

Bobinas de canal

Las industrias utilizan la bobina de canal cuando el tiempo de calentamiento no es ni corto ni largo; Pero requiere niveles de potencia relativamente bajos. Varias bobinas de calentamiento lo atraviesan a una velocidad constante para alcanzar la máxima presión al salir del dispositivo. En un intento por proporcionar una entrada y salida de las bobinas, sus extremos a menudo se doblan. Cuando una plancha necesita calentamiento de perfil, las industrias utilizan placas de un concentrador de flujo junto con las bobinas de canal de múltiples vueltas.

Bobina doble deformada

Los fabricantes utilizan la bobina doblemente deformada para lograr una temperatura uniforme, calentar las puntas de los ejes y soldar materiales. La cerradura tiene lados inclinados que ayudan a alcanzar un calentamiento uniforme. Para tener un efecto magnético, debe prestar atención a la trayectoria de ambas bobinas tipo panqueque en las que se forman los devanados primarios.

(bobina de calentamiento)

Bobina de retorno dividido

Funciona en aplicaciones como soldadura de plástico, metal y banda estrecha cuando se dopa con cerámica ferromagnética. Al usar la bobina de retorno dividido, inducirá una corriente alta en el área de soldadura, que se dividirá en dos. De esa manera, el proceso de calentamiento inductivo en la ruta de soldadura es mayor que en otras partes del objeto.

Circuito del calentador de inducción– Diseño de conductores para bobinas de inducción

Aunque los cables son cortos, son un elemento esencial del circuito del tanque y la bobina de calor de inducción porque poseen una inductancia finita. El siguiente diagrama muestra el diagrama de circuito de la estación de calor de un circuito de resonancia. C es el capacitor de resonancia en la estación de calor. Además, L es plomo, que es la inductancia total de los cables de la bobina. V es el voltaje de entrada total de la fuente de alimentación de inducción al trabajo del circuito del calentador de inducción.

Fuente:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FET_Armstrong_oscillator.svg

Concentrador de fundente

El concentrador de flujo es un material de baja conductividad eléctrica con alta permeabilidad que funciona en la bobina del calentador de inducción para amplificar el flujo o campo magnético en la carga de calentamiento. El efecto del concentrador de flujo en el circuito del calentador de inducción es mejorar la eficiencia térmica en un nivel de potencia bajo.

Circuito del calentador de inducción:deducción de inductancia de plomo

Las industrias utilizan bobinas de alta inductancia a baja frecuencia porque el cable L es más pequeño que la bobina L.

(corriente de Foucault en un campo magnético)

3. Ejemplo de pantalla de circuito de calentador de inducción

A continuación se muestra el diagrama del circuito y la configuración del circuito del calentador de inducción.

Conclusión

En comparación con varios dispositivos electrónicos, los aparatos de calentamiento por inducción ofrecen más eficiencia, mejor control y velocidad. Sin embargo, el nivel de eficiencia que alcanza depende de qué tan bien los construya e implemente.

El circuito del calentador de inducción le proporciona un método rápido, ordenado y no contaminante del proceso de calentamiento. Con los diagramas anteriores, debería encontrar que el funcionamiento y los diseños del circuito del tanque y la bobina de inducción son fáciles de construir y probar. Siempre puede contactarnos en cualquier momento.