誘導加熱回路：ワークコイルの動作原理・設計・応用

人々は非接触プロセスで導電性材料を加熱するために誘導加熱回路を使用します。また、高周波磁場を利用して強磁性セラミックスや金属を加熱する装置でもあります。また、IHヒーターはアルミのみならず鋼の溶解・鍛造にも適しています。商業的には、ろう付け、はんだ付け、熱処理にも使用できます。

誘導ヒーターは、誘導加熱要素を必要としないため、特に興味深いものです。代わりに、電子デバイスは、一定の温度に保たれているコンロに似ています。このインストラクターは、誘導加熱回路の構造を説明しています。一次誘導ヒーター回路は簡単に構築でき、さらに標準コンポーネントをいくつか使用するだけです。

それでは、早速始めましょう。

1.誘導加熱器の動作原理

ファラデーの法則によると、誘導加熱プロセスを学ぶことが不可欠です。ファラデーの電磁誘導の法則によれば、電場で導体を切り替えると交流磁場が発生します。誘導加熱回路プロセス中、周波数は鉄の電子よりも速く移動します。間違いなく、渦電流である逆電流が発生します。

高渦電流の発生により、アイロンも加熱されます。この原理は、導体内で磁場が変化すると逆にも機能します。極度の熱は、鉄の現在の 2 倍の抵抗に等しいです。負荷された金属は鉄であるため、金属鉄の抵抗 R を参照します。したがって、ソリッドステート RF 周波数電源は、加熱するインダクタコイルと材料に適用されます。

熱 =I2 x R (鉄)

鉄の抵抗率 =97 nΩm

上記の熱は動作周波数に等しいため、通常のゲート駆動トランスは高周波誘導加熱アプリケーションでは機能しません。次のプロセスがジュール加熱の原理です。ここで、電流が材料を通過した後、磁性体が生成されます。さらに、誘導加熱回路の単純な設計は、タンク回路に似た銅コイルと回路バンクの共振周波数に設定されます。

2.誘導加熱回路の要素

誘導加熱装置はどのように構築できますか?ここでは、金属を熱くする電流の流れを誘導することを含め、誘導コイルと高速振動信号の設計について説明します。ほとんどのデバイスと同様に、誘導加熱回路には回路基板とその他のアクティブコンポーネントが必要です。

2.1 資料

インピーダンス整合:誘導加熱電源容量は、他の前世代のデバイスと同様です。 AC 電圧と最大電圧の両方があるため、電力インピーダンスと負荷は、ワークピースに完全な電力を供給するのに近い必要があります。インピーダンス整合制御回路は、誘導加熱で動作して、電圧、電流、および電力値を最高限界に到達させます。また、変圧器にも役立ちます。

電源:誘導電源は、誘導ヒーターシステムの重要な部分です。多くの場合、動作周波数範囲と電力が評価されます。さらに、周波数逓倍器、スパークギャップコンバータ、インバータ電圧など、いくつかのタイプの電源があります。

共振タンク:誘導加熱器の共振タンクは、通常、共振周波数と並列のインダクタとコンデンサです。タンク回路で起こることは、揺れる振り子に似ています。タンクコンデンサでは、電源がコンデンサ (静電エネルギー) とインダクタ (電磁エネルギー) の間で振動するエネルギーを提供します。エネルギー伝達は、インダクタ、負荷、およびコンデンサの損失により減衰します。さらに、コンデンサバンクは、電源と同じ容量で共振周波数を達成するために必要な容量を提供します。

(共振回路)

誘導加熱インダクタ

2.2 誘導加熱回路– 誘導作業コイルの設計

インダクションヒーターコイルは、さまざまな形で電力を供給する形状の銅管です。材料の誘導電流は、コイルの巻き数に等しくなります。したがって、加熱パターンの効率と有効性のためには、一次コイルの設計が不可欠です。

また、交流電流が通過して磁場を作る導電性材料でもあります。導電性コンポーネントと金属部品は、通常、誘導加熱コイル内、横、または貫通しています。これらの素材がリングに触れることはありませんが、金属に磁気誘導を発生させて熱を発生させることに注意してください。

一般に、誘導コイルは水冷銅誘導として機能します。用途に応じて、様々なコイル形状もあります。しかし、マルチターンヘリカルコイルが一般的に使用されています。リングの場合、加熱パターンの幅はループの巻き数によって決まります。そのため、シングルターンロックは、シリコン、材料の先端、または狭いバンドの加熱が不可欠な用途に適しています。

一方、マルチポジションヘリカルコイルは多くのワークピースを加熱します。製造業者はさらに内部リングを使用して内部ボアを加熱しますが、パンケーキコイルは材料の側面のみを加熱します。

(誘導コイル)

誘導加熱回路– 考慮すべき条件

<オール>

磁性体にコイルを当てるとヒステリシス効果と渦電流により発熱します。

セパレートコイルの接続部に近い位置は磁束密度が低くなります。したがって、加熱コイルの ID 中心が誘導加熱中心にあることはありません。

誘導加熱の効率を上げるには、パンケーキコイルと負荷の間の距離を短くする必要があります。

部品を誘導加熱コイルの中央に配置する場合は、磁気ワイヤまたは磁場に沿って結合するのが理想的です。ただし、中心からずれている場合、ターンに近い負荷領域は熱損失が少なくなります。

コイルの供給電力容量は、対流、輻射、伝導による熱損失を考慮して決定してください。

交流電流の臨界周波数が高いほど、熱の浸透深さが浅くなります。

共振周波数が高い材料は急速に加熱されます。

(共鳴タンク回路)

コイル効率

以下はコイル効率の公式です:

コイル効率 =バイファイラーコイルから負荷に伝達されるエネルギー効率/コイルに伝達されるエネルギー

誘導加熱回路– 用途に応じたコイルの改造

誘導加熱オブジェクトには均一な加熱が必要ですが、多くのアプリケーションではプロファイルが一定ではありません。ただし、2 つの方法を使用して変更できます。まず、ヘリカルコイルの断面が大きい曲線を分離します。もう 1 つの方法は、断面積がより重要な場所で巻線の間隔を大きくすることです。

大きなパンケーキコイルで平らな面を加熱すると、同様の状況が発生します。他の領域は、中央領域よりも熱が少なくなります。それを防ぐには、パンケーキコイルに円錐形のパターンを接続して、平らな物体とコイル表面の間のスペースを増やします。

誘導加熱回路– 加熱コイルの種類

チャンネルコイル

業界では、加熱時間が短くも長くもない場合にチャネルコイルを使用します。ただし、比較的低い電力レベルが必要です。いくつかの加熱コイルが一定の速度でそれを通過し、デバイスから出るときに最大圧力に達します。コイルの出入りを提供するために、それらの端はしばしば曲げられます。鉄にプロファイル加熱が必要な場合、業界ではマルチターンチャネルコイルに沿って磁束集中器を使用します。

二重変形コイル

製造業者は、二重変形コイルを使用して、均一な温度を達成し、シャフトの先端を加熱し、ろう材を加熱します。ロックには側面が傾斜しており、均一な加熱に役立ちます。磁気効果を得るには、一次巻線が形成される両方のパンケーキコイルの経路に注意を払う必要があります。

(加熱コイル)

スプリットリターンコイル

強磁性セラミックをドープすると、プラスチック、金属、狭帯域の溶接などのアプリケーションで機能します。スプリットリターンコイルを使用すると、溶接領域に高電流が誘導され、2 つに分割されます。そのため、溶接パスでの誘導加熱プロセスは、オブジェクトの他の部分よりも高くなります。

誘導加熱回路– 誘導コイルのリード設計

リードは短いですが、有限のインダクタンスを持つため、タンク回路と誘導加熱コイルの不可欠な要素です。下の図は、共振回路のヒートステーションの回路図を示しています。 C はヒートステーションの共振コンデンサです。さらに、L はリードであり、コイルリードの総インダクタンスです。 V 誘導電源から誘導ヒーター回路作業までの総入力電圧です。