Účinnost indukčního tavení ve studeném kelímku

Z Enpedie
Přejít na: navigace, hledání


Nejvyšší účinnost indukčního ohřevu blízko povrchu je dána fyzikálním dějem zvaným Skin efekt, při kterém dochází k vytlačování proudu k povrchu vodiče. Vířivé proudy indukované v materiálu vytvářejí sekundární magnetické pole, které působí proti primárnímu magnetickému poli indukční cívky směrem od středu. Tím je dáno výsledné rozložení proudové hustoty s největší intenzitou na povrchu materiálu a její slábnutí směrem do středu. Charakteristické rozložení proudové hustoty v materiálu je určeno především frekvencí indukční cívky f a vlastnostmi ohřívaného materiálu, kterými jsou jeho měrná elektrická vodivost σ a poměrná permeabilita vsázky µ. Toto rozložení proudové hustoty se kvantitativně popisuje jako elektromagnetická hloubka vniku δ:



kterou rozumíme vzdálenost, na které se v daném materiálu amplituda veličin elektromagnetického pole utlumí e-krát. Přičemž hloubka vniku je klíčovou veličinou v oblasti indukčního ohřevu, jelikož je v této vrstvě, neboli hloubce, generováno přibližně 86% celkového tepla pojatého materiálem. Zbylých 14 % je většinou exponenciálně rozloženo v hlubších vrstvách. Díky faktu, že elektromagnetická hloubka vniku závisí u každého materiálu, vzhledem k vnějším vlastnostem, pouze na frekvenci, může být tloušťka primárně ohřívané části materiálu regulována pouze změnou frekvence proudu na indukční cívce.

Pro optimální prohřátí materiálu s co možná největší efektivitou v krátkém čase, by měl být jeho válcový průměr 3,5× větší než samotná hloubka vniku. Pokud by byla hloubka vniku výrazně menší, než průměr materiálu, zvýší se tím sice elektrická účinnost celého procesu ohřevu, ale tepelný zdroj se soustředí do jedné vrstvy a tím se výrazně prodlouží čas potřebný pro prohřátí celého kusu materiálu (tvrzení platí pouze pro ohřev materiálu, nikoli pro tavbu). Opačný případ, kdy by byla hloubka vniku dokonce větší než poloměr samotného materiálu, je ještě horší, neboť obě elektromagnetická vlnění budou postupovat proti sobě, z obou stran se vzájemně zeslabovat a výsledný indukovaný proud bude velmi malý.