Circuit de chauffage par induction :principe de fonctionnement, conception et applications de la bobine de travail

Les gens utilisent le circuit de chauffage par induction pour chauffer des matériaux conducteurs dans un processus sans contact. C'est aussi un appareil qui utilise un champ magnétique à haute fréquence pour chauffer les céramiques et les métaux ferromagnétiques. En outre, le chauffage par induction convient à la fusion et au forgeage de l'acier ainsi que de l'aluminium. Dans le commerce, vous pouvez également les utiliser pour le brasage, le soudage et le traitement thermique.

Un appareil de chauffage par induction est particulièrement intéressant à construire car il ne nécessite aucun élément chauffant par induction. Au lieu de cela, l'appareil électronique est similaire à une cuisinière qui reste en température. Cette instructable explique la construction des circuits de chauffage par induction. Le circuit de chauffage par induction primaire est facile à construire et n'utilise que certains composants standard.

Alors allons-y.

1. Principe de fonctionnement du chauffage par induction

Selon la loi de Faraday, l'apprentissage du processus de chauffage par induction est essentiel - selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la commutation du conducteur dans le champ électrique alimente un champ magnétique alternatif. Pendant le processus du circuit de chauffage par induction, la fréquence se déplace plus rapidement que les électrons dans le fer. Sans aucun doute, il provoque un courant inverse qui est le courant de Foucault.

Grâce au développement du courant de Foucault élevé, le fer s'échauffe également. Le principe fonctionne également inversement lorsque le champ magnétique change dans le conducteur. La chaleur extrême est égale à la résistance actuelle 2x du fer. Comme le métal chargé est du fer, nous nous référerons à la résistance R pour le fer métallique. Ainsi, l'alimentation de fréquence RF à semi-conducteurs s'applique à la bobine d'inductance et aux matériaux que vous chaufferez.

Chaleur =I2 x R (Fer)

Résistivité du fer =97 nΩm

Étant donné que la chaleur ci-dessus est égale à la fréquence de fonctionnement, les transformateurs d'entraînement de grille ordinaires ne fonctionnent pas dans les applications de chauffage par induction à haute fréquence. Le processus suivant est le principe du chauffage Joule. Ici, après que le courant traverse un matériau, il génère des matériaux magnétiques. De plus, les conceptions simples du circuit de chauffage par induction sont réglées à la fréquence de résonance de la bobine de cuivre et de la banque de circuits, qui sont similaires au circuit de réservoir.

2. Éléments du circuit de chauffage par induction

Comment pouvez-vous construire un appareil de chauffage par induction? Ici, nous discuterons de la conception d'une bobine d'induction et d'un signal oscillant rapide, y compris l'induction de flux de courant pour rendre le métal chaud. Comme la plupart des appareils, le circuit de chauffage par induction nécessite une carte de circuit imprimé et d'autres composants actifs.

2.1 Matériaux

• Adaptation d'impédance :la capacité d'alimentation du chauffage par induction est similaire à celle des autres appareils de la génération précédente. Parce qu'il a à la fois une tension alternative et une tension maximale, l'impédance de puissance et la charge doivent être proches de fournir une alimentation complète à la pièce. Les circuits de contrôle d'adaptation d'impédance fonctionnent dans le chauffage par induction pour que les valeurs de tension, de courant et de puissance atteignent leurs limites les plus élevées. De plus, il est utile dans un transformateur électrique.

• Alimentation :les alimentations à induction sont une partie essentielle du système de chauffage par induction. La gamme de fréquences de fonctionnement et la puissance les évaluent souvent. De plus, il existe plusieurs types d'alimentations telles que les multiplicateurs de fréquence, les convertisseurs à éclateur et la tension de l'onduleur.

• Réservoir de résonance :le réservoir de résonance du chauffage par induction est généralement constitué d'inducteurs et de condensateurs en parallèle avec une fréquence de résonance. Ce qui se passe dans le circuit du réservoir est similaire à un pendule oscillant. Dans le condensateur réservoir, l'alimentation fournit de l'énergie qui oscille entre le condensateur (énergie électrostatique) et l'inductance (énergie électromagnétique). Le transfert d'énergie est alors amorti en raison des pertes dans l'inductance, la charge et le condensateur. De plus, la batterie de condensateurs fournit la capacité nécessaire pour atteindre une fréquence de résonance avec la même capacité que l'alimentation.

(circuit de résonance)

• Inducteurs de chauffage par induction

2.2 Circuit de chauffage par induction– La conception de la bobine de travail à induction

La bobine de chauffage par induction est un tube de cuivre en forme qui applique de l'énergie sous plusieurs formes. Le courant inductif dans le matériau est égal au nombre de spires de la bobine. Par conséquent, pour l'efficacité et l'efficacité du schéma de chauffage, la conception du serpentin primaire est essentielle.

C'est aussi un matériau conducteur que le courant alternatif traverse pour créer un champ magnétique. Les composants conducteurs et les pièces métalliques restent généralement à l'intérieur, à côté ou à travers la bobine de chaleur à induction. A noter que ces matériaux ne touchent jamais l'anneau, mais qu'ils génèrent une induction magnétique dans le métal pour créer de la chaleur.

Généralement, les bobines d'induction fonctionnent comme des inductions en cuivre refroidies à l'eau. Selon l'application, il existe également différentes formes de bobines. Mais, la bobine hélicoïdale multi-tours est couramment utilisée. Avec l'anneau, la largeur du motif de chauffage est déterminée par le nombre de tours dans la boucle. Ainsi, les serrures à un tour conviennent aux applications où le chauffage du silicium, de la pointe de matériau ou de la bande étroite est essentiel.

Pendant ce temps, la bobine hélicoïdale multi-positions chauffe de nombreuses pièces. Les fabricants utilisent en outre la bague interne pour chauffer les alésages internes, tandis que la bobine de crêpe ne chauffe qu'un côté du matériau.

(bobine d'induction)

Circuit de chauffage par induction– Conditions à prendre en compte

1. Lorsque vous appliquez la bobine sur des matériaux magnétiques, elle génère de la chaleur à la fois par effet d'hystérésis et par courant de Foucault.
2. La position proche de la connexion des bobines séparées a une densité de flux magnétique inférieure. Ainsi, le centre d'identification du serpentin de chauffage n'est jamais au centre de la chaleur par induction.
3. Pour augmenter l'efficacité de la chaleur par induction, vous devez réduire la distance entre le serpentin à crêpes et la charge.
4. Si vous positionnez la pièce au milieu de la bobine de chauffage par induction, il est idéal de la coupler le long du fil ou du champ magnétique. Cependant, s'il est décentré, la zone de chargement la plus proche des virages subit moins de pertes de chaleur.
5. Pour décider de la capacité d'alimentation de la bobine, tenez compte de la convection, du rayonnement et de la perte de chaleur par conduction.
6. Plus la fréquence critique du courant alternatif est élevée, plus la profondeur de pénétration du chauffage est faible.
7. Les matériaux avec une fréquence de résonance plus élevée sont chauffés rapidement.

(circuit réservoir de résonance)

Efficacité de la bobine

Vous trouverez ci-dessous la formule d'efficacité de la bobine :

Efficacité de la bobine =efficacité énergétique de la bobine bifilaire transférée à la charge / énergie transmise à la bobine

Circuit de chauffage par induction– Modification de bobine selon l'application

Bien que l'objet chauffant par induction ait besoin d'un chauffage uniforme, il n'a pas un profil constant dans de nombreuses applications. Cependant, vous pouvez le modifier en utilisant deux méthodes. Tout d'abord, découplez les courbes où la bobine hélicoïdale a une plus grande section. L'autre méthode consiste à augmenter l'espacement des enroulements aux endroits où la section transversale est la plus importante.

Une situation similaire se produit lorsque vous chauffez des surfaces planes avec un gros serpentin à crêpes. Les autres zones recevront moins de chaleur que la zone médiane. Pour l'éviter, augmentez l'espace entre l'objet plat et la surface de la bobine en connectant un motif conique à la bobine de crêpe.

Circuit de chauffage par induction– Types de serpentins de chauffage

Bobines de canaux

Les industries utilisent le serpentin canal lorsque le temps de chauffe n'est ni court ni long; Mais nécessite des niveaux de puissance relativement faibles. Plusieurs serpentins chauffants le traversent à vitesse constante pour atteindre une pression maximale à la sortie de l'appareil. Dans le but de fournir une entrée et une sortie des bobines, leurs extrémités sont souvent pliées. Lorsqu'un fer a besoin d'un chauffage de profil, les industries utilisent une plaque un concentrateur de flux à côté des bobines à canaux multitours.

Bobine double déformée

Les fabricants utilisent la double bobine déformée pour atteindre une température uniforme, des pointes d'arbre de chauffage et des matériaux de brasage. La serrure a des côtés inclinés qui aident à atteindre un chauffage uniforme. Pour avoir un effet magnétique, vous devez faire attention au chemin des deux galettes dans lesquelles se forment les enroulements primaires.

(batterie de chauffage)

Bobine de retour divisée

Il fonctionne dans des applications telles que le soudage du plastique, du métal et de la bande étroite lorsqu'il est dopé avec de la céramique ferromagnétique. En utilisant la bobine à retour divisé, vous induisez un courant élevé dans la zone de soudage, qui se divisera en deux. De cette façon, le processus de chauffage inductif au niveau du chemin de soudage est plus élevé que les autres parties de l'objet.

Circuit de chauffage par induction– Conception de câble pour bobines d'induction

Bien que les fils soient courts, ils sont un élément essentiel du circuit du réservoir et de la bobine de chaleur à induction car ils possèdent une inductance finie. Le schéma ci-dessous montre le schéma électrique de la centrale de chauffage d'un circuit de résonance. C est le condensateur de résonance dans la station de chauffage. De plus, L est le plomb qui est l'inductance totale des fils de la bobine. V est la tension d'entrée totale de l'alimentation par induction au travail du circuit de chauffage par induction.

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

Concentrateur de flux

Le concentrateur de flux est un matériau à faible conductivité électrique avec une perméabilité élevée qui fonctionne dans la bobine de chauffage par induction pour amplifier le flux magnétique ou le champ sur la charge de chauffage. L'effet du concentrateur de flux sur le circuit de chauffage par induction est d'améliorer l'efficacité thermique à faible niveau de puissance.

Circuit de chauffage par induction - Déduction d'inductance de câble

Les industries utilisent les bobines à haute inductance à basse fréquence car le fil en L est plus petit que la bobine en L.

(courant de Foucault dans un champ magnétique)

3. Exemple d'affichage du circuit de chauffage par induction

Vous trouverez ci-dessous le schéma de circuit et la configuration du circuit de chauffage par induction.

Conclusion

Par rapport à plusieurs appareils électroniques, les appareils de chauffage par induction offrent plus d'efficacité, un meilleur contrôle et une meilleure vitesse. Cependant, le niveau d'efficacité qu'il atteint dépend de la façon dont vous les construisez et les mettez en œuvre.

Le circuit de chauffage par induction vous offre une méthode de chauffage rapide, soignée et non polluante. Avec les schémas ci-dessus, vous devriez trouver le fonctionnement et les conceptions du circuit de réservoir et de la bobine d'induction faciles à construire et à tester. Vous pouvez toujours nous contacter à tout moment.