Как работает индукционный нагрев? — nagrevtrub.ru

Индукционное оборудование широко применяется в производстве, строительстве и ремонте, когда необходима температурная обработка материалов. Термическое воздействие может осуществляться температурами от 100ОС до 1250оС как на поверхности изделия, так и на всей заготовке.

Метод индукционного нагрева используется для самых разных задач:

• Для подготовки агрегатов к обслуживанию;
• При выполнение сварочных работ;
• При обработке сварных швов;
• Для всех видов термообработки металлов.

Принцип работы индукционных установок

Принцип работы индукционного нагрева заключается в преобразовании магнитного поля в тепловую энергию, что вызывает быстрый разогрев детали. Технология воздействия полностью бесконтактная – ток высокой частоты провоцирует в детали изменение электромагнитного поля с выделением тепла.

Рис.

1 Индукционная установка для труб

Подвергать индукционному нагреву можно любые токопроводимые материалы. Благодаря этому стало возможным выполнять термообработку любых деталей из:

• латуни;
• меди;
• стали;
• цветных металлов;
• черных металлов;
• электропроводящей керамики;
• других составов, сплавов.

Изменять температуру нагрева можно при помощи автоматического пульта управления, что обеспечивает высокую безопасность на производстве.

Принцип работы индукционных установок

Устройства, реализуемые компанией Nagrevtrub, позволяют быстро нагреть металл докрасна в течение нескольких минут, например, для подшипника массой 1 кг требуется до 2,5 мин.

Достигается такой результат следующим образом:

1. Через индуктор, представляющий собой колебательный контур из индукционной катушки и конденсаторной батареи, проходит переменный ток, с помощью которого создается переменное магнитное поле. Подачу тока выполняет генератор. Чем больше витков катушки и выше сила тока, тем сильнее магнитное поле.
2. Образовавшиеся вихревые токи в индукторе (Токи Фуко) создают мощное электромагнитное поле, которое переходит на металл (з-н Джоуля-Ленца). Заготовки, нуждающиеся в нагреве, размещаются вблизи с индуктором или в индукторе.
3. При прохождении токов через изделие они преобразуются в тепловую энергию, вызывая выделение тепла. Чем больше будет магнитное поле, тем сильнее будет нагреваться предмет. Благодаря сопротивлению двух противоположных магнитных полей (предмета и индуктора) осуществляется постепенный нагрев от поверхности материала к его центру. На глубину прогревания можно повлиять, изменяя частоту преобразователя в меньшую сторону.

Индукционные нагревательные приборы предназначены исключительно для токопроводящих материалов.

Универсальность промышленных индукционных нагревателей

Индукционные нагреватели используются для широкого спектра операций над металлом:

• отпуск для достижения пластичности и ударной вязкости заготовок;
• сварка для изготовления электросварных труб;
• отжиг при производстве трубопроката, полос, проволоки;
• закалка с быстрым охлаждением для увеличения стойкости к износу деталей;
• пайка двух материалов посредством расплавления присадочного металла;
• склейка полимеров, сушка клеевых средств, затвердевание связующих составов.

Тепловая обработка с помощью ТВЧ применяется в цехах независимо от промышленных масштабов благодаря удобству и безопасности для операторов.

Преимущества установок индукционного нагрева перед другими нагревателями

• Скорость работы – самый быстрый способ термообработки.
• Высокая точность – благодаря локальному воздействию нагрев происходит только конкретной зоны.
• Безопасность процесса – в отличие от газовых горелок отсутствует пожароопасный фактор.
• Компактность – незначительные габариты делают установки мобильными и удобными в эксплуатации.
• Сниженное энергопотребление – высокое КПД при малых затратах энергии.

Индукционные системы 100% экологически безвредные и не портят целостности металла в отличие от горелок и ТЭНов.

Фуко токи — Справочник химика 21

    Токи высокой частоты. Воздействие токами высоких частот или сокращенно ТВЧ (0,15-300 МГц) связано с возбуждением внешним электромагнитным полем в веществах в зависимости от их свойств, токов проводимости (вихревые токи Фуко) и токов смещения в диэлектриках. Протекание этих токов вызывает индукционный и соответственно диэлектрический нагрев материалов [14]. Существенный вклад в теорию и практику индукционного и диэлектрического нагрева внесли советские ученые В.П. Вологдин, Г.И. Бабат, A.B. Нету-шил, A.B. Донской и др. [c.82]

    Возникновение токов Фуко сопровождается диссипацией энергии, выделяющейся в виде джоулева тепла оно и вызывает разогрев проводника. [c.357]

    При индукционном нагреве если ось. индуктора будет совпадать с осью объекта, то вихревые токи Фуко будут располагаться по замкнутым контурам в поперечном сечении проводящего тела, пронизывая внешние 50% продольного сечения тела. [c.211]

    Переход электрической энергии в тепловую может послужить импульсом воспламенения в случаях перегрузки, больших переходных сопротивлений, короткого замыкания, проявления токов Фуко. Этот переход описывается законом Джоуля — Ленца  

[c. 361]

    В любом случае образуется магнезит, который, растворяясь в феррите, на много порядков повышает его электрическую проводимость, а следовательно, и потери на токи Фуко при использо- [c.89]

    На рис. 7 приведена схема расположения в приборе электромагнитных катушек. Большая катушка 2 обеспечивает работу поршневой системы. Малая катушка 1 с неоновой лампочкой — индикаторное безконтрольное устройство. Ниже приведена характеристика электромагнитных катушек. Большая катушка каркас из листовой меди или латуни. Высота корпуса 150 мм, диаметр трубки 18—20 мм, диаметр дисков катушки 80 мм. Вдоль корпуса каркаса катушки прорезана щель для устранения токов Фуко. Провод ПЛ , диаметр 0,6—0,8 мм. Витков — 4000—5000. Индикаторная катушка корпус из эбонита или листовой меди. Вдоль металлического корпуса прорезается щель. Высота корпуса 12 мм, диаметр трубки 18—20 мм. 

[c.37]

    В реакционных аппаратах с индукционным обогревом используется тепловой эффект токов Фуко. Токи Фуко (вихревые токи) возникают в толще металла под действием переменного во времени электромагнитного поля. В электромашиностроении эти токи вызывают нежелательный нагрев массивных тел (в трансформаторах, электродвигателях и т. д.). 

[c.16]

    Воспламенение сгораемых изолирующих оболочек проводов может также произойти п( и перегреве металлических масс в сердечниках трансформаторов, якорях динамомашин под действием индуктивных токов Фуко. [c.207]

    Для снятия поляризационных кривых в простейшем случае применяют вращающийся механический коммутатор. Однако при большой скорости вращения контактные пластины коллектора коммутатора могут замкнуться через искровой разряд в момент разрыва поляризующей цепи некоторое искажение результатов возможно также из-за токов Фуко, возникающих при включении и выключении тока. [c.311]

    Индукционное нагревание. Этот способ нагревания электрическим током основан на использовании теплового эфвихревыми токами Фуко, возникающими в толщине стенок стального аппарата под воздействием переменного электрического поля. Аппарат с индукционным электронагревом подобен трансформатору, первичной обмоткой которого служат индукционные катушки, а магнитопроводом и вторичной катушкой — стенки аппарата. [c.322]

    Переход электрической энергии в тепловую может послужить импульсом воспламенения при перегрузке, больших переходных сопротивлениях, коротком замыкании, проявлении токов Фуко. [c.206]

    В этом случае при конструировании печей-теплогенераторов используется способность переменного тока создавать переменное магнитное поле и как следствие индуцировать в материалах, обладающих маг- нитной проницаемостью, токи, в частности вихревые (токи Фуко), характеризующиеся движением свободных элект- 2 ронов по замкнутым контурам. С точки зрения магнитной проницаемости все тела разделяются на два класса ферромагнетики (железо, сталь, чугун, никель, кобальт и неко-горые сплавы) и парамагнетики. Магнитная проницаемость различных парамагнетиков маЛо отличается и при практических расчетах принимается равной и—1-10 Г/м, т.

е. близкой к магнитной проницаемости вакуума ()11а= 1,256-10 Г/м). [c.204]

    Так как магнитный поток способен возбуждать в самом сердечнике токи Фуко, которые разогревают сердечник и вызывают потери энергии в окружающую среду, то подобные печи строятся низкочастотными (50 Гц). Для того чтобы канальная индукционная печь могла работать, канал должен быть электрически замкнутым, т. е. в нем всегда должен находиться слой расплавленного металла ( болото ), в который загружается твердая шихта. Объясняется это тем, что при заполнении канала твердой кусковой шихтой его электрическое сопротивление может оказаться чрезмерно большим. [c.217]

    Если расположить первичную катушку индуктора возможно ближе к металлу, находящемуся в тигле индукционной печи, то возможно магнитное поле в значительной степени сосредоточить в указанной емкости и свести к минимуму потери из-за рассеивания магнитного поля. Магнитное поле в металле, загруженном в тигель, приводит к возникновению в нем токов Фуко вне зависимости от того, будет металл находиться в твердом или жидком состоянии. Поэтому для пуска подобных индукционных печей нет необходимости иметь в них жидкий металл ( болото ). [c.218]

    Для ферромагнетиков д. — сложная функция Я (см. гл. VI), поэтому теоретически описать последействие (магнитная вязкость) ферромагнетиков очень трудно. В связи с этим обсудим явление лишь в общих чертах, не рассматривая при этом токи Фуко. [c.348]

    Резко упрочняет с потерей пластичности. Повышает сопротивление корро нни. Придает особые электротехнические свойства увеличивает электросопротивление, уменьшает потери на токи Фуко [c.17]

    Активно раскисляет. Повышает прочность и твердость стали и уменьшает вязкость (особенно при содержании более . 5%). Понижает теплопроводность и значительно повышает электросопротивление. Вследствие большой магнитной проницаемости и высокого электросопротивления значительно уменьшаются потери на токи Фуко и ватные потери. Увеличивает сопротивляемость окислению при высоких температурах. Способствует обезуглероживанию. Повышает кислотоупорность (при 81 > 12%). Увеличивает прокаливаемость [c.17]

    Для нагревания в широком диапазоне температур применяется электрический нагрев. Электрические нагреватели удобны для регулирования, обеспечивают создание хороших санитарно-гигиени-ческих условий, но относительно дороги. В зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую применяют электропечи сопротивления, индукционный нагрев, нагрев токами высокой частоты и электродуговой нагрев. В электропечах сопротивления преобразование энергии осуществляется через жаростойкие проводники с высоким удельным электрическим сопротивлением. Индукционный нагрев основан на использовании теплоты, выделяющейся за счет вихревых токов Фуко, возникающих под действием переменного магнитного поля. Этот метод обеспечивает равномерный нагрев, но дорог. Высокочастотный нагрев основан на превращении в теплоту энергии колебания молекул диэлектриков в переменном электрическом поле. Он обеспечивает равномерное нагревание материала по всей толщине. Однако из-за необходимости применения довольно сложной аппаратуры с низким коэффициентом полезного действия этот метод дорог и используется лишь в производствах ценных высококачественных материалов. Электродуговой нагрев основан на использовании электродуго- [c.362]

    В последнем случае в сопротивлении возникает ток и, в частности, вихревые токи Фуко, что приводит к разогреву сопротивления. [c.254]

    Вышедшие из строя массивные шины восстанавливают. Для этого оставшуюся на бандаже или ободе резину удаляют и сдают для переработки. Удаление резины производят проточкой до металла. Иногда остатки резины на металле удаляют нагреванием бандажей токами Фуко или обжигом на огне до 450 С. Освобожденный от резины бандаж и обод повторно обрезинивают так же, как при изготовлении новых шин. [c.258]

    Каркас катушки изготавливают из немагнитного влатериала (например из листовой меди). Вдоль катушки прорезают (ели оставляют при изготовлении) щель для защиты от разогревов токами Фуко. Высота каркаса кату цки 140-150 мм, провод ПЛ диаметром 0,6-0,8 мы число витков — 4000-5000. Проволоку нагреватеданого элемента накладывают на внешний цилиндр реактора. Чтобы проволока при нагревании не сползала, вдоль внешнего цилиндра реантора протягивают 10-12 асбестовых шнуров, закрепленных вшзу и вверху поперечными витками асбестового шнура, [c.211]

    Известно, что при изменении магнитного поля в любом проводнике возникают вихревые токи (токи Фуко). В обычных условиях они быстро гасятся сопротивлением. Но, если сопротивления нет (сверхпроводимость ), эти токи не затухают и, естественно, сохраняется созданное ими магнитное поле. Магнитик над свинцовой пластинкой имел, разумеется, свое поле и, падая на нее, возбуждал магнитное поле от самой пластинки, направленное навстречу полю магнита, и оно отталкивало магнит. Значит, задача сводилась к тому, чтобы подобрать магнитик такой массы, чтобы его могла удержать на почтительном расстоянии эта сила отталкивания.  [c.265]

    Магнитострикционные вибраторы выполняются обычно из слоистых (толщиной —0,1—0,3 мм), предварительно отожженных материалов, так как в отожженном материале уменьшаются потери на токи Фуко и на гистерезис и улучшаются магнитные свойства. [c.41]

    Правда, в этом случае магнитные полюса должны быть изготовлены из изолированных листов железа (универсальный мотор), так как в противном случае в магнитах индуцируются сильные вихревые токи (токи Фуко). При использовании переменного тока можно [c.616]

    Однако рассматриваемый метод имеет некоторые недостатки. При большой скорости вращения возможно замыкание контактных пластин коллектора коммутатора через искровые разряды в момент разрыва поляризующей цепи. Кроме того, в момент выключения тока возникают экстратоки (токи Фуко), появление которых искажает истинную величину потенциала поляризованного электрода. Применение этого метода связано с трудностями, которые обусловлены тем, что после поляризации электрода током большой плотности (десятые доли ампера на квадратный сантиметр) поляризация после выключения тока падает настолько быстро, что даже через 10 сек потенциал электрода сильно отличается от его значения при прохождении тока.  [c.256]

    В этой связи следует указать, что ЭК- и МК-системы могут в принципе не иметь собственных потерь. Их эффективность определяется только техническими потерями— внутренними и внешними. К внутренним с1 относятся потери из-за нагрева токами Фуко и от гистерезиса. Методы снижения потерь от вихревых токов известны из электротехники. Аналогичные задачи возникают, например, при проектировании трансформаторов. Гис-терезисные потери существенны только при достаточно больших значениях Н и Е в ферромагнетиках и С егнетоэлектриках. Следовательно, чгобы свести к минимуму эти потерн, надо работать при напряженностях магнитного или электрического полей, не превышающих определенных, оптимальных для каждого случая значений. [c.299]

    Электромагнитно-акустический (ЭМА) способ использует эффекты маг-нитострикции, лоренцевского и магнитного взаимодействий катушки с переменным током 2 и токопроводящего изделия в поле электромагнита 5 (см. табл. 1.8) [339]. Более подробно схема ЗЫА-преоб-разователя показана на рис. 1.40, а. Эффект лоренцевского (электродинамического) вза-имодействия состоит в следующем. Переменный ток / или h в катушках (в преобразователе делается только одна из этих катушек) индуцирует в электропроводящем ОК вихревые токи (токи Фуко). Они взаимодействуют с постоянным полем магнита, создающего индукцию В. [c.72]

    В опытах Кюрти в качестве парамагнитного материала использовалась медь в виде пучка тонких изолированных проволочек диаметром 0,13 мм, что необходимо для уменьшения нагрева образца токами Фуко. Тепловой контакт осуществлялся непосредственно погружением концов медных проволочек в обычную парамагнитную соль — хромокалиевые квасцы. При начальной температуре 0,012 К и напряженности поля 1600 000— [c.30]

    Индукционное нагревание основано на использовании теплового эффекта, вызываемого вихревыми токами Фуко, возникающими непосредственно в стенках стального нагреваемого аппарата. Аппарат с индукционным нагревом подобен трансформатору, первичной об- моткой которого служат индукционные катуппси, а магнитопроводом и вторичной катушкой — стенки аппарата. На рис. 113 показан реакционный аппарат с внешним индукционным нагревом. На корпусе аппарата 3 крепятся индукционные катушки 4. Кроме того, аппарат снабжен нагревательным паровым змеевиком 1 и мешалкой 2. Для удешевления процесса нагревания массу в аппарате предварительно нагревают паром до 180° С, а затем включают индукционный нагрев, позволяющий обеспечить точное поддержание более высоких температур — до 400° С. [c.131]

    Магнитострикцион-ные вибраторы могут изготовляться не только в виде стержней, но и в виде трубок, а также наборов из тонких пластин. Так как в сплошных образцах имеют место потери на вихревые токи (токи Фуко) и гистерезис, целесообразнее применять расслоенные материалы. Поэтому чаще всего магнитострик-ционные вибраторы делают из тонких листов, скрепленных между собой,— пакетные вибраторы (рис. 14). Пластины, вырезанные из прокатанного листа, в большинстве случаев подвергают отжигу [37]. Отожженный материал обладает лучшими магнитными свойствами, потери на токи Фуко и гистерезис становятся меньшими, уменьшается количество ампервитков, необходимое для насыщения. Однако для некоторых неотожженных материалов величина магнито-стрикции оказывается несколько большей. Кроме того, неотожженные листы имеют большую прочность. [c.64]

    Электрическая энергия, перешедшая в тепловую, может явиться импульсом воспламенения в случае перегрузок электрических цепей, короткого замыкания, больших переходных сопротивлений, возникновения токов Фуко, иокр и электрических дуг. Для того, чтобы предупредить воспламенение электроизоляции, допускаемая сила тока в проводах с резиновой и хлопчатобумажной изоляцией устанавливается с таким расчетом, чтобы при длительной работе нагрев проводника не превышал установленного нормами. [c.262]

    II таким образом измерения делаются нечувствительными к изменеппядг амплитуды и частоты колебаний, не. линейпости усиления и т. п. Этот метод пригоден для работы не только с ферромагнитными, по и с парамагнитными веществами. Имеются данные, говорящие о том. что эта установка имеет высокую чувствительность и стабильность. Сложности при использовании этого метода возникают лишь в случае исследования проводников из-за возникновения токов Фуко. При изучении ке большинства катализаторов ток1г Фуко не возникают, поскольку частицы катализатора малы и обычно электрически изолированы друг от друга. [c.420]

---

О индукционном нагреве

КАКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

имеет индукционный нагрев в сравнении с другими видами нагрева, такими как радиационный или газопламенный?

КАК ЭТО ВОЗМОЖНО ?

Переменный ток, полученный от преобразователя частоты, протекает через индуктор и создает магнитное поле. Это поле сконцентрировано внутри  индуктора и его величина зависит от силы тока и числа витков.

Токи Фуко (вихревые токи) наводятся во всех предметах, помещенных внутри индуктора и проводящих ток. Из-за наличия электрического сопротивления в предмете происходит выработка тепла в области протекания токов Фуко (закон Джоуля-Ленца). С ростом силы магнитного поля увеличивается и выработка тепла. Однако на суммарное тепловое воздействие влияют и магнитные свойства предмета и расстояние от предмета до индуктора.

СПРАВОЧНОЕ

Глубина проникновения тока в деталь в зависимости от частоты (Гц)

Материал	Температура, °С	Глубина проникновения тока, мм, при частоте, Гц
		50	1000	2500	8000	70 000	150 000
Конструкционная сталь	20	2,8	0,64	0,4	0,22	0,07	0,05
	1 000	85	19	12	7	2,2	1,6
Аустенитная сталь (немагнитная)	20	32,2	7,15	4,5	2,5	0,85	0,58
	1 000	85,5	19	12	6,7	2,2	1,55
Алюминий	20	12	2,7	1,7	0,95	0,32	0,21
	600	24	5,4	3,4	1,7	0,64	0,42
Медь	20	9,5	2,1	1,34	0,75	0,25	0,13
Графит	600	225	50	32	18	6	2,1

Сравнительная диаграмма зависимости глубины  проникновения тока  в деталь от частоты (для стали)

Рекомендуемые размеры детали и индуктора в зависимости от частоты тока (ориентировочно)

Материал					Частота, Гц
Сталь немагнитная	Сталь магнитная	Латунь	Медь	Алюминий и алюминиевые сплавы
Конечная температура, °C
Диаметр индуктора, мм
150-500	27-75	110-	50-	50-		50
80-250	8-35	35-440	22-800	22-800	500
40-175	6-25	30-300	15-600	15-600	1000
25-100	3,5-14	15-180	9-350	9-350	3000
20-85	2,5-10,5	10-130	7-260	7-260	5000
14-60	2-8,5	8-100	5-180	5-180	10000
10-40	1,5-5,5	6-75	3-125	3-125	20000
5-22	0,7-3,0	3,5-40	2-75	2-75	60000
4-17	0,5-2,0	2,5-30	175-60	1,5-60	100000
1,8-8	0,2-1,0	1,2-15	0,6-20	0,6-20	500000

Рекомендуемые частоты для нагрева под закалку на заданную глубину

Глубина закаленного слоя, мм		1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	10,0
Частота тока, кГц	максимальная	250	100	60	30	15	8,0	2,5
	оптимальная	60	25	15	7,0	4,0	1,5	0,5
	минимальная	15	7,0	4,0	1,5	1,0	0,5	0,15

Температуры основных процессов металлообработки некоторых материалов и энергия, требуемая для их индукционного нагрева

Температура, °С Энергия, кВт-ч/т
Процесс	Сталь	Сталь нерж. магн. немагн.		Никель	Титан	Медь	Латунь	Алюм.
Горячая штамповка	1220 400	1083 375	1137 430	1083 450	944 375	890 700	807 400	532 300
Закалка	917 250	972 260	—	752 300	890 325	807 600	642 325	477 275
Нормализация	862 225	807 210	1027 375	917 400	807 300	532 425	532 375	357 210
Теплая штамповка	752 175	—	642 250	642 240	—	—	—	—
Снятие напряжения	587 150	587 150	587 200	587 250	587 225	257 200	285 200	367 210
Отжиг	312 70	312 70	312 100	312 120	312 110	—	—	—
Упрочнение поверхности	230 50	230 50	230 75	230 90	230 80	230 175	230 110	230 125

источник: Westinqhouse Electric corp. , «Aron Age» vol.224, #35

ТИПОВЫЕ РЕЖИМЫ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛЕЙ

Марка стали	Твёрдость (HRCэ)	Температ. закалки, °С	Температ. отпуска,°С	Температ. зак. ТВЧ,°С	Температ. цемент., °С	Температ. отжига,°С	Закал. среда	Примечание
Сталь 20	57…63	790…820	160…200		920…950		Вода
Сталь 35	30. ..34	830…840	490…510				Вода
	33…35		450…500
	42…48		180…200	860…880
Сталь 45	20…25	820. ..840	550…600				Вода
	20…28		550…580
	24…28		500…550
	30…34		490…520
	42. ..51		180…220					Сеч. до 40 мм
	49…57		200…220	840…880
	<=22					780…820		С печью
Сталь 65Г	28…33	790. ..810	550…580				Масло	Сеч. до 60 мм
	43…49		340…380					Сеч. до 10 мм (пружины)
	55…61		160…220					Сеч. до 30 мм
Сталь 20Х	57…63	800. ..820	160…200		900…950		Масло
	59…63		180…220	850…870	900…950		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акрилан ида
	59…63					840…860
Сталь 40Х	24. ..28	840…860	500…550				Масло
	30…34		490…520
	47…51		180…200					Сеч. до 30 мм
	47…57			860. ..900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акрилан ида
	48…54							Азотиро вание
	<=22					840…860
Сталь 50Х	25…32	830. ..850	550…620				Масло	Сеч. до 100 мм
	49…55		180..200					Сеч. до 45 мм
	53…59		180…200	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акрилан ида
	<20					860. ..880
Сталь 12ХНЗА	57…63	780…800	180…200		900…920		Масло
	50…63		180…200	В50…870			Водный раствор	0,2…0,7°/о поли-акрилан ида
	<=22					840. ..870		С печью ДО 550…650
Сталь 38Х2МЮА	23…29	930…950	650…670				Масло	Сеч. до 100 мм
	<=22		650…670					Нормали зация 930…970
	HV > 670							Азотиро вание
Сталь 7ХГ2ВМ	<=25					770. ..790		С печью до 550
	28…30	860…875	560…580				Воздух	Сеч. до 200 мм
	58…61		210…230					Сеч. до 120 мм
Стальб0С2А	<=22					840. ..860		С печью
	44…51	850…870	420…480				Масло	Сеч. до 20 мм
Сталь 35ХГС	<=22					880…900		С печью до 500…650
	50…53	870…890	180. ..200				Масло
Сталь 50ХФА	25…33	850…880	580…600				Масло
	51…56	850…870	180…200					Сеч. до 30 мм
	53. ..59		180…220	880…940			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акрилан ида
Сталь ШХ15	<=18					790…810		С печью до 600
	59…63	840…850	160…180				Масло	Сеч. до 20 мм
	51…57		300…400
	<=51		400…500
Сталь У7, У7А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
	44…51	800. ..830	300…400				Вода
	55…61		200…300				cеч. до до 250, ZZ м 18 мм
	61…64		160…200				масло
	61…64		160…200				Масло	Сеч. до 5 мм
Сталь У8, У8А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
	37…46	790…820	400…500				Вода ДО 250, масло	Сеч. до 60 мм
	61…65		160…200
	61. ..65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
	61…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% полиакрилан ида
Сталь У10, У10А	НВ <= 197					750. ..770
	40…48	770…800	400…500				Вода ДО 250, масло	Сеч. до 60 мм
	50…63		160…200
	61…65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
	5Э…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% полиакрилан ида
Сталь 9ХС	<=24					790…810		С печью до 600
	45…55	860…880	450…500				Масло	Сеч. до 30 мм
	40…48		500…600
	59…63		180…240					Сеч. до 40 мм
Сталь ХВГ	<=25					780…800		С печью до 650
	59… 63	820…850	180…220				Масло	Сеч. до 60 мм
	36…47		500-600
	55…S7		280…340					Сеч. до 70 мм
Сталь Х12М	61…63	1000. ..1030	190…210				Масло	Сеч. до 140 мм
	57…58		320…350
Сталь Р6М5	18…23					800…830		С печью до 600
	64. ..66	1210…12 30	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле ДО 300…450 град., воздух ДО 20
	26…29		780…800					Выдерж ка 2…3 часа, воздух
Сталь Р18	18…26					860. ..880		С печью до 600
	62…65	1260…12 80	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле ДО 150…200 град., воздух ДО 20
Пружин, сталь Кл. II			250…320					После холодной навивки пружин 30-ть минут
Сталь 5ХНМ, 5ХНВ	>=57	840. ..860	460…520				Масло	Сеч. до 100 мм
	42…46							Сеч. 100..200 мм
	39…43							Сеч. 200..300 мм
	37…42							Сеч. 300. .500 мм
	HV >= 450							Азотирование. Cеч. св. 70 мм
Сталь 30ХГСА	19…27	890…910	660…680				Масло
	27 …34		580…600
	34. ..39		500…540
	Н					770…790		С печью до 650
Сталь 12Х18Н9Т	<=18	1100…1150					Вода
Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА	30. ..36	840…860	600…650				Масло
	34…39		550…600
Сталь ЭИ961Ш	27…33	1000…1010	660…690				Масло	13Х11Н2В2 НФ
	34. ..39		560…590					При t>6 мм вода
Сталь 20X13	27…35	1050	550…600				Воздух
	43,5…50,5		200
Сталь 40X13	49,5. ..56	1000…1050	200…300				Масло

Стали, применяемые для изделий с поверхностной закалкой индукционным способом

Марка стали	Химический состав. %				Глубина закал. слоя максимальная, мм	Твердость закал. слоя после низкого отпуска, HRC	Темп-ра нагрева (°С) при продолжительности пребывания выше АС1 (сек)
	С	Мп	Si	Другие элементы			2-4	1,0-1.5	0,5—0,8
35	0,32—0,40	0,5-0,8	0,17-0,37		3	50—56	880-920	910—950	970-1050
45	0,37—0,45	0,5-0,8	0,17—0,37	—	4	55—62	850—890	880-920	930—1000
50	0,47—0,55	0,5-0,8	0,17—0,37	—	4	57—63	850-890	880—920	930—1000
45 Г2	0,35—0,45	1,4—1,8	0,17-0,37	—	5	55—61	830-870	860-900	920—980
40Х	0,36-0,45	0,5-0,8	0,17—0,37	0,8-1,1 Сг	6	54—56	860—900	880—920	940—1000
40ХФ	0,37-0,44	0,5-0,8	0,17-0,37	0,8-1,1 Сг	5	55-60	860-900	880-920	950-1010
				0,1-0,2 V
40ХС	0,37-0. 45	0,3-0,6	1,2-1,60	1,3-1,6 Сг	6	54—59	860-900	880-920	950—1010
45ХН	0,41-0,49	0,5-0,8	0,17-0,37	0,45—0,75 Сг	8	56-61	840-880	860-900	920-980
				1,0-1,4 Ni
У12	1,15-1,24	0,15-0,3	0,15-0,30	—	2	60-64	800—840	820-880	840-920
ШХ15	0,95-1,10	0,2—0,4	0,15-0,30	1,3—1,65 Сг	8	62-64	900—940		_
55ПП	0,55-0,63	Не более	0,10-0,30	0,28 Ni, 0,15 Сг,	2	59-61	900-1000	. _	_
		0,2		0,2 Си (суммар-
				пый процент не
				более 0,5)
С 421-40	2,80-3,00	0,3-0,5	2,5-3,20		5	45-53	880-900	900-920
* До полумартенситной зоны.

ОТРАСЛИ И ПРОИЗВОДСТВА

в которых могут найти и находят применение наши станки и установки

(в алфавитном порядке)

• Авиакосмическая
• Автомобильная
• Атомная
• Возобновляемые источники энергии
• Домашняя утварь и инструменты
• Железнодорожная отрасль
• Кабели и провода
• Ковка
• Кораблестроение
• Литье
• Медицина
• Нефть и газ
• Пищевая
• Тяжелая промышленность
• Термическая обработка
• Трубы и трубопроводы
• Цепное производство

РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ МОЩНОСТИ

Для предварительного расчета потребной мощности при нагреве заготовок различной формы и размера можно воспользоваться нашим калькулятором.

Общество с ограниченной ответственностью

«Индукционные Машины»

 

ИНН 0278194207 КПП 027801001

ОГРН 1120280048030

ОКАТО 80401390000 ОКПО 12702813

ОКОГУ 4210014 ОКФС 16 ОКОПФ 12165

Тел: +7(347)285-75-13

e-mail: [email protected]

www: imltd.ru

 

Юридический адрес

450078, РБ, г.Уфа, ул. Владивостокская, 1а

Физический адрес

450071, г.Уфа, ул. 50 лет СССР, 39, корп.6

Почтовый адрес

450064, а/я 75

Индукционные Машины, 2017

Закалочные станки * Индукционные установки * Электротермическое оборудование * Индукционные  вихревые нагреватели

Токи вихревые (Фуко) — Энциклопедия по машиностроению XXL

Токи вихревые (Фуко) 224 Торы — Момент инерции 144  [c. 1001]

Индукционная закалка с нагревом т. в. ч. Впервые нагрев деталей под закалку т. в. ч. был применен В. П. Вологдиным в 1923—1924 гг. Этот способ нагрева основан на физическом явлении, состоящем в том, что электрический ток высокой частоты, проходя по проводнику (индуктору), создает вокруг него электромагнитное поле. Если в это поле поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться токи (вихревые токи или, иначе, токи Фуко), характерной особенностью которых является концентрация их на поверхности металла.  [c.192]

В основе эффекта нагрева при высокочастотной сварке металлов лежит закон электромагнитной индукции. В массе материала, имеющего электронную проводимость (металл, графит), в переменном магнитном поле наводится ЭДС, изменяющаяся с той же частотой, что и внешнее магнитное поле. В результате появляются индукционные токи (вихревые токи, или токи Фуко), которые и вызывают нагрев.  [c.515]

Токи вихревые (индуцированные, Фуко) 284,290 Томление 446 Трансляция 17 Требования к материалу  [c.739]

Индукционная тигельная плавильная печь (рис. 2.6) состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500—2000 Гц). Ток создает переменный магнитный поток, пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагревающие металл 1 до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель изготовляют из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Вместимость тигля  [c.39]

Вихревые токи (токи Фуко) наводятся в металлических деталях машин и аппаратов, пронизываемых изменяющимся магнитным потоком, и замыкаются в толще этих деталей, вызывая в них потери энергии.  [c.112]

Вихревые токи или токи Фуко. Переменное магнитное поле вследствие индукции вызывает в сплошных магнитопроводах появление вихревых токов, которые нагревают металл. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы изготовляются не сплошными, а из изолированных друг от друга стальных или железных листов толщиной 0,35 -f- 0,5 мм. Мощность, затрачиваемая на вихревые токи, равна  [c.517]

Принцип разогрева мазута. Инженерами Ленэнерго (тт. Романов А. А., Гольдман А. Д., Каюков М. Н., Зо-нов С. Ф.) предложен новый способ подогрева мазута в железнодорожных цистернах, сущность которого заключается в следующем. На цистерну, представляющую собой замкнутый контур из сплошного железа, наматывается изолированный провод. На витки подается напряжение переменного тока промышленной частоты. При этом создается переменное магнитное поле, пронизывающее стальную массу цистерны, которое наводит в железе цистерны вихревые токи Фуко. Величина токов в железе цистерны зависит от числа витков и силы тока, протекающего по обмотке.  [c.90]

Токами Фуко называются вихревые токи, образующиеся в теле проводника при возникновении в нем переменного магнитного поля. Они используются в индукционных печах для создания чистых источников нагрева. Для уменьшения вредного влияния токов Фуко в сердечниках трансформаторов и других устройствах их набирают из отдельных изолированных кусков так, чтобы слои изоляции располагались параллельно магнитному полю.  [c.218]

Индукционный нагрев имеет место при прохождении вихревых токов (токов Фуко) высокой частоты через электропроводный материал заготовки.  [c.239]

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени вихревыми токами (токами Фуко), прямо пропорционально квадрату частоты изменения магнитного поля.  [c.103]

При индукционном нагреве металл, помещенный в магнитное поле контура, по которому протекает переменный электрический ток, нагревается индуцированными вихревыми токами Фуко.  [c.227]

Индукционный нагрев основан на следующем явлении. При прохождении переменного электрического тока высокой частоты по проводнику — медному индуктору 1 (рис. 23) вокруг последнего образуется переменное электромагнитное поле, силовые линии 3 которого пронизывают помещенную в индуктор деталь 2. В поверхностном слое детали возникают вихревые токи (токи Фуко), вызывающие нагрев этого слоя до высокой температуры.  [c.45]

Вихревые токи возникают в электропроводящих телах под воздействием изменения внешнего магнитного поля, которое может происходить как за счет изменения магнитного потока во времени, так и в результате относительного перемещения электропроводящего тела и магнитного потока. Впервые наиболее подробно вихревые токи исследованы французским физиком Ж. Фуко (1819—1868) и часто называются его именем (токи Фуко). Замыкаясь в электропроводящем теле, вихревые токи образуют электрические контуры, индуцирующие встречный магнитный поток, сцепляющийся с внешним магнитным полем. В результате взаимодействия этих встречных магнитных потоков происходит изменение ЭДС измерительной или полного электрического сопротивления возбуждающей индуктивных катушек преобразователя. Величины этих изменений, являющихся первичным информативным параметром, зависят от параметров объекта контроля, величины напряженности внешнего электромагнитного поля Я и расстояния а до объекта контроля.  [c.129]

Индукционный нагрев — наиболее рациональный и прогрессивный способ нагрева заготовок. Он основан на образовании переменным током, проходящим через соленоид (индуктор), магнитного поля. В заготовке, помещенной в это поле, возникают вихревые токи (Фуко), которые наряду с теплом от гистерезиса перемагничивания нагревают металл. Нагреваемый металл или заготовку при индукционном нагреве помещают в нагревательный индуктор, по которому пропускают переменный ток. Частота  [c.250]

Что же касается процесса намагничивания ферромагнетика, то ожидать синхронности между скоростью его намагничивания и скоростью изменения намагничивающего поля в этом случае нельзя. Магнитные свойства ферромагнитных тел как в процессе намагничивания, так и при постоянной величине внешнего магнитного поля существенно зависят от времени. Объяснение этому следует искать прежде всего в следующем. При намагничивании ферромагнетика импульсным полем, помимо токов Фуко, возникают специфические микроскопические вихревые токи (за счет процессов смещения границ между доменами и процессов вращения векторов намагниченности). Вихревые токи создают дополнительное обратное магнитное поле, тормозящее процесс намагничивания. Наблюдается так называемое магнитное запаздывание.  [c.102]

При периодическом перемагничивании магнитного материала полем переменного тока в нем возникают потери на гистерезис и потери на вихревые токи Фуко.  [c.210]

Яе— потери на вихревые токи Фуко.  [c.211]

Нагрев токами высокой частоты (индукционная закалка) заключается в том, что ток высокой частоты (500—10 ООО ООО Гц) поступает в индуктор, охватывающий деталь. На поверхности детали индуктируются вихревые токи (токи Фуко), вследствие чего деталь нагревается. Нагретую поверхность детали охлаждают жидкостью, вызывая этим закалку.  [c.31]

Установка для индукционного нагрева (рис. 77, а) предназначена для нагрева заготовок из черных и цветных металлов и их сплавов. Она имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения, и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. Нагреваемую заготовку устанавливают в индуктор, благодаря которому в заготовке возбуждаются индукционные вихревые токи (токи Фуко). При этом наибольшая плотность тока возникает в поверхностных слоях заготовки. Глубину проникновения магнитного поля в нагреваемую заготовку А (в см) определяют по формуле  [c.101]

Индуктор (фиг. 222) является по существу соленоидом, по которому пропускается переменный ток. Внутрь индуктора помещается нагреваемая заготовка, выполняющая роль сердечника. При пропускании по обмотке индуктора переменного тока возникает магнитное поле индукции, под влиянием которого в заготовке индуктируются вихревые токи (токи Фуко), которые, замыкаясь в плоскостях, перпендикулярных к вектору магнитной индукции, вызывают нагрев заготовки.  [c.347]

I — ток повышенной частоты, питающий спираль индуктора /ф — вихревые токи (токи Фуко) В — вектор магнитной индукции.  [c.352]

По индуктору пропускается переменный ток, и в заготовке, оказывающейся в переменном электромагнитном поле, возникают вихревые токи (токи Фуко). Теплота в нагреваемом металле выделяется в основном вследствие действия вихревых токов. Толщина слоя, в котором возникают токи Фуко, уменьшается с ростом частоты тока в индукторе (скин-эффект). Поэтому для достижения равномерного но сечению нагрева заготовки с увеличением ее диаметра частота тока должна быть ниже. При нагреве заготовок диаметром до 150 мм применяют ток повышенной частоты (500—8000 Гц) при нагреве заготовок большего диаметра — ток промышленной частоты (50 Гц).  [c.94]

Нагрев токами высокой частоты представляет собой частный случай индукционного нагрева, сущность которого состоит в том, что если металлическую деталь поместить в переменное магнитное поле, то в детали будут индуктироваться (возникать) так называемые вихревые токи или токи Фуко (названные так в честь французского физика прошлого века). Эти возникшие внутри самого металла токи и производят его нагрев. Вихревые токи возникают всегда, когда металлическая деталь подвергается действию переменного магнитного поля. Во многих случаях, как например в трансформаторах, они являются вредными, так как часть трансформируемой электрической энергии затрачивается на совершенно ненужный нагрев самого трансформатора. При индукционном же нагреве вихревые токи оказываются полезными, так как они производят нужный нагрев.  [c.174]

Нагрев токами высокой частоты, представляет частный случай индукционного нагрева, сущность которого, как известно из физики, состоит в том, что если металлическую деталь поместить в переменное магнитное поле, то в металле детали будут индуктироваться так называемые вихревые токи (или токи Фуко). Эти токи, возникшие внутри самого металла, и производят его нагрев. Вихревые токи возникают всегда, когда металлическая деталь подвер-  [c.170]

Для нагрева деталь 1 помещают в индуктор 2, представляющий собой один или несколько витков медной трубки или шины (рис. 83). При протекании по индуктору 2 электрического тока высокой частоты создается переменное магнитное поле, силовые линии 3 которого пронизывают установленную в индуктор деталь 1. В результате в поверхностном слое детали возникают вихревые токи (токи Фуко), вызывающие нагрев этого слоя до высоких температур.  [c.115]

Рассмотрим принципиальную схему нагрева (рис. 8.5). Переменный электрический ток подводится к индуктору 1 (кольцеобразно согнутой медной трубке). Деталь 2 помещают в индуктор. Внутри индуктора возникает переменное магнитное поле 3, индуктирующее в поверхности детали электродвижущую силу, под действием которой в металле возникают электрические вихревые токи (токи Фуко), вызывающие нагрев поверхности детали до высокой температуры. Это обеспечивает высокую скорость нагрева (в течение нескольких секунд) и позволяет производить местный нагрев. Охлаждение обычно душевое, для чего на внутренней поверхности индуктора имеются многочисленные отверстия, через которые после окончания нагрева на поверхность детали поступает вода.  [c.79]

Электрические (электродинамические) тормоза-замедлители представляют собой индукционные муфты, в которых для создания тормозного момента используются вихревые токи (токи Фуко). Эти замедлители конструктивно выполнены с неподвижными катушками электромагнитов и вращающимся якорем. Неподвижные обмотки возбуждения располагаются концентрично или на одинаковом расстоянии относительно оси вращения якоря. Питание обмоток электромагнитов осуществляется от аккумуляторной батареи или от генератора, приводимого от трансмиссии автомобиля. Система управления замедлителем обычно электрическая, автономная.  [c.307]

Дефектоскопы, основанные на методе оценки вихревых токов. Вихревые токи (или, иначе, токи Фуко) это — электрические токи, возникающие вследствие электромагнитной индукции в электропроводящей массе, например, в металлах нри изменеции пронизывающего ее магнитного потока и замыкающиеся в ее толще.  [c.35]

Пример 91. Гидравлический демпфер. Разберем движение груза, подвешенного на пружине, при наличии тормозящего приспособления — демпфера, или катаракта. Демпфирование может осуществляться различными механическими, в частности гидравлическими, электромагнитными (например, вихревыми токами Фуко) и другими способами. Гидравлический демифер (рис. 259) представляет собой закрытый цилиндр С с поршнем Я, соединенным жестким стержнем 5 с телом М. В цилиндр налита вязкая жидкость при движении груза и связанного с ним поршня жидкость перетекает из одной части цилиндра в другую через перепускные трубки К (которых мо кет быть несколько) или непосредственно через просверленные в поршне отверстия.  [c.86]

Индукционная печь без магнитопровода представляет собой мно-говитковый водоохлаждаемый индуктор с внутренней огнеупорной футеровкой в виде тигля, в который загружают губку платиновых металлов или шихту. При прохождении по индуктору переменного тока высокой частоты образуется электромагнитное поле, силовые линии которого пронизывают тигель, шихту и наводят в последней индукционные токи Фуко, обусловливающие вихревой (перемешивающий) и температурный эффекты.  [c.419]

Ток создает переменный магнитный поток, пронизывающий куски металла в тигле. Переменный магнитный поток наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагревающие металл 1 до расплавления и необходимых температур перефева. Тигель изготовляют из кислых (кварщ1т) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Вместимость тигля 60 кг. .. 25 т. Для уменьшения потерь теплоты печь имеет съемный свод 2.  [c.44]

Вентиляторы, характеристики 314, 315 Вероятность события 69 Взаимная энергия токов 105 Вибрация подшипников, шчала амплитуд 398 Винтовые насосы, характеристики 309 Вихревые иасосы, характернстикн 308 токи см. Токи Фуко  [c.734]

При сварке на переменном токе явление магнитного дутья заметно ослабляется. Магнитный поток, создаваемый в сварочном контуре 1пе ременным током, индуктирует в массе основного металла вихравые токи (токи Фуко), которые вызывают появление своего переменного магнитного поля, сдвинутого почти на 180° по отношению к сварочному току. Результирующий магнитный поток, равный геометрической Рис. 27. Схема отклонения элек- сумме магнитных ПОТОКОВ сва-трической дуги магнитным полем рочного и вихревых ТОКОВ, значительно меньше. магнитного потока при постоянном токе, а, кроме того, он сдвинут по фазе относительно сварочного тока, что ослабляет электро.магнитную силу взаимодействия магнитного поля с током.  [c.52]

---

Основы индукционного нагрева — НПП «ПромСЭЛТ»

Индукционный нагрев – это процесс нагрева материалов (обычно металлов) посредством переменного магнитного поля, создаваемого электромагнитным индуктором. Поскольку нагрев осуществляется посредством магнитного поля, нагрев может производится бесконтактным способом.

Индукционный нагрев применяется, преимущественно, для нагрева металлов. Нагрев в данном случае осуществляется за счет выделения теплоты от протекания вихревых токов (токов Фуко), создаваемых переменным магнитным полем в толще нагреваемого материала. При этом индуцируемые вихревые токи являются полностью замкнутыми внутри нагреваемого материала. Важным фактором при этом типе нагрева является удельное электрическое сопротивление нагреваемого материала: материалы с низким удельным сопротивлением нагреваются хуже.

Индукционный нагрев может осуществляться также за счет потерь на перемагничивание ферромагнитных материалов. Такой тип нагрева может применяться при индукционном нагреве неэлектропроводных материалов, например, пластмасс. Нагреваемый материал в этом случае легируют ферромагнитной примесью, частицы которой, при попадании пластика в переменное магнитное поле, нагреваются за счет потерь на перемагничивание. Одним из ключевых факторов при таком типе нагрева является площадь петли гистерезиса вводимой примеси: материалы с большей площадью петли гистерезиса нагреваются интенсивней.

Тем не менее, наилучшим материалом для индукционного нагрева являются сплавы на основе железа. Это обуславливается как его высокой магнитной проницаемостью, так и его значительным удельным электрическим сопротивлением.

Технически процесс индукционного нагрева производится следующим образом. Заготовка из нагреваемого материала помещается внутрь электромагнитного индуктора. Индуктор в простейшем случае представляет собой многовитковый соленоид, выполненный из медной трубы, по которой, помимо электрического тока, протекает охладитель. Контакт между заготовкой и витками индуктора при этом отсутствует. При протекании по виткам индуктора переменного электрического тока достаточной величины, внутри индуктора создается переменное магнитное поле, которое согласно закону Фарадея, индуцирует внутри заготовки вихревые электрические токи, разогревающие материал заготовки.

Одним из ключевых параметров протекающего электрического тока по виткам индуктора, является его частота. Возникновение и величина индуцируемых в материале заготовки вихревых токов напрямую связаны с частотой тока индуктора: вихревые токи также являются переменными и имеют ту же частоту, что и протекающий по виткам индуктора ток, а величина плотности индуцируемых вихревых токов пропорциональна частоте тока индуктора.

Первые образцы оборудования индукционного нагрева функционировали на основной частоте сети питания (50 Гц), что требовало значительных (до десятков килоампер) токов индуктора. Современные технологии позволяют изготавливать оборудование для индукционного нагрева с частотами до нескольких мегагерц, однако для нагрева крупных стальных деталей бывает необходимо использовать частоты порядка 500 – 1000 Гц.

Для формирования высокочастотного переменного электрического тока, необходимого для индукционного нагрева, применяются преобразователи частоты (генераторы ТВЧ), являющиеся основой любого оборудования индукционного нагрева. 

Вихревые токи – токи Фуко, что это такое и где они используются | Энергофиксик

Вихревые или еще так называемые цикличные токи могут нести в себе помимо вреда еще и пользу. С одной стороны, вихревые токи — это непосредственная причина потерь электроэнергии в проводнике либо же катушке. В то же самое время на этом эффекте построены современные индукционные печи, так что польза от таких токов есть. Давайте поговорим о пользе и вреде немного по подробней.

yandex.ru

yandex.ru

Краткое определение

Для начала давайте дадим определение озвученному явлению. Вихревые токи — это такие токи, которые начинают протекать по причине воздействия переменного магнитного поля. При этом может изменяться не само поле, а положение проводника в этом поле, то есть если проводник начнет перемещаться в статичном поле, то в нем все равно образуются токи Фуко.

И траекторию протекания таких токов определить невозможно. Известно лишь то, что ток проходит в том месте, где сопротивление минимально.

Как открыли это явление

Изначально вихревые токи были зафиксированы в 1824 году ученым
Д.А. Араго во время проведения следующего опыта:

На одной оси были смонтированы медный диск и магнитная стрелка, диск располагался внизу, а стрелка несколько выше. Так вот, когда стрелку вращали, то медный диск также начинал вращаться, так как протекающие токи формировали магнитное поле, которое и вступало во взаимодействие с магнитной стрелкой.

Наблюдаемый эффект получил название – явление Араго.

yandex.ru

yandex.ru

По истечении нескольких лет этот вопрос стал изучать Максвелл Фарадей, который как раз открыл закон электромагнитной индукции. Так вот, согласно открытому закону было сделано предположение, что магнитное поле оказывает непосредственное воздействие на атомарную решетку проводника.

И образующийся в результате данного воздействия электрический ток, всегда формирует магнитное поле во всем проводнике.

А подробно описал вихревые токи уже экспериментатор Фуко, именно поэтому второе название вихревых токов – токи Фуко. С историей немного познакомились, теперь давайте узнаем природу вихревых токов.

Природа вихревых токов

Замкнутые циклические токи могут образоваться в проводнике только в том варианте, когда магнитное поле, в котором находится проводник, имеет нестабильную структуру, то есть имеет вращение или изменяется со временем.

Из этого следует, что сила вихревых токов имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока, проходящего через проводник.

По общепринятой теории электроны перемещаются в проводнике линейным образом из-за разности потенциалов, а это значит, что ток имеет прямое направление.

yandex.ru

yandex.ru

Токи Фуко ведут себя совершенно по-другому и образуют вихревой замкнутый контур прямо в проводнике. При этом данные токи способны на взаимодействие с магнитным полем, которое их и создало.

Проводя исследование этих токов, ученый Ленц сделал вывод, что сгенерированное вихревыми токами магнитное поле не позволяет магнитному потоку, который и создал эти токи, измениться. При этом направленность силовых линий вихревого тока идентично вектору направления индукционного тока.

Вихревые токи и их вред

Давайте вспомним, как выглядит обычный трансформатор.

Так вот, если вы внимательно посмотрите на сердечник, то вы увидите, что он собран из отдельных пластин. А вам не кажется, что гораздо проще его было выполнить цельным?

Именно таким «дроблением» пытаются максимально снизить негативное воздействие токов Фуко. Ведь вихревые токи нагревают тело, в котором они протекают.

Как же они появляются в трансформаторе? Его работа и основана на принципах взаимодействия магнитных полей переменного характера, а как мы уже знаем переменное поле неизбежно порождает вихревые токи.

yandex.ru

yandex.ru

Получается, что вихревой ток нагревает сердечник. А нагрев ведет к снижению КПД и сильный перегрев приведет к оплавлению изоляции, а значит разрушению трансформатора.

Как снижают потери

Данные потери могут быть описаны следующей формулой:

Как вы знаете, верно следующее утверждение: проводник с маленьким сечением обладает большим сопротивлением, а чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток проходит через него.

Именно поэтому сердечник выполнен из цельного куска стали, а не собран из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалиной или слоем лака. Такой способ сборки сердечника максимально уменьшает потери в сердечнике, то есть сводят вихревые токи до минимума.

Полезное использование вихревых токов

Данные токи не только несут негатив. Их давно научились использовать с пользой. Так, например, свойства вихревых токов используются в индукционных счетчиках. Данные токи замедляют вращение алюминиевого диска, который вращается под действием магнитного поля.

Так же создание индукционных сталеплавильных печей оказало несоизмеримый вклад в развитие всей современной индустрии производства стали.

yandex.ru

yandex.ru

Такие печи работают следующим образом: металл, который будут подвергать плавлению, помещают внутрь катушки, через которую начинают пропускать ток повышенной частоты. При этом магнитное поле формирует большие токи внутри металла, и последующий нагрев расплавляет металл.

В многоквартирных домах вы сможете увидеть индукционные плитки, принцип работы которых также основан на использовании эффекта образования вихревых токов.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о вихревых токах (токах Фуко). Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Вихревой индукционный нагреватель — вихре-индукционный котел

Электрокотлы индукционного типа вошли в нашу жизнь относительно недавно – где-то в середине 90-х годов прошлого века, и с тех пор все больше производителей предлагают рынку свою продукцию. Сегодня сложно сказать, кто был пионером в этой области – ведь сам принцип известен еще с XIX века, однако конструкции с энергетическими характеристиками, близкими по эффективности к ТЭНам появились только в наши дни. Именно сейчас промышленные образцы этого типа оборудования демонстрируют высокую эффективность преобразования электроэнергии в тепло с КПД порядка 98-99% и коэффициентом мощности 0,98-0,99. Но прежде чем купить электрокотел, покупателю придется решить непростую задачу: разобраться не только в том, чем отличается нагреватель индукционного (еще его называют «трансформаторного») типа, например, от ТЭНового, но и понять, есть ли различия у «просто» индукционного нагревателя и вихревого индукционного нагревателя, и в чем они заключаются: может быть, последний быстрее работает? Давайте разберемся.

Не будем называть конкретных производителей вихревых котлов, чтобы нашу статью не сочли рекламной – при желании и доступе в интернет, найти их несложно. Итак, что же представляет собой конструкция вихре-индукционного нагревателя? Условно говоря, такой прибор состоит из трубы-теплообменника, внутри которой размещен индуктор – катушка из провода, которая является первичной обмоткой. При подаче электричества на эту катушку, вокруг возникает переменное магнитное поле. Если в область воздействия этого поля поместить металлический проводник, то он начнет разогреваться. Именно таким проводником и служит труба-теплообменник, внутри которой находится индуктор. А дальше – дело техники – снять тепло с трубы и подать его в систему отопления. Делается это уже вполне традиционно – при помощи теплоносителя. Остался только один, но главный, вопрос – за счет чего нагревается проводник (труба) и, наконец, причем тут “вихри”? Ответим на оба вопроса сразу: труба нагревается под воздействием вихревых токов, которые возникают в металле проводника под воздействием электромагнитного поля.

Еще эти токи называются токами Фуко (по имени французского физика Жана Фуко, который подробно описал их в начале XIX века). А вихревые они потому, что являются замкнутыми в кольце. Поэтому труба или проводник еще называются короткозамкнутым витком. И поскольку массивное тело проводника создает сопротивление этим токам, это приводит к его разогреву, температура которого тем больше, чем выше частота электрического тока, который подается на первичную обмотку индуктора. Впрочем, в системах отопления высокочастотные индукторы не применяются – в этом нет смысла. Нужных температур нагрева (90-110°C) можно добиться и при помощи электросети с промышленной частотой (50 Гц).

А чем же эти электрокотлы отличаются от «обычных» индукционных? Производителей последних тоже найти несложно. Что представляет собой конструкция такого нагревателя? Читаем на сайте производителя: «…индукционный нагреватель состоит из двух контуров. Первичный контур – катушки обмотки, вторичный контур – теплообменное устройство. Под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого катушкой, в металле теплообменного устройства индуцируются токи, вызывающие его нагрев».

Принцип работы, что называется, один-в-один. Вся разница лишь в том, как производитель решил окрестить токи, которые возникают в теплообменнике под воздействием магнитного поля. Один производитель упорно называет их «вихревыми», второй – «индукционными», третий – «индуцируемыми», четвертый – «наведенными». И ни один из них не кривит душой – все это суть названия одного и того же явления.

Таким образом, все различия в терминологии – не более чем работа маркетологов, стремящихся позиционировать свой товар, и сделать их отличными от других. В то время как покупателя, собственно, не интересует, что и как вы называете, собственно, даже и сам принцип не важен – важно, чтобы установка работала долго, надежно и не доставляла лишних хлопот. Справедливости ради надо отметить, что практически все производители предлагают индукционные нагреватели с достаточно высокими энергетическими характеристиками и выбор все равно остается непростым.

Индуктивно-кондуктивные электронагреватели

Также можно встретить еще одну разновидность нагревателей – «нагреватели индуктивно-кондуктивного типа». Надо отметить, что принципиально этот тип индукционных котлов не отличается от всех прочих, так как в основе лежит все тот же принцип возбуждения вихревых токов в металле теплообменного устройства под воздействием переменного магнитного поля. Однако в данном случае производитель дает своим нагревателям более четкую характеристику, поскольку, если теплообменник нагревается индуктивным способом, то тепло от теплообменника к теплоносителю передается кондуктивным способом, то есть переносом тепловой энергии от нагретых поверхностей к более холодным.

Конкуренция среди производителей индукционных котлов нарастает, и начинается уже борьба не на уровне конструкций, а на уровне качества выпускаемой продукции, что не может не радовать покупателей. Однако и «война конструкций» еще далека до окончания, и в следующей статье мы рассмотрим, в чем разница электронагревателей «трансформаторного» типа разных производителей.

►См. Индукционно-вихревые водонагреватели в нашем каталоге

Вихретоковый нагрев: преимущества и недостатки

В этой статье мы обсудим: — 1. Значение вихретокового нагрева 2. Преимущества вихретокового нагрева 3. Недостатки.

Значение вихретокового нагрева:

Вихретоковый нагрев также известен как индукционный нагрев. Нагреваемый материал помещается внутрь змеевика. Тепло в нагреваемом материале создается вихревыми токами. Потери мощности из-за вихревых токов представляют собой потери на вихревые токи и проявляются в виде тепла.

Нагреваемый металл помещается в катушку с высокочастотным током. Таким образом создается переменное магнитное поле, в металлической детали индуцируются вихревые токи, что влияет на нагрев. Потери мощности из-за вихревых токов в металлической детали зависят от мощности, потребляемой металлической деталью.

Потери на вихревые токи,

, где B _max = максимальная плотность потока

f = Частота сети

ρ = удельное сопротивление металлической детали

Поскольку потери на вихревые токи пропорциональны произведению квадрата частоты источника питания и квадрата плотности потока, то, контролируя плотность потока и частоту источника питания, можно контролировать количество тепла.

Частота может варьироваться от 50 Гц до 8 МГц в зависимости от типа выполняемой работы.

Этот метод часто используется для ковки, отжига. Процесс экономичен при постоянном нагреве.

Преимущества вихретокового нагрева :

(1) Это быстро и понятно.

(2) Тепловые потери незначительны, так как тепло вырабатывается в теле, которое непосредственно нагревается.

(3) Простое регулирование температуры i.е. путем управления частотой питания и плотностью потока.

(4) Тепло может проникать в металлическую поверхность на любую желаемую глубину.

(5) С оборудованием может работать даже неквалифицированный рабочий.

Недостатки вихретокового нагрева :

1. Это дорогостоящий метод производства тепла.

2. Низкий КПД.

3. Первоначальная стоимость аппарата высокая.

Колоссальная эффективность нагрева за счет вихревых токов в аморфных микропроводах с почти нулевой магнитострикцией

Петли гистерезиса переменного тока при 50 Гц

Для характеристики петель аксиального гистерезиса МВ использовался традиционный метод индукции 50 Гц.Петли гистерезиса для литых и отожженных образцов MW30 (МВ с магнитным диаметром d _м = 31,4 мкм) показаны на рис. 1 для одиночного МВ с L = 80 мм. Магнитное поведение МВ сильно зависит от доменной структуры и определяется минимизацией магнитоупругой энергии \ ({K} _ {me} = 3/2 {\ lambda} _ {s} {\ sigma} _ {ii} \ ), где λ _s относится к постоянной магнитострикции насыщения, а σ _ii является доминирующей составляющей внутреннего напряжения.

Рисунок 1

Петли гистерезиса при комнатной температуре MW30 с L = 80 мм, измеренные в литом состоянии и отожженные при 300 ° C.

MW30 с L = 80 мм показывает намагниченность насыщения M _с = 107 emu / g, поле насыщения H _с = 22 Oe и коэрцитивную силу H _c = 0,4 э, тогда как остаточная намагниченность M _r практически ничтожна.При отжиге образца M _s и H _c увеличиваются до 130 emu / g и 1.2 Oe соответственно, но H _s уменьшаются до 12 Oe (см. рис. 1). Обе кривые гистерезиса показывают отрицательный наклон в сильных полях из-за диамагнитного вклада стеклянного покрытия. В этом типе МВ расчетное радиальное распределение внутренних напряжений в сочетании с отрицательным λ _s дает доменную структуру с радиально намагниченной внутренней и намагниченной по окружности внешней оболочкой.Радиальная намагниченность от внутреннего ядра может привести к сильным магнитостатическим и обменным взаимодействиям, так что намагниченность в этой области также имеет небольшую осевую составляющую (см. Рис. 2).

Рисунок 2

Магнитные домены для MW из аморфного стекла с почти нулевой магнитострикцией (слева) и магнитные домены после удаления стекла (см. № ¹⁶ ).

Уменьшение механического напряжения влечет за собой увеличение восприимчивости, сопровождаемое уменьшением поля анизотропии из-за отрицательной λ _s .В этой структуре магнитостатические и обменные члены существенно увеличиваются, и после удаления стекла легкая ось внутреннего сердечника изменяется с радиальной на аксиальную, а окружная анизотропия внешней оболочки становится сильнее. Объем внешней оболочки увеличивается за счет внутреннего сердечника ¹⁶ .

Термическая обработка МВ помогает снять внутренние напряжения проводов, что может изменить восприимчивость, магнитную анизотропию и удельное электрическое сопротивление, а также ^32,33,34 .Следовательно, увеличение восприимчивости отожженных образцов должно происходить главным образом за счет снятия напряжения из-за термической обработки ^35,36 .

В случае MW30 магнитные свойства для длин короче 80 мм совершенно иные. На рисунке 3 показаны петли гистерезиса одного MW30 с тремя разными длинами: L, = 5, 15 и 80 мм. Как видно, чем короче МВ, тем выше остаточная намагниченность и коэрцитивность. H _C и M _r почти ничтожны для L = 80 мм, тогда как для L = 15 и 5 мм коэрцитивная сила увеличивается до 5 Oe и M _r увеличивается до 20 и 50% соответственно.Известно, что длина влияет на процесс перемагничивания в мягких аморфных МВ ³⁷ . Магнитное поведение самого длинного MW30 соответствует поведению малых отрицательных магнитострикционных MW ^32,38 , тогда как восприимчивость увеличивается с уменьшением длины MW. Как отмечалось ранее, относительная проницаемость аморфных МВ с почти нулевой магнитострикцией сильно зависит от внешнего напряжения. Наибольшее значение относительной проницаемости получено для образцов без приложенного напряжения, и стеклянное покрытие является активатором этого напряжения на аморфных MW ¹⁶ .Энергией размагничивания можно пренебречь, поскольку коэффициенты размагничивания меньше 10 ^-5 для отношения длины к диаметру более 200, как и в случае самой короткой длины L = 5 мм ³⁹ . Следовательно, анизотропия эффективно контролирует и определяет магнитные свойства этих МВ даже для коротких длин. Эти результаты показывают, что уменьшение длины приводит к изменению магнитной анизотропии с радиальной на аксиальную, как в случае МВ с удаленной стеклянной крышкой (см.рис.2).

Рисунок 3

Петли гистерезиса одиночного MW30 с L = 5, 15 и 80 мм.

После того, как магнитное поведение коротких МВ было установлено, интересно узнать, какова роль магнитостатических взаимодействий, когда несколько коротких МВ помещаются рядом. В предыдущих работах сообщается, что магнитное поведение может резко измениться, когда 1 или 2 МВт помещены рядом в результате магнитостатических взаимодействий ^40,41,42 . Как было установлено ранее, малая длина МВ вызывает доменную структуру с намагниченностью вдоль МВ.Однако, когда 2 MW сложены вместе, остаточная намагниченность увеличивается от M _r ≈ 50% для n = 1 до M _r ≈ 80% для n = 2, предполагая образование замыкающих доменов для уменьшения магнитостатической энергии. Из рис. 4 видно, что это значение M _r сохраняется до 6 МВт, затем оно снова уменьшается до M _r = 50% для 10 МВт.Эти результаты позволяют предположить, что доменная структура изменяется для большого количества МВ, чтобы уменьшить магнитостатическую энергию. Возможная доменная структура для различного количества MW, которая могла бы объяснить такое поведение, показана на рис. 5.

Рисунок 4

( A ) Петли гистерезиса для 1, 5 и 10 MW30 с L = 5 мм. ( B ) Mr / Ms как функция количества MW30 при L = 5 мм.

Рисунок 5

Доменные структуры для разного количества MW30 с L = 5 мм.Слева: одиночный МВ. В центре: два МВ с закрытым доменом. Справа: структурная область большого количества МВ.

Калориметрия в радиочастотных полях

Эффективность нагрева МВ была исследована в двух различных условиях: (а) в воде и (б) на воздухе. (a) В первом случае 20 МВт были установлены на кончике микропипетки, при этом противоположный участок был закрыт и заполнен 0,5 мл дистиллированной воды. Важно, чтобы все МВ параллельны приложенному полю. (б) MW были уколоты в основе из полистирола.

Эффективность нагрева магнитных материалов измеряется по увеличению температуры ΔT данной массы МВ в определенной массе жидкости м _F в течение временного интервала Δt эксперимента. Выражение для удельной мощности потерь магнитного материала дается формулой ⁴³ :

$$ SLP = \ frac {{m} _ {F} {C} _ {F} + {m} _ {MW} { C} _ {M {W} _ {s}}} {{m} _ {MW}} \ frac {\ Delta T} {\ Delta t} $$

(1)

, где C _F и C _MWs — удельные теплоемкости жидкости (воды или воздуха) и MWs соответственно.

Методология каждого измерения была следующей: перед включением магнитного поля температура образца регистрировалась в течение примерно 30 секунд, чтобы гарантировать термостабильность и иметь основу для расчета SLP . Когда поле было включено, повышение температуры было измерено либо в течение 300 с, либо до 80 ° C для МВ в воде, что значительно ниже соответствующих температур кипения. В случае измерений в воздухе поле отключалось при 100 ° C.

MW в воде

В случае MW в воде наибольшая магнитная масса MW, измеренная в этих экспериментах, составила 0,54 мг в общей массе воды 500 мг, что дает концентрацию MW менее 1%. Следовательно, низкая массовая концентрация позволяет отбросить удельную теплоемкость MW, а SLP можно рассчитать как:

$$ SLP = \ frac {{C} _ {water}} {{m} _ {MW}} \ гидроразрыв {\ Delta {T}} {\ Delta t} $$

(2)

, где C _вода — удельная теплоемкость воды (4.185 Дж / (г · К)).

Кривые нагрева отлитого и отожженного MW30 были измерены в воде для 20 МВт с L = 5 мм в зависимости от амплитуды поля при f = 331 кГц и частоты поля при H = 36 Э. Фиг. 6 и 7 показаны кривые нагрева и SLP для MW после литья и термического отжига, рассчитанные по формуле. 1.

Рисунок 6

Повышение температуры литого ( A , C ) и отожженного при 300 C ( B , D ) MW30 как функция амплитуды поля при частоте поля f = 331 кГц ( A , B ) и как функция частоты поля при H = 36 Э ( C , D ).( n = 20, L = 5 мм).

Рисунок 7

SLP как функция амплитуды поля при f = 331 кГц (вверху) и как функция частоты при H = 36 Э (внизу) для литого MW30 (красные кружки) и отожженного при 300 С (синие кружки). SLP рассчитывается на единицу магнитной массы. ( n = 20, L = 5 мм).

Результаты показывают, что все МВТ обладают огромной теплотворной способностью, поскольку они имеют SLP ∼ 600 Вт / г, даже при полях всего 20 Э и увеличивается до 2500 Вт / г при 120 Э, что все еще относительно низкое поле.Квадратичной зависимости от поля не наблюдается. Для H = 36 Oe частотная зависимость обоих образцов показывает аналогичный SLP на низких частотах, тогда как на более высоких частотах ( f > 330 кГц) MW в литом виде показывают эффективность нагрева намного выше, чем у отожженные. Стоит отметить колоссальное значение SLP , которое составляет около 2800 Вт / г, если приложить всего 36 Э при 625 кГц. В следующих экспериментах все результаты сосредоточены на литых MW.

Влияние длины MW на SLP показано на рис. 8. Как видно, SLP почти удваивается, когда L изменяется от 2,5 до 5 мм, а затем уменьшается при увеличении длины. Небольшое значение 2,5 мм может быть получено из экспериментальной установки МВ в воде. В отличие от магнитных коллоидов, где наночастицы распределены по всему объему, образуя однородное распределение температуры, в случае МВ они занимают только часть объема воды, а средняя температура, измеренная в воде, обусловлена ​​теплом, передаваемым от МВ за счет конвекции, теплопроводности. и облучение в воду.Флакон для экспериментов содержит воду высотой 1 см, а на дне флакона расположены MW длиной 2,5 мм (1/4 от общей высоты) с магнитной массой 0,27 мг. Вода является огромным теплоотводом для самых маленьких MW, и тепло, рассеиваемое MW в воде, может дать очевидный результат меньшей эффективности нагрева для 2,5 мм MW. По мере увеличения длины до 5 мм магнитная масса увеличивается, и SLP также увеличивается.

Рисунок 8

Кривые нагрева (вверху) и значения SLP (внизу) в зависимости от длины MW L , измеренные для n = 20 при f = 625 кГц и H = 36 Э.SLP рассчитывается на единицу магнитной массы.

Однако для L > 5 мм SLP снова уменьшается, несмотря на увеличение магнитной массы. Длины волн для частот от 600 до 100 кГц (используемые в этой работе) находятся в диапазоне от 0,5 до 3 км, поэтому следует исключить влияние «характерной длины» МВ как источника этого уменьшения. Происхождение этой зависимости можно понять, взглянув на различные формы петель гистерезиса, как показано на рис.3. Ясно, что наибольшая восприимчивость соответствует меньшей длине, а восприимчивость уменьшается с увеличением длины. Кроме того, площадь под петлей гистерезиса и магнитная восприимчивость выше при меньшей длине. Следовательно, происхождение колоссальных значений SLP зависит от сильной зависимости восприимчивости от длины отрицательных магнитострикционных МВ.

МВт в воздухе

Измерения в воде позволяют определить SLP образцов; однако интересно знать, может ли количество МВт влиять на эффективность нагрева из-за изменений магнитостатической энергии.С этой целью следующие эксперименты были проведены в воздухе, и данные были записаны с помощью термографической камеры, как указано в Экспериментальной части.

К сожалению, невозможно рассчитать SLP МВт в воздухе, потому что: (1) теплоемкость МВ неизвестна, (2) окружающий их воздух имеет в четыре раза меньшую теплоемкость (1,0 Дж / гК ), чем вода (4,18 Дж / г · К), это означает, что для повышения температуры воздуха требуется меньше энергии, чем для повышения температуры воды, но (3) теплопроводность воздуха (0.026 Вт / м · К) намного меньше воды (0,609 Вт / м · К), что приводит к значительному температурному градиенту во время измерений, как видно на рис. 9.

Рис. 9

Нагревательные изображения, полученные с помощью ИК камера для n = 2 с L = 5 мм, разделенных расстоянием d <0,5 мм. Поле составляет H, = 36 Э при f, = 625 кГц. ( A ) Поле выключено, температура, измеренная на MW, составляет 22,5 ° C. ( B ) Температура повышается до 37.7 ° C всего за 10 с. ( C ) Поле отключается и температура снижается.

Несмотря на то, что SLP не может быть рассчитан на основе кривых нагрева на воздухе, SLP для n = 20 и L = 5 мм известен в воде, и это такое же значение для MW в воздухе, потому что SLP зависит только от внутренних свойств магнитного материала и от приложенного поля, но не от окружающей среды.

Для системы невзаимодействующих магнитных наночастиц SLP не зависит от магнитной массы ⁴⁴ ; следовательно, в случае невзаимодействующих МВ увеличение температуры на единицу массы должно быть одинаковым для любого количества МВ.На рисунке 10 показано увеличение температуры на единицу массы для любого количества МВт ( n ), нормированное на значение для 20 МВт, которое является таким же, как в воде. По мере уменьшения количества MW это значение увеличивается, указывая на то, что тепло, выделяемое MW, выше для меньшего количества MW. Это предполагает, что взаимодействие между МВ играет значительную роль в тепловыделении. Все измерения проводились в воздухе при L, = 5 мм, H, = 36 Э и f, = 625 кГц.

Рисунок 10

Кривые нагрева (вверху) и скорость увеличения температуры на магнитную массу в зависимости от количества МВт в воздухе (сильфон), нормированных на значение n = 20. Длина L = 5 мм, H = 36 Oe и f = 625 кГц. Стрелка указывает на увеличивающееся количество MW.

Как хорошо известно, диполярные взаимодействия могут улучшить или уменьшить SLP в зависимости от магнитных свойств материалов и приложенного поля ^44,45 .В случае МВ дипольные взаимодействия часто значительны и могут даже вызвать расщепление петель гистерезиса в МВ с положительной магнитострикцией ^46,47 . Как обсуждалось ранее, магнитные области внутреннего сердечника являются осевыми на небольших участках, и для минимизации магнитостатической энергии появляются замыкающие домены для n = 2, 3, 4, 5 и 6 МВт. Наличие замыкающих доменов увеличивает намагниченность до M _r = 80%, т.е.е., это увеличивает площадь под циклами гистерезиса, а также увеличивает восприимчивость. Для большего количества МВ восприимчивость и остаточная намагниченность снова уменьшаются, как показано на рис. 4. Это может быть связано с кривыми нагрева, оно мало для одного МВ, оно увеличивается для n = 2, 3, 4. , 5 и 6 МВт, а затем снова уменьшается для большего количества МВт (рис. 10). Стоит отметить, что M _r уменьшается с 80% для n = 5 до 50% для n = 10, тогда как скорость нагрева на единицу массы уменьшается в аналогичной пропорции для этих MW (см. Рис. .4 и 10), т.е. что касается значений для n = 5, остаточная намагниченность и скорость нагрева на массу для n = 10 уменьшаются до 62,5% и 69,1% соответственно. Аналогичным образом массовая восприимчивость χ _г составляет 11,5 (5), 40,6 (5) и 23,7 (5) ЭМЕ / г · э для 1, 5 и 20 МВт, соответственно, т. Е. Восприимчивость сначала увеличивается. от 1 до 5 МВт, а затем уменьшается для большего количества МВт, как уже сообщалось для других авторов ⁴⁸ . Эти результаты показывают, что магнитостатические взаимодействия между МВ играют основную роль в эффективности нагрева в радиочастотных полях.

На рис. 9 показаны изображения и кривая нагрева, измеренные ИК-камерой на 2 МВт, разделенных менее 0,5 мм и подвергнутых воздействию поля H _C = 36 Э при f = 625 кГц. Начальная температура составляет 22,5 ° C и увеличивается до 37,7 ° C всего за 16 с. При этой температуре система достигает термодинамического равновесия с окружающей средой, и температура остается постоянной, несмотря на то, что поле все еще включено. Когда поле выключено, температура снижается так же быстро, как и повышается.

Чтобы продемонстрировать эффективность этих МВ, был проведен эксперимент на воздухе с n = 1 и L = 5 мм. Повышение температуры измеряется с помощью инфракрасной камеры, а мощность, подаваемая оборудованием, рассчитывается как \ ({P} _ {\ sup} = IV \), при В, приложенное напряжение и I ток в катушка. Из рис. 11 и таблицы 1 видно, что потребляемая мощность, необходимая для повышения температуры на 10 ° C, составляет всего 12 Вт для одного МВ, и, кроме того, для достижения максимальной температуры требуется всего 5–10 с.Если подаваемая мощность увеличивается вдвое ( P _sup = 24 Вт), температура повышается только до 13 ° C, то есть МВ более эффективны при относительно слабом поле (подаваемая мощность).

Рисунок 11

( A ) Температура одного MW30 с последовательностью включения и выключения при разных амплитудах поля и f = 625 кГц, на вставке показаны детали процесса нагрева и охлаждения . ( B ) Повышение температуры в зависимости от мощности, подаваемой оборудованием.( n = 1, L = 5 мм).

Таблица 1 Приложенное напряжение В , ток I , подаваемое напряжение В , амплитуда поля H и увеличение температуры ΔT для одного МВ с L = 5 мм в воздухе. Повышение температуры измеряли с помощью инфракрасной камеры. Частота поля f = 625 кГц.

При использовании n = 10 при H, = 36 Э и f = 625 кГц, мощность источника питания по-прежнему составляет 24 Вт, эффективность нагрева снижается (см.рис.10), но повышение температуры составляет ΔT ≈ 72 ° C всего за 15 с (см. Ролик S1 в инф.).

Медная проволока диаметром ~ 100 мкм была подвергнута воздействию тех же условий частоты и амплитуды поля, и повышения температуры не наблюдалось, что подтверждает, что перемагничивание играет фундаментальную роль в механизмах нагрева.

Прямое преобразование механической энергии в тепло с помощью вихревых токов

Серия

/ Номер отчета:

Государственный университет Огайо.Диплом с отличием кафедры машиностроения и аэрокосмической техники; 2015

Аннотация:

В среднем в Соединенных Штатах примерно 18% от общего потребления энергии в жилищном секторе приходится на нагрев воды. Современные методы нагрева воды, включая электрические резистивные нагреватели и нагреватели природного газа, неэффективны и зависят от сжигания ископаемого топлива, которое выделяет парниковые газы. В этом предложении обсуждается новый способ нагрева воды, известный как вихретоковый водонагреватель (ECWH), путем прямого преобразования механической энергии вращающегося диска (например.грамм. приводимый ветряной или водяной турбиной) в фиксированном магнитном поле в тепло с помощью вихревых токов. Электрические вихревые токи индуцируются в любом проводнике, движущемся в магнитном поле, в соответствии с законом Фарадея. Если эти вихревые токи не выводятся из диска, они будут рассеиваться в виде тепла. Цель этого исследования — лучше понять физические взаимосвязи в лабораторной модели, чтобы разработать практические вихретоковые системы нагрева воды. Взаимосвязь между угловой скоростью диска, напряженностью поля постоянных магнитов и результирующим моментом сопротивления исследуется с помощью вихретокового динамометра.Данные были собраны по этим трем переменным, чтобы оценить точность текущих теоретических моделей, а также установить соответствующие безразмерные группировки, позволяющие масштабировать от модели до прототипа. Был обнаружен безразмерный параметр значимости, который можно использовать для масштабирования лабораторной модели до прототипа для использования в жилых помещениях. Кроме того, показано, что современные теоретические модели не позволяют надежно прогнозировать рассеиваемую мощность и резистивный момент. Таким образом, текущие теоретические модели могут быть улучшены, поскольку они рассматривают более простую геометрию диска для магнита и более низкие скорости, чем может потребоваться для практической конструкции ECWH.Представленные здесь результаты подчеркивают необходимость дальнейшего изучения того, как вихревые токи образуются и протекают в данной конструкции ECWH, в частности, скин-эффект и пути вихревых токов за пределами области магнита.

Описание:

Эта диссертация была удостоена второго места в категории «Инженерия» на Denman Forum

.

Академическая специальность:

Академическая специальность: Машиностроение

Эмбарго:

На этот товар было наложено трехлетнее эмбарго.

Индукционный нагрев — Digilent Blog

Знаете ли вы, что можно плавить металл с помощью магнитных полей? Это кажется довольно безумным, но возможно.

Как это работает

Так как это работает? Большое количество переменного тока проходит через медную катушку, которая охлаждается водой, чтобы не перегреться. Большой ток в катушке генерирует сильные магнитные импульсы. Эти магнитные импульсы заставляют электроны течь внутри куска металла.Этот внутренний поток электронов называется вихревым током. Частота магнитных импульсов настраивается в зависимости от размера объекта и состава материала. Правильная настройка частоты импульсов вызывает более сильные вихревые токи. Естественное электрическое сопротивление металла и сильные вихревые токи в конечном итоге делают металл достаточно горячим, чтобы плавиться.

Полезные приложения

Индукционный нагрев — обычное дело в промышленном мире. Его можно использовать в самых разных сферах, таких как промышленные печи, сварка, приготовление пищи, термообработка, термообработка и т. Д.Индукционный нагрев популярен, потому что он более энергоэффективен для некоторых приложений, а нагревательные элементы более гибкие. Традиционные нагревательные элементы, основанные на конвекции и теплопроводности, должны быть обработаны до определенных размеров и форм. Индукционные нагреватели работают до тех пор, пока рассматриваемый объект помещается в катушку. Еще одно интересное преимущество индукционного нагрева — его использование в вакууме. Тепло нуждается в среде, через которую оно может распространяться, поэтому передача тепла почти в вакууме практически невозможна.С другой стороны, магнитные поля не имеют проблем с перемещением в вакууме, поэтому индукционные нагреватели популярны из-за того, что в процессе их производства особый металл подвержен окислению.

Если вы хотите узнать больше или попробовать создать свой собственный мини-индукционный нагреватель, ознакомьтесь с этим руководством о том, как это сделать.

Проектирование и базовое рассмотрение пряжи для электромагнитного нагрева с токами Фуко для интеллектуальных функциональных тканей

[1] Дж.Тонг, Ю. Чжао, Ч. Ян и Л. Ли, Сравнение воздействия воздушного потока на термические ткани, Текст. Res. J. (2016) 1-10.

[2] Т.Цзя-Хуэй, Л. Су, Ю. Чен-Сяо и Л. Ли, Моделирование гибкой проводящей ткани без упаковки с терморегулированием, где можно настроить температуру, Текст. Res. J. 85 (6) (2015) 590-600.

DOI: 10.1177 / 0040517514551470

[3] Л.Hao, Z. Yi, C. Li, X. Li, W. Yuxiu и G. Yan, Разработка и характеристика гибкой нагревательной ткани на основе проводящих нитей, Измерение. J. Int. Измер. Конфед. 45 (7) (2012) 1855-1865.

DOI: 10.1016 / j.measurement.2012.03.032

[4] Л.Ли, В. Ау, Ф. Динг, Т. Хуа и К. С. Вонг, Носимая электроника: электротермические свойства проводящих трикотажных тканей, Текст. Res. J. 84 (5) (2014) 477-487.

DOI: 10.1177 / 0040517513494254

[5] А.Шульженко А. Модестов А.В. Методика проектирования нагревательных агрегатов на основе углеродных (графитовых) нитей // Машиностроение и надежность. 44 (4) (2015) 389-394.

DOI: 10.3103 / s1052618815040123

[6] ГРАММ.Мин, Источники питания для умного текстиля, Макканн, Джейн и Дэвид Брайсон, ред. Умная одежда и носимая техника. Эльзевир, (2009) 214-231.

DOI: 10.1533 / 9781845695668.2.214

[7] П.Д. Митчесон, Э.М. Йитман, Г.К. Рао, А. Холмс и Т. Green, Сбор энергии от движения человека и машин для беспроводных электронных устройств, Proc. IEEE. 96 (9) (2008) 1457-1486.

DOI: 10.1109 / jproc.2008.927494

[8] Р.Р. Саттаров, Н. Бабикова, Электромеханические виброгенераторы для автономных низкоэнергетических электронных систем, Труды Международной Сибирской конференции по управлению и связи SIBCON, (2015) 1-5.

DOI: 10.1109 / sibcon.2015.7147213

[9] Л.Рим, Л. Флинн, Э.М. Голдман и Т.Д. Ю, Производство электричества при ходьбе с грузами, Наука. 309 (5741) (2005) 1725-1728.

DOI: 10.1126 / science.1111063

[10] Ю.X. Zhao, Y.L. Ли, Л.М.Ши, Технический дизайн гибкой тонкопленочной одежды для солнечного обогрева с переключаемой выходной мощностью, MATEC Web of Conferences. 63 (2044) (2016) 4-7.

DOI: 10.1051 / matecconf / 20166302044

[11] Д.Чжу и С. Биби, Системы сбора энергии, Springer, Нью-Йорк, (2011).

[12] Дж.О. Берд, Теория и технология электрических цепей, Оксфорд, (2003).

[13] Р.Л. Столл, Анализ вихревых токов, Oxford, Clarendon Press, (1974).

[14] Р.Р. Саттаров, Электромеханические переходные процессы в пассивных системах подвески с вихретоковыми демпферами, Материалы IX Международной конференции по системам силовых приводов (ICPDS), (2016) 1-5.

DOI: 10.1109 / icpds.2016.7756676

[15] ЧАС.Содано А. Затухание вихревых токов в конструкциях // Ударная вибрация. Копать. 36 (6) (2004) 469-478.

[16] Р.Р. Саттаров, Ф. Исмагилов, Д.Ю. Пашали, Исследование усиления электромагнитного поля на торцевой стенке проводящего тонкостенного тела при его взаимодействии с переменным магнитным полем. J. Nondestruct. Контрольная работа. 52 (5) (2016).

DOI: 10.1134 / s1061830916050053

[17] А.Берньери, Г. Бетта и Л. Ферриньо, Определение характеристик вихретоковой системы для неразрушающего контроля, IEEE Trans. Instrum. Измер. 51 (2) (2002) 241-245.

DOI: 10.1109 / 19.997819

Снижение вихретокового нагрева во время терапии гипертермией магнитными наночастицами

A.Система AMF

Индукционная катушка AMF, используемая в этих экспериментах, представляет собой одновитковую поверхностную катушку с магнитным сердечником (Fluxtrol Inc., Обрун-Хиллз, Мичиган, США). Он питается от генератора мощностью 25 кВт (Radyne Corp., Милуоки, Висконсин, США), который пропускает через катушку переменный ток 135–400 кГц, создавая таким образом AMF 135–400 кГц [56]. Частота, использованная в следующих экспериментах, составляла 162 кГц. Змеевик () состоит из однооборотной прямоугольной медной трубки с внутренним диаметром 8 см, внешним диаметром 14 см, H = 1 см с магнитным сердечником (Fluxtrol 75), который окружает три стороны трубки, в результате чего общий диаметр TD = 15.2 см (). Верхняя поверхность медной трубки обращена к целевой ткани и находится заподлицо с поверхностью магнитного материала. Стол для лечения с потоком воздуха между катушкой и столом обеспечивает электрическую и термическую изоляцию фантома или ткани от катушки. Система координат была выбрана так, чтобы поверхность стола существовала в плоскости xy при z = 0, с началом координат, расположенным вдоль средней линии катушки (). Расстояние между поверхностью катушки и поверхностью стола, h ₀ , равно 1.55см. Распределение температуры поверхности измеряется с помощью тепловизора (модель SC325, FLIR Systems Inc., Уилсонвилл, штат Орегон, США).

(a) Система AMF с фантомным экспериментом. Показаны генератор, лечебный стол, тепловизионная камера и программный интерфейс тепловизионной камеры. Индукционная катушка (b) скрыта из поля зрения на (a) столом обработки.

B. Вычислительные методы

Вычислительные результаты, представленные в этой статье, были получены с использованием специальной модели электромагнетизма, которая реализует метод вспомогательных источников (MAS) в сочетании с уравнением биотепла Пеннеса.

MAS — это надежный и точный численный метод для оценки распространения и рассеяния электромагнитных волн [61, 62]. В этом методе границы между материалами с разными электрическими параметрами определяются и дискретизируются на пары точек вдоль поверхности. Каждая пара состоит из внутренней и внешней точек, которые определяют фиктивные поверхности как внутри, так и снаружи истинной поверхности, и обозначаются как дипольный источник с неизвестной величиной и направлением. Это вспомогательные источники, и они оцениваются непосредственно с использованием граничных уравнений для тангенциальных составляющих электрического и магнитного полей.В результате получается линейная система уравнений.

После определения величины вспомогательных источников поля в каждой области оцениваются как сумма полей от вспомогательных источников фиктивных поверхностей [63]. Точность метода МАС исследовалась для одновитковой поверхностной катушки в [56]. Катушка была смоделирована с использованием схемы производителя и свойств материала магнитного сердечника (Fluxtrol Inc., Обрун-Хиллз, Мичиган, США), и было показано, что она хорошо согласуется с данными измерений [56].После вычисления электрического поля SAR (Вт / кг) из-за вихревых токов просто рассчитывается как,

где σ — электрическая проводимость (См / м), Дж — плотность тока (А / м ² ), а ρ — плотность ткани (кг / м ³ ). Для случая неоднородного E-поля и ориентированной в осевом направлении непроницаемой цилиндрической мишени

SAREC = σE22ρ = 2σ (πfμ0) 2ρr2 [∫0rHz (r ′) r′dr ′] 2

(7)

где f — частота поля (Гц), μ ₀ — проницаемость свободного пространства [64].Кроме того, в случае постоянного поля H [25, 64],

SAREC = σπ2μ02 (Hzrf) 2 / 2ρ

(8)

Однако даже для идеализированного соленоида существует ненулевое осевое поле E из-за угла поворота относительно z и значительной связи между витками; таким образом, для описания систем реального мира необходимо использовать общий случай (уравнение 6). Кроме того, SAR из-за MNP оценивается с использованием вычисленных магнитных полей и распределений MNP. Общий SAR рассчитывается как,

SAR = SAR _EC + SAR _MNP

(9)

где SAR _MNP определяется с использованием модели нагрева MNP, обсуждаемой в [35, 65].Наконец, полное распределение SAR и тепловые граничные условия вводятся в уравнение Pennes Bioheat [66, 67], которое решается с использованием стандартного метода конечных разностей во временной области [68–70].

В расчетных исследованиях моделировались цилиндрические фантомы (D = 25,0 см, H = 4,5 см) с электропроводностью 0,6 См / м, теплопроводностью 0,58 Вт / [м · ° C], удельной теплоемкостью 4182 Дж / [кг · ° C], плотность 998 кг / м ³ , и подвергаются моделированию AMF одновитковой катушки. Эта упрощенная геометрия была выбрана для минимизации мешающих факторов, влияющих на нагрев вихревыми токами, таких как неоднородности и граничные эффекты в системе, которые можно точно воспроизвести экспериментально.Электропроводность была установлена ​​равной величине мышц человека, которая упала на верхний предел значений, зарегистрированных на частоте 100 кГц [71]. Окончательные тепловые распределения были определены с использованием граничных условий, имитирующих естественную конвекцию (коэффициент теплопередачи, h _T = 10 Вт / [м ² · ° C]) на всех поверхностях, кроме нижней поверхности, для которой выполнено изолирующее граничное условие было реализовано ( h _T = 0).

1. Вычислительные методы, специфичные для смещения

Смоделированный фантом был смоделирован с вложенной секцией тора (ID = 3.5 см, OD = 18,5 см, H = 2,0 см) электрический изолятор (), чтобы смоделировать эффект смещения ткани от области с наибольшим электрическим полем. Для сравнения было смоделировано второе моделирование идентичного фантома без изолирующего вытеснителя.

(a) 2D-диаграмма поперечного сечения, показывающая геометрию и соответствующие размеры буйка. (б) 3D-модель вытеснителя ткани в форме тороидального сечения. (c) Поперечное сечение экспериментальной установки при y = 0 (в масштабе).

2.Методы расчета, связанные с движением

Смоделированный фантом изначально располагался на расстоянии 2,5 см от центра катушки. Его переводили с 30-секундными интервалами в одно из 12 различных положений с общим временем воздействия 30 минут. Каждое положение было радиально на 2,5 см удалено от центральной линии катушки с углом 30 градусов между ними (). Обратите внимание, что из-за асимметрии моделируемой системы в одном положении магнитный сердечник катушки не моделировался (воздушный сердечник). Из-за вращательной симметрии, присущей движению, остальные 11 распределений SAR можно вывести из первого, просто повернув полученное распределение SAR в плоскости xy вокруг центра фантома с шагом 30 градусов ().

Нисходящая диаграмма положений фантома во время техники ECM-движения, обратите внимание, что фантом расположен над катушкой. (a) Показано положение катушки (кольцо медного цвета) с 12 положениями для размещения центра фантома. (b) Фантом (синий) в позиции 1 и (c) в позиции 2. Обратите внимание, что фантом просто перемещается в следующую позицию и не вращается.

C. Экспериментальные методы

Для экспериментальной проверки результатов вычислений используются цилиндрические фантомы (D = 25.0 см, H = 4,5 см) были сконструированы с использованием 20 г агарозы, 2,6 г NaCl и 2 л деионизированной воды. Все фантомы были созданы с самыми высокими зарегистрированными значениями электропроводности мышц человека (0,6 Ом ^-1 · м ^-1 при 100 кГц) [71]. Распределение температуры поверхности фантомов измерялось с помощью тепловизора. Каждый фантом подвергался воздействию AMF при номинальной мощности генератора 16,25 кВт в течение 30 минут. Фантомы были вырезаны сразу после нагрева, а половину фантома перевернули на другую половину, чтобы обнажить вырезанные грани для тепловизионной камеры, что привело к зеркальному отображению с горизонтальной осью симметрии.

1. Специфические экспериментальные методы смещения

Ламинированная деревянная распорка была изготовлена ​​в соответствии со спецификациями, показанными на рис. Из-за недостаточной сжимаемости и эластичности материала фантома деревянная прокладка была встроена в фантом, чтобы имитировать смещение сжимаемой ткани (). Полученный фантом сохранил диаметр и объем контрольного (несмещенного) фантома; однако высота немного увеличилась.

2. Экспериментальные методы, связанные с движением

Контрольный фантом располагался по центру стола над индукционной катушкой на пластиковом листе прозрачной бумаги <0.Толщина 2 мм для облегчения перемещения фантома без механических повреждений. Первоначально фантом движения располагался на расстоянии 2,5 см от центра катушки. Затем его перемещали с 30-секундными интервалами во время воздействия AMF путем скольжения (перемещения) фантома по столу в одно из 12 различных положений, каждое из которых находилось на расстоянии 2,5 см от центральной линии катушки с углом 30 градусов между ними.

Смягчение вихретокового нагрева во время терапии гипертермией магнитными наночастицами

Задний план: Терапия гипертермии магнитными наночастицами — многообещающая технология лечения рака, включающая доставку магнитных наночастиц (MNP) в опухоли с последующей их активацией с помощью переменного магнитного поля (AMF).Система создает не только магнитное поле, но также электрическое поле, которое проникает в нормальные ткани и индуцирует вихревые токи, что приводит к нежелательному нагреву нормальных тканей. Величина вихревого тока частично зависит от источника AMF и размера ткани, подвергающейся воздействию поля. Большинство исследований терапии гипертермии МНЧ in vivo было выполнено на мелких животных, которые из-за пространственного распределения AMF относительно размера животных не выявляют потенциальную токсичность вихретокового нагрева в более крупных тканях.Это представляет собой нетривиальную проблему для исследователей, пытающихся масштабировать до клинически значимых объемов ткани. Относительно мало исследований, направленных на снижение максимальной температуры в результате нагрева вихревыми токами для увеличения терапевтического отношения.

Методы: В этой статье представлены два простых, клинически применимых метода снижения максимальной температуры, вызванной вихревыми токами.Представлены результаты расчетов и экспериментов, чтобы понять физику, лежащую в основе вихревых токов, индуцируемых в проводящих биологических тканях, и использовать эти данные для смягчения вихретокового нагрева во время гипертермической терапии MNP.

Полученные результаты: Фантомные исследования показывают, что методы смещения и движения снижают максимальную температуру из-за вихревых токов на 74% и 19% при моделировании и на 77% и 33% экспериментально.