Die Induktionserwärmung ist ein Verfahren, das in erster Linie zur Erwärmung elektrisch leitender Materialien eingesetzt wird.
Bei diesen Materialien handelt es sich vor allem um Metalle und einige Halbleiter.
Bei diesem Verfahren wird ein von einer Induktionsspule erzeugtes elektromagnetisches Feld zur Erwärmung des Materials genutzt.
Zu den Materialien, die erwärmt werden können, gehören Stahl, Kupfer, Messing, Graphit, Gold, Silber, Aluminium oder Karbid.
Die Wärme wird im Inneren des Materials durch Wirbelströme und, bei magnetischen Materialien, durch Hystereseverluste erzeugt.
4 wichtige Punkte, die Sie über die Induktionserwärmung wissen sollten
1. Metalle und Halbleiter
Die wichtigsten Materialien, die durch Induktion erwärmt werden, sind aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit Metalle.
Dazu gehört eine breite Palette von Metallen wie Stahl, Kupfer, Messing, Gold, Silber und Aluminium.
Auch Halbleiter können mit dieser Methode erwärmt werden, obwohl sie nicht so häufig verwendet werden.
2. Magnetische Materialien
Neben der elektrischen Leitfähigkeit werden magnetische Werkstoffe wie Eisen durch magnetische Hystereseverluste zusätzlich erwärmt.
Das bedeutet, dass sich das Material nicht nur durch den Widerstand gegen den Fluss von Wirbelströmen erwärmt, sondern auch durch die Energie, die bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung verloren geht.
3. Mechanismus der Erwärmung
Wirbelströme: Wenn ein leitfähiges Material in ein schnell wechselndes Magnetfeld gebracht wird, werden im Material Wirbelströme induziert.
Diese Ströme fließen durch den Widerstand des Materials und erzeugen Wärme durch Joulesche Wärme.
Hysterese-Verluste: In magnetischen Materialien wird durch die wiederholte Magnetisierung und Entmagnetisierung aufgrund des magnetischen Wechselfeldes ebenfalls Wärme erzeugt.
Dies wird als Hystereseverlust bezeichnet und trägt zur Gesamterwärmung des Materials bei.
4. Faktoren, die die Erwärmung beeinflussen
Materialdicke und -größe: Kleinere und dünnere Materialien erwärmen sich schneller als größere und dickere Materialien.
Dies liegt daran, dass die von den Wirbelströmen erzeugte Wärme leichter in das gesamte Volumen des kleineren Materials eindringen und es erwärmen kann.
Frequenz des Stroms: Die Frequenz des bei der Induktionserwärmung verwendeten Wechselstroms wirkt sich auf die Eindringtiefe der Wärme aus.
Höhere Frequenzen führen zu einer geringeren Eindringtiefe und eignen sich daher für die Erwärmung dünnerer Materialien oder Oberflächenschichten.
Widerstandsfähigkeit des Materials: Materialien mit höherem Widerstand erwärmen sich schneller, da der Widerstand gegen den Fluss der Wirbelströme größer ist, was zu einer höheren Wärmeentwicklung führt.
Konstruktionsüberlegungen für Induktionserwärmungsanlagen
Bei der Konstruktion des Induktionserwärmungssystems müssen die Eigenschaften des Materials berücksichtigt werden, z. B. seine Leitfähigkeit, seine magnetischen Eigenschaften und seine Größe.
Der Induktor sollte so ausgelegt sein, dass das zu erwärmende Material leicht eingelegt und entnommen werden kann, um einen effizienten und sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Die Kapazität des Netzteils muss auf der Grundlage der spezifischen Wärme des Materials, seiner Masse und des erforderlichen Temperaturanstiegs berechnet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Induktionserwärmung ein vielseitiges und effizientes Verfahren zur Erwärmung leitfähiger Materialien ist, insbesondere von Metallen und einigen Halbleitern.
Das Verfahren erzeugt Wärme im Inneren durch Wirbelströme und bei magnetischen Materialien durch Hystereseverluste, was eine schnelle und kontrollierte Erwärmung ohne direkten Kontakt ermöglicht.
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