کوره های القایی: اصول و کارکرد
کاربرد های عملیات حرارت القایی در چند دسته می توان تقسیم بندی کرد بطور مثال، ذوب آن، جوشکاری و . . .،که چند نمونه از آنها را بطور خلاصه بیان می کنیم.
- پیشگرم برای انجام عملیات فورج: حرارت القایی در فورج بر روی فلزاتی مانند آهن، آلیاژ آلومینیوم، تیتانیوم، آلیاژ نیکل بعلت سرعت زیاد و تلفات کم انرژی بسیار پر کاربرد است.
- عملیات حرارتی: به القای حرارتی بر روی سطح و در زمان سخت کاری و آنیل کردن استیل گفته می شود. مهمترین مزیت استفاده از حرارت القایی در اینجا، کنترل سطحی که تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد.
- ذوب : محصول بدست آمده با این روش برای ماده ای مانند استیل و مواد غیر مغناطیسی (آلومینیوم، مس، . . .) کیفیت بالایی دارد.
- جوشکاری و لحیم کاری : از حرارت القایی با فرکانس بالا استفاده می کنیم زیرا باعث صرفه جویی انرژی میشود و فقط نقطه مورد نظر را تحت تاثیر قرار می دهد و برای تولید با سرعت زیاد و مقدار زیاد بسیار کاربرد دارد.
- پخت پوشش ارگانیگ : برای خشک کردن قطعات فلزی رنگ شده استفاده می شود.
- چسباندن قطعات : کاربرد در چسباندن قطعات فلزی و غیرفلزی به یکدیگر مانند لنت ترمز، صفحه کلاچ.
- ساخت نیمه رسانا : از این طریق می توان کیستال های ژرمانیوم و سیلیسیوم را ساخت.
- تف جوشی : برای تف جوشی مواد تحت کنترل خلا یا بدون ان مواد مختلف بعلت فراهم کردن دمای مناسب از این روش استفاده می شود.
مزایای حرارت القایی:
- انتقال حرارت سریع و افزایش سریع دما در قطعه
- کاهش چشمگیر تلفات انرژی نسبت به کوره های سوخت فسیلی،
- زمان روشن شدن و آماده سازی سریع
- کاهش زمان تولید
در ابتدا برای شرح ساده تر عملکرد القای الکترومغناطیسی، می توان از عملکرد ترانسفورمرها استفاده کرد. در ترانسفورمرها کویل ها در نزیکی یکدیگر قرار داده شده است. با عبور ولتلژ AC از یک کویل(سیم پیچ اولیه )، ولتاژی(AC) در ثانویه القا می شود که این عملکرد در کویل کوره القایی اتفاق می افتد.
باری که در قسمت ثانویه این کویل در نظر گرفته می شود علاوه بر قسمت مقاومتی، شامل قسمت سلفی نیز می باشد که این بار یک عملکرد غیر خطی خواهد داشت و این باطر هندسه کویل ، فرکانس و ویژگی های ذاتی و هندسی قطعه مورد نظر می باشد.
مقاومت الکتریکی و ضریب نفوذ مغناطیسی مواد، المان های غیر خطی هستند. با این شرایط ما نیاز داریم که قطعات مختلف با سایز و شکل متفاوت را در یک القاگر گرمادهی کنیم که البته باعث تغییر در میزان مقاومت و سلف سیستم می شود. برای اینکار ما نیاز به یک منبع تغذیه باقابلیت تغییر در فرکانس و ولتاژ برای تنظیم مدار با بار متفاوت داریم.
گرم شدن قطعه مورد نظر ، به میزان جریان عبوری از کویل بستگی دارد.پس ما به یک منبع تغذیه با خروجی جریان زیاد برای عملکرد در فرکانس رزونانس مورد نظر نیاز داریم. ممکن است در این بین با محدودیت هایی برای ولتاژ و جریان بخاطر قطعات و تجهیزات بکار رفته روبرو شویم.
برای مثال ، یک کویل 100 کیلو وات ، 40 ولت و 10000 آمپر در فرکانس 10KHz راباید به یک منبع تغذیه100 کیلو وات ، 440 ولت و 350 آمپرمتصل کنیم. برای اینکار می توان از یک ترانس ایزوله 440/40 (1:11) برای ایجاد توازن در مدار استفاده کرد.
توان مورد نیاز برای عملیات گرمایی به میزان جرمی که در واحد زمان باید حرارت ببیند، میزان افزایش دما و هندسه سیستم القایی بستگی دارد.توان مورد نیاز می تواند از چند کیلو وات تا چند مگاوات بسته به نوع کار باشد.
منابع تغذیه کوره های القایی امروزی از قطعات نیمه رسانا مانند SCR ها، دیودها و ترانزیستورها بزای کلید زنی به منظور تبدیل ولتاژ AC به DC و سپس DC به AC با فرکانس مورد نظر استفاده می کنند.
فرکانس از مهمترین پارامترهای گرمایش القایی است که بخاطر عمق نفوذجریان در قطعه برای القای حرارت مورد نیاز قطعه می باشد.فرکاس در طراحی منبع تغذیه برای انتخاب قطعات اهمیت دارد جون قطعات باید توانایی کار در آن فرکانس را داشته باشند.
بیشترین نوع منابع تغذیه امروزی از ترانزیستورهای قدرت IGBT ، MOS FET و SCR ها بهره می برند.
