Indukcijski grijač. Indukcijsko visokofrekventno grijanje Induktivno pražnjenje s vanjskim magnetskim poljem

Glavna značajka indukcijskog grijanja je pretvorba električne energije u toplinu pomoću izmjeničnog magnetskog toka, tj. indukcijskim putem. Ako se izmjenična struja propusti kroz cilindrični spiralni svitak (induktor) struja I, tada se oko zavojnice formira izmjenično magnetsko polje F m, kao što je prikazano na sl. 1-17, c. Gustoća magnetskog toka je najveća unutar zavojnice. Kada se postavi u šupljinu induktora metalni vodič u materijalu se javlja elektromotorna sila čija je trenutna vrijednost jednaka:

Pod utjecajem emf. u metalu koji se nalazi u brzo izmjeničnom magnetskom polju nastaje električna struja, čija veličina ovisi prvenstveno o veličini magnetskog toka koji prelazi konturu zagrijanog materijala i frekvenciji struje f, tvoreći magnetski tok.

Oslobađanje topline tijekom indukcijskog zagrijavanja događa se izravno u volumenu zagrijanog materijala, a većina topline se oslobađa u površinski slojevi grijani dio (površinski efekt). Debljina sloja u kojem dolazi do najaktivnijeg oslobađanja topline je:

gdje je ρ - otpornost, ohm*cm; μ - relativna magnetska permeabilnost materijala; f - frekvencija, Hz.

Iz gornje formule može se vidjeti da se debljina aktivnog sloja (dubina prodiranja) smanjuje za ovog metala s povećanjem učestalosti. Izbor frekvencije ovisi uglavnom o tehnološkim zahtjevima. Na primjer, kod taljenja metala bit će potrebna frekvencija od 50 - 2500 Hz, kod zagrijavanja - do 10 000 Hz, kod površinskog otvrdnjavanja - 30 000 Hz ili više.

Pri taljenju lijevanog željeza koristi se industrijska frekvencija (50 Hz), što omogućuje povećanje ukupne učinkovitosti. instalacijama, jer se eliminiraju gubici energije uslijed pretvorbe frekvencije.

Indukcijsko grijanje je brzo jer se toplina oslobađa izravno u debljinu zagrijanog metala, što omogućuje taljenje metala u indukcijskim električnim pećima 2-3 puta brže nego u pećima s reflektirajućim plamenom.

Grijanje visokofrekventnim strujama može se provesti u bilo kojoj atmosferi; indukcijskim toplinskim jedinicama nije potrebno vrijeme za zagrijavanje i lako se integriraju u automatske i proizvodne linije. Korištenjem indukcijskog grijanja mogu se postići temperature do 3000 °C ili više.

Zahvaljujući svojim prednostima visokofrekventno grijanješiroko se koristi u metalurškoj, strojarskoj i metaloprerađivačkoj industriji, gdje se koristi za taljenje metala, toplinsku obradu dijelova, zagrijavanje za štancanje itd.

PRINCIP RADA INDUKCIJSKE PEĆNICE. PRINCIP INDUKCIJSKOG GRIJANJA

Princip indukcijskog zagrijavanja je pretvaranje energije elektromagnetskog polja koju apsorbira električni vodljivi grijani objekt u toplinsku energiju.

U indukcijskim grijaćim instalacijama, elektromagnetsko polje stvara induktor, koji je cilindrična zavojnica s više zavoja (solenoid). Izmjenična električna struja prolazi kroz induktor, što rezultira vremenski promjenjivim magnetskim poljem oko induktora. Ovo je prva transformacija energije elektromagnetskog polja, opisana prvom Maxwellovom jednadžbom.

Zagrijani predmet se postavlja unutar ili pored induktora. Promjenjivi (u vremenu) tok vektora magnetske indukcije koji stvara induktor prodire u zagrijani objekt i inducira električno polje. Električne linije ovog polja nalaze se u ravnini okomitoj na smjer magnetskog toka i zatvorene su, odnosno električno polje u zagrijanom objektu je vrtložne prirode. Pod utjecajem električnog polja, prema Ohmovom zakonu, nastaju vodljive struje (vrtložne struje). Ovo je druga transformacija energije elektromagnetskog polja, opisana drugom Maxwellovom jednadžbom.

U zagrijanom objektu energija induciranog izmjeničnog električnog polja nepovratno prelazi u toplinsku energiju. Takvo toplinsko rasipanje energije, koje rezultira zagrijavanjem objekta, uvjetovano je postojanjem vodljivih struja (vrtložnih struja). Ovo je treća transformacija energije elektromagnetskog polja, a energetski odnos te transformacije opisuje Lenz-Jouleov zakon.

Opisane transformacije energije elektromagnetskog polja omogućuju:
1) prenesite električnu energiju induktora na grijani objekt bez pribjegavanja kontaktima (za razliku od otpornih peći)
2) oslobađanje topline izravno u grijanom objektu (tzv. „peć s unutarnjim izvorom grijanja“ prema terminologiji prof. N.V. Okorokova), zbog čega je korištenje toplinske energije najsavršenije, a grijanje brzina se značajno povećava (u usporedbi s tzv. "pećnicama s vanjskim izvorom grijanja").

Na veličinu jakosti električnog polja u zagrijanom objektu utječu dva čimbenika: veličina magnetskog toka, tj. broj magnetskih linija sile koje probijaju objekt (ili spojene s zagrijanim objektom) i frekvencija struja napajanja, tj. učestalost promjena (tijekom vremena) magnetskog toka spojenog na grijani objekt.

To omogućuje stvaranje dvije vrste instalacija indukcijskog grijanja, koje se razlikuju po dizajnu i radnim svojstvima: indukcijske instalacije sa i bez jezgre.

Po tehnološka namjena Instalacije indukcijskog grijanja dijele se na peći za taljenje za topljenje metala i instalacije za grijanje za toplinska obrada(kaljenje, popuštanje), za zagrijavanje izradaka prije plastične deformacije (kovanje, štancanje), za zavarivanje, lemljenje i navarivanje, za kemijsko-toplinsku obradu proizvoda i dr.

Prema učestalosti promjena struje koja napaja instalaciju indukcijskog grijanja razlikuju se:
1) instalacije industrijske frekvencije (50 Hz), napajane iz mreže izravno ili preko silaznih transformatora;
2) visokofrekventne instalacije (500-10000 Hz), koje napaja električni stroj ili poluvodički pretvarači frekvencije;
3) visokofrekventne instalacije (66.000-440.000 Hz i više), koje napajaju cijevni elektronički generatori.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

VF - indukcijsko pražnjenje: uvjeti izgaranja, izvedba i područje primjene

Uvod

Jedan od kritična pitanja organizacija plazme tehnološki procesi je razvoj izvora plazme sa svojstvima optimalnim za ovu tehnologiju, na primjer: visoka homogenost, zadana gustoća plazme, energija nabijenih čestica, koncentracija kemijski aktivnih radikala. Analiza pokazuje da su visokofrekventni (HF) izvori plazme najperspektivniji za upotrebu u industrijskim tehnologijama, budući da se, prvo, mogu koristiti za obradu vodljivih i dielektričnih materijala, a Drugo, ne samo inertni plinovi, već i kemijski aktivni plinovi mogu se koristiti kao radni plinovi. Danas su poznati izvori plazme temeljeni na kapacitivnim i induktivnim RF pražnjenjima. Značajka kapacitivnog RF izboja, koji se najčešće koristi u plazma tehnologijama, je postojanje slojeva prostornog naboja na elektrodi, u kojima se formira vremenski prosječan pad potencijala, ubrzavajući ione u smjeru elektrode. To omogućuje obradu uzoraka materijala koji se nalaze na elektrodama RF kapacitivnog pražnjenja pomoću ubrzanih iona. Nedostatak kapacitivnih RF izvora izboja je relativno niska koncentracija elektrona u glavnom volumenu plazme. Znatno veća koncentracija elektrona pri istim RF snagama karakteristična je za induktivna RF pražnjenja.

Induktivno RF pražnjenje poznato je više od sto godina. Ovo je pražnjenje pobuđeno strujom koja teče kroz induktor smješten na bočnoj ili krajnjoj površini obično cilindričnog izvora plazme. Još 1891. godine J. Thomson je sugerirao da induktivno pražnjenje uzrokuje i održava vrtlog električno polje, koji se stvara magnetsko polje, pak, izazvan strujom koja teče kroz antenu. Godine 1928.-1929., raspravljajući s J. Thomsonom, D. Townsend i R. Donaldson izrazili su ideju da induktivno VF pražnjenje nije podržano vrtložnim električnim poljima, već potencijalnim poljima koja se pojavljuju zbog prisutnosti potencijalne razlike između okretaja induktora. Godine 1929. K. McKinton eksperimentalno je pokazao mogućnost postojanja dvaju načina izgaranja pražnjenjem. Pri niskim amplitudama VF napona, pražnjenje se zapravo dogodilo pod utjecajem električnog polja između zavoja zavojnice i imalo je karakter slabog uzdužnog sjaja duž cijele plinskoizvodne cijevi. Kako se amplituda RF napona povećavala, sjaj je postajao svjetliji i konačno se pojavilo svijetlo prstenasto pražnjenje. Sjaj izazvan uzdužnim električnim poljem je nestao. Kasnije su ova dva oblika pražnjenja nazvana E-H - pražnjenje.

Područja postojanja induktivnog pražnjenja mogu se podijeliti u dva velika područja: ovo visokotlačni(oko atmosferski pritisak), pri kojoj je stvorena plazma blizu ravnoteže, i niski pritisak, pri čemu stvorena plazma nije u ravnoteži.

Periodična pražnjenja. Plazma RF i mikrovalna pražnjenja. Vrste visokofrekventnih pražnjenja

Za pobuđivanje i održavanje sjajnog pražnjenja istosmjerna struja Potrebno je da dvije vodljive (metalne) elektrode budu u izravnom kontaktu sa zonom plazme. S tehnološkog gledišta, takav dizajn plazma-kemijskog reaktora nije uvijek prikladan. Prvo, kod izvođenja procesa taloženja dielektričnih prevlaka plazmom, na elektrodama se također može formirati neprovodljivi film. To će dovesti do povećane nestabilnosti pražnjenja i konačno do njegovog slabljenja. Drugo, u reaktorima s unutarnjim elektrodama uvijek postoji problem kontaminacije ciljnog procesa materijalima uklonjenim s površine elektrode tijekom fizičkog raspršivanja ili kemijskih reakcija s česticama plazme. Kako bi se izbjegli ovi problemi, uključujući potpuno napuštanje uporabe unutarnjih elektroda, dopušta korištenje periodičnih pražnjenja pobuđenih ne konstantnim, već izmjeničnim električnim poljem.

Glavni učinci koji se javljaju kod periodičnih pražnjenja određeni su odnosima između karakterističnih frekvencija plazma procesa i frekvencije primijenjenog polja. Preporučljivo je razmotriti tri tipična slučaja:

Niske frekvencije. Na frekvencijama vanjskog polja do 10 2 - 10 3 Hz situacija je bliska onoj ostvarenoj u konstantnom električno polje. Međutim, ako je karakteristična frekvencija uništenja naboja v d manja od frekvencije polja w(v d ? w), naboji nakon promjene predznaka polja uspiju nestati prije nego što jakost polja dosegne vrijednost dovoljnu za održavanje pražnjenja. Tada će se pražnjenje ugasiti i zapaliti dva puta tijekom razdoblja promjene polja. Napon ponovnog paljenja pražnjenja trebao bi ovisiti o frekvenciji. Što je viša frekvencija, to će manji udio elektrona imati vremena nestati tijekom postojanja polja nedostatnog za održavanje pražnjenja, niži je potencijal ponovnog paljenja. Na niskim frekvencijama nakon proboja, odnos između struje i napona izgaranja odgovara statičkoj strujno-naponskoj karakteristici pražnjenja (slika 1, krivulja 1). Parametri pražnjenja "prate" promjene napona.

Međufrekvencije. S povećanjem frekvencije, kada su karakteristične frekvencije plazma procesa usporedive i nešto manje od frekvencije polja (v d ? w), stanje pražnjenja nema vremena "pratiti" promjenu napona napajanja. Histereza se pojavljuje u dinamičkoj strujno-naponskoj karakteristici pražnjenja (slika 1, krivulja 2).

Visoke frekvencije. Kada je uvjet ispunjen< v d <

Riža. 1. Strujno-naponske karakteristike periodičnih pražnjenja: 1 - statička strujno-naponska karakteristika, 2 - strujno-naponska karakteristika u prijelaznom frekvencijskom području, 3 - stacionarna dinamička strujno-naponska karakteristika

Postoje mnoge vrste električnih pražnjenja u plinu, ovisno o prirodi primijenjenog polja (konstantno električno polje, izmjenično, pulsirajuće, (HF), ultra visoke frekvencije (mikrovalno)), tlaku plina, obliku i položaju elektroda itd.

Za VF pražnjenja postoje sljedeće metode pobude: 1) kapacitivne na frekvencijama manjim od 10 kHz, 2) induktivne na frekvencijama u području 100 kHz - 100 MHz. Ove metode uzbude uključuju upotrebu generatora ovih raspona. Kod kapacitivne metode pobude elektrode se mogu postaviti unutar radne komore ili izvan nje ako je komora dielektrična (sl. 2 a, b). Za indukcijsku metodu koriste se posebne zavojnice čiji broj zavoja ovisi o korištenoj frekvenciji (slika 2 c).

HF indukcijsko pražnjenje

Visokofrekventno indukcijsko (bezelektrodno) pražnjenje u plinovima poznato je od kraja prošlog stoljeća. Međutim, nije ga bilo moguće odmah u potpunosti razumjeti. Indukcijsko pražnjenje lako je uočiti ako se vakuumirana posuda stavi unutar solenoida kroz koji teče dovoljno jaka visokofrekventna struja. Pod utjecajem vrtložnog električnog polja, koje je inducirano izmjeničnim magnetskim tokom, dolazi do proboja zaostalog plina i paljenja pražnjenja. Održavanje pražnjenja (ionizacija) zahtijeva Jouleovu toplinu indukcijskih struja prstena koje teku u ioniziranom plinu duž linija vrtložnog električnog polja (crte magnetskog polja unutar dugog solenoida paralelne su s osi; slika 3).

Slika 3 Dijagram polja u solenoidu

Među starim radovima o bezelektrodnom pražnjenju, najtemeljitija istraživanja pripadaju J. Thomsonu 2, koji je, osobito, eksperimentalno dokazao induktivnu prirodu pražnjenja i izveo teorijske uvjete paljenja: ovisnost praga magnetskog polja za proboj o tlaku plina. (i učestalost). Poput Paschenovih krivulja za proboj pražnjera u konstantnom električnom polju, krivulje paljenja imaju minimum. Za praktično frekvencijsko područje (od desetina do desetaka megaherca), minimumi leže u području niskog tlaka; stoga se pražnjenje obično opažalo samo u jako razrijeđenim plinovima.

Uvjeti gorenja VF indukcijskog pražnjenja

Induktivno RF pražnjenje je pražnjenje pobuđeno strujom koja teče kroz induktor smješten na bočnoj ili krajnjoj površini obično cilindričnog izvora plazme (sl. 4a, b). Središnje pitanje u fizici niskotlačnog induktivnog pražnjenja je pitanje mehanizama i učinkovitosti apsorpcije RF snage od strane plazme. Poznato je da se s čisto induktivnom pobudom VF pražnjenja njegov ekvivalentni krug može prikazati u obliku prikazanom na Sl. 1 godina RF generator je napunjen na transformator čiji se primarni namot sastoji od antene kroz koju teče struja koju stvara generator, a sekundarni namot je struja inducirana u plazmi. Primarni i sekundarni namot transformatora povezani su koeficijentom međusobne indukcije M. Strujni krug transformatora lako se svede na strujni krug koji predstavlja aktivni otpor i induktivitet antene, ekvivalentni otpor i induktivitet plazme spojene u seriju ( Slika 4d), tako da je snaga RF generatora P gen povezana sa snagom Pan t oslobođenom u anteni i snagom P p1 oslobođenom u plazmi, izrazi

gdje je I struja koja teče kroz antenu, P ant je aktivni otpor antene, R p 1 je ekvivalentni otpor plazme.

Iz formula (1) i (2) jasno je da kada je opterećenje usklađeno s generatorom, aktivna RF snaga Pgen koju generator dovodi vanjskom krugu raspoređuje se između dva kanala, naime: jedan dio snage ide na zagrijavanje antene, a drugi dio je apsorbirana plazma. Prethodno je velika većina radova a priori pretpostavljala da pod eksperimentalnim uvjetima

R pl > R antvv (3)

a svojstva plazme određena su snagom RF generatora koju plazma u potpunosti apsorbira. Sredinom 1990-ih V. Godyak i njegovi kolege uvjerljivo su pokazali da se kod niskotlačnih pražnjenja relacija (3) može narušiti. Očito, pod uvjetom

Rpi? Rant (4)

ponašanje induktivnog RF pražnjenja radikalno se mijenja.

Riža. 4. Krugovi (a, b) induktivnih izvora plazme i (c) induktivnog izvora plazme s kapacitivnom komponentom, (d, e) ekvivalentni krugovi čisto induktivnog izboja.

Sada parametri plazme ne ovise samo o snazi ​​RF generatora, već io ekvivalentnom otporu plazme, koji pak ovisi o parametrima plazme i uvjetima za njegovo održavanje. To dovodi do pojave novih učinaka povezanih sa samostalnom preraspodjelom snage u vanjskom krugu pražnjenja. Ovo posljednje može značajno utjecati na učinkovitost izvora plazme. Očito, ključ za razumijevanje ponašanja pražnjenja u režimima koji odgovaraju nejednakosti (4), kao i za optimizaciju rada plazma uređaja, leži u obrascima promjena ekvivalentnog otpora plazme pri promjeni parametara plazme i uvjeta za održavanje iscjedak.

Dizajn VF indukcijskog pražnjenja

Temelje za suvremena istraživanja i primjenu pražnjenja bez elektroda postavio je rad G. I. Babata, koji je izveden neposredno prije rata u Lenjingradskoj tvornici električnih svjetiljki "Svetlana". Ti su radovi objavljeni 1942. 3 i postali su naširoko poznati u inozemstvu nakon objavljivanja u Engleskoj 1947. 4. Babat je stvorio visokofrekventne cijevne generatore snage reda stotina kilovata, što mu je omogućilo dobivanje snažnih izboja bez elektroda u zraku pod tlakom do atmosferskog . Babat je radio u frekvencijskom rasponu 3-62 MHz, induktori su se sastojali od nekoliko zavoja promjera oko 10 cm. U visokotlačno pražnjenje uvedena je ogromna snaga tog vremena, do nekoliko desetaka kilovata (međutim, takve su vrijednosti visoke za moderne instalacije). ?Bušiti? zraka ili drugog plina pri atmosferskom tlaku, naravno, nije bilo moguće ni uz najveće struje u induktoru, pa je trebalo poduzeti posebne mjere za paljenje pražnjenja. Najlakši način je bio pobuditi pražnjenje pri niskom tlaku, kada su probojna polja mala, a zatim postupno povećavati tlak, dovodeći ga do atmosferskog tlaka. Babat je primijetio da kada plin teče kroz ispust, potonji se može ugasiti ako je eksplozija prejaka. Pri visokim tlakovima otkriven je efekt kontrakcije, odnosno odvajanja iscjetka od stijenki ispusne komore. U 50-ima se pojavilo nekoliko radova o pražnjenju bez elektroda 5~7. Cabanne 5 proučavao je pražnjenja u inertnim plinovima pri niskim tlakovima od 0,05 do 100 mm Hg. Umjetnost. i male snage do 1 kW na frekvencijama od 1--3 MHz, određivali krivulje paljenja, mjerili snagu unesenu u pražnjenje kalorimetrijskom metodom i mjerili koncentracije elektrona pomoću sondi. Krivulje paljenja za mnoge plinove također su dobivene u Ref. 7. U Ref. 6 je napravljen pokušaj korištenja pražnjenja za ultraljubičastu spektroskopiju. Plazma baklju bez elektroda, kojoj su sadašnje instalacije vrlo blizu, dizajnirao je Reed 1960. 8. Dijagram i fotografija prikazani su na sl. 2. Kvarcna cijev promjera 2,6 cm bila je prekrivena induktorom od pet zavoja izrađenim od bakrene cijevi s razmakom između zavoja 0,78 cm Izvor struje bio je industrijski visokofrekventni generator maksimalne izlazne snage 10 kW; radna frekvencija 4 MHz. Za paljenje pražnjenja korištena je pomična grafitna šipka. Šipka gurnuta u induktor zagrijava se u polju visoke frekvencije i emitira elektrone. Okolni plin se zagrijava i širi, uzrokujući kvar. Nakon paljenja, šipka se uklanja i iscjedak nastavlja gorjeti. Najvažnija točka u ovoj instalaciji bila je uporaba tangencijalne opskrbe plinom. Reed je istaknuo da bi se nastala plazma trebala prilično brzo širiti protiv protoka plina koji je teži odnijeti. Inače će se iscjedak ugasiti, kao što se događa s nestabiliziranim plamenom. Pri niskim brzinama protoka plazma se može održavati običnom toplinskom vodljivošću. (Ulogu toplinske vodljivosti u visokotlačnim pražnjenjima također je primijetio Cabanne5.) Međutim, pri visokim brzinama opskrbe plinom potrebno je poduzeti mjere za recirkulaciju dijela plazme. Zadovoljavajuće rješenje ovog problema bila je vrtložna stabilizacija koju je koristio Reed, u kojoj se plin dovodi u cijev tangencijalno i teče kroz nju, izvodeći spiralno gibanje. Uslijed centrifugalnog širenja plina u aksijalnom dijelu cijevi nastaje stupac niskog tlaka. Ovdje gotovo da nema aksijalnog strujanja, a dio plazme se usisava uzvodno. Što je veća brzina dodavanja, svjetleća plazma više prodire suprotno struji. Osim toga, ovim načinom opskrbe plin teče duž cijevi uglavnom na njezinim zidovima, odvaja iscjedak od zidova i izolira ga od destruktivnih učinaka visokih temperatura, što omogućuje rad s povećanim snagama. Ova kvalitativna razmatranja, koja je ukratko iznio Reed, vrlo su važna za razumijevanje fenomena, iako ne moraju potpuno točno odražavati bit stvari. Vratit ćemo se na pitanje održavanja plazme, koje se čini najozbiljnijim kada se razmatra stacionarno stabilizirano pražnjenje u protoku plina, u nastavku, u Pogl. IV.

Reed je radio s argonom i mješavinama argona s helijem, vodikom, kisikom i zrakom. Napomenuo je da je najlakše održavati pražnjenje u čistom argonu. Protok argona iznosio je 10-20 l/min (prosječna brzina plina po presjeku cijevi bila je 30-40 cm/s) kada je u pražnjenje uvedena snaga od 1,5-3 kW, što je otprilike polovica snaga koju troši generator. Reed je odredio energetsku ravnotežu u plazmatronu i optičkom metodom izmjerio prostornu raspodjelu temperature u plazmi.

Objavio je još nekoliko članaka: o snažnim indukcijskim pražnjenjima pri niskim tlakovima9, o mjerenjima prijenosa topline na sonde uvedene u različite točke plazma plamenika10, o uzgoju kristala vatrostalnih materijala pomoću indukcijskog plamenika itd.

Indukcijska plazma baklja, po dizajnu slična Reedovoj, opisana je nešto kasnije u radovima Rebu4 5 "4 6. Rebu ju je koristio za uzgoj kristala i proizvodnju sferičnih čestica vatrostalnih materijala.

Otprilike od 1963. godine u našem i inozemnom tisku pojavili su se mnogi radovi posvećeni eksperimentalnom proučavanju visokotlačnih indukcijskih pražnjenja kako u zatvorenim posudama tako iu struji plina1 2-3 3 ǴE 4 0-4 4-5 3 ǴE 8 0.

Mjere se prostorne raspodjele temperature u području pražnjenja i u pramenu plazme, te raspodjele koncentracija elektrona. Ovdje se u pravilu koriste dobro poznate optičke, spektralne i sonde metode, koje se obično koriste u proučavanju plazme lučnog pražnjenja. Snage unesene u pražnjenje mjere se pri različitim naponima na induktoru, različitim brzinama protoka plina, različitim ovisnostima parametara za različite plinove, frekvencijama itd. Teško je uspostaviti bilo kakve jednolike ovisnosti, recimo, temperature plazme o snaga unesena u pražnjenje, pa kako sve ovisi o konkretnim uvjetima: promjeru cijevi, geometriji induktora, brzini dovoda plina itd. Opći rezultat mnogih radova je zaključak da uz snagu reda veličine nekoliko ili desetaka kilovata, temperatura argonske plazme doseže približno 9000-10 000 °K.

Raspodjela temperature uglavnom ima plato karakter. u sredini cijevi i naglo se spušta u blizini zidova, ali plato? nije sasvim ravno, u središnjem dijelu postoji mali uron, obično veličine nekoliko stotina stupnjeva. U drugim plinovima, temperature su također reda veličine 10 000°, ovisno o vrsti plina i drugim uvjetima. U zraku su temperature niže nego u argonu pri istoj snazi ​​i, obrnuto, za postizanje istih temperatura potrebne su nekoliko puta veće snage 31. Temperatura lagano raste s povećanjem snage i slabo ovisi o protoku plina. Na sl. Slike 3 i 4 dane su da ilustriraju raspodjelu temperature duž polumjera, temperaturno polje (izoterme) i raspodjelu koncentracija elektrona. Eksperimenti27 su pokazali da se s povećanjem brzine dovoda plina i brzine protoka plina (s tangencijalnim dovodom), pražnjenje sve više odvaja od stijenki i radijus pražnjenja se mijenja od približno 0,8 do 0,4 polumjera cijevi. Kako se protok plina povećava, snaga uložena u pražnjenje se također nešto smanjuje, što je povezano sa smanjenjem radijusa pražnjenja, odnosno protoka plazme ili potrošnje. Tijekom pražnjenja u zatvorenim posudama, bez protoka plina, svijetleće područje pražnjenja obično dolazi vrlo blizu bočnih stijenki posude. Mjerenja koncentracija elektrona pokazala su da je stanje plazme pri atmosferskom tlaku blizu termodinamičke ravnoteže. Izmjerene koncentracije i temperature odgovaraju Sahinoj jednadžbi sa zadovoljavajućom točnošću.

Indukcijsko VF pražnjenje

Trenutno su poznati niskotlačni izvori plazme, čiji se princip rada temelji na induktivnom HF pražnjenju u odsutnosti magnetskog polja, kao i na induktivnom HF pražnjenju postavljenom u vanjsko magnetsko polje s indukcijom koja odgovara uvjeti elektronske ciklotronske rezonancije (ECR) i uvjeti ekscitacije helikona i Trivelpiece-Gold (TG) valova (u daljnjem tekstu izvori helikona).

Poznato je da su u plazmi induktivnog pražnjenja VF električna polja skinirana, tj. Elektroni se zagrijavaju u uskom sloju stijenke. Kada se na plazmu primijeni induktivno VF pražnjenje vanjskog magnetskog polja, pojavljuju se područja prozirnosti u kojima VF polja prodiru duboko u plazmu, a elektroni se zagrijavaju u cijelom njezinom volumenu. Ovaj se učinak koristi u izvorima plazme, čiji se princip rada temelji na ECR. Takvi izvori rade prvenstveno u mikrovalnom području (2,45 GHz). Mikrovalno zračenje uvodi se, u pravilu, kroz kvarcni prozor u cilindričnu komoru za pražnjenje plina, u kojoj se pomoću magneta formira nejednoliko magnetsko polje. Magnetsko polje karakterizira prisutnost jedne ili više rezonantnih zona u kojima su ispunjeni ECR uvjeti i RF snaga se uvodi u plazmu. U radiofrekvencijskom području ECR se koristi u takozvanim izvorima plazme s neutralnom petljom. Značajnu ulogu u stvaranju plazme i formiranju strukture pražnjenja ima neutralni krug, koji je kontinuirani niz točaka s nultim magnetskim poljem. Zatvoreni magnetski krug formiran je pomoću tri elektromagneta. Struje u namotima gornjeg i donjeg svitka imaju isti smjer. Struja u srednjem svitku teče u suprotnom smjeru. RF indukcijsko pražnjenje s neutralnim krugom karakterizira visoka gustoća plazme (10 11 - 10 12 cm~ 3) i niska temperatura elektrona (1 -4 eV).

Induktivno pražnjenje bez vanjskog magnetskog polja

Neovisna varijabla na apscisnoj osi je snaga P pi koju apsorbira plazma. Prirodno je pretpostaviti da je gustoća plazme n e proporcionalna P pi, ali treba napomenuti da će se za različite izvore plazme koeficijenti proporcionalnosti između P pi i n e razlikovati. Kao što se može vidjeti, opća tendencija ponašanja ekvivalentnog otpora R pi je njegov porast u području relativno malih vrijednosti ulazne snage, a zatim njegovo zasićenje.

Naprotiv, u području visokih koncentracija elektrona, gdje prevladava apsorpcija bez sudara, tj. u području anomalnog skin efekta ovisnost R pl (n e) je bliska onoj dobivenoj za medije s jakom prostornom disperzijom. Općenito, nemonotona ovisnost ekvivalentnog otpora o gustoći plazme objašnjava se konkurencijom dva čimbenika: s jedne strane, apsorpcija RF snage raste s povećanjem koncentracije elektrona, s druge strane, dubina sloja kože, koja određuje širinu područja apsorpcije RF snage, smanjuje se s povećanjem p e.

Teorijski model izvora plazme pobuđenog spiralnom antenom smještenom na njegovoj gornjoj krajnjoj površini predviđa da ekvivalentni otpor plazme ne ovisi o duljini izvora plazme, pod uvjetom da je dubina sloja plazme manja od duljine izvora plazme. Fizički, ovaj rezultat je očit, budući da se apsorpcija RF snage događa unutar sloja kože. Pod eksperimentalnim uvjetima, dubina skin sloja očito je manja od duljine izvora plazme, stoga ne čudi da ekvivalentni otpor plazme izvora opremljenih antenom na gornjem kraju ne ovisi o njihovoj duljini. Naprotiv, ako se antena nalazi na bočnoj površini izvora, povećanje duljine izvora, popraćeno istodobnim povećanjem duljine antene, dovodi do povećanja područja u kojem se nalazi RF snaga. apsorbiran, tj. na izduženje sloja skin-a, dakle, u slučaju bočne antene, ekvivalentni otpor raste s povećanjem duljine izvora.

Eksperimenti i proračuni su pokazali da su pri niskim tlakovima apsolutne vrijednosti ekvivalentnog otpora plazme male. Povećanje tlaka radnog plina dovodi do značajnog povećanja ekvivalentnog otpora. Ovaj učinak je mnogo puta uočen u teorijskim i eksperimentalnim radovima. Fizikalni razlog povećanja sposobnosti plazme da apsorbira RF snagu s povećanjem tlaka leži u mehanizmu apsorpcije RF snage. Kao što se može vidjeti sa Sl. 5, pri minimalnom razmatranom tlaku, p -- 0,1 mTorr, prevladava Čerenkovljev mehanizam rasipanja. Sudari elektron-atom nemaju praktički nikakvog utjecaja na vrijednost ekvivalentnog otpora, a sudari elektron-ion dovode do samo blagog povećanja ekvivalentnog otpora pri n e > 3 x 10 11 cm-- 3. Povećanje pritiska, tj. učestalost sudara elektrona i atoma dovodi do povećanja ekvivalentnog otpora zbog povećane uloge kolizionog mehanizma apsorpcije RF snage. To se može vidjeti iz Sl. 5, koja prikazuje omjer ekvivalentnog otpora izračunatog uzimajući u obzir kolizijske i bezsudarne mehanizme apsorpcije prema ekvivalentnom otporu izračunatom samo uzimajući u obzir sudare.

Riža.5 . Ovisnost omjera ekvivalentnog otpora Rpi, izračunatog uzimajući u obzir mehanizme apsorpcije sudara i bez sudara, i ekvivalentnog otpora Rpi, izračunatog samo uzimajući u obzir sudare, o gustoći plazme. Proračun je obavljen za ravne izvore u obliku diska polumjera 10 cm pri tlaku neutralnog plina od 0,3 mTorr (1), 1 mTorr (2), 10 mTorr (3), 100 mTorr (7), 300 mTorr (5). ).

Induktivno pražnjenje s vanjskim magnetskim poljem

U eksperimentima su korišteni izvori plazme opremljeni spiralnim antenama smještenim na bočnim i čeonim površinama izvora, kao i antene Nagoya III. Za radnu frekvenciju od 13,56 MHz, područje magnetskog polja B « 0,4-1 mT odgovara ECR uvjetima, a područje B > 1 mT odgovara uvjetima za pobuđivanje helikona i Trivelpiece-Gold valova.

Pri niskim tlakovima radnog plina (p ^ 5 mTorr), ekvivalentni otpor plazme bez magnetskog polja značajno je manji po veličini nego u području "helikona". Vrijednosti R pl dobivene za ECR područje zauzimaju srednji položaj, a ovdje se ekvivalentni otpor monotono povećava s povećanjem magnetskog polja. Područje "helikona" karakterizira nemonotona ovisnost ekvivalentnog otpora o magnetskom polju, a nemonotonost R pl (B) u slučaju krajnje spiralne antene i antene Nagoya III mnogo je izraženija nego u slučaju bočne spiralne antene. Položaj i broj lokalnih maksimuma krivulje ^pi(B) ovise o ulaznoj RF snazi, duljini i polumjeru izvora plazme, vrsti plina i njegovom tlaku.

Povećanje ulazne snage, tj. koncentracija elektrona n e, dovodi do porasta ekvivalentnog otpora i pomaka glavnog maksimuma funkcije ^pi(B) u područje viših magnetskih polja, a u nekim slučajevima i do pojave dodatnih lokalnih maksimuma. Sličan se učinak opaža s povećanjem duljine izvora plazme.

Porast tlaka je u rasponu od 2-5 mTorr, kao što se može vidjeti na sl. 4b, ne dovodi do značajnih promjena u prirodi ovisnosti ^ pl (B), međutim, pri pritiscima većim od 10 mTorr, nemonotonost ovisnosti ekvivalentnog otpora o magnetskom polju nestaje, apsolutne vrijednosti ekvivalentnog otpora padaju i postaju manji od vrijednosti dobivenih bez magnetskog polja.

Analiza fizikalnih mehanizama apsorpcije RF snage plazmom induktivnog izboja u ECR uvjetima i uvjetima pobude helikona i TG valova provedena je u mnogim teorijskim radovima. Analitičko razmatranje problema pobude helikona i TG valova u općem slučaju povezano je sa značajnim poteškoćama, budući da je potrebno opisati dva međusobno povezana vala. Podsjetimo, helikon je brzi transverzalni val, a TG val spori longitudinalni val. Helikoni i TG valovi pokazuju se neovisnima samo u slučaju prostorno neograničene plazme, u kojoj oni predstavljaju vlastite modove oscilacija magnetizirane plazme. U slučaju ograničenog cilindričnog izvora plazme, problem se može riješiti samo numerički. Međutim, glavne značajke fizičkog mehanizma apsorpcije RF snage pri B > 1 mT mogu se ilustrirati korištenjem razvijene aproksimacije helikona, koja opisuje proces pobuđivanja valova u plazmi pod uvjetom da su zadovoljene nejednakosti

Područje primjene

visokofrekventna magnetska plazma izgaranja

Plazma reaktori i ionski izvori, čiji se princip rada temelji na niskotlačnom induktivnom RF pražnjenju, kritična su komponenta modernih zemaljskih i svemirskih tehnologija već nekoliko desetljeća. Široku rasprostranjenost tehničke primjene induktivnog RF pražnjenja olakšavaju njegove glavne prednosti: mogućnost dobivanja visoke koncentracije elektrona pri relativno niskoj razini RF snage, odsutnost kontakta plazme s metalnim elektrodama, niska temperatura elektrona, i, posljedično, nizak potencijal plazme u odnosu na stijenke koje ograničavaju pražnjenje. Potonji, osim minimiziranja gubitaka snage na stijenkama izvora plazme, omogućuje izbjegavanje oštećenja površine uzoraka kada se tretiraju pražnjenjem s ionima visoke energije.

Tipični primjeri izvora plazme koji rade na induktivnom RF pražnjenju bez magnetskog polja su plazma reaktori namijenjeni jetkanju supstrata, ionski izvori namijenjeni implementaciji zemaljskih tehnologija ionskog snopa i rad u svemiru kao motori za korekciju orbite svemirskih letjelica, izvori svjetlosti. Zajednička značajka dizajna navedenih uređaja je prisutnost komore za plinsko pražnjenje (GDC), na čijoj se vanjskoj površini ili unutar nje nalazi induktor ili antena. Pomoću antene spojene na visokofrekventni generator, RF snaga se uvodi u volumen GDC i pali se pražnjenje bez elektroda. Struje koje teku kroz antenu induciraju vrtložno električno polje u plazmi, koje zagrijava elektrone do energije potrebne za učinkovitu ionizaciju radnog plina. Tipične gustoće plazme u plazma reaktorima su 10 11 - 3 x 10 12 cm~ 3, a u izvorima iona - 3 x 10 10 - 3 x 10 11 cm ~ 3. Karakteristični tlak neutralnog plina u plazma reaktorima varira od 1 do 30 mTorr, u ionskim izvorima je 0,1 mTorr, u izvorima svjetlosti je 0,1-10 torr.

Plazma reaktori i ionski izvori, čiji se princip rada temelji na niskotlačnom induktivnom RF pražnjenju, kritična su komponenta modernih zemaljskih i svemirskih tehnologija već nekoliko desetljeća. Široko širenje tehničke primjene induktivnog RF pražnjenja olakšavaju njegove glavne prednosti - mogućnost dobivanja visoke koncentracije elektrona pri relativno niskoj razini RF snage, odsutnost kontakta plazme s metalnim elektrodama, niska temperatura elektrona, i, posljedično, nizak potencijal plazme u odnosu na stijenke koje ograničavaju pražnjenje. Potonji, osim minimiziranja gubitaka snage na stijenkama izvora plazme, omogućuje izbjegavanje oštećenja površine uzoraka kada se tretiraju pražnjenjem s ionima visoke energije.

Rezultati dobiveni posljednjih godina, kako eksperimentalni tako i teorijski, pokazuju da parametri plazme induktivnog RF izboja ovise o gubicima snage u vanjskom krugu i količini energije koja ulazi u izboj kroz induktivni i kapacitivni kanal. Parametri plazme, s jedne strane, određeni su vrijednostima apsorbirane snage, as druge strane, oni sami određuju i omjer snaga koje ulaze u različite kanale i, u konačnici, snagu koju plazma apsorbira. . To određuje samodosljednu prirodu iscjetka. Samostalnost se najjasnije očituje u jakoj nemonotonosti ovisnosti parametara plazme o magnetskom polju i poremećajima pražnjenja. Značajni gubici snage u vanjskom krugu i nemonotona ovisnost sposobnosti plazme da apsorbira RF snagu o gustoći plazme dovode do zasićenja gustoće plazme s povećanjem snage RF generatora i pojave histereze u ovisnosti parametri plazme na snagu RF generatora i vanjsko magnetsko polje.

Prisutnost kapacitivne komponente pražnjenja uzrokuje promjenu udjela snage unesene u plazmu kroz induktivni kanal. To uzrokuje pomak u položaju prijelaza pražnjenja iz niskog u visoki mod u područje nižih snaga RF generatora. Tijekom prijelaza s niskog na visoki način pražnjenja, prisutnost kapacitivne komponente očituje se glatkijom promjenom gustoće plazme s povećanjem snage generatora i nestankom histereze. Povećanje koncentracije elektrona zbog doprinosa snage kroz kapacitivni kanal do vrijednosti koje prelaze vrijednost pri kojoj ekvivalentni otpor doseže maksimum dovodi do smanjenja doprinosa RF snage kroz induktivni kanal. Fizički nije opravdano uspoređivati ​​načine induktivnog RF pražnjenja s niskim i visokim koncentracijama elektrona s kapacitivnim i induktivnim načinima, budući da postojanje jednog kanala za uvođenje energije u plazmu dovodi do promjene udjela snage koja ulazi u plazmu. preko drugog kanala.

Razjašnjavanje slike fizičkih procesa u induktivnom RF pražnjenju niskog tlaka omogućuje optimizaciju parametara plazma uređaja koji rade na njegovoj osnovi.

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Ionski električni vakuumski uređaj s izbojem u plinu dizajniran za stabilizaciju napona. Princip rada zener diode s tinjajućim pražnjenjem. Osnovni fizikalni zakoni. Područje stabilizacije napona. Rad parametarskog stabilizatora.

test, dodan 28.10.2011


Parametri parcijalnih pražnjenja i njihove određujuće ovisnosti. Osnove razvoja parcijalnih pražnjenja, dijagnostika kabelskih vodova. Izrada analitičke sheme za ocjenu stanja kabelskih vodova na temelju mjerenja karakteristika parcijalnih pražnjenja.

diplomski rad, dodan 05.07.2017


Povijest razvoja pulsirajućih laserskih sustava. Mehanizam za stvaranje inverzije. Karakteristična značajka užarenog samoodrživog pražnjenja s hladnom katodom. Predionizacijski sustavi s izbojem u plinu. Osnovni elementi pulsnog lasera i područja njegove primjene.

kolegij, dodan 20.03.2016


Povećanje ukupnog broja bitova s ​​povećanjem višestrukosti ispravljene pogreške. Promjena prosječnog broja iskrivljenih bitova s ​​linearnom promjenom kvadratnog odstupanja. Određivanje učestalosti gubitka poruka. Grafički prikaz funkcije.

laboratorijski rad, dodan 01.12.2014


Vrste visokofrekventnih kondenzatora. Specifični kapacitet. Primjena kondenzatora velikog nazivnog kapaciteta. Promjenjivi zračni kondenzatori. Poluvarijabilni kondenzatori. Kondenzatori posebne namjene. Kondenzatori integriranih krugova.

sažetak, dodan 01.09.2009


Karakteristike elektromehaničkih instrumenata za mjerenje istosmjerne, izmjenične struje i napona. Njihov dizajn, princip rada, opseg primjene, prednosti i nedostaci. Definicija i podjela elektroničkih voltmetara, strujni krugovi instrumenata.

kolegij, dodan 26.03.2010


Karakteristike i opseg signala u sustavima digitalne obrade. Specijalizirani digitalni procesor signala SPF SM: razvijači i povijest, struktura i karakteristike, područje primjene, algoritmi i softver.

kolegij, dodan 06.12.2010


Senzor tlaka otporan na naprezanje. Dijagram kalibracije senzora. Provjera utjecaja elektromagnetskih smetnji na očitanja uređaja. Shematski dijagram paljenja pražnjenjem. Jednadžba tlaka prema naponu na senzoru. utjecaj pražnjenja na očitanja.

kolegij, dodan 29.12.2012


Glavne vrste kabela za ruralne telefonske mreže, njihov opseg, dopuštene radne temperature i instalacije. Tehnički uvjeti za konstrukcijske dimenzije jednostrukih visokofrekventnih ruralnih komunikacijskih kabela, električne karakteristike.

sažetak, dodan 30.08.2009


Osnovni parametri i principi komutacije. Dijagrami povezivanja ključeva. Mehanički i elektronički visokofrekventni prekidači. Tranzistori s efektom polja s MOS strukturom vrata i monolitni mikrovalni integrirani krugovi. Aktuatori mikrosustava.

Izum se odnosi na elektrotehniku ​​i usmjeren je na povećanje radnog vijeka RF plazma baklji i povećanje njihove toplinske učinkovitosti. Problem je riješen činjenicom da HF plazma baklja sadrži cilindričnu komoru za pražnjenje izrađenu u obliku vodom hlađenih uzdužnih profiliranih metalnih dijelova smještenih u zaštitnom dielektričnom kućištu, induktor koji pokriva kućište i ulazne jedinice za glavni i toplinski zaštitni plinovi ugrađeni unutar komore za pražnjenje na njenom krajnjem dijelu. Jedinica za unos toplinskog zaštitnog plina izrađena je u obliku jednog ili više koaksijalnih prstenastih nizova uzdužnih metalnih cijevi s brojem u svakom redu jednakim broju uzdužnih profiliranih metalnih presjeka. Cijevi sa strane induktora imaju profilirani raspor za izlaz plina, kao i uzdužni razmak u odnosu na susjedne cijevi u nizu do udaljenosti od najmanje jednog unutarnjeg promjera komore za pražnjenje, računajući od najbližeg zavoja induktora. Cijevi su spojene uzduž bočne površine lemljenjem ili zavarivanjem s radijalno smještenim uzdužnim metalnim cijevima susjednog koaksijalnog prstenastog reda, a uzdužne metalne cijevi reda koji je najbliži uzdužnim profiliranim metalnim dijelovima spojene su duž bočne površine sa susjednim dijelom. lemljenjem ili zavarivanjem. Glavna jedinica za unos plina na strani induktora opremljena je dijafragmom koja se nalazi na udaljenosti od najmanje jednog unutarnjeg promjera komore za pražnjenje od najbližeg zavoja induktora i ima najmanje jednu rupu za prolaz plina. Krajevi uzdužnih metalnih cijevi za izlaz plina u svakom redu nalaze se izvan zone induktora i jednako su udaljeni od njegovog najbližeg zavoja, a udaljenost krajeva uzdužnih metalnih cijevi za izlaz plina od najbližeg zavoja induktora raste s udaljenošću koaksijalnog prstenastog niza od uzdužnih profiliranih metalnih presjeka. Uzdužne metalne cijevi nalaze se na površini susjednih, radijalno postavljenih uzdužnih metalnih cijevi, a uzdužne metalne cijevi koaksijalnog prstenastog niza najbliže uzdužnim profiliranim metalnim profilima nalaze se na površini susjednih profila. Dijafragma na strani induktora tvori prstenasti raspor za prolaz plina s uzdužnim metalnim cijevima najbližeg koaksijalnog prstenastog reda, a visina prstenastog raspora za prolaz plina manja je od visine profiliranog raspora za izlaz plina uzdužnih metalnih cijevi najbližeg koaksijalnog prstenastog reda. Korištenje predloženog dizajna RF plazma baklje kao generatora niskotemperaturne plazme u mlazno-plazma procesima za obradu dispergiranih materijala omogućilo je stvaranje učinkovitih plazma reaktorskih uređaja za otvaranje fino mljevenih rudnih sirovina, sferoidizaciju dispergiranih materijala i dobivanje visoko dispergiranih oksidnih prahova generiranjem neuvijenih mlazova plazme pri toplinskoj učinkovitosti RFID-plazma baklji većoj od 80%. 15 plaća f-ly, 5 ilustr.

Indukcijsko zagrijavanje provodi se u izmjeničnom magnetskom polju. Vodiči postavljeni u polje zagrijavaju se vrtložnim strujama koje se u njima induciraju prema zakonima elektromagnetske indukcije.

Intenzivno zagrijavanje može se postići samo u magnetskim poljima visokog intenziteta i frekvencije, koja se stvaraju pomoću posebnih uređaja - induktora (indukcijski grijači), napajanih iz mreže ili pojedinačnih visokofrekventnih generatora struje (slika 3.1). Induktor je poput primarnog namota zračnog transformatora, čiji je sekundarni namot grijano tijelo.

Ovisno o korištenim frekvencijama, instalacije za indukcijsko grijanje dijele se na sljedeći način:

a) niske (industrijske) frekvencije (50 Hz);

b) srednje (visoke) frekvencije (do 10 kHz);

c) visoke frekvencije (preko 10 kHz).

Podjela indukcijskog grijanja na frekvencijska područja uvjetovana je tehničkim i tehnološkim razlozima. Fizička suština i opći kvantitativni obrasci za sve frekvencije su isti i temelje se na idejama o apsorpciji energije elektromagnetskog polja od strane vodljivog medija.

Frekvencija ima značajan utjecaj na intenzitet i prirodu grijanja. Pri frekvenciji od 50 Hz i jakosti magnetskog polja od 3000-5000 A/m specifična snaga zagrijavanja ne prelazi 10 W/cm 2 , a kod visokofrekventnog (HF) zagrijavanja snaga doseže stotine i tisuće W/cm2. cm 2 . U tom slučaju razvijaju se temperature koje su dovoljne za taljenje najvatrostalnijih metala.

Istodobno, što je veća frekvencija, to je manja dubina prodiranja struja u metal i, posljedično, tanji zagrijani sloj, i obrnuto. Zagrijavanje površine provodi se na visokim frekvencijama. Smanjenjem frekvencije, a time i povećanjem dubine prodiranja struje, moguće je postići duboko ili ravnomjerno zagrijavanje ravnomjerno po cijelom presjeku tijela. Dakle, odabirom frekvencije moguće je postići karakter i intenzitet grijanja koji zahtijevaju tehnološki uvjeti. Sposobnost zagrijavanja proizvoda na gotovo bilo koju debljinu jedna je od glavnih prednosti indukcijskog grijanja, koje se široko koristi za otvrdnjavanje površina dijelova i alata.

Površinsko kaljenje nakon indukcijskog zagrijavanja značajno povećava otpornost proizvoda na trošenje u usporedbi s toplinskom obradom u pećima. Indukcijsko grijanje također se uspješno koristi za taljenje, toplinsku obradu, deformaciju metala i druge procese.

Induktor je radni dio instalacije za indukcijsko grijanje. Što je vrsta elektromagnetskog vala koju emitira induktor bliža obliku grijane površine, veća je učinkovitost grijanja. Vrsta vala (ravni, cilindrični itd.) određena je oblikom induktora.

Izvedba induktora ovisi o obliku grijanih tijela, namjeni i uvjetima zagrijavanja. Najjednostavniji induktor je izolirani vodič smješten unutar metalne cijevi, izdužene ili namotane. Kada struja industrijske frekvencije prolazi kroz vodič, vrtložne struje se induciraju u cijevi i zagrijavaju je. U poljoprivredi se pokušavalo koristiti ovaj princip za zagrijavanje tla u zatvorenom tlu, peradi, itd.

U indukcijskim grijačima vode i pasterizatorima mlijeka (rad na njima još nije izašao iz okvira pokusnih uzoraka) induktori su izrađeni poput statora trofaznih elektromotora. Unutar induktora nalazi se cilindrična metalna posuda. Rotirajuće (ili pulsirajuće u monofaznoj verziji) magnetsko polje koje stvara induktor inducira vrtložne struje u stijenkama posude i zagrijava ih. Toplina se prenosi sa stijenki na tekućinu u posudi.

Kod indukcijskog sušenja drva hrpa dasaka se postavlja metalnom mrežom i stavlja (namotana na posebna kolica) unutar cilindričnog induktora izrađenog od vodiča velikog presjeka namotanih na okvir od izolacijskog materijala. Ploče se zagrijavaju pomoću metalnih mreža u kojima se induciraju vrtložna strujanja.

Navedeni primjeri objašnjavaju princip rada instalacija neizravnog indukcijskog grijanja. Nedostaci takvih instalacija su niska razina energije i mali intenzitet grijanja. Niskofrekventno indukcijsko grijanje vrlo je učinkovito kod izravnog zagrijavanja masivnih metalnih izradaka i određenog omjera između njihovih veličina i dubine prodiranja struje (vidi dolje).

Induktori visokofrekventnih instalacija izrađuju se neizolirani, sastoje se od dva glavna dijela - indukcijske žice, uz pomoć koje se stvara izmjenično magnetsko polje, i strujnih vodova za spajanje indukcijske žice na izvor električne energije.

Dizajn induktora može biti vrlo raznolik. Za zagrijavanje ravnih površina koriste se ravni induktori, cilindrični obradaci - cilindrični (solenoidni) induktori itd. (Sl. 3.1). Induktori mogu imati složen oblik (slika 3.2), zbog potrebe koncentriranja elektromagnetske energije u željenom smjeru, opskrbe vodom za hlađenje i gašenje itd.

Da bi se stvorila polja visokog intenziteta, velike struje, koje iznose stotine i tisuće ampera, prolaze kroz induktore. Kako bi se smanjili gubici, prigušnice se izrađuju sa što manjim aktivnim otporom. Unatoč tome, oni se i dalje intenzivno zagrijavaju kako vlastitom strujom tako i zbog prijenosa topline iz obratka, pa su opremljeni prisilnim hlađenjem. Induktori su obično izrađeni od bakrenih cijevi okruglog ili pravokutnog presjeka, unutar kojih prolazi tekuća voda za hlađenje.

Specifična površinska snaga. Elektromagnetski val koji emitira induktor pada na metalno tijelo i, apsorbirajući se u njemu, uzrokuje zagrijavanje. Snaga toka energije koja teče kroz jedinicu površine tijela određena je formulom (11)

uzimajući u obzir izraz

U praktičnim proračunima koristi se dimenzija D R u W/cm2, dakle

Zamjena dobivene vrijednosti H 0 u formulu (207), dobivamo

.

(3.7)

Dakle, snaga oslobođena u proizvodu proporcionalna je kvadratu amper-zavoja induktora i koeficijentu apsorpcije snage. Uz konstantnu jakost magnetskog polja, intenzitet zagrijavanja je veći, što je veći otpor r, magnetska permeabilnost materijala m i frekvencija struje f.

Formula (208) vrijedi za ravni elektromagnetski val (vidi § 2 I. poglavlja). Kada se cilindrična tijela zagrijavaju u solenoidnim induktorima, slika širenja valova postaje kompliciranija. Što je omjer manji, veća su odstupanja od odnosa za ravni val. r/z a, Gdje r- radijus cilindra, z a- trenutna dubina prodiranja.

U praktičnim izračunima još uvijek koriste jednostavnu ovisnost (208), uvodeći u nju korekcijske faktore - Birchove funkcije, ovisno o omjeru r/z a(Slika 43). Zatim

Formula (212) vrijedi za čvrsti induktor bez razmaka između zavoja. Ako postoje praznine, gubici u induktoru se povećavaju. Kako frekvencija funkcije raste F a (r a, z a) I F i (r i, z a) teže jedinici (slika 43), a omjer snaga teži granici

Iz izraza (3.13) slijedi da učinkovitost opada s povećanjem zračnog raspora i otpora materijala induktora. Stoga se induktori izrađuju od masivnih bakrenih cijevi ili sabirnica. Kao što slijedi iz izraza (214) i slike 43, vrijednost učinkovitosti se približava granici već na r/z a>5÷10. To nam omogućuje da pronađemo frekvenciju koja osigurava dovoljno visoku učinkovitost. Korištenjem gornje nejednakosti i formule (15) za dubinu prodiranja z a , dobivamo

.

(3.14)

Treba napomenuti da jednostavne i vizualne ovisnosti (3.13) i (3.14) vrijede samo za ograničen broj relativno jednostavnih slučajeva indukcijskog zagrijavanja.

Faktor snage induktora. Faktor snage grijaćeg induktora određen je omjerom aktivnog i induktivnog otpora sustava induktor-proizvod. Na visokim frekvencijama, aktivna i unutarnja induktivna reaktancija produkta su jednake, budući da je fazni kut između vektora i 45° i |D R| = |D Q|. Prema tome, maksimalna vrijednost faktora snage

Gdje A - zračni raspor između induktora i proizvoda, m.

Dakle, faktor snage ovisi o električnim svojstvima materijala proizvoda, zračnom rasporu i frekvenciji. Kako se zračni raspor povećava, induktivitet rasipanja se povećava, a faktor snage opada.

Faktor snage je obrnuto proporcionalan kvadratnom korijenu frekvencije, stoga nerazumno povećanje frekvencije smanjuje energetsku učinkovitost instalacija. Uvijek biste trebali nastojati smanjiti zračni raspor, ali postoji ograničenje zbog probojnog napona zraka. Tijekom procesa zagrijavanja, faktor snage ne ostaje konstantan, jer se r i m (za feromagnete) mijenjaju s temperaturom. U stvarnim uvjetima, faktor snage instalacija indukcijskog grijanja rijetko prelazi 0,3, smanjujući se na 0,1-0,01. Da bi se mreža i generator oslobodili reaktivnih struja i povećali sof, kompenzacijski kondenzatori obično se spajaju paralelno s induktorom.

Glavni parametri koji karakteriziraju načine indukcijskog grijanja su trenutna frekvencija i učinkovitost. Ovisno o korištenim frekvencijama, konvencionalno se razlikuju dva načina indukcijskog grijanja: dubinsko grijanje i površinsko grijanje.

Duboko zagrijavanje (“niske frekvencije”) provodi se na ovoj frekvenciji f kada dubina prodiranja z a približno jednaka debljini zagrijanog (očvrslog) sloja x k(Slika 3.4, a). Zagrijavanje se događa odmah do cijele dubine sloja x k brzina zagrijavanja je odabrana tako da je prijenos topline toplinskom vodljivošću duboko u tijelo beznačajan.

Budući da je u ovom načinu rada dubina prodora struja z a relativno velik ( z a » x k), zatim, prema formuli:

Površinsko zagrijavanje ("visoke frekvencije") provodi se na relativno visokim frekvencijama. U ovom slučaju, dubina prodiranja struja z a znatno manja od debljine zagrijanog sloja x k(Slika 3.4,6). Zagrijavanje po cijeloj debljini x k nastaje zbog toplinske vodljivosti metala. Pri zagrijavanju u ovom načinu rada potrebna je manja snaga generatora (na slici 3.4 korisna snaga je proporcionalna dvostruko šrafiranim površinama), ali se povećava vrijeme zagrijavanja i specifična potrošnja energije. Potonji je povezan s zagrijavanjem zbog toplinske vodljivosti dubokih slojeva metala. Učinkovitost zagrijavanje, proporcionalno omjeru dvostruko šrafiranih površina prema cijeloj površini omeđenoj krivuljom t i koordinatne osi, u drugom slučaju niže. Istodobno, treba napomenuti da je zagrijavanje na određenu temperaturu sloja metala debljine b koji se nalazi iza otvrdnutog sloja i naziva se prijelazni sloj apsolutno neophodno za pouzdano spajanje očvrsnutog sloja s osnovnim metalom. Kod površinskog zagrijavanja ovaj sloj je deblji i veza je pouzdanija.

Uz značajno smanjenje frekvencije, zagrijavanje postaje potpuno nemoguće, jer će dubina prodiranja biti vrlo velika, a apsorpcija energije u proizvodu bit će beznačajna.

Indukcijska metoda može se koristiti za dubinsko i površinsko zagrijavanje. S vanjskim izvorima topline (plazma grijanje, otporne električne peći) duboko zagrijavanje je nemoguće.

Na temelju principa rada postoje dvije vrste indukcijskog grijanja: simultano i kontinuirano-sekvencijalno.

Tijekom istovremenog zagrijavanja, površina induktivne žice koja je okrenuta prema grijanoj površini proizvoda približno je jednaka površini ove površine, što omogućuje istovremeno zagrijavanje svih njezinih područja. Tijekom kontinuiranog sekvencijalnog zagrijavanja, proizvod se pomiče u odnosu na indukcijsku žicu, a zagrijavanje njegovih pojedinačnih dijelova događa se dok prolazi kroz radno područje induktora.

Odabir frekvencije. Dovoljno visoka učinkovitost može se dobiti samo uz određeni omjer između veličine tijela i frekvencije struje. Gore je spomenut odabir optimalne frekvencije struje. U praksi indukcijskog zagrijavanja, frekvencija se odabire prema empirijskim ovisnostima.

Kod zagrijavanja dijelova za površinsko kaljenje do dubine x k(mm) optimalna frekvencija (Hz) nalazi se iz sljedećih ovisnosti: za dijelove jednostavnog oblika (ravne površine, rotacijska tijela)

Kada se kroz zagrijavanje čeličnih cilindričnih proizvoda s promjerom d(mm) tražena frekvencija određena je formulom

Tijekom zagrijavanja raste otpornost metala r. Za feromagnete (željezo, nikal, kobalt itd.) vrijednost magnetske permeabilnosti m opada s porastom temperature. Kada se postigne Curiejeva točka, magnetska propusnost feromagnetskih materijala pada na 1, odnosno oni gube svoja magnetska svojstva. Uobičajena temperatura zagrijavanja za kaljenje je 800-1000°C, za obradu tlakom 1000-1200°C, odnosno iznad Curiejeve točke. Promjena fizikalnih svojstava metala s promjenom temperature dovodi do promjene koeficijenta apsorpcije snage i specifične površinske snage (3.8) koja ulazi u proizvod tijekom procesa zagrijavanja (slika 3.5). U početku, zbog povećanja r, specifična snaga D R raste i dostiže najveću vrijednost D P max= (1,2÷1,5) D R početak, a zatim, zbog gubitka magnetskih svojstava od strane čelika, pada na minimum D R min. Za održavanje grijanja u optimalnom načinu (s dovoljno visokom učinkovitošću) instalacije su opremljene uređajima za usklađivanje parametara generatora i opterećenja, odnosno mogućnošću regulacije načina grijanja.

Usporedimo li prolazno zagrijavanje izradaka za plastičnu deformaciju indukcijskom metodom i elektrokontaktnom metodom (obje se odnose na izravno zagrijavanje), tada možemo reći da je u pogledu potrošnje energije električno kontaktno zagrijavanje prikladno za dugačke izratke relativno velike dužine. malog presjeka, a indukcijsko grijanje pogodno je za kratke izratke relativno velikih promjera.

Strogo izračunavanje induktora prilično je glomazno i ​​zahtijeva korištenje dodatnih poluempirijskih podataka. Razmotrit ćemo pojednostavljeni izračun cilindričnih induktora za površinsko otvrdnjavanje, na temelju gore dobivenih ovisnosti.

Toplinski proračun. Iz razmatranja načina indukcijskog zagrijavanja proizlazi da je ista debljina očvrslog sloja x k može se dobiti pri različitim vrijednostima specifične snage D R i trajanje zagrijavanja t. Optimalni način rada određuje se ne samo debljinom sloja x k, ali i veličinom prijelazne zone b, povezujući očvrsli sloj s dubokim slojevima metala.

U nedostatku uređaja za regulaciju snage generatora, priroda promjene u specifičnoj snazi ​​koju troši čelični proizvod prikazana je na grafikonu prikazanom na slici 3.5. Tijekom procesa zagrijavanja vrijednost rc se mijenja i pred kraj zagrijavanja, nakon prolaska kroz Curiejevu točku, naglo opada. Čini se da se čelični proizvod automatski isključuje, što osigurava visokokvalitetno otvrdnjavanje bez izgaranja. Ako postoje upravljački uređaji, snaga D R može biti jednako ili čak manje od D R min(Sl. 3.5), što omogućuje, produljenjem procesa zagrijavanja, smanjenje specifične snage potrebne za određenu debljinu očvrslog sloja. x k.

Na slikama 3.6 i 3.7 prikazani su grafikoni načina zagrijavanja za površinsko kaljenje ugljičnih i niskolegiranih čelika s debljinom prijelazne zone od 0,3-0,5 očvrslog sloja.

Odabirom vrijednosti D R, nije teško pronaći snagu koja se dovodi do induktora,

gdje je h tr- učinkovitost visokofrekventnog (gašenja) transformatora.

Snaga potrošena iz mreže

određena specifičnom potrošnjom energije A(kWh/t) i produktivnost G(t/h):

za površinsko grijanje

,

(3.26)

gdje D ja- povećanje sadržaja topline izratka kao rezultat zagrijavanja, kJ/kg;

D- gustoća materijala obratka, kg/m 3 ;

M 3 - masa obratka, kg;

S 3- površina očvrslog sloja, m2;

b- metalni otpad (s indukcijskim zagrijavanjem 0,5-1,5%);

h tp- učinkovitost prijenosa topline zbog toplinske vodljivosti unutar obratka (s površinskim otvrdnjavanjem h tp = 0,50).

Preostale oznake objašnjene su gore.

Približne vrijednosti specifične potrošnje energije za indukcijsko zagrijavanje: kaljenje - 120, kaljenje - 250, karburizacija - 300, kroz zagrijavanje za mehaničku obradu - 400 kWh/t.

Električni proračun. Električni proračun temelji se na ovisnosti (3.7). Razmotrimo slučaj kada je dubina prodiranja z a znatno manji od dimenzija induktora i dijela, te udaljenosti A između induktora i proizvoda mala je u usporedbi sa širinom indukcijskog vodiča b(Slika 3.1). Za ovaj slučaj induktivitet L sa sustavi induktor-produkt mogu se izraziti formulom

Zamjenom trenutne vrijednosti u formulu (3.7) i imajući na umu da

Formula (3.30) daje odnos između specifične snage, električnih parametara i geometrijskih dimenzija induktora, te fizikalnih karakteristika zagrijanog metala. Uzimajući dimenzije induktora kao funkciju, dobivamo

za zagrijano stanje

Faktor snage induktora

gdje je P aktivna snaga induktora, W;

U i- napon na induktoru, V;

f- frekvencija Hz.

Pri spajanju kondenzatora na primarni krug visokofrekventnog transformatora potrebno je povećati kapacitet kondenzatora kako bi se kompenzirala reaktivnost transformatora i spojnih vodiča.

Primjer. Izračunajte induktor i odaberite visokofrekventnu instalaciju za površinsko kaljenje cilindričnih izradaka od ugljičnog čelika promjera d a= 30 mm i vis h a= 90 mm. Dubina otvrdnutog sloja x k = 1mm, napon induktora U i = 100 V. Pronađite preporučenu frekvenciju pomoću formule (218):

Hz

Zaustavljamo se na najbližoj korištenoj frekvenciji f=67 kHz.

Iz grafikona (sl. 3.7) uzimamo D R= 400 W/cm2.

Pomoću formule (3.33) nalazimo al za hladno stanje:

cm 2.

Prihvacamo A= 0,5 cm, zatim promjer induktora

cm.

Duljina induktivnog vodiča

cm

Broj zavoja induktora

Visina induktora

Snaga koja se dovodi do induktora, prema

kW

gdje je 0,66 učinkovitost induktora (slika 3.8).

Oscilatorna snaga generatora

kW.

Izabrali smo visokofrekventnu instalaciju LPZ-2-67M, koja ima oscilirajuću snagu od 63 kW i radnu frekvenciju od 67 kHz.

Tehnika indukcijskog grijanja koristi struje niske (industrijske) frekvencije 50 Hz, srednje frekvencije 150-10000 Hz i visoke frekvencije od 60 kHz do 100 MHz.

Struje srednje frekvencije dobivaju se pomoću strojnih generatora ili statičkih pretvarača frekvencije. U području 150-500 Hz koriste se generatori uobičajenog sinkronog tipa, a iznad (do 10 kHz) koriste se strojni generatori induktorskog tipa.

Nedavno su generatori strojeva zamijenjeni pouzdanijim statičkim pretvaračima frekvencije temeljenim na transformatorima i tiristorima.

Visokofrekventne struje od 60 kHz i više dobivaju se isključivo pomoću cijevnih generatora. Instalacije s generatorima svjetiljki koriste se za izvođenje raznih operacija toplinske obrade, površinskog otvrdnjavanja, taljenja metala itd.

Ne dodirujući teoriju problema, predstavljenu u drugim tečajevima, razmotrit ćemo samo neke od značajki generatora grijanja.

Generatori grijanja su obično samouzbudni (autogeneratori). U usporedbi s neovisnim generatorima uzbude, oni su jednostavnijeg dizajna i imaju bolju energetsku i ekonomsku učinkovitost.

Krugovi cijevnih generatora za grijanje nisu bitno različiti od radiotehničkih, ali imaju neke značajke. Ovi sklopovi ne moraju imati strogu frekvencijsku stabilnost, što ih uvelike pojednostavljuje. Na slici 3.10 prikazan je principijelni dijagram jednostavnog generatora za indukcijsko grijanje.

Glavni element kruga je žarulja generatora. Generatori grijanja najčešće koriste žarulje s tri elektrode, koje su jednostavnije od tetroda i pentoda i osiguravaju dovoljnu pouzdanost i stabilnost proizvodnje. Opterećenje žarulje generatora je anodni oscilatorni krug, čiji su parametri induktivitet L i kapacitet S odabiru se iz radnih uvjeta kruga u rezonanciji na radnoj frekvenciji:

Gdje R- smanjena otpornost na gubitak petlje.

Mogućnosti konture R, L, C određuju se uzimajući u obzir promjene koje unose elektrofizička svojstva zagrijanih tijela.

Anodni krugovi generatorskih svjetiljki napajaju se istosmjernom strujom iz ispravljača sastavljenih na tiratronima ili gastronima (slika 3.10). Iz ekonomskih razloga izmjenična struja se koristi samo za male snage (do 5 kW). Sekundarni napon energetskog (anodnog) transformatora koji napaja ispravljač je 8 - 10 kV, ispravljeni napon je 10 - 13 kV.

Neprigušene oscilacije u autooscilatoru nastaju kada postoji dovoljna pozitivna povratna veza od mreže do kruga i kada su ispunjeni određeni uvjeti koji povezuju parametre žarulje i kruga.

Koeficijent povratne veze mreže

Gdje U sa , U to , U a- napon odnosno na mreži, oscilatornom krugu i anodi žarulje generatora;

D- propusnost svjetiljke;

s d- dinamički nagib karakteristika anodne mreže žarulje.

Mrežna povratna veza u generatorima za indukcijsko grijanje najčešće se izvodi pomoću trotočkaškog kruga, kada se mrežni napon uzima iz dijela induktiviteta anode ili grijaćeg kruga. Na slici 3.10, napon se dovodi u mrežu iz dijela zavoja spojne zavojnice L2, koji je induktivni element kruga grijanja.

Generatori grijanja, za razliku od radio generatora, najčešće su dvokružni (sl. 3.10) ili čak jednokružni. Generatori s dvostrukim krugom lakše se podešavaju na rezonanciju i stabilniji su u radu.

U generatorima se pobuđuju oscilacije druge vrste. Anodna struja teče kroz žarulju u impulsima, samo u dijelu (1/2-1/3) perioda. Zbog toga se smanjuje konstantna komponenta anodne struje, smanjuje se zagrijavanje anode i povećava učinkovitost generatora. Struja mreže također ima oblik impulsa. Prekid anodne struje (unutar graničnog kuta q = 70-90°) provodi se primjenom konstantnog negativnog prednapona na rešetku, koji nastaje padom napona na otporu rešetke. R g kada teče konstantna komponenta mrežne struje.

Generatori grijanja imaju opterećenje koje se mijenja tijekom procesa zagrijavanja, uzrokovano promjenama električnih svojstava zagrijanih materijala. Kako bi se osiguralo da generator radi u optimalnom načinu rada, karakteriziran najvišim vrijednostima izlazne snage i učinkovitosti, instalacije su opremljene uređajima za usklađivanje opterećenja. Optimalan način rada postiže se odabirom odgovarajuće vrijednosti koeficijenta povratne veze mreže k s i ispunjenje uvjeta

Gdje E a - napon napajanja;

E s - stalni pomak na mreži;

ja a1-prvi harmonik anodne struje.

Kako bi odgovarali opterećenju, krugovi daju mogućnost podešavanja rezonantnog otpora kruga R a i promijeniti napon mreže mi Promjena ovih vrijednosti postiže se uvođenjem dodatnih kapaciteta ili induktiviteta u strujni krug i prebacivanjem anodnih, katodnih i mrežnih stezaljki (sondi) koje povezuju krug sa svjetiljkom.

Instalacije indukcijskog grijanja vrlo su česte u pogonima za popravke i poduzećima poljoprivredne opreme.

U industriji popravaka, srednje i visokofrekventne struje koriste se za prolazno i ​​površinsko zagrijavanje dijelova od lijevanog željeza i čelika za kaljenje, prije vruće deformacije (kovanje, štancanje), pri obnavljanju dijelova metodama navarivanja i visokofrekventne metalizacije, kod lemljenja, itd.

Posebno mjesto zauzima površinsko kaljenje dijelova. Sposobnost koncentriranja snage na određenom mjestu dijela omogućuje dobivanje kombinacije vanjskog očvrslog sloja s plastičnošću dubokih slojeva, što značajno povećava otpornost na habanje i otpornost na izmjenična i udarna opterećenja.

Prednosti površinskog otvrdnjavanja indukcijskim grijanjem su sljedeće:

1) sposobnost kaljenja dijelova i alata na bilo koju potrebnu debljinu, ako je potrebno, obrađivanje samo radnih površina;

2) značajno ubrzanje procesa otvrdnjavanja, što osigurava visoku produktivnost instalacija i smanjuje troškove toplinske obrade;

3) obično manja specifična potrošnja energije u usporedbi s drugim načinima zagrijavanja zbog selektivnosti zagrijavanja (samo na zadanu dubinu) i brzine procesa;

4) visoka kvaliteta otvrdnjavanja i smanjenje grešaka;

5) mogućnost organizacije toka proizvodnje i automatizacije procesa;

6) visoke standarde proizvodnje, poboljšanje sanitarno-higijenskih uvjeta rada.

Instalacije za indukcijsko grijanje odabiru se prema sljedećim glavnim parametrima: namjena, nazivna oscilatorna snaga, radna frekvencija. Industrijski proizvedene jedinice imaju standardnu ​​skalu snage sa sljedećim koracima: 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0 kW i dalje množenjem ovih brojeva s 10, 100 i 1000.

Instalacije za indukcijsko grijanje imaju snage od 1,0 do 1000 kW, uključujući generatore lampi do 250 kW, i više - sa strojnim generatorima. Radna frekvencija, određena izračunom, određena je prema frekvencijskoj ljestvici dopuštenoj za uporabu u elektrotermalnim aplikacijama.

Visokofrekventne instalacije za indukcijsko grijanje imaju jednu oznaku: HF (visokofrekventna indukcija).

Nakon slova, crticom se u brojniku označava oscilatorna snaga (kW), a u nazivniku frekvencija (MHz). Nakon brojeva ispisana su slova koja označavaju tehnološku namjenu. Na primjer: VCHI-40/0.44-ZP - visokofrekventna indukcijska grijaća jedinica, oscilirajuća snaga 40 kW, frekvencija 440 kHz; slova ZP - za kaljenje površina (NS - za kroz grijanje, ST - zavarivanje cijevi, itd.).

1. Objasnite princip indukcijskog zagrijavanja. Opseg njegove primjene.

2. Nabrojati glavne elemente instalacije indukcijskog grijanja i naznačiti njihovu namjenu.

3. Kako se izvodi namot grijača?

4. Koje su prednosti grijača?

5. Što je fenomen površinskog efekta?

6. Gdje se može primijeniti indukcijski grijač zraka?

7. Od čega ovisi dubina prodiranja struje u zagrijani materijal?

8. Što određuje učinkovitost prstenastog induktora?

9. Zašto je za izradu indukcijskih grijača na industrijskoj frekvenciji potrebno koristiti feromagnetske cijevi?

10. Što najznačajnije utječe na cos induktora?

11. Kako se mijenja brzina zagrijavanja s porastom temperature zagrijanog materijala?

12. Na koje parametre čelika utječe mjerenje temperature?