Galvenā iezīme indukcijas apkure ir elektriskās enerģijas pārvēršana siltumā ar mainīgas magnētiskās plūsmas palīdzību, t.i., induktīvi. Ja mainīgais tiek izvadīts caur cilindrisku spirālveida spoli (induktors) elektrība I, tad ap spoli veidojas mainīgs magnētiskais lauks F m, kā parādīts attēlā. 1-17, c. Magnētiskajai plūsmai ir lielākais blīvums spoles iekšpusē. Ievietojot metāla vadītāju induktora dobumā, materiālā rodas elektromotora spēks, kura momentānā vērtība ir vienāda ar:

Emf iespaidā. metālā, kas novietots strauji mainīgā magnētiskajā laukā, rodas elektriskā strāva, kuras lielums galvenokārt ir atkarīgs no magnētiskās plūsmas lieluma, kas šķērso sakarsētā materiāla kontūru, un strāvas f frekvences, kas veido magnētisko plūsmu. .

Siltuma izdalīšanās indukcijas karsēšanas laikā notiek tieši apsildāmā materiāla tilpumā, un lielākā daļa siltuma izdalās apsildāmās daļas virsmas slāņos (virsmas efekts). Slāņa biezums, kurā notiek visaktīvākā siltuma ražošana, ir vienāds ar:

kur ρ - pretestība, omi * cm; μ - materiāla relatīvā magnētiskā caurlaidība; f - frekvence, Hz.

No iepriekš minētās formulas var redzēt, ka aktīvā slāņa biezums (iekļūšanas dziļums) konkrētajam metālam samazinās, palielinoties frekvencei. Biežuma izvēle galvenokārt ir atkarīga no procesa prasībām. Piemēram, kausējot metālus, nepieciešama frekvence 50 - 2500 Hz, karsējot - līdz 10 000 Hz, kad virsmas rūdījums - 30 000 Hz vai vairāk.

Kausējot čugunu, tiek izmantota rūpnieciskā frekvence (50 Hz), kas ļauj palielināt kopējo efektivitāti. uzstādīšana, jo nav izslēgti enerģijas zudumi frekvences pārveidošanai.

Indukcijas apkure ir liela ātruma, jo siltums izdalās tieši sakarsētā metāla biezumā, kas ļauj indukcijas elektriskajās krāsnīs metālu izkausēt 2-3 reizes ātrāk nekā atstarojošās liesmas krāsnīs.

Apkuri ar augstfrekvences strāvu var veikt jebkurā atmosfērā; indukcijas siltuma vienībām nav nepieciešams iesildīšanās laiks, un tās ir viegli integrējamas automātiskajās un ražošanas līnijās. Ar indukcijas karsēšanu var sasniegt temperatūru līdz 3000 °C un vairāk.

Augstfrekvences apkure, pateicoties savām priekšrocībām, tiek plaši izmantota metalurģijas, mašīnbūves un metālapstrādes nozarēs, kur to izmanto metāla kausēšanai, detaļu termiskai apstrādei, karsēšanai štancēšanai u.c.

INDUKCIJAS KRĀSŅU DARBĪBAS PRINCIPS. INDUKCIJAS APKURES PRINCIPS

Indukcijas sildīšanas princips ir pārveidot elektromagnētiskā lauka enerģiju, ko absorbē elektriski vadošs sakarsēts objekts, siltumenerģijā.

Indukcijas apkures iekārtās elektromagnētisko lauku rada induktors, kas ir vairāku apgriezienu cilindriska spole (solenoīds). Caur induktors tiek laista mainīga elektriskā strāva, kā rezultātā ap induktors rodas laika mainīgs magnētiskais lauks. Šī ir pirmā elektromagnētiskā lauka enerģijas transformācija, ko apraksta Maksvela pirmais vienādojums.

Sildāmais objekts tiek novietots induktora iekšpusē vai tā tuvumā. Induktora radītā magnētiskās indukcijas vektora mainīgā (laikā) plūsma iekļūst sakarsētā objektā un inducē elektrisko lauku. Šī lauka elektriskās līnijas atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskās plūsmas virzienam un ir slēgtas, t.i., elektriskajam laukam uzkarsētajā objektā ir virpuļveida raksturs. Elektriskā lauka iedarbībā saskaņā ar Oma likumu rodas vadīšanas strāvas (virpuļstrāvas). Šī ir otrā elektromagnētiskā lauka enerģijas transformācija, ko apraksta otrais Maksvela vienādojums.

Apsildāmā objektā inducētā mainīgā elektriskā lauka enerģija neatgriezeniski pārvēršas siltumā. Šādu siltuma siltuma izkliedi, kuras rezultātā objekts tiek uzkarsēts, nosaka vadīšanas strāvu (virpuļstrāvas) esamība. Šī ir trešā elektromagnētiskā lauka enerģijas transformācija, un šīs transformācijas enerģijas attiecību apraksta Lenca-Džoula likums.

Aprakstītās elektromagnētiskā lauka enerģijas transformācijas ļauj:
1) nodošana elektriskā enerģija induktors iekļūst apsildāmā objektā, neizmantojot kontaktus (atšķirībā no pretestības krāsnīm)
2) izdalīt siltumu tieši apsildāmajā objektā (prof. N.V. Okorokova terminoloģijā tā sauktā "krāsns ar iekšējo apkures avotu"), kā rezultātā siltumenerģijas izmantošana ir vispilnīgākā un apkure. ātrums ievērojami palielinās (salīdzinājumā ar tā sauktajām " krāsnīm ar ārēju apkures avotu).

Elektriskā lauka intensitātes lielumu apsildāmā objektā ietekmē divi faktori: magnētiskās plūsmas lielums, t.i., magnētiskā lauka līniju skaits, kas iekļūst objektā (vai savienotas ar apsildāmo objektu), un padeves frekvence. strāva, t.i., ar apsildāmo objektu savienotās magnētiskās plūsmas izmaiņu biežums (laikā).

Tas ļauj veikt divu veidu indukcijas apkures iekārtas, kas atšķiras gan pēc konstrukcijas, gan pēc ekspluatācijas īpašības: indukcijas bloki ar un bez serdes.

Atbilstoši tehnoloģiskajam mērķim indukcijas apkures iekārtas tiek sadalītas kausēšanas krāsnis metālu kausēšanai un apkures iekārtām termiskā apstrāde(rūdīšana, rūdīšana), apstrādājamo detaļu karsēšanai iepriekš plastiskā deformācija(kalšanai, štancēšanai), metināšanai, lodēšanai un virsmai, izstrādājumu ķīmiskai un termiskai apstrādei u.c.

Atbilstoši indukcijas apkures iekārtai pievadītās strāvas izmaiņu biežumam ir:
1) rūpnieciskās frekvences (50 Hz) iekārtas, kuras darbina tieši no elektrotīkla vai ar pazeminošiem transformatoriem;
2) paaugstinātas frekvences (500-10000 Hz) iekārtas, kuras darbina elektriskie vai pusvadītāju frekvences pārveidotāji;
3) augstfrekvences iekārtas (66 000–440 000 Hz un vairāk), ko darbina cauruļu elektroniskie ģeneratori.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

HF - indukcijas izlāde: sadegšanas apstākļi, dizains un apjoms

Ievads

Viens no kritiski jautājumi plazmas organizācija tehnoloģiskie procesi ir plazmas avotu izstrāde ar šai tehnoloģijai optimālām īpašībām, piemēram: augsta vienmērība, ko nosaka plazmas blīvums, lādēto daļiņu enerģija, ķīmiski aktīvo radikāļu koncentrācija. Analīze parāda, ka augstfrekvences (HF) plazmas avoti ir visperspektīvākie izmantošanai rūpnieciskajās tehnoloģijās, jo, pirmkārt, tos var izmantot gan vadošu, gan dielektrisku materiālu apstrādei, Otrkārt, kā darba gāzes var izmantot ne tikai inertās, bet arī reaktīvās gāzes. Mūsdienās ir zināmi plazmas avoti, kuru pamatā ir kapacitatīvā un induktīvā RF izlāde. Plazmas tehnoloģijās visbiežāk izmantotās kapacitatīvās RF izlādes iezīme ir kosmosa lādiņu slāņu esamība pie elektrodiem, kuros veidojas laika vidējā potenciāla kritums, kas paātrina jonus elektroda virzienā. Tas ļauj apstrādāt materiālu paraugus, kas atrodas uz RF kapacitatīvās izlādes elektrodiem, izmantojot paātrinātos jonus. Kapacitatīvo RF izlādes avotu trūkums ir salīdzinoši zemā elektronu koncentrācija galvenajā plazmas tilpumā. Ievērojami vairāk augsta koncentrācija elektroni ar vienādām RF jaudām ir raksturīgi induktīvām RF izlādēm.

Induktīvā RF izlāde ir zināma vairāk nekā simts gadus. Šī ir izlāde, ko ierosina strāva, kas plūst caur induktors, kas parasti atrodas uz cilindriska plazmas avota sānu vai gala virsmas. Vēl 1891. gadā Dž.Tomsons ierosināja, ka induktīvo izlādi izraisa un uztur virpuļelektriskais lauks, ko rada magnētiskais lauks, kuru savukārt inducē caur antenu plūstošā strāva. 1928.-1929. gadā, strīdoties ar Dž. Tomsonu, D. Taunsends un R. Donaldsons izteica domu, ka induktīvo RF izlādi atbalsta nevis virpuļveida elektriskie lauki, bet gan potenciālie lauki, kas rodas potenciālu starpības dēļ starp induktora pagriezieni. 1929. gadā K. Makintons eksperimentāli parādīja divu izlādes sadegšanas režīmu pastāvēšanas iespēju. Pie mazām RF sprieguma amplitūdām izlāde faktiski parādījās elektriskā lauka iedarbībā starp spoles pagriezieniem, un tai bija vājš gareniskais spīdums visā gāzizlādes caurulē. Palielinoties RF sprieguma amplitūdai, spīdums kļuva spilgtāks un beidzot parādījās spilgta gredzena izlāde. Gareniskā elektriskā lauka radītais spīdums šajā gadījumā pazuda. Pēc tam šīs divas izlādes formas attiecīgi sauca par EH izlādi.

Induktīvās izlādes pastāvēšanas zonas var iedalīt divās lielās zonās: šajā augsts spiediens(atmosfēras spiediena kārtībā), pie kura radītā plazma ir tuvu līdzsvaram, un zems spiediens, kurā radītā plazma nav līdzsvara stāvoklī.

Periodiskas izlādes. RF un mikroviļņu izlādes plazma. Augstas frekvences izlādes veidi

Lai uzsāktu un uzturētu līdzstrāvas spīduma izlādi, diviem vadošiem (metāla) elektrodiem jābūt tiešā saskarē ar plazmas zonu. No tehnoloģiskā viedokļa šāda plazmas ķīmiskā reaktora konstrukcija ne vienmēr ir ērta. Pirmkārt, dielektrisko pārklājumu plazmas nogulsnēšanās procesos uz elektrodiem var veidoties arī nevadoša plēve. Tas izraisīs izlādes nestabilitātes palielināšanos un galu galā tās vājināšanos. Otrkārt, reaktoros ar iekšējiem elektrodiem vienmēr pastāv mērķa procesa piesārņojuma problēma ar materiāliem, kas izņemti no elektroda virsmas fiziskās izsmidzināšanas vai ķīmiskās reakcijas ar plazmas daļiņām. Lai izvairītos no šīm problēmām, tostarp pilnībā, atteikšanās no iekšējo elektrodu izmantošanas ļauj izmantot periodiskas izlādes, ko ierosina nevis konstants, bet mainīgs elektriskais lauks.

Galvenos efektus, kas rodas periodiskās izlādes, nosaka attiecības starp plazmas procesu raksturīgajām frekvencēm un pielietotā lauka frekvenci. Ir lietderīgi apsvērt trīs tipiskus gadījumus:

zemas frekvences. Ārējā lauka frekvencēs līdz 10 2 - 10 3 Hz situācija ir tuvu tai, kas tiek realizēta konstantā elektriskais lauks. Tomēr, ja raksturīgā lādiņa zuduma frekvence vd ir mazāka par lauka frekvenci w(vd ?w), lādiņiem ir laiks pazust pēc lauka zīmes maiņas, pirms lauks sasniedz vērtību, kas ir pietiekama, lai uzturētu izlādi. Tad izlāde nodzisīs un lauka maiņas laikā divas reizes aizdegsies. Izlādes atkārtotas aizdedzes spriegumam jābūt atkarīgam no frekvences. Jo augstāka ir frekvence, jo mazāka ir elektronu daļa, kurai būs laiks izzust lauka pastāvēšanas laikā, kas ir nepietiekams, lai uzturētu izlādi, jo mazāks ir atkārtotas aizdegšanās potenciāls. Uz zemas frekvences pēc pārrāvuma sadegšanas strāvas un sprieguma attiecība atbilst izlādes statiskās strāvas-sprieguma raksturlielumam (1. att., 1. līkne). Izlādes parametri “seko” sprieguma izmaiņām.

Vidējās frekvences. Pieaugot frekvencei, kad plazmas procesu raksturīgās frekvences ir samērīgas un nedaudz mazākas par lauka frekvenci (vd ?w), izlādes stāvoklim nav laika “sekot” barošanas sprieguma izmaiņām. Izlādes dinamiskajā CVC parādās histerēze (1. att., 2. līkne).

Augstas frekvences. Kad nosacījums< v d <

Rīsi. 1. Periodiskās izlādes volt-ampēru raksturlielumi: 1-statiskais CVC, 2 - CVC pārejas frekvences reģionā, 3 - vienmērīgs dinamiskais CVC

Gāzē ir daudz veidu elektriskās izlādes, atkarībā no pielietotā lauka rakstura (pastāvīgs elektriskais lauks, mainīgs, impulss, (HF), superaugstfrekvences (SHF)), gāzes spiediena, elektrodu formas un atrašanās vietas, utt.

Augstfrekvences izlādei ir šādas ierosmes metodes: 1) kapacitatīvā frekvencēs, kas mazākas par 10 kHz, 2) indukcija frekvencēs 100 kHz - 100 MHz diapazonā. Šīs ierosināšanas metodes ietver diapazona datu ģeneratoru izmantošanu. Ar kapacitatīvo ierosmes metodi elektrodus var uzstādīt darba kameras iekšpusē vai ārpusē, ja kamera ir izgatavota no dielektriķa (2. a, b att.). Indukcijas metodei izmanto speciālas spoles, kuru apgriezienu skaits ir atkarīgs no izmantotās frekvences (2. att. c).

RF indukcijas izlāde

Augstfrekvences indukcijas (bez elektrodu) izlāde gāzēs ir zināma kopš pagājušā gadsimta beigām. Tomēr uzreiz nebija iespējams to pilnībā saprast. Indukcijas izlādi ir viegli novērot, ja elektromagnētiskā trauka iekšpusē ievieto evakuētu trauku, caur kuru plūst pietiekami spēcīga augstfrekvences strāva. Virpuļa elektriskā lauka iedarbībā, ko izraisa mainīga magnētiskā plūsma, atlikušajā gāzē notiek sadalījums un aizdegas izlāde. Lai uzturētu izlādi (jonizāciju), tiek iztērēts gredzena indukcijas strāvu džoula siltums, kas plūst jonizētajā gāzē pa virpuļa elektriskā lauka spēka līnijām (magnētiskās spēka līnijas garā solenoīda iekšpusē ir paralēlas asij; att. 3).

3. att. Solenoīda lauku shēma

Starp vecajiem darbiem par bezelektrodu izlādi visdetalizētākais pētījums pieder J. Tomsonam, 2 kurš jo īpaši eksperimentāli pierādīja izlādes induktīvo raksturu un atvasināja teorētiskos aizdegšanās apstākļus: magnētiskā lauka sliekšņa atkarību no pārrāvuma gāzes spiediens (un frekvence). Tāpat kā Paschen līknes izlādes spraugas sadalījumam pastāvīgā elektriskā laukā, arī aizdedzes līknēm ir minimums. Praktiskajam frekvenču diapazonam (no desmitdaļām līdz desmitiem megahercu) minimumi atrodas zema spiediena reģionā; tādēļ izlāde parasti tika novērota tikai ļoti retinātās gāzēs.

Degšanas nosacījumi RF - indukcijas izlāde

Induktīvā RF izlāde ir izlāde, ko ierosina strāva, kas plūst caur induktors, kas parasti atrodas uz cilindriska plazmas avota sānu vai gala virsmas (4.a, b att.). Zema spiediena induktīvās izlādes fizikas galvenā problēma ir jautājums par plazmas RF jaudas absorbcijas mehānismiem un efektivitāti. Ir zināms, ka ar tīri induktīvu RF izlādes ierosmi tās ekvivalento ķēdi var attēlot, kā parādīts attēlā. 1 g RF ģenerators ir noslogots uz transformatora, kura primārais tinums sastāv no antenas, caur kuru plūst ģeneratora radītā strāva, bet sekundārais tinums ir plazmā inducētā strāva. Transformatora primārie un sekundārie tinumi ir savienoti ar savstarpējo indukcijas koeficientu M. Transformatora ķēdi var viegli reducēt uz ķēdi, kas ir virknē savienota antenas aktīvā pretestība un induktivitāte, ekvivalentās pretestības un plazmas induktivitāte (att. 4e), lai pēc izteiksmēm RF ģeneratora P gen jauda būtu saistīta ar antenā izdalīto jaudu P an t un plazmā izdalīto jaudu P p1

kur I ir strāva, kas plūst caur antenu, P ant ir antenas aktīvā pretestība, R p 1 ir līdzvērtīga plazmas pretestība.

No formulām (1) un (2) var redzēt, ka, saskaņojot slodzi ar ģeneratoru, aktīvā RF jauda Pgen, ko ģenerators piešķir ārējai ķēdei, tiek sadalīta starp diviem kanāliem, proti: viena daļa no ģeneratora. jauda iet, lai sildītu antenu, un otra daļa tiek absorbēta plazmā. Iepriekš lielākajā daļā darbu a priori tika pieņemts, ka eksperimenta apstākļos

Rpl > Rantvv (3)

un plazmas īpašības nosaka RF ģeneratora jauda, ​​ko plazma pilnībā absorbē. Deviņdesmito gadu vidū V. Godjaks un kolēģi pārliecinoši pierādīja, ka sakarība (3) var tikt pārkāpta zema spiediena izplūdēs. Acīmredzot, ar nosacījumu

Rpi? Rant (4)

Induktīvās RF izlādes darbība krasi mainās.

Rīsi. 4. Induktīvo plazmas avotu ķēdes (a, b) un (c) induktīvās plazmas avots ar kapacitatīvo komponentu, (d, e) tīri induktīvās izlādes ekvivalentas ķēdes.

Tagad plazmas parametri ir atkarīgi ne tikai no RF ģeneratora jaudas, bet arī līdzvērtīgas plazmas pretestības, kas, savukārt, ir atkarīga no plazmas parametriem un tās uzturēšanas apstākļiem. Tas noved pie jaunu efektu parādīšanās, kas saistīti ar patstāvīgu jaudas pārdali ārējā izlādes ķēdē. Pēdējais var būtiski ietekmēt plazmas avotu efektivitāti. Ir skaidrs, ka atslēga, lai izprastu izlādes uzvedību nevienādībai (4) atbilstošos režīmos, kā arī optimizētu plazmas ierīču darbību, slēpjas ekvivalentās plazmas pretestības izmaiņu likumsakarībās, mainoties plazmas parametri un nosacījumi izlādes uzturēšanai.

Dizains RF - induktīvā izlāde

Mūsdienīgai bezelektrodu izlādes izpētei un pielietojumam pamatus lika G. I. Babata darbi, kas tika veikti tieši pirms kara Ļeņingradas elektrisko spuldžu rūpnīcā?Svetlana?. Šie darbi tika publicēti 1942. gadā 3 un kļuva plaši pazīstami ārzemēs pēc to publicēšanas Anglijā 1947. gadā. 4 Babats radīja augstfrekvences cauruļu ģeneratorus ar aptuveni simts kilovatu jaudu, kas ļāva viņam iegūt jaudīgus bezelektrodu izlādes gaisā pie paaugstināta spiediena. līdz atmosfēras spiedienam.. Babats strādāja frekvenču diapazonā 3-62 MHz, induktors sastāvēja no vairākiem apgriezieniem ar diametru ap 10 cm.. Augstspiediena izlādei tika ievadīta tam laikam milzīga jauda, ​​līdz pat vairākiem desmitiem kilovatu (tomēr , šādas vērtības ir augstas pat modernām iekārtām). ?Punci? gaiss vai cita gāze atmosfēras spiedienā, protams, nebija iespējama pat ar vislielākajām strāvām induktorā, tāpēc bija jāveic īpaši pasākumi, lai aizdedzinātu izlādi. Vienkāršākais veids bija uzsākt izlādi zemā spiedienā, kad sabrukšanas lauki ir mazi, un pēc tam pakāpeniski palielināt spiedienu, sasniedzot atmosfēras spiedienu. Babats atzīmēja, ka, gāzei plūstot cauri izplūdei, pēdējo var nodzēst, ja pūšana ir pārāk intensīva. Pie augsta spiediena tika atklāta kontrakcijas ietekme, t.i., izplūdes atdalīšanās no izplūdes kameras sienām. 1950. gados parādījās vairāki raksti par bezelektrodu izlādi 5–7. Kabann 5 pētīja izplūdes inertās gāzēs zemā spiedienā no 0,05 līdz 100 mm Hg. Art. un nelielas jaudas līdz 1 kW pie frekvencēm 1--3 MHz, noteica aizdedzes līknes, mērīja izlādē ievadīto jaudu ar kalorimetrisko metodi un mērīja elektronu koncentrāciju, izmantojot zondes. Aizdedzes līknes daudzām gāzēm tika iegūtas arī 7. atsaucē. 6. atsaucē tika mēģināts izmantot izlādi ultravioletās spektroskopijas vajadzībām. Bezelektrodu plazmas lodlampa, kurai pašreizējās instalācijas atrodas ļoti tuvu, Rīds projektēja 1960. gadā. 8. Tā diagramma un fotogrāfija ir parādīta att. 2. Kvarca cauruli ar diametru 2,6 cm sedza piecu pagriezienu induktors, kas izgatavots no vara caurules ar attālumu starp pagriezieniem 0,78 cm.Kā kalpoja rūpnieciskais augstfrekvences ģenerators ar maksimālo izejas jaudu 10 kW. enerģijas avots; darba frekvence 4 MHz. Izlādes aizdedzināšanai tika izmantots kustīgs grafīta stienis. Induktorā ievietotais stienis tiek uzkarsēts augstfrekvences laukā un izstaro elektronus. Apkārtējā gāze uzsilst un izplešas, un tajā notiek sadalīšanās. Pēc aizdedzes stienis tiek noņemts, un izlāde turpina degt. Nozīmīgākais punkts šajā instalācijā bija tangenciālās gāzes padeves izmantošana. Reids norādīja, ka iegūtajai plazmai vajadzētu diezgan ātri izplatīties pret gāzes plūsmu, kurai ir tendence to aiznest. Pretējā gadījumā izlāde nodzisīs, kā tas notiek ar nestabilizētām liesmām. Pie zemiem plūsmas ātrumiem plazmas uzturēšanu var nodrošināt ar parasto siltuma vadītspēju. (Siltuma vadīšanas lomu augstspiediena izplūdēs atzīmēja arī Kabans.5) Taču pie lieliem gāzes plūsmas ātrumiem ir nepieciešams veikt pasākumus, lai daļu plazmas recirkulētu. Apmierinošs risinājums šai problēmai bija Rīda izmantotā virpuļu stabilizācija, kurā gāze tiek ievadīta caurulē tangenciāli un plūst caur to, veicot spirālveida kustību. Gāzes centrbēdzes izplešanās dēļ caurules aksiālajā daļā veidojas pazemināta spiediena kolonna. Šeit gandrīz nav aksiālās plūsmas, un daļa plazmas tiek iesūkta augšpus. Jo lielāks padeves ātrums, jo vairāk gaismas plazma iekļūst pret plūsmu. Turklāt, izmantojot šo padeves metodi, gāze plūst pa cauruli, galvenokārt pie tās sienām, izspiež izplūdi no sienām un izolē pēdējo no augstas temperatūras kaitīgās ietekmes, kas ļauj strādāt ar palielinātu jaudu. Šie Reida īsi izteiktie kvalitatīvie apsvērumi ir ļoti svarīgi parādību izpratnei, lai gan tie var precīzi neatspoguļot lietas būtību. Mēs atgriezīsimies pie jautājuma par plazmas apkopi, kas šķiet visnopietnākais, apsverot stacionāru stabilizētu izlādi gāzes plūsmā, zemāk, sadaļā. IV.

Niedrs strādāja ar argonu un argona maisījumiem ar hēliju, ūdeņradi, skābekli un gaisu. Viņš atzīmēja, ka visvieglāk ir uzturēt izlādi tīrā argonā. Argona plūsmas ātrumi bija 10–20 l/min (vidējais gāzes ātrums caurules šķērsgriezumā bija 30–40 cm/sek), izplūdē ievadot jaudu 1,5–3 kw, kas veidoja aptuveni pusi no ģeneratora patērētā jauda. Rīds noteica enerģijas bilanci plazmas lāpā un mērīja temperatūras telpisko sadalījumu plazmā, izmantojot optisko metodi.

Viņš publicēja vēl vairākus rakstus: par spēcīgām induktīvām izlādēm pie zema spiediena,9 par siltuma pārneses mērījumiem uz zondēm, kas ievietotas dažādos plazmas strūklas punktos,10 par ugunsizturīgo materiālu kristālu augšanu, izmantojot indukcijas degli utt.

Rebu nedaudz vēlāk aprakstīja indukcijas plazmas degli, kas pēc konstrukcijas ir līdzīgs Rīdam.

Apmēram kopš 1963. gada mūsu un ārvalstu presē ir parādījušies daudzi darbi, kas veltīti augstspiediena induktīvās izlādes eksperimentālai izpētei gan slēgtos traukos, gan gāzes plūsmā.

Tiek mērīti telpiskās temperatūras sadalījumi izlādes reģionā un plazmas strūklā, kā arī elektronu koncentrāciju sadalījumi. Šeit parasti tiek izmantotas labi zināmas optiskās, spektrālās un zondes metodes, kuras parasti izmanto loka izlādes plazmas pētījumos. Izlādes jaudas tiek mērītas pie dažādiem spriegumiem uz induktora, dažādiem gāzes plūsmas ātrumiem, dažādām parametru atkarībām dažādām gāzēm, frekvencēm utt. Ir grūti noteikt, piemēram, plazmas temperatūras vienmērīgu atkarību no induktora. izlādes nogulsnētā jauda, ​​jo viss ir atkarīgs no konkrētiem apstākļiem: caurules diametra, induktora ģeometrijas, gāzes padeves ātruma utt. Daudzu darbu kopējais rezultāts ir secinājums, ka pie jaudas apmēram Vairāki vai desmiti kilovatu, argona plazmas temperatūra sasniedz aptuveni 9000-10 000 ° K .

Temperatūras sadalījumam pamatā ir raksturs?Plato? caurules vidū un strauji nokrīt pie sienām, tomēr plato? ne gluži vienmērīgi, centrālajā daļā tiek iegūts neliels kritums, parasti daži simti grādu. Citās gāzēs temperatūra arī ir 10 000° robežās atkarībā no gāzes veida un citiem apstākļiem. Temperatūra gaisā ir zemāka nekā argonā pie tādas pašas jaudas, un otrādi, lai sasniegtu vienādas temperatūras, nepieciešams vairākas reizes lielāka jauda.31 Temperatūra nedaudz paaugstinās, palielinoties jaudai, un vāji atkarīga no gāzes plūsmas ātruma. Uz att. 3 un 4 ir parādīti, lai ilustrētu temperatūras sadalījumu pa rādiusu, temperatūras lauku (izotermas) un elektronu koncentrāciju sadalījumu. Eksperimenti 27 ir parādījuši, ka, palielinoties gāzes padeves ātrumam un plūsmas ātrumam (tangenciālās padeves gadījumā), izplūde tiek nospiesta arvien vairāk prom no sienām, un izplūdes rādiuss mainās aptuveni no 0,8 līdz 0,4 no caurules rādiusa. Palielinoties gāzes plūsmas ātrumam, izlādē nogulsnētā jauda nedaudz samazinās, kas ir saistīts ar izlādes rādiusa, t.i., plazmas plūsmas vai plūsmas ātruma, samazināšanos. Izlādes laikā slēgtos traukos, bez gāzes plūsmas, izlādes gaismas apgabals parasti ir ļoti tuvu trauka sānu sienām. Elektronu koncentrācijas mērījumi ir parādījuši, ka plazmas stāvoklis atmosfēras spiedienā ir tuvu termodinamiskajam līdzsvaram. Izmērītās koncentrācijas un temperatūras atbilst Saha vienādojumam ar apmierinošu precizitāti.

RF indukcija - izlāde

Šobrīd ir zināmi zemspiediena plazmas avoti, kuru darbības princips ir balstīts uz induktīvu RF izlādi, ja nav magnētiskā lauka, kā arī uz induktīvu RF izlādi, kas novietota ārējā magnētiskajā laukā ar indukciju. kas atbilst elektronu ciklotronu rezonanses (ECR) apstākļiem un helikonu un Trivelpiece-Gold (TG) viļņu ierosmes apstākļiem (turpmāk – helikonu avoti).

Ir zināms, ka induktīvās izlādes plazmā ir RF elektriskie lauki; elektroni tiek uzkarsēti šaurā tuvu sienai slānī. Kad induktīvās RF izlādes plazmai tiek pielietots ārējs magnētiskais lauks, parādās caurspīdīguma apgabali, kuros RF lauki iekļūst dziļi plazmā un visā tās tilpumā tiek uzkarsēti elektroni. Šo efektu izmanto plazmas avotos, kuru darbības princips ir balstīts uz ECR. Šādi avoti galvenokārt darbojas mikroviļņu diapazonā (2,45 GHz). Mikroviļņu starojums parasti tiek ievadīts caur kvarca logu cilindriskā gāzizlādes kamerā, kurā ar magnētu palīdzību veidojas neviendabīgs magnētiskais lauks. Magnētisko lauku raksturo vienas vai vairāku rezonanses zonu klātbūtne, kurās ir izpildīti ECR nosacījumi un RF jauda tiek ievadīta plazmā. Radiofrekvenču diapazonā ECR izmanto tā sauktajos neitrālās cilpas plazmas avotos. Plazmas ģenerēšanā un izlādes struktūras veidošanā svarīga loma ir neitrālajai kontūrai, kas ir nepārtraukta punktu secība ar nulles magnētisko lauku. Slēgta magnētiskā ķēde tiek veidota, izmantojot trīs elektromagnētus. Strāvām augšējās un apakšējās spoles tinumos ir vienāds virziens. Strāva vidējā spolē plūst pretējā virzienā. RF induktīvo izlādi ar neitrālu ķēdi raksturo augsts plazmas blīvums (10 11 - 10 12 cm~3) un zema elektronu temperatūra (1 -4 eV).

Induktīvā izlāde bez ārējā magnētiskā lauka

Plazmas absorbētā jauda P pi ir attēlota gar abscisu kā neatkarīgs mainīgais. Ir dabiski pieņemt, ka plazmas blīvums pe ir proporcionāls P pi , tomēr jāņem vērā, ka dažādiem plazmas avotiem proporcionalitātes koeficienti starp P pi un pe atšķirsies. Kā redzams, kopējā ekvivalentās pretestības Rpi uzvedības tendence ir tās palielināšanās ieejas jaudas relatīvi mazu vērtību apgabalā un pēc tam tās piesātinājums.

Gluži pretēji, augstas elektronu koncentrācijas reģionā, kur dominē bezsadursmes absorbcija, t.i. anomālās ādas efekta reģionā atkarība R pl (n e) ir tuva tai, kas iegūta vidēm ar spēcīgu telpisko dispersiju . Kopumā ekvivalentās pretestības atkarības no plazmas blīvuma nemonotoniskums ir izskaidrojams ar konkurenci starp diviem faktoriem: no vienas puses, RF jaudas absorbcija palielinās, palielinoties elektronu blīvumam, no otras puses, āda. dziļums, kas nosaka RF jaudas absorbcijas apgabala platumu, samazinās, palielinoties n e.

Plazmas avota teorētiskais modelis, ko ierosina spirālveida antena, kas atrodas tā augšējā gala virsmā, paredz, ka ekvivalentā plazmas pretestība nav atkarīga no plazmas avota garuma, ja ādas slāņa dziļums ir mazāks par plazmas slāņa garumu. plazmas avots. Fiziski šis rezultāts ir acīmredzams, jo RF jauda tiek absorbēta ādas slānī. Eksperimentālos apstākļos ādas dziļums acīmredzami ir mazāks par plazmas avotu garumu, tāpēc nav pārsteidzoši, ka avotu, kas aprīkoti ar augšējā gala antenu, ekvivalentā plazmas pretestība nav atkarīga no to garuma. Gluži pretēji, ja antena atrodas uz avotu sānu virsmas, avota garuma palielināšanās, ko pavada vienlaicīga antenas garuma palielināšanās, palielina apgabalu, kurā RF jauda. tiek absorbēts, t.i. uz ādas slāņa pagarinājumu, tāpēc sānu antenas gadījumā līdzvērtīgā pretestība palielinās, palielinoties avota garumam.

Eksperimenti un aprēķini ir parādījuši, ka zemā spiedienā ekvivalentās plazmas pretestības absolūtās vērtības ir mazas. Palielinot darba gāzes spiedienu, tiek ievērojami palielināta līdzvērtīgā pretestība. Šis efekts ir vairākkārt atzīmēts gan teorētiskajos, gan eksperimentālos darbos. Fiziskais iemesls plazmas spējai absorbēt RF jaudu, palielinoties spiedienam, palielinās, ir RF jaudas absorbcijas mehānismā. Kā redzams no att. 5, pie apskatāmo spiedienu minimuma, p = 0,1 mTorr, dominē Čerenkova izkliedes mehānisms. Elektronu-atomu sadursmes praktiski neietekmē ekvivalentās pretestības vērtību, un elektronu jonu sadursmes noved tikai pie nenozīmīgas ekvivalentās pretestības pieauguma pie n e > 3 x 10 11 cm-3. Spiediena paaugstināšanās, t.i. elektronu-atomu sadursmju biežums izraisa ekvivalentās pretestības palielināšanos, jo palielinās RF jaudas absorbcijas sadursmes mehānisma loma. To var redzēt no att. 5, kas parāda ekvivalentās pretestības attiecību, kas aprēķināta ar sadursmes un bezsadursmes absorbcijas mehānismiem, pret ekvivalento pretestību, kas aprēķināta tikai ar sadursmēm.

Rīsi.5 . Ekvivalentās pretestības Rpi, kas aprēķināta, ņemot vērā sadursmes un bezsadursmes absorbcijas mehānismus, attiecības līdz ekvivalentajai pretestībai Rpi, kas aprēķināta, tikai ņemot vērā sadursmes, atkarība no plazmas blīvuma. Aprēķins tika veikts plakaniem diska formas avotiem ar rādiusu 10 cm pie neitrāla gāzes spiediena 0,3 mTorr (1), 1 mTorr (2), 10 mTorr (3), 100 mTorr (7), 300 mTorr (5). ).

Induktīvā izlāde ar ārējo magnētisko lauku

Eksperimentos tika izmantoti plazmas avoti, kas aprīkoti ar spirālveida antenām, kas atrodas avotu sānu un gala virsmās, kā arī Nagoya III antenas. Darbības frekvencei 13,56 MHz magnētisko lauku apgabals B «0,4--1 mT atbilst ECR apstākļiem, un reģions B> 1 ​​mT atbilst helikonu un Trivelpeace-Gold viļņu ierosmes apstākļiem.

Pie zema darba gāzes spiediena (p ~ 5 mTorr) ekvivalentā plazmas pretestība bez magnētiskā lauka ir daudz mazāka nekā "helikona" reģionā. ECR reģionam iegūtās Rpl vērtības ieņem starpstāvokli, un šeit līdzvērtīgā pretestība monotoni palielinās, palielinoties magnētiskajam laukam. "Helikona" reģionu raksturo līdzvērtīgās pretestības nemonotoniskā atkarība no magnētiskā lauka, un Rpl(B) nemonotoniskums gala spirālveida antenas un Nagoya III antenas gadījumā ir daudz izteiktāka nekā magnētiskā lauka gadījumā. sānu spirālveida antena. ^pi(B) līknes lokālo maksimumu novietojums un skaits ir atkarīgs no ieejas RF jaudas, plazmas avota garuma un rādiusa, gāzes veida un spiediena.

Palielinot ievades jaudu, t.i. elektronu koncentrācija ne, noved pie ekvivalentās pretestības palielināšanās un funkcijas pi(B) galvenā maksimuma nobīdes uz augstu magnētisko lauku apgabalu un dažos gadījumos pie papildu lokālo maksimumu parādīšanās. Līdzīgs efekts tiek novērots arī ar plazmas avota garuma palielināšanos.

Spiediena pieaugums 2-5 mTorr diapazonā, kā redzams attēlā. 4b neizraisa būtiskas izmaiņas atkarības raksturā ^ pl (B), tomēr pie spiediena, kas pārsniedz 10 mTorr, pazūd ekvivalentās pretestības atkarības no magnētiskā lauka nemonotoniskums, ekvivalenta absolūtās vērtības. pretestība samazinās un kļūst zemāka par vērtībām, kas iegūtas bez magnētiskā lauka.

Daudzos teorētiskajos darbos tika veikta induktīvās izlādes plazmas RF jaudas absorbcijas fizikālo mehānismu analīze ECR apstākļos un helikonu un TG viļņu ierosmes apstākļos. Helikonu un TG viļņu ierosināšanas problēmas analītiskā izskatīšana kopumā ir saistīta ar ievērojamām grūtībām, jo ​​ir jāapraksta divi savstarpēji saistīti viļņi. Atcerieties, ka helikons ir ātrs šķērsvilnis, bet TG vilnis ir lēns gareniskais vilnis. Helikoni un TG viļņi izrādās neatkarīgi tikai telpiski neierobežotas plazmas gadījumā, kurā tie attēlo magnetizētās plazmas svārstību īpatnējos režīmus. Ierobežota cilindriska plazmas avota gadījumā problēmu var atrisināt tikai skaitliski. Tomēr RF jaudas absorbcijas fiziskā mehānisma galvenās iezīmes pie B > 1 mT var ilustrēt, izmantojot helikonā izstrādāto helikona aproksimāciju, kas apraksta viļņu ierosmes procesu plazmā ar nosacījumu, ka nevienādības

Pielietojuma zona

augstfrekvences degoša magnētiskā plazma

Plazmas reaktori un jonu avoti, kuru darbības princips ir balstīts uz zema spiediena induktīvo RF izlādi, jau vairākus gadu desmitus ir bijusi nozīmīga mūsdienu zemes un kosmosa tehnoloģiju sastāvdaļa. Induktīvās RF izlādes tehnisko pielietojumu plašo izplatību veicina tās galvenās priekšrocības: iespēja iegūt augstu elektronu blīvumu pie salīdzinoši zema RF jaudas līmeņa, plazmas kontakta neesamība ar metāla elektrodiem, zema elektronu temperatūra un , līdz ar to zems plazmas potenciāls attiecībā pret sienām, kas ierobežo izlādi. Pēdējais, papildus jaudas zudumu samazināšanai uz plazmas avota sienām, ļauj izvairīties no paraugu virsmas bojājumiem to apstrādes laikā izlādē ar augstas enerģijas joniem.

Tipiski plazmas avotu piemēri, kas darbojas ar induktīvu RF izlādi bez magnētiskā lauka, ir plazmas reaktori, kas paredzēti substrāta kodināšanai, jonu avoti, kas paredzēti zemes jonu staru tehnoloģiju ieviešanai un darbam kosmosā kā kosmosa kuģu orbītas korekcijas dzinēji, gaismas avoti. Šo ierīču kopīga dizaina iezīme ir gāzizlādes kameras (GDC) klātbūtne, kuras ārējā virsmā vai iekšpusē atrodas induktors vai antena. Ar augstfrekvences ģeneratoram pievienotas antenas palīdzību GDC tilpumā tiek ievadīta RF jauda un tiek aizdedzināta bezelektrodu izlāde. Caur antenu plūstošās strāvas plazmā izraisa virpuļveida elektrisko lauku, kas uzsilda elektronus līdz enerģijām, kas nepieciešamas efektīvai darba gāzes jonizācijai. Tipiski plazmas blīvumi plazmas reaktoros ir 10 11 - 3 x 10 12 cm - 3 , bet jonu avotos - 3 x 10 10 - 3 x 10 11 cm - 3 . Neitrālās gāzes raksturīgais spiediens plazmas reaktoros svārstās no 1 līdz 30 mTorr, jonu avotos tas ir 0,1 mTorr, gaismas avotos tas ir 0,1-10 Torr.

Plazmas reaktori un jonu avoti, kuru darbības princips ir balstīts uz zema spiediena induktīvo RF izlādi, jau vairākus gadu desmitus ir bijusi nozīmīga mūsdienu zemes un kosmosa tehnoloģiju sastāvdaļa. Induktīvās RF izlādes tehnisko pielietojumu plašo izplatību veicina tās galvenās priekšrocības - iespēja iegūt augstu elektronu blīvumu pie salīdzinoši zema RF jaudas līmeņa, plazmas kontakta neesamība ar metāla elektrodiem, zema elektronu temperatūra un , līdz ar to zems plazmas potenciāls attiecībā pret sienām, kas ierobežo izlādi. Pēdējais, papildus jaudas zudumu samazināšanai uz plazmas avota sienām, ļauj izvairīties no paraugu virsmas bojājumiem to apstrādes laikā izlādē ar augstas enerģijas joniem.

Pēdējos gados iegūtie gan eksperimentālie, gan teorētiskie rezultāti liecina, ka induktīvās RF izlādes plazmas parametri ir atkarīgi no jaudas zudumiem ārējā ķēdē un jaudas, kas ieplūst izlādē pa induktīvo un kapacitatīvo kanālu. Plazmas parametrus, no vienas puses, nosaka absorbētās jaudas vērtības, un, no otras puses, tie paši nosaka gan dažādos kanālos ienākošo jaudu attiecību, gan galu galā absorbētās jaudas vērtību. plazma. Tas nosaka izlādes paškonsekvento raksturu. Paškonsekvence visspilgtāk izpaužas plazmas parametru atkarības no magnētiskā lauka spēcīgajā nemonotonitātē un izlādes traucējumiem. Ievērojami jaudas zudumi ārējā ķēdē un plazmas spējas absorbēt RF jaudu nemonotoniskā atkarība no plazmas blīvuma noved pie plazmas blīvuma piesātinājuma ar RF ģeneratora jaudas palielināšanos un histerēzes parādīšanos plazmas blīvumā. plazmas parametru atkarība no RF ģeneratora jaudas un ārējā magnētiskā lauka.

Izlādes kapacitatīvās sastāvdaļas klātbūtne izraisa izmaiņas jaudas daļā, kas tiek ievadīta plazmā caur induktīvo kanālu. Tas izraisa izlādes pārejas stāvokļa maiņu no zema uz augstu režīmu uz RF ģeneratora zemāko jaudu reģionu. Pārejot no zemas uz augstas izlādes režīmu, kapacitatīvā komponenta klātbūtne izpaužas vienmērīgākā plazmas blīvuma izmaiņā, palielinoties ģeneratora jaudai un histerēzes izzušanai. Elektronu koncentrācijas palielināšanās, ko izraisa jaudas ieguldījums caur kapacitatīvo kanālu, līdz vērtībām, kas pārsniedz vērtību, pie kuras ekvivalentā pretestība sasniedz maksimumu, samazina RF jaudas ieguldījumu caur induktīvo kanālu. Nav fiziski pamatoti salīdzināt induktīvās RF izlādes režīmus ar zemu un augstu elektronu blīvumu ar kapacitatīviem un induktīviem režīmiem, jo ​​viena kanāla klātbūtne jaudas ievadīšanai plazmā izraisa izmaiņas jaudas daļā, kas tiek piegādāta plazma caur citu kanālu.

Fizisko procesu modeļa pilnveidošana zema spiediena induktīvā RF izlādē ļauj optimizēt uz tā pamata strādājošo plazmas ierīču parametrus.

Mitināts vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Jonu gāzizlādes elektrovakuuma ierīce, kas paredzēta sprieguma stabilizēšanai. Kvēlizlādes zenera diodes darbības princips. Fizikālie pamatlikumi. Sprieguma stabilizācijas zona. Parametriskā stabilizatora darbība.

tests, pievienots 28.10.2011


Daļējo izlāžu parametri un to atkarības. Daļējo izlāžu izstrādes pamati, kabeļu līniju diagnostika. Analītiskās shēmas izstrāde kabeļu līniju stāvokļa novērtēšanai, pamatojoties uz daļējās izlādes raksturlielumu mērījumiem.

diplomdarbs, pievienots 07.05.2017


Impulsu lāzersistēmu attīstības vēsture. Inversijas mehānisms. Raksturīga iezīme kvēlojošai pašpietiekamai izlādei ar aukstu katodu. Gāzizlādes priekšjonizācijas sistēmas. Impulsu lāzera pamatelementi un tā pielietošanas jomas.

kursa darbs, pievienots 20.03.2016


Kopējā ciparu skaita palielināšanās, palielinoties labotās kļūdas daudzveidībai. Izkropļoto bitu vidējā skaita izmaiņas ar lineārām kvadrāta novirzes izmaiņām. Ziņojuma zuduma biežuma noteikšana. Funkcijas grafika uzzīmēšana.

laboratorijas darbs, pievienots 12.01.2014


Augstfrekvences kondensatoru veidi. specifiskā jauda. Lielas nominālās jaudas kondensatoru izmantošana. Mainīgas jaudas gaisa kondensatori. daļēji mainīgi kondensatori. Kondensatori īpašiem nolūkiem. Integrālo shēmu kondensatori.

abstrakts, pievienots 01.09.2009


Līdzstrāvas, maiņstrāvas un sprieguma mērīšanas elektromehānisko instrumentu raksturojums. To dizains, darbības princips, darbības joma, priekšrocības un trūkumi. Elektronisko voltmetru, instrumentu ķēžu definīcija un klasifikācija.

kursa darbs, pievienots 26.03.2010


Signālu raksturojums un apjoms digitālās apstrādes sistēmās. Specializētais digitālais signālu procesors SPF CM: izstrādātāji un vēsture, struktūra un īpašības, darbības joma, algoritmi un programmatūra.

kursa darbs, pievienots 12.06.2010


Spriedzes mērītāja spiediena sensors. Sensora kalibrēšanas shēma. Elektromagnētisko traucējumu ietekmes uz ierīces rādījumiem pārbaude. Izlādes aizdedzes shematiskā diagramma. Spiediena atkarības no sensora sprieguma vienādojums. izlādes ietekme uz rādījumiem.

kursa darbs, pievienots 29.12.2012


Lauku telefonu tīklu galvenie kabeļu veidi, to apjoms, pieļaujamās darba temperatūras un ieguldīšana. Tehniskās prasības lauku sakaru viena četrstūra augstfrekvences kabeļu projektēšanas izmēriem, elektriskajiem parametriem.

abstrakts, pievienots 30.08.2009


Pārslēgšanas pamatparametri un principi. Atslēgu savienojuma shēmas. Mehāniski un elektroniski augstfrekvences slēdži. MOS vārtu lauka efekta tranzistori un monolītās mikroviļņu integrālās shēmas. Mikrosistēmu izpildmehānismi.

Indukcijas karsēšana ir elektriski vadošu materiālu bezkontakta sildīšanas metode ar augstfrekvences strāvām (ang. RFH - radio-frekvences karsēšana, sildīšana ar radiofrekvences viļņiem).

Metodes apraksts.

Indukcijas karsēšana ir materiālu sildīšana ar elektrisko strāvu, ko izraisa mainīgs magnētiskais lauks. Tāpēc šī ir izstrādājumu, kas izgatavoti no vadošiem materiāliem (vadītājiem), sildīšana ar induktoru magnētisko lauku (maiņstrāvas magnētiskā lauka avoti). Indukcijas sildīšana tiek veikta šādi. Elektrību vadošā (metāla, grafīta) apstrādājamā detaļa tiek ievietota tā sauktajā induktorā, kas ir viens vai vairāki stieples (visbiežāk vara) apgriezieni. Induktorā ar speciāla ģeneratora palīdzību tiek inducētas jaudīgas dažādu frekvenču strāvas (no desmitiem Hz līdz vairākiem MHz), kā rezultātā ap induktors rodas elektromagnētiskais lauks. Elektromagnētiskais lauks sagatavē izraisa virpuļstrāvas. Virpuļstrāvas silda apstrādājamo priekšmetu džoula siltuma ietekmē (skat. Džoula-Lenca likumu).

Induktora tukša sistēma ir bezkodolu transformators, kurā induktors ir primārais tinums. Apstrādājamā detaļa ir sekundārais tinums ar īssavienojumu. Magnētiskā plūsma starp tinumiem aizveras gaisā.

Augstā frekvencē virpuļstrāvas ar to veidoto magnētisko lauku pārvieto plānos sagataves virsmas slāņos Δ (virsmas efekts), kā rezultātā to blīvums strauji palielinās, un sagatave tiek uzkarsēta. Metāla apakšējie slāņi tiek uzkarsēti siltumvadītspējas dēļ. Svarīga nav strāva, bet gan lielais strāvas blīvums. Ādas slānī Δ strāvas blīvums samazinās par koeficientu e attiecībā pret strāvas blīvumu uz sagataves virsmas, savukārt ādas slānī izdalās 86,4% siltuma (no kopējās siltuma izdalīšanās. Ādas slāņa dziļums ir atkarīgs uz starojuma frekvenci: jo augstāka frekvence, jo plānāks ādas slānis. Tas ir atkarīgs arī no sagataves materiāla relatīvās magnētiskās caurlaidības μ.

Dzelzs, kobalta, niķeļa un magnētisko sakausējumu temperatūrā, kas zemāka par Kirī punktu, μ vērtība ir no vairākiem simtiem līdz desmitiem tūkstošu. Citiem materiāliem (kausējumiem, krāsainiem metāliem, šķidriem zemas kušanas eitektikas materiāliem, grafītam, elektrolītiem, elektriski vadošai keramikai utt.) μ ir aptuveni vienāds ar vienu.

Piemēram, 2 MHz frekvencē vara apvalka dziļums ir aptuveni 0,25 mm, dzelzs ≈ 0,001 mm.

Darbības laikā induktors ļoti sakarst, jo tas absorbē savu starojumu. Turklāt tas absorbē siltuma starojumu no karstas sagataves. Viņi izgatavo induktorus no vara caurulēm, kas atdzesētas ar ūdeni. Ūdens tiek piegādāts ar sūkšanas palīdzību - tas nodrošina drošību apdeguma vai cita veida spiediena samazināšanas gadījumā induktors.

Pielietojums:
Īpaši tīra metāla bezkontakta kausēšana, lodēšana un metināšana.
Sakausējumu prototipu iegūšana.
Mašīnu detaļu liekšana un termiskā apstrāde.
Juvelierizstrādājumu bizness.
Mazu detaļu apstrāde, kuras var sabojāt liesmas vai loka karsēšana.
Virsmas sacietēšana.
Sarežģītas formas detaļu sacietēšana un termiskā apstrāde.
Medicīnisko instrumentu dezinfekcija.

Priekšrocības.

Jebkura elektriski vadoša materiāla ātrgaitas karsēšana vai kausēšana.

Sildīšana iespējama aizsarggāzes atmosfērā, oksidējošā (vai reducējošā) vidē, nevadošā šķidrumā, vakuumā.

Sildīšana caur aizsargkameras sienām, kas izgatavotas no stikla, cementa, plastmasas, koka - šie materiāli ļoti vāji absorbē elektromagnētisko starojumu un instalācijas darbības laikā paliek auksti. Tiek karsēts tikai elektriski vadošs materiāls - metāls (arī kausēts), ogleklis, vadoša keramika, elektrolīti, šķidrie metāli utt.

Radušos MHD spēku dēļ šķidrais metāls tiek intensīvi jaukts, līdz turot to suspendētu gaisā vai aizsarggāzē - šādi tiek iegūti īpaši tīri sakausējumi nelielos daudzumos (levitācijas kausēšana, kausēšana elektromagnētiskajā tīģelī).

Tā kā karsēšanu veic ar elektromagnētiskā starojuma palīdzību, sagatave netiek piesārņota ar degļa sadegšanas produktiem gāzes liesmas sildīšanas gadījumā vai elektroda materiāla piesārņojuma loka sildīšanas gadījumā. Paraugu ievietošana inertās gāzes atmosfērā un lielā karsēšanas ātrumā novērsīs katlakmens veidošanos.

Vienkārša lietošana, pateicoties mazajam induktora izmēram.

Induktors var tikt izgatavots īpašā formā - tas ļaus vienmērīgi sildīt sarežģītas konfigurācijas daļas pa visu virsmu, neizraisot to deformāciju vai lokālu nesasilšanu.

Ir viegli veikt lokālo un selektīvo apkuri.

Tā kā visintensīvākā karsēšana notiek apstrādājamās detaļas plānos augšējos slāņos, bet apakšējie slāņi siltumvadītspējas dēļ tiek uzkarsēti maigāk, metode ir ideāli piemērota detaļu virsmas sacietēšanai (kodols paliek viskozs).

Vienkārša iekārtu automatizācija - apkures un dzesēšanas cikli, temperatūras kontrole un noturēšana, sagatavju padeve un noņemšana.

Indukcijas apkures iekārtas:

Instalācijās ar darbības frekvenci līdz 300 kHz tiek izmantoti invertori uz IGBT mezgliem vai MOSFET tranzistoriem. Šādas iekārtas ir paredzētas lielu detaļu sildīšanai. Mazu detaļu sildīšanai tiek izmantotas augstas frekvences (līdz 5 MHz, vidējo un īso viļņu diapazons), augstfrekvences instalācijas tiek būvētas uz elektroniskām lampām.

Arī mazu detaļu sildīšanai augstfrekvences instalācijas tiek būvētas uz MOSFET tranzistoriem darbības frekvencēm līdz 1,7 MHz. Tranzistoru vadība un aizsardzība augstākās frekvencēs rada zināmas grūtības, tāpēc augstākas frekvences iestatījumi joprojām ir diezgan dārgi.

Induktors mazu detaļu sildīšanai ir maza izmēra un mazas induktivitātes, kas noved pie darba rezonanses ķēdes kvalitātes faktora samazināšanās zemās frekvencēs un efektivitātes samazināšanās, kā arī rada briesmas galvenajam oscilatoram (kvalitātes faktors rezonanses ķēde ir proporcionāla L / C, rezonanses ķēde ar zemu kvalitātes koeficientu ir pārāk labi "iesūknēta" ar enerģiju, veido īssavienojumu induktors un atspējo galveno oscilatoru). Lai palielinātu svārstību ķēdes kvalitātes koeficientu, tiek izmantoti divi veidi:
- darbības biežuma palielināšana, kas izraisa uzstādīšanas sarežģītību un izmaksas;
- feromagnētisko ieliktņu izmantošana induktīvā; induktora ielīmēšana ar feromagnētiska materiāla paneļiem.

Tā kā induktors visefektīvāk darbojas augstās frekvencēs, indukcijas apkure tika izmantota rūpniecībā pēc jaudīgu ģeneratorspuldžu izstrādes un ražošanas uzsākšanas. Pirms Pirmā pasaules kara indukcijas apkure bija ierobežota. Tolaik kā ģeneratori tika izmantoti augstfrekvences mašīnu ģeneratori (V. P. Vologdina darbi) vai dzirksteļaizlādes iekārtas.

Ģeneratora ķēde principā var būt jebkura (multivibrators, RC ģenerators, neatkarīgi ierosināts ģenerators, dažādi relaksācijas ģeneratori), kas darbojas uz slodzes induktora spoles formā un ar pietiekamu jaudu. Ir arī nepieciešams, lai svārstību frekvence būtu pietiekami augsta.

Piemēram, lai dažās sekundēs "nogrieztu" tērauda stiepli ar diametru 4 mm, vismaz 300 kHz frekvencē ir nepieciešama vismaz 2 kW svārstību jauda.

Shēma tiek izvēlēta pēc šādiem kritērijiem: uzticamība; svārstību stabilitāte; sagatavē atbrīvotās jaudas stabilitāte; ražošanas vienkāršība; iestatīšanas vienkāršība; minimālais detaļu skaits, lai samazinātu izmaksas; detaļu izmantošana, kas kopumā samazina svaru un izmērus utt.

Daudzus gadu desmitus induktīvs trīspunktu ģenerators ir izmantots kā augstfrekvences svārstību ģenerators (Hārtlija ģenerators, ģenerators ar autotransformatora atgriezenisko saiti, ķēde, kuras pamatā ir induktīvās cilpas sprieguma dalītājs). Šī ir paša ierosmes paralēlā barošanas ķēde anodam un frekvences selektīva ķēde, kas izveidota uz oscilācijas ķēdes. Tas ir veiksmīgi izmantots un joprojām tiek izmantots laboratorijās, juvelierizstrādājumu darbnīcās, rūpniecības uzņēmumos, kā arī amatieru praksē. Piemēram, Otrā pasaules kara laikā uz šādām iekārtām tika veikta T-34 tvertnes veltņu virsmas sacietēšana.

Trīs punktu trūkumi:

Zema efektivitāte (mazāk nekā 40%, izmantojot lampu).

Spēcīga frekvences novirze no magnētiskiem materiāliem izgatavotu sagatavju karsēšanas brīdī virs Kirī punkta (≈700С) (μ izmaiņas), kas maina ādas slāņa dziļumu un neprognozējami maina termiskās apstrādes režīmu. Termiski apstrādājot kritiskās daļas, tas var būt nepieņemami. Arī jaudīgām RF instalācijām jādarbojas šaurā Rossvyazokhrankultura atļautajā frekvenču diapazonā, jo ar sliktu ekranējumu tie faktiski ir radio raidītāji un var traucēt televīzijas un radio apraidi, piekrastes un glābšanas dienestus.

Mainot sagataves (piemēram, no mazākām uz lielākām), mainās induktors-sagataves sistēmas induktivitāte, kas arī noved pie ādas slāņa frekvences un dziļuma izmaiņām.

Mainot viena pagrieziena induktorus uz vairākkārtējiem, uz lielākiem vai mazākiem, mainās arī frekvence.

Babata, Lozinska un citu zinātnieku vadībā tika izstrādātas divu un trīs ķēžu ģeneratoru shēmas, kurām ir augstāka efektivitāte (līdz 70%), kā arī labāk saglabā darba frekvenci. Viņu darbības princips ir šāds. Savienoto ķēžu izmantošanas un savienojuma starp tām vājināšanās dēļ darba ķēdes induktivitātes maiņa neizraisa spēcīgas frekvences iestatīšanas ķēdes frekvences izmaiņas. Radioraidītāji ir konstruēti pēc tāda paša principa.

Mūsdienu augstfrekvences ģeneratori ir invertori, kuru pamatā ir IGBT bloki vai jaudīgi MOSFET tranzistori, parasti izgatavoti saskaņā ar tilta vai pustilta shēmu. Darbojas ar frekvencēm līdz 500 kHz. Tranzistoru vārti tiek atvērti, izmantojot mikrokontrollera vadības sistēmu. Vadības sistēma atkarībā no uzdevuma ļauj automātiski turēt

A) nemainīga frekvence
b) nemainīga jauda, ​​kas atbrīvota sagatavē
c) maksimālā efektivitāte.

Piemēram, kad magnētiskais materiāls tiek uzkarsēts virs Kirī punkta, ādas slāņa biezums strauji palielinās, strāvas blīvums samazinās, un sagatave sāk sildīt sliktāk. Pazūd arī materiāla magnētiskās īpašības un apstājas magnetizācijas maiņas process - sagatave sāk sliktāk uzkarst, krasi samazinās slodzes pretestība - tas var izraisīt ģeneratora "atstarpi" un tā atteici. Vadības sistēma uzrauga pāreju caur Kirī punktu un automātiski palielina frekvenci, pēkšņi samazinot slodzi (vai samazinot jaudu).

Piezīmes.

Ja iespējams, induktors jānovieto pēc iespējas tuvāk sagatavei. Tas ne tikai palielina elektromagnētiskā lauka blīvumu apstrādājamās detaļas tuvumā (proporcionāli attāluma kvadrātam), bet arī palielina jaudas koeficientu Cos(φ).

Frekvences palielināšana krasi samazina jaudas koeficientu (proporcionāli frekvences kubam).

Karsējot magnētiskos materiālus, magnetizācijas maiņas dēļ izdalās arī papildu siltums, to sildīšana līdz Kirī punktam ir daudz efektīvāka.

Aprēķinot induktivitāti, ir jāņem vērā riepu induktivitāte, kas ved uz induktors, kas var būt daudz lielāka par pašas induktors (ja induktors ir izgatavots kā viena maza induktors diametrs vai pat daļa no pagrieziena - loka).

Svārstību ķēdēs ir divi rezonanses gadījumi: sprieguma rezonanse un strāvas rezonanse.
Paralēlā svārstību ķēde - strāvu rezonanse.
Šajā gadījumā spriegums uz spoles un kondensatora ir tāds pats kā ģeneratoram. Rezonansē ķēdes pretestība starp atzarojuma punktiem kļūst maksimāla, un strāva (I kopā) caur slodzes pretestību Rn būs minimāla (strāva ķēdē I-1l un I-2s ir lielāka par ģeneratora strāvu) .

Ideālā gadījumā cilpas pretestība ir bezgalība - ķēde neņem strāvu no avota. Kad ģeneratora frekvence mainās jebkurā virzienā no rezonanses frekvences, ķēdes pretestība samazinās un palielinās lineārā strāva (Total).

Sērijveida svārstību ķēde - sprieguma rezonanse.

Sērijas rezonanses ķēdes galvenā iezīme ir tā, ka tās pretestība rezonansē ir minimāla. (ZL + ZC - minimums). Kad frekvence ir noregulēta uz vērtību virs vai zem rezonanses frekvences, pretestība palielinās.
Secinājums:
Paralēlā ķēdē pie rezonanses strāva caur ķēdes vadiem ir 0, un spriegums ir maksimālais.
Sērijas ķēdē ir otrādi - spriegumam ir tendence uz nulli, un strāva ir maksimālā.

Raksts tika ņemts no vietnes http://dic.academic.ru/ un uzņēmums LLC Prominduktor pārstrādāja to lasītājam saprotamākā tekstā.

INDUKCIJAS SILDĪTĀJS- tas ir elektrisks sildītājs, kas strādā ar magnētiskās indukcijas plūsmas izmaiņām slēgtā vadošā ķēdē. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju. Vai vēlaties uzzināt, kā darbojas indukcijas sildītājs? ZAVODRR ir tirdzniecības informācijas portāls, kurā atradīsi informāciju par sildītājiem.

Vortex indukcijas sildītāji

Indukcijas spole spēj sildīt jebkuru metālu, tranzistoru bāzes sildītāji ir samontēti un tiem ir augsta efektivitāte vairāk nekā 95%, tie jau sen ir nomainījuši cauruļu indukcijas sildītājus, kuros efektivitāte nepārsniedza 60%.

Virpuļindukcijas sildītājam bezkontakta apkurei nav zudumu, jo tiek pielāgota iekārtas darbības parametru rezonanses sakritība ar izejas svārstību ķēdes parametriem. Vortex tipa sildītāji, kas samontēti uz tranzistoriem, var lieliski analizēt un pielāgot izejas frekvenci automātiskajā režīmā.

Metāla indukcijas sildītāji

Sildītājiem metāla indukcijas sildīšanai ir bezkontakta metode virpuļlauka darbības dēļ. Dažāda veida sildītāji iekļūst metālā noteiktā dziļumā no 0,1 līdz 10 cm, atkarībā no izvēlētās frekvences:

• augsta frekvence;
• vidējā frekvence;
• īpaši augsta frekvence.

Metāla indukcijas sildītāji dod iespēju apstrādāt detaļas ne tikai atklātās vietās, bet arī novietot apsildāmus priekšmetus izolētās kamerās, kurās var izveidot jebkuru vidi, kā arī vakuumu.

Elektriskais indukcijas sildītājs

Augstas frekvences elektriskais indukcijas sildītājs katru dienu izmanto jaunus lietojumus. Sildītājs darbojas ar maiņstrāvu. Visbiežāk indukcijas elektriskos sildītājus izmanto, lai metālus sasildītu līdz vajadzīgajai temperatūrai šādās darbībās: kalšana, lodēšana, metināšana, locīšana, rūdīšana utt. Elektriskie indukcijas sildītāji darbojas ar augstu frekvenci 30-100 kHz un tiek izmantoti dažādu veidu nesēju un dzesēšanas šķidrumu sildīšanai.

Elektriskais sildītājs izmanto daudzās jomās:

• metalurģijas (HDTV sildītāji, indukcijas krāsnis);
• instrumenti (lodēšanas elementi);
• medicīnas (instrumentu izgatavošana un dezinfekcija);
• juvelierizstrādājumi (juvelierizstrādājumu ražošana);
• mājokļi un komunālie (indukcijas apkures katli);
• pārtika (indukcijas tvaika katli).

Vidējas frekvences indukcijas sildītāji

Ja nepieciešama dziļāka apkure, tiek izmantoti vidējas frekvences tipa indukcijas sildītāji, kas darbojas vidējās frekvencēs no 1 līdz 20 kHz. Kompakts induktors visu veidu sildītājiem ir dažādu formu, kas ir izvēlētas tā, lai nodrošinātu visdažādāko formu paraugu vienmērīgu sildīšanu, vienlaikus var veikt arī noteiktu lokālo sildīšanu. Vidējās frekvences tips apstrādās materiālus kalšanai un rūdīšanai, kā arī karsējot štancēšanai.

Viegli darbināmi, ar efektivitāti līdz 100%, indukcijas vidējās frekvences sildītāji tiek izmantoti visdažādākajām tehnoloģijām metalurģijā (arī dažādu metālu kausēšanai), mašīnbūvē, instrumentu izgatavošanā un citās jomās.

Augstas frekvences indukcijas sildītāji

Visplašākais pielietojuma klāsts ir paredzēts augstfrekvences indukcijas sildītājiem. Sildītājiem ir raksturīga augsta frekvence 30-100 kHz un plašs jaudas diapazons 15-160 kW. Augstfrekvences tips nodrošina nelielu sildīšanas dziļumu, taču tas ir pietiekami, lai uzlabotu metāla ķīmiskās īpašības.

Augstas frekvences indukcijas sildītāji ir viegli darbināmi un ekonomiski, savukārt to efektivitāte var sasniegt 95%. Visi veidi strādā nepārtraukti ilgu laiku, un divu bloku versija (kad augstfrekvences transformators ir ievietots atsevišķā blokā) ļauj darboties visu diennakti. Sildītājam ir 28 aizsardzības veidi, no kuriem katrs ir atbildīgs par savu funkciju. Piemērs: ūdens spiediena kontrole dzesēšanas sistēmā.

Mikroviļņu indukcijas sildītāji

Mikroviļņu indukcijas sildītāji darbojas ar superfrekvenci (100-1,5 MHz) un iekļūst sildīšanas dziļumā (līdz 1 mm). Mikroviļņu tips ir neaizstājams plānu, mazu, maza diametra detaļu apstrādei. Šādu sildītāju izmantošana ļauj izvairīties no nevēlamām deformācijām, kas saistītas ar sildīšanu.

Mikroviļņu indukcijas sildītājiem, kuru pamatā ir JGBT moduļi un MOSFET tranzistori, jaudas ierobežojumi ir 3,5-500 kW. Tos izmanto elektronikā, augstas precizitātes instrumentu, pulksteņu, juvelierizstrādājumu ražošanā, stiepļu ražošanā un citiem mērķiem, kam nepieciešama īpaša precizitāte un filigrāna.

Kalšanas indukcijas sildītāji

Kaluma tipa indukcijas sildītāju (IKN) galvenais mērķis ir sildīt daļas vai to daļas pirms turpmākās kalšanas. Sagataves var būt dažāda veida, sakausējuma un formas. Indukcijas kalšanas sildītāji ļauj apstrādāt jebkura diametra cilindriskas sagataves automātiskajā režīmā:

• ekonomiski, jo tie apkurei pavada tikai dažas sekundes un tiem ir augsta efektivitāte līdz 95%;
• viegli lietojams, nodrošina pilnu procesa kontroli, pusautomātisku iekraušanu un izkraušanu. Ir iespējas ar pilnu automatizāciju;
• uzticams un var strādāt nepārtraukti ilgu laiku.

Indukcijas rullīšu sildītāji

Indukcijas sildītāji vārpstas sacietēšanai strādāt kopā ar cietēšanas kompleksu. Apstrādājamā detaļa atrodas vertikālā stāvoklī un griežas stacionāra induktora iekšpusē. Sildītājs ļauj izmantot visu veidu šahtas secīgai lokālai apkurei, sacietēšanas dziļums var būt milimetru daļas dziļumā.

Vārpstas indukcijas sildīšanas rezultātā visā tās garumā ar tūlītēju dzesēšanu ievērojami palielinās tās izturība un izturība.

Indukcijas cauruļu sildītāji

Visu veidu caurules var apstrādāt ar indukcijas sildītājiem. Cauruļu sildītājs var būt ar gaisa vai ūdens dzesēšanu, ar jaudu 10-250 kW, ar šādiem parametriem:

• Gaisa dzesēšanas caurules indukcijas apkure ražots, izmantojot elastīgu induktors un termosegu. Apkures temperatūra līdz 400 °C temperatūrā, un izmantojiet caurules ar diametru 20 - 1250 mm ar jebkuru sieniņu biezumu.
• Indukcijas apkures ūdens dzesēšanas caurule sildīšanas temperatūra ir 1600 °C, un to izmanto cauruļu “locīšanai” ar diametru 20 - 1250 mm.

Katra termiskās apstrādes iespēja tiek izmantota, lai uzlabotu jebkuras tērauda caurules kvalitāti.

Pirometrs apkures kontrolei

Viens no svarīgākajiem indukcijas sildītāju darbības parametriem ir temperatūra. Papildus iebūvētajiem sensoriem rūpīgākai tā kontrolei bieži tiek izmantoti infrasarkanie pirometri. Šīs optiskās ierīces ļauj ātri un vienkārši noteikt temperatūru grūti sasniedzamām (lielā karstuma dēļ, elektrības iedarbības iespējamība u.c.) virsmām.

Ja pievienojat pirometru indukcijas sildītājam, varat ne tikai uzraudzīt temperatūras režīmu, bet arī automātiski uzturēt apkures temperatūru noteiktu laiku.

Indukcijas sildītāju darbības princips

Darbības laikā induktorā veidojas magnētiskais lauks, kurā tiek ievietota daļa. Atkarībā no uzdevuma (sildīšanas dziļuma) un daļas (sastāva) tiek izvēlēta frekvence, tā var būt no 0,5 līdz 700 kHz.

Sildītāja darbības princips saskaņā ar fizikas likumiem saka: ja vadītājs atrodas mainīgā elektromagnētiskajā laukā, tajā veidojas EMF (elektromotīves spēks). Amplitūdas diagramma parāda, ka tā pārvietojas proporcionāli magnētiskās plūsmas ātruma izmaiņām. Sakarā ar to ķēdē veidojas virpuļstrāvas, kuru lielums ir atkarīgs no vadītāja pretestības (materiāla). Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu strāva noved pie vadītāja uzsilšanas, kam ir pretestība.

Visu veidu indukcijas sildītāju darbības princips ir līdzīgs transformatoram. Vadošā sagatave, kas atrodas induktorā, ir līdzīga transformatoram (bez magnētiskās ķēdes). Primārais tinums ir induktors, daļas sekundārā induktivitāte, un slodze ir metāla pretestība. Ar HDTV sildīšanu veidojas “ādas efekts”, virpuļstrāvas, kas veidojas sagataves iekšpusē, izspiež galveno strāvu uz vadītāja virsmu, jo metāla sildīšana uz virsmas ir spēcīgāka nekā iekšpusē.

Indukcijas sildītāju priekšrocības

Indukcijas sildītājam ir neapšaubāmas priekšrocības, un tas ir līderis starp visu veidu ierīcēm. Šī priekšrocība sastāv no sekojošām:

• Tas patērē mazāk elektrības un nepiesārņo vidi.
• Viegli darbināms, tas nodrošina augstas kvalitātes darbu un ļauj kontrolēt procesu.
• Sildīšana caur kameras sienām nodrošina īpašu tīrību un iespēju iegūt īpaši tīrus sakausējumus, savukārt kausēšana var tikt veikta dažādās atmosfērās, tostarp inertās gāzēs un vakuumā.
• Ar tās palīdzību iespējama vienmērīga jebkuras formas detaļu uzsildīšana vai selektīva karsēšana.
• Visbeidzot, indukcijas sildītāji ir universāli, kas ļauj tos izmantot visur, aizstājot novecojušas enerģiju patērējošas un neefektīvas iekārtas.

Indukcijas sildītāju remonts tiek veikts no mūsu noliktavas rezerves daļām. Šobrīd varam remontēt visa veida sildītājus. Indukcijas sildītāji ir diezgan uzticami, ja stingri ievēro lietošanas instrukcijas un izvairies no ekstrēmiem darbības režīmiem – pirmkārt, uzraugi temperatūru un pareizu ūdens dzesēšanu.

Sīkāka informācija par visu veidu indukcijas sildītāju darbību bieži vien nav pilnībā publicēta ražotāju dokumentācijā, tos vajadzētu remontēt kvalificētiem speciālistiem, kuri labi pārzina šādu iekārtu detalizētu darbības principu.

Video par indukcijas vidējās frekvences sildītāju darbu

Vidējās frekvences indukcijas sildītāja darbības video var noskatīties Vidējā frekvence tiek izmantota dziļai iekļūšanai visa veida metāla izstrādājumos. Vidējās frekvences sildītājs ir uzticams un moderns aprīkojums, kas darbojas visu diennakti jūsu uzņēmuma labā.

Un ierīcēs siltumu apsildāmā ierīcē izdala strāvas, kas rodas mainīgā elektromagnētiskajā laukā ierīces iekšpusē. Tos sauc par indukciju. To darbības rezultātā temperatūra paaugstinās. Metālu indukcijas karsēšana balstās uz diviem galvenajiem fizikālajiem likumiem:

• Faradejs-Maksvels;
• Džouls-Lencs.

Metāla ķermeņos, kad tos novieto mainīgā laukā, sāk parādīties virpuļelektriskie lauki.

Indukcijas sildīšanas ierīce

Viss notiek šādi. Mainīgā iedarbībā mainās indukcijas elektromotora spēks (EMF).

EMF darbojas tā, ka ķermeņu iekšpusē plūst virpuļstrāvas, kas izdala siltumu pilnībā saskaņā ar Džoula-Lenca likumu. Turklāt EMF ģenerē metālā maiņstrāvu. Šajā gadījumā tiek atbrīvota siltumenerģija, kas izraisa metāla temperatūras paaugstināšanos.

Šis apkures veids ir vienkāršākais, jo tas ir bezkontakta. Tas ļauj sasniegt ļoti augstu temperatūru, kurā ir iespējams apstrādāt

Lai nodrošinātu indukcijas sildīšanu, elektromagnētiskajos laukos ir jāizveido noteikts spriegums un frekvence. To var izdarīt īpašā ierīcē - induktorā. Tas tiek darbināts no rūpnieciskā tīkla ar 50 Hz. Šim nolūkam varat izmantot atsevišķus barošanas avotus - pārveidotājus un ģeneratorus.

Vienkāršākā ierīce zemfrekvences induktoram ir spirāle (izolēts vadītājs), kuru var ievietot metāla caurulē vai aptīt ap to. Pārejošās strāvas silda cauruli, kas savukārt nodod siltumu apkārtējai videi.

Indukcijas sildīšanas izmantošana zemās frekvencēs ir diezgan reti sastopama. Metālu apstrāde vidējās un augstās frekvencēs ir biežāka.

Šādas ierīces atšķiras ar to, ka magnētiskais vilnis skar virsmu, kur tas tiek novājināts. Ķermenis pārvērš šī viļņa enerģiju siltumā. Lai sasniegtu maksimālu efektu, abām sastāvdaļām jābūt tuvas formas.

Kur tie tiek izmantoti

Indukcijas apkures izmantošana mūsdienu pasaulē ir plaši izplatīta. Lietošanas joma:

• metālu kausēšana, to lodēšana bezkontakta veidā;
• jaunu metālu sakausējumu iegūšana;
• mehāniskā inženierija;
• juvelierizstrādājumu bizness;
• sīku detaļu izgatavošana, kuras var sabojāt ar citām metodēm;
• (turklāt detaļas var būt vissarežģītākās konfigurācijas);
• termiskā apstrāde (mašīnu detaļu apstrāde, rūdītas virsmas);
• zāles (ierīču un instrumentu dezinfekcija).

Indukcijas apkure: pozitīvas īpašības

Šai metodei ir daudz priekšrocību:

• Ar to jūs varat ātri uzsildīt un izkausēt jebkuru vadošu materiālu.
• Ļauj sildīt jebkurā vidē: vakuumā, atmosfērā, nevadošā šķidrumā.
• Sakarā ar to, ka tiek uzkarsēts tikai vadošais materiāls, sienas, kas vāji absorbē viļņus, paliek aukstas.
• Specializētās metalurģijas jomās, iegūstot īpaši tīrus sakausējumus. Tas ir izklaidējošs process, jo metāli tiek sajaukti aizsarggāzes apvalkā.

• Salīdzinot ar citiem veidiem, indukcija nepiesārņo vidi. Ja gāzes degļu gadījumā ir piesārņojums, kā arī loka apsildē, tad indukcija to novērš "tīrā" elektromagnētiskā starojuma dēļ.
• Induktora ierīces nelieli izmēri.
• Iespēja izgatavot jebkuras formas induktors, tas neizraisīs lokālu apkuri, bet veicinās vienmērīgu siltuma sadali.
• Tas ir neaizvietojams, ja nepieciešams sildīt tikai noteiktu virsmas laukumu.
• Šādas iekārtas nav grūti iestatīt vēlamajam režīmam un regulēt to.

trūkumi

Sistēmai ir šādi trūkumi:

• Ir diezgan grūti patstāvīgi uzstādīt un pielāgot apkures veidu (indukcijas) un tā aprīkojumu. Labāk vērsties pie speciālistiem.
• Nepieciešamība precīzi saskaņot induktors un sagatavi, pretējā gadījumā indukcijas sildīšana būs nepietiekama, tā jauda var sasniegt nelielas vērtības.

Apkure ar indukcijas iekārtu

Individuālās apkures sakārtošanai varat apsvērt tādu iespēju kā indukcijas apkure.

Kā bloks tiks izmantots transformators, kas sastāv no divu veidu tinumiem: primārā un sekundārā (kas, savukārt, ir īssavienojums).

Kā tas darbojas

Parastā induktora darbības princips: virpuļplūsmas iziet iekšā un novirza elektrisko lauku uz otru ķermeni.

Lai ūdens izietu caur šādu katlu, tajā tiek pievadītas divas caurules: aukstam ūdenim, kas ieplūst, un pie siltā ūdens izejas - otrā caurule. Spiediena dēļ ūdens pastāvīgi cirkulē, kas izslēdz induktora elementa sildīšanas iespēju. Šeit ir izslēgta katlakmens klātbūtne, jo induktorā rodas pastāvīgas vibrācijas.

Šāds apkopes elements būs lēts. Galvenais pluss ir tas, ka ierīce darbojas klusi. Jūs varat to uzstādīt jebkurā telpā.

Aprīkojuma izgatavošana pats

Indukcijas apkures uzstādīšana nebūs ļoti sarežģīta. Pat tie, kuriem nav pieredzes, pēc rūpīgas izpētes tiks galā ar uzdevumu. Pirms darba uzsākšanas jums ir jāuzglabā šādi nepieciešamie priekšmeti:

• invertors. To var izmantot no metināšanas iekārtas, tas ir lēts un tam būs nepieciešama augsta frekvence. Jūs varat to pagatavot pats. Bet tas ir laikietilpīgs uzdevums.
• Sildītāja korpuss (tam ir piemērots plastmasas caurules gabals, šajā gadījumā visefektīvākā būs caurules indukcijas apkure).
• Materiāls (derēs stieple, kuras diametrs nepārsniedz septiņus milimetrus).
• Ierīces induktora pievienošanai apkures tīklam.
• Režģis, lai noturētu vadu induktora iekšpusē.
• No var izveidot indukcijas spoli (tai jābūt emaljētai).
• Sūknis (lai ūdens tiktu piegādāts induktors).

Noteikumi iekārtu ražošanai neatkarīgi

Lai indukcijas apkures iekārta darbotos pareizi, šāda produkta strāvai jāatbilst jaudai (tai jābūt vismaz 15 ampēriem, ja nepieciešams, var būt arī vairāk).

• Vadu vajadzētu sagriezt gabalos ne vairāk kā piecus centimetrus. Tas ir nepieciešams efektīvai apkurei augstfrekvences laukā.
• Korpusam jābūt ne mazākam diametrā par sagatavoto vadu, un ar biezām sienām.
• Piestiprināšanai pie siltumtīkla konstrukcijas vienā pusē ir piestiprināts īpašs adapteris.
• Caurules apakšā jāievieto tīkls, lai stieple neizkristu.
• Pēdējais ir vajadzīgs tādā daudzumā, lai tas aizpildītu visu iekšējo telpu.
• Dizains ir aizvērts, ievietots adapteris.
• Tad no šīs caurules tiek uzbūvēta spole. Lai to izdarītu, aptiniet to ar jau sagatavotu stiepli. Jāievēro apgriezienu skaits: minimālais 80, maksimālais 90.
• Pēc pieslēgšanas apkures sistēmai aparātā ielej ūdeni. Spole ir savienota ar sagatavoto invertoru.
• Ir uzstādīts ūdens sūknis.
• Temperatūras regulators ir uzstādīts.

Tādējādi indukcijas sildīšanas aprēķins būs atkarīgs no šādiem parametriem: garums, diametrs, temperatūra un apstrādes laiks. Pievērsiet uzmanību riepu induktivitātei, kas ved uz induktors, kas var būt daudz augstāka nekā pati induktors.

Par gatavošanas virsmām

Vēl viens pielietojums mājsaimniecībā, papildus apkures sistēmai šis apkures veids ir sastopams plīts virsmās.

Šāda virsma izskatās kā parasts transformators. Tā spole ir paslēpta zem paneļa virsmas, kas var būt stikls vai keramika. Caur to plūst strāva. Šī ir spoles pirmā daļa. Bet otrs ir ēdieni, kuros notiks gatavošana. Trauku apakšā tiek radītas virpuļstrāvas. Viņi vispirms silda traukus un pēc tam tajā esošo ēdienu.

Siltums tiks atbrīvots tikai tad, kad uz paneļa virsmas būs novietoti trauki.

Ja tā trūkst, darbība nenotiek. Indukcijas sildīšanas zona atbildīs uz tās novietoto trauku diametram.

Šādām krāsnīm ir nepieciešami īpaši trauki. Lielākā daļa feromagnētisko metālu var mijiedarboties ar indukcijas lauku: alumīnijs, nerūsējošais un emaljēts tērauds, čuguns. Nav piemērots tikai šādām virsmām: varš, keramika, stikls un trauki no neferomagnētiskiem metāliem.

Protams, tas ieslēgsies tikai tad, kad tam būs uzstādīti piemēroti trauki.

Mūsdienu krāsnis ir aprīkotas ar elektronisku vadības bloku, kas ļauj atpazīt tukšus un nederīgus traukus. Galvenās alus darītavu priekšrocības ir: drošība, tīrīšanas vienkāršība, ātrums, efektivitāte, ekonomija. Nekad nededzini sevi uz paneļa virsmas.

Tātad, mēs noskaidrojām, kur tiek izmantota šāda veida apkure (indukcija).