Nozioni di base sul riscaldamento a induzione
Riscaldamento a induzione avviene in un oggetto elettricamente conduttore (non necessariamente in acciaio magnetico) quando l'oggetto è posto in un campo magnetico variabile. Il riscaldamento ad induzione è dovuto all'isteresi e alle perdite di corrente parassita.
Riscaldamento a induzione è il processo di riscaldamento di un oggetto elettricamente conduttore (di solito un metallo) mediante induzione elettromagnetica, attraverso il calore generato nell'oggetto da correnti parassite. Un riscaldatore a induzione è costituito da un elettromagnete e un oscillatore elettronico che attraversa una corrente alternata ad alta frequenza (CA) attraverso l'elettromagnete. Il campo magnetico che si alterna rapidamente penetra nell'oggetto, generando correnti elettriche all'interno del conduttore, chiamate correnti parassite. Le correnti parassite che fluiscono attraverso la resistenza del materiale lo riscaldano mediante riscaldamento Joule. Nei materiali ferromagnetici (e ferrimagnetici) come il ferro, il calore può anche essere generato da perdite di isteresi magnetica. La frequenza della corrente utilizzata dipende dalla dimensione dell'oggetto, dal tipo di materiale, dall'accoppiamento (tra la bobina di lavoro e l'oggetto da riscaldare) e dalla profondità di penetrazione.
Le perdite di isteresi si verificano solo in materiali magnetici come acciaio, nichel e pochissimi altri. La perdita di isteresi afferma che questo è causato dall'attrito tra le molecole quando il materiale viene prima magnetizzato in una direzione e poi nell'altra. Le molecole possono essere considerate come piccoli magneti che ruotano attorno ad ogni inversione di direzione del campo magnetico. Il lavoro (energia) è necessario per girarli. L'energia si trasforma in calore. Il tasso di spesa dell'energia (potenza) aumenta con un aumento del tasso di inversione (frequenza).
Le perdite di correnti parassite si verificano in qualsiasi materiale conduttore in un campo magnetico variabile. Questo causa la direzione, anche se i materiali non hanno nessuna delle proprietà magnetiche normalmente associate al ferro e all'acciaio. Esempi sono rame, ottone, alluminio, zirconio, acciaio inossidabile non magnetico e uranio. Le correnti parassite sono correnti elettriche indotte dall'azione del trasformatore nel materiale. Come suggerisce il loro nome, sembrano fluttuare in vortici su vortici all'interno di una massa solida di materiale. Le perdite di correnti parassite sono molto più importanti delle perdite di isteresi nel riscaldamento a induzione. Si noti che il riscaldamento a induzione viene applicato a materiali non magnetici, in cui non si verificano perdite di isteresi.
Per il riscaldamento dell'acciaio per tempra, forgiatura, fusione o per altri scopi che richiedono una temperatura superiore alla temperatura di Curie, non possiamo dipendere dall'isteresi. L'acciaio perde le sue proprietà magnetiche al di sopra di questa temperatura. Quando l'acciaio viene riscaldato sotto il punto di Curie, il contributo dell'isteresi è solitamente così piccolo da poter essere ignorato. Per tutti gli scopi pratici, l'io2R delle correnti parassite è l'unico modo in cui l'energia elettrica può essere trasformata in calore per il riscaldamento a induzione.
Due cose fondamentali per il riscaldamento a induzione che si verificano:
- Un campo magnetico mutevole
- Un materiale elettricamente conduttivo posizionato nel campo magnetico