El inductor de calentamiento es el cuerpo de trabajo de las instalaciones de calentamiento por inducción .
| Calentamiento por inducción de una palanquilla de acero en un inductor de una vuelta. | |
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Un inductor de calentamiento es una o más vueltas de un conductor en el que se crean oscilaciones eléctricas de alta frecuencia (desde varios kHz hasta 5 MHz) utilizando un potente alternador. Se coloca un bloque de material eléctricamente conductor dentro de las bobinas.
Cuando se enciende el generador, surge una intensa radiación electromagnética alrededor del inductor, que es absorbida por la pieza de trabajo y la calienta.
El sistema de inductor en blanco es un transformador sin núcleo en el que el inductor es el devanado primario. La pieza de trabajo es un devanado secundario cortocircuitado. El flujo magnético entre los devanados se cierra en aire (o en vacío, en gas protector, en líquido, etc.)
Los espacios en blanco tubulares se pueden colocar en la bobina del inductor desde el exterior, los espacios en blanco planos se pueden colocar al final.
Además, el inductor se puede hacer en forma de "serpiente" para calentar superficies planas, un trébol de tres hojas para calentar esquinas, un ocho para calentar dientes de engranajes y tener otra forma extraña.
Los inductores se dividen en dos clases:
El inductor se calienta mucho durante el funcionamiento, ya que absorbe su propia radiación. Además, absorbe la radiación térmica de una pieza de trabajo caliente. Por este motivo, las bobinas de las instalaciones potentes están fabricadas con tubos de cobre refrigerados por agua corriente. A veces, se perforan pequeños orificios en dichos tubos desde el costado de la pieza de trabajo suministrada: se rocía agua sobre la pieza de trabajo y, simultáneamente con el calentamiento, se produce el endurecimiento de la superficie.
Los inductores de instalaciones de baja potencia o instalaciones que funcionan en modo de corta duración (segundos) no tienen tiempo para calentarse mucho. Es suficiente hacerlos a partir de un cable de cobre bastante masivo (posiblemente con un aislamiento ordinario).
Dado que en el inductor se induce un alto voltaje, que en instalaciones potentes puede alcanzar cientos de voltios, el inductor representa un peligro para el personal. Las quemaduras de alta frecuencia son peligrosas: la corriente de alta frecuencia fluye solo sobre la superficie de la piel ( efecto piel ), que es prácticamente un electrolito. Los órganos internos no se dañan, pero la piel puede quemarse gravemente. Además, el impacto en el cuerpo humano de la poderosa radiación electromagnética no ha sido completamente estudiado.
El inductor puede quemarse por el calor de una pieza de trabajo caliente, dañarse por el impacto de la pieza de trabajo en el inductor, es inaceptable cambiar su inductancia por cortocircuitar las vueltas con metal fundido en el caso de un diseño de múltiples vueltas. En relación con lo anterior, los inductores se protegen vertiendo cemento refractario, enrollando con cinta de cuarzo o fluoroplástica, insertando crisoles y tubos de cerámica o vidrio de cuarzo en el inductor. El agua de refrigeración se suministra por succión, lo que garantiza la seguridad en caso de despresurización del inductor. Para el enfriamiento, el inductor se conecta a una unidad de enfriamiento local, un enfriador, o a la red de suministro de agua con tuberías de PVC tan largas que la resistencia de la "columna" de agua en el tubo es alta y proporciona un "aislamiento" del red de suministro de agua de la alta tensión del inductor.
La base para el diseño de inductores es el efecto piel. Es como sigue. La corriente secundaria en la pieza de trabajo tiene la misma dirección que la corriente en el inductor, que se encuentra cerca. En este caso, la corriente inducida es, por así decirlo, "atraída" por el inductor. Esto se debe al hecho de que se atraen corrientes muy próximas que fluyen en la misma dirección.
Si el inductor se sumerge en un metal líquido y se le suministra una gran potencia (decenas de kW), el metal se expulsa del inductor bajo la acción de las fuerzas MHD y pequeñas cantidades pueden incluso colgar sobre el inductor en el aire. Mediante el uso de inductores de forma especial, es posible llevar a cabo una fusión ultrapura de una pequeña cantidad de metal que levita en el vacío o gas protector.
Para aumentar la eficiencia del inductor, es necesario colocarlo lo más cerca posible de la pieza de trabajo. En la práctica, esto es de 2 mm a varios centímetros.
La energía se suministra al inductor, por regla general, utilizando un transformador sin núcleo de alta frecuencia (con un núcleo de aire), cuyo devanado primario es una bobina de circuito oscilatorio, y el secundario es una vuelta ancha de una lámina de cobre (concentrador electromagnético o concentrador de corrientes de Foucault). El inductor debe coincidir con el devanado secundario del transformador de alta frecuencia, es decir, tener aproximadamente la misma inductancia. Para reducir la inductancia de los inductores de múltiples vueltas, se fabrican a partir de varias vueltas paralelas.
Para reducir la fuga del flujo magnético, el inductor está pegado en el exterior con circuitos magnéticos de alta frecuencia (magnetodieléctricos), paneles hechos de material Fluxtrol o Ferrotron, que es un polvo fino de material magnético unido con resina epoxi. Dichos paneles pueden concentrar la radiación electromagnética a frecuencias de hasta 3 MHz y soportar temperaturas de hasta 250 C.