РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ ИНДУКТОРА
Одной из основных сложностей при эксплуатации оборудования индукционного нагрева является расчет и проектирование индукторов. Многообразие деталей и задач, которые очень часто возникают на участках термообработки приводят к необходимости иметь целый парк индукторов для каждой индукционной установки. При этом заказ индукторов, ожидание их изготовления и доставки может быть длительным и для многих предприятий возможность их изготовления - важный фактор производительности и автономии.
Именно с целью помощи нашим клиентам мы приводим ряд статей, чтобы помочь и показать, что рассчитать индуктор для установки ТВЧ под силу любому инженеру, а их изготовление в большинстве случаев не представляет сложности.
Именно с целью помощи нашим клиентам мы приводим ряд статей, чтобы помочь и показать, что рассчитать индуктор для установки ТВЧ под силу любому инженеру, а их изготовление в большинстве случаев не представляет сложности.
Что такое индуктивность?
Индуктивность - физическая величина, характеризующая взаимосвязь между силой электрического тока, протекаемого в контуре и магнитным потоком, который создает этот контур. Произведение силы тока на индуктивность - есть магнитный поток. Индуктивность измеряется в Генри (Гн) и производных единицах - миллигенри (1 мГн = 0,001 Гн), микрогенри (1 мкГн = 0,000001 Гн).
В индукционном нагреве индуктивность возникает, поскольку индуктор представляет из себя пространственный контур с током. Величина этой индуктивности ничтожно мала и в большинстве случаев не превышает нескольких мкГн, однако высокое значение тока индуктора приводит к существенной реактивной мощности и необходимости компенсации этой мощности установками индукционного нагрева.
В сочетании с резонансной емкостью внутри установки, индуктивность определяет частоту, на которой будет работать индуктор. Эта частота должна находиться внутри допустимого диапазона, за границами которого установка не запустится, а в ряде случаев может выйти из строя. Поэтому индуктивность - самый важный показатель, который необходимо учесть при расчете индуктора.
В индукционном нагреве индуктивность возникает, поскольку индуктор представляет из себя пространственный контур с током. Величина этой индуктивности ничтожно мала и в большинстве случаев не превышает нескольких мкГн, однако высокое значение тока индуктора приводит к существенной реактивной мощности и необходимости компенсации этой мощности установками индукционного нагрева.
В сочетании с резонансной емкостью внутри установки, индуктивность определяет частоту, на которой будет работать индуктор. Эта частота должна находиться внутри допустимого диапазона, за границами которого установка не запустится, а в ряде случаев может выйти из строя. Поэтому индуктивность - самый важный показатель, который необходимо учесть при расчете индуктора.
Площадь окна индуктора Sок - одна из основных величин, которая определяет индуктивность. Она параллельна плоскости витка и определяется только геометрией индуктора. Расчет площади нужно вести по внутренним размерам индуктора - внутренний диаметр индуктора для кольцевых индукторов, внутренние длина и ширина для прямоугольного окна и т.п.
В силу кольцевого эффекта, обусловленного скин-эффектом, протекание тока в индукторе происходит не по всему сечению трубки - ток стягивается внутрь окна индуктора. На высоких частотах ток протекает лишь по тонкой поверхности трубки по внутренним границам окна. Поэтому именно внутренние размеры используются для расчета.
В силу кольцевого эффекта, обусловленного скин-эффектом, протекание тока в индукторе происходит не по всему сечению трубки - ток стягивается внутрь окна индуктора. На высоких частотах ток протекает лишь по тонкой поверхности трубки по внутренним границам окна. Поэтому именно внутренние размеры используются для расчета.
Одновитковый индуктор можно рассчитать, измерив площадь его окна и высоту витка. Эмпирическая формула справа дает результат с достаточно высокой точностью. При этом совершенно не важно какой формы будет окно - можно рассчитывать круглые, овальные или прямоугольные индукторы. Главное - правильно определить площадь окна.
Размеры указываются в сантиметрах (H) и квадратных сантиметрах (Sок), индуктивность при этом рассчитывается в микрогенри.
Размеры указываются в сантиметрах (H) и квадратных сантиметрах (Sок), индуктивность при этом рассчитывается в микрогенри.
Многовитковые индукторы рассчитывают с учетом количества витков w и плотности намотки. Для учета этих параметров необходимо измерить внутренний диаметр индуктора D и длину намотки L. Используя нижеприведенную формулу, легко вычислить индуктивность такого индуктора. Размеры индуктора (D, L) при этом также нужно измерять в сантиметрах, а индуктивность также будет рассчитываться в микрогенри.
Расчет индуктивности многовитковых индукторов овальной, прямоугольной или иной формы, можно выполнить по этой же формуле, предварительно рассчитав диаметр D как диаметр круга с площадью, равной площади окна индуктора.
Расчет индуктивности многовитковых индукторов овальной, прямоугольной или иной формы, можно выполнить по этой же формуле, предварительно рассчитав диаметр D как диаметр круга с площадью, равной площади окна индуктора.
Что дальше?
Расчет индуктивности необходим для расчета рабочей частоты индуктора. Рассчитать эту частоту можно по формуле справа. Эта частота должна находиться внутри допустимого диапазона частот установки индукционного нагрева с запасами от верхней и нижней границ. Рассчитанная индуктивность индуктора не учитывает влияния заготовки - внесение детали может как увеличивать, так и уменьшать индуктивность индуктора. Рабочая частота при этом также изменяется и может выйти за пределы диапазона.
Рекомендованное значение запаса - 15-20% по частоте, т.е. при расчете индуктора для установки с верхней границей 100 кГц, рекомендуемая расчетная частота - не выше 80 кГц.
При расчете используется показатель Cрез - величина резонансной емкости (мкФ), установленной в установке (паспортный показатель). Индуктивность нужно указывать в мкГн, полученная частота при этом измеряется в килогерцах (кГц).
В случае если расчетная частота находится вне диапазона, необходимо изменить параметры индуктора - длину намотки, высоту витка, количество витков, добавить балластный индуктор и т.п.
Рекомендованное значение запаса - 15-20% по частоте, т.е. при расчете индуктора для установки с верхней границей 100 кГц, рекомендуемая расчетная частота - не выше 80 кГц.
При расчете используется показатель Cрез - величина резонансной емкости (мкФ), установленной в установке (паспортный показатель). Индуктивность нужно указывать в мкГн, полученная частота при этом измеряется в килогерцах (кГц).
В случае если расчетная частота находится вне диапазона, необходимо изменить параметры индуктора - длину намотки, высоту витка, количество витков, добавить балластный индуктор и т.п.
