از همان زمانی که بشر آتش را کشف کرد، تمایل زیادی به استفاده از گرما داشته است. این کار با پخت و پز غذا آغاز شد، اما کاربردهای آن با ظهور فناوریهای جدید گسترش یافت. از آهنگری شمشیر گرفته تا ساخت موتورهای بخار، اثر حرارتی سال به سال محبوبیت بیشتری پیدا میکرد.
با این حال، فناوریهای پیچیدهتر، کاستیهای روشهای سنتی را نمایان کردند. گرمای حاصل از شعله، در عین تولید دمای بالا، زمان زیادی برای رسیدن به آن آستانه نیاز داشت. این مشکل با گرمایش نامنظم همراه بود، به طوری که بخشی از قطعه که به منبع نزدیکتر بود، گرمای بیشتری دریافت میکرد.
راه حل این مشکل چیست؟ گرمایش القایی (Induction Heating).
گرمایش القایی چیست؟
گرمایش القایی یک روش گرمایش غیرتماسی (contactless) است که از اصل القای الکترومغناطیسی (electromagnetic induction) برای القای گرما با کمک جریان الکتریکی بهره میبرد.
این روش بیشتر معایب گرمایش سنتی را از بین میبرد. با تجهیزات مناسب، میتوان قطعه مورد نظر (که اغلب به آن قطعه کار (Workpiece) میگویند) را به سرعت گرم کرد و در عین حال، گرما را به طور یکنواخت در سراسر سطح آن توزیع نمود. این فناوری در طیف وسیعی از کاربردها مانند پخت و پز القایی، لحیمکاری سخت فلزات (Brazing) و استریل کردن تجهیزات پزشکی استفاده میشود.
گرمایش القایی چگونه کار میکند؟
گرمایش القایی شامل یک سیمپیچ کار (Work Coil) است که قطعه کار را از طریق القای الکترومغناطیسی گرم میکند. هنگامی که سیمپیچ به یک منبع تغذیه متصل میشود، یک جریان الکتریکی از آن عبور میکند که یک میدان مغناطیسی در اطرافش تولید مینماید. با تغییر جریان، میدان مغناطیسی نیز تغییر میکند.
هنگامی که قطعه کار نزدیک سیمپیچ قرار میگیرد، درون میدان مغناطیسی واقع میشود و این میدان، جریانهای گردابی (Eddy Currents) را در داخل قطعه کار القا میکند. این جریانها در برابر مقاومت الکتریکی ماده حرکت میکنند و به دلیل پدیدهای معروف به اثر ژول (Joule’s effect)، گرما تولید میشود.
این سبک گرمایش نیازی به اتصال بین سیمپیچ و قطعه کار ندارد. از آنجایی که آتش باز در آن دخیل نیست، ایمنتر بوده و گرما را به صورت یکنواخت در قطعه کار پخش میکند.
هستههای فریت چگونه کمک میکنند؟
هستههای فریت (Ferrite Cores)، هستههایی ساخته شده از ترکیبات سرامیکی (ceramic compounds) هستند. آنها آهنربای دائمی نیستند، اما وقتی در یک میدان مغناطیسی قرار میگیرند، خاصیت مغناطیسی پیدا میکنند. در غیاب میدان، تمایل به از دست دادن مغناطیس دارند که این ویژگی آنها را برای استفاده به عنوان ترانسفورماتور (transformers) ایدهآل میسازد. فریتها در اشکال و اندازههای مختلفی عرضه میشوند و میتوان آنها را بر اساس کاربرد مورد نظر انتخاب کرد.
بیایید بررسی کنیم که هستههای فریت چگونه به فرآیند گرمایش القایی کمک میکنند:
امپدانس پایین (Low Impedance)
هستههای فریت امپدانس (Impedance) پایینی دارند. این بدان معناست که به سیگنالهای الکتریکی اجازه میدهند تا راحتتر از آنها عبور کنند و در نتیجه به فرآیند گرمایش کمک میکنند.
تلفات کمتر (Lower Loss)
هستههای فریت دارای اجبار مغناطیسی (Coercivity) پایین، نفوذپذیری مغناطیسی (Magnetic Permeability) بالا و رسانایی الکتریکی (Electrical Conductivity) پایین هستند که منجر به تلفات نسبتاً کمتری در فرکانس بالا میشود. با مقاومت کمتر در برابر مغناطیسزدایی (Demagnetization)، این هستهها میتوانند به راحتی جهت مغناطیسی خود را تغییر دهند و در عین حال، مقدار کمتری از تلفات را تولید کنند.
توان بالا در فضاهای کوچک (High Power in Small Spaces)
هستههای فریتی مانند هستههای I (I core) و هستههای U (U core) توان خروجی با کیفیتی ارائه میدهند. این هستهها میتوانند نتایج قابل اعتمادی تولید کنند و به دلیل شکل خاص خود، میتوانند به طور مؤثر در گرمایش القایی برای جاسازی در فضای کمتر یا اشکال غیرمعمول استفاده شوند.
وزن کم (Lightweight)
هستههای فریت وزن کم و اندازه کوچکی دارند. این مزایا، جای دادن آنها را در کاربردهای مختلفی که از گرمایش القایی استفاده میکنند، آسان میسازد.
علاوه بر این مزایا، هستههای فریت به عنوان یک محافظ (shield) عمل میکنند و میدان حرارتی را به سمت بالا هدایت میکنند تا بر بقیه سیستم تأثیر نگذارد. بنابراین، هستههای فریت برای افزایش کارایی (Efficiency) گرمایش القایی ایدهآل هستند.