Por que um sistema de aquecimento por indução precisa de correspondência de carga?
Uma fonte de energia de indução não funciona exactamente da mesma maneira com todas as bobinas e peças de trabalho. Alterar a bobina de indução, alterar a sua geometria, ou colocar uma peça de trabalho diferente dentro dela, e a carga elétrica vista pelo sistema muda.
Correspondência de carga traz essa carga para uma faixa operacional adequada para a fonte de alimentação, para que a energia disponível possa ser transferida efetivamente para o processo de aquecimento por indução.
Ⅰ. O que é a “carga” em um sistema de aquecimento por indução?
A peça por si só não é a carga completa.
No final da aplicação de um sistema de aquecimento por indução, o bobina de indução e a peça de trabalho atuam juntas como a carga vista pelo gerador. TRUMPF descreve a carga exatamente desta maneira: bobina de indução mais peça de trabalho.
Isso é importante porque a peça de trabalho é acoplada eletromagneticamente à bobina. Coloque uma peça diferente no mesmo indutor e as condições elétricas do circuito de aquecimento podem mudar.
Entre a fonte de alimentação e esta carga existe também um circuito correspondente e ressonante. Seu design exato varia entre os sistemas.
Uma visão simplificada útil é:
Fonte de Alimentação ↔ Correspondência / Circuito Ressonante ↔ Bobina de Indução + Peça de Trabalho
O ponto importante é que um sistema de aquecimento por indução não pode ser avaliado apenas pela potência (kW) do gerador.
Ⅱ. Por que a carga tem de corresponder à fonte de alimentação?
Cada fonte de alimentação de indução é projetada para operar dentro de uma certa faixa elétrica.
A 100 a classificação em kW indica o que o gerador é capaz de fornecer em condições adequadas. Não significa que qualquer bobina de indução possa simplesmente ser ligada e usar automaticamente o valor total 100 kW.
A carga tem de ser adequada para o gerador.
TRUMPF, por exemplo, usa um transformador correspondente para adaptar a carga da bobina e da peça de trabalho ao gerador RF, de modo a que este possa fornecer a potência disponível.
A ASM trata isto como dois requisitos relacionados mas distintos: a carga de indução e a bobina devem ser adaptadas à fonte de alimentação, embora o circuito elétrico também deva estar devidamente afinado para uma transferência eficiente de energia.
A correspondência de carga e a afinação ressonante estão relacionadas, mas não são simplesmente dois nomes para o mesmo ajuste.
Ⅲ. Porque é que mudar a bobina ou peça muda a carga?
Mudar o indutor muda mais do que a sua forma física.
Considere uma bobina externa de uma volta usada em torno de um veio e um indutor mais pequeno de múltiplas voltas usado para um furo interno. Mecanicamente, ambos são simplesmente bobinas de indução. Eletricamente, no entanto, não apresentam a mesma carga.
Alterar o número de espiras, o diâmetro da bobina ou a geometria geral altera as características elétricas do indutor.
A peça de trabalho altera a situação novamente. Um material diferente, diâmetro, geometria ou posição em relação à bobina altera o acoplamento eletromagnético entre a peça e o indutor.
É por isso que uma bobina de indução não é equivalente a uma ferramenta mecânica intercambiável comum.
Alterar a bobina, e a carga muda.
Alterar a peça de trabalho, e a carga acoplada pode mudar novamente.
O equipamento comercial é projetado em torno desta realidade. A Ambrell utiliza transformadores multi-tap para o ajuste de impedância entre a bobina de indução, peça de trabalho e sistema de alimentação.
Ⅳ. Como é que é um mau ajuste de carga?
Um mau ajuste não significa automaticamente que a peça de trabalho terá dureza desigual ou que a fonte de alimentação irá falhar.
O problema mais imediato é elétrico: o gerador pode não conseguir usar eficazmente a sua potência disponível com essa carga em particular.
Uma fonte de alimentação com kW nominal suficiente pode, portanto, fornecer menos potência utilizável do que o esperado até que a carga seja colocada em uma faixa de correspondência adequada.
É por isso que os fabricantes fornecem capacidade de correspondência de carga em primeiro lugar. Statipower SP12 da Inductoheat, por exemplo, usa capacitores de ajuste de carga e um transformador de saída multi-tap especificamente para permitir que uma ampla gama de bobinas de aquecimento sejam adequadamente combinadas e para suportar operação com potência total em diferentes condições de carga.
A lição prática é simples:
“A fonte de alimentação é grande o suficiente” e “a carga está corretamente correspondida” são duas perguntas diferentes.
Ⅴ. Como é feita a correspondência de carga?
A resposta depende do projeto elétrico da fonte de alimentação de indução.
Um transformador correspondente pode alterar a impedância apresentada ao gerador. Transformadores multi-tap ou de relação variável permitem que o sistema acomode diferentes condições de carga.
Os capacitores realizam um trabalho relacionado, mas diferente. Juntamente com a bobina de indução, eles fazem parte do circuito ressonante e são selecionados ou ajustados para que o circuito opere corretamente na faixa de frequência necessária.
Os equipamentos da Ambrell ilustram claramente esta distinção. Suas cabeças de trabalho usam capacitores como parte do circuito ressonante, enquanto um transformador multi-tap é usado para correspondência de impedância. Ambrell também usa séries diferentes- e arquiteturas ressonantes paralelas dependendo da família de produtos.
O design do indutor também afeta a carga elétrica final.
Por esta razão, a correspondência de carga não deve ser reduzida a:
“Ajuste o transformador.”
O transformador, circuito ressonante, indutor e peça de trabalho precisam trabalhar juntos. O método de ajuste exato depende da topologia da fonte de alimentação.
Ⅵ. Uma nova peça de trabalho requer uma nova fonte de alimentação?
Não necessariamente.
A mesma fonte de alimentação de indução muitas vezes pode operar com bobinas e peças diferentes, desde que a nova aplicação permaneça dentro de sua potência, frequência e capacidade de correspondência.
Uma peça nova pode exigir um indutor diferente e uma configuração de ajuste ou correspondência diferente, sem exigir um gerador completamente diferente..
Esta é uma das razões pelas quais as fontes de alimentação de indução industrial são frequentemente projetadas com faixas de correspondência ajustáveis.. A TRUMPF fornece diferentes configurações de correspondência externa para diferentes cargas, enquanto o Inductoheat usa ajuste de transformador e capacitor para acomodar uma variedade de bobinas de aquecimento.
O ponto chave não é, portanto, simplesmente:
“Quantos quilowatts tem a fonte de alimentação?”
Também é: “Esta fonte de alimentação e sistema de correspondência podem operar corretamente com esta bobina e peça de trabalho?”
É por isso que o equipamento de aquecimento por indução é melhor considerado como um sistema elétrico completo em vez de um gerador com uma bobina arbitrária ligada a ele.
Principais Conclusões
— A bobina de indução mais sua peça formam a carga elétrica — não a peça sozinha.
— A correspondência de carga e o ajuste ressonante estão relacionados, mas são ajustes diferentes.
— Uma fonte de alimentação dimensionada corretamente (kW) não é o mesmo que uma carga correspondente corretamente.
— O mesmo gerador muitas vezes pode operar novas bobinas e peças de trabalho se elas permanecerem dentro de sua potência, frequência e faixa de correspondência.
Perguntas frequentes
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Cada nova bobina ou peça de trabalho requer uma fonte de alimentação diferente??
Não necessariamente. A mesma fonte de alimentação muitas vezes pode operar diferentes bobinas e peças de trabalho, contanto que o novo aplicativo permaneça sob seu poder, frequência e faixa de correspondência. Você pode precisar apenas de um indutor diferente e um ajuste de correspondência ou sintonia.
A correspondência de carga e o ajuste ressonante são a mesma coisa?
Não. Eles estão relacionados, mas distintos. O ajuste da carga traz a carga da bobina e da peça de trabalho para um intervalo que o gerador consegue conduzir, enquanto a sintonia ressonante ajusta o circuito da bobina e do condensador para a frequência de funcionamento correta. Ambos devem estar correctos para uma transferência eficiente de energia.
O que acontece se a carga não estiver correctamente ajustada?
O gerador pode não entregar toda a sua potência nominal a essa carga, mesmo que a sua classificação em kW seja suficiente. A potência utilizável pode diminuir até que a carga seja trazida para um intervalo de ajuste adequado.
Não tem a certeza se a sua bobina e fonte de alimentação estão ajustadas?
Diga-nos a sua fonte de alimentação, bobina e peça de trabalho, e ajudaremos a confirmar a gama de compatibilidade para a sua aplicação.
