Концентраторы магнитного потока для индукционных нагревательных катушек: Выбор и обработка
Концентраторы магнитного потока часто используются на индукционных нагревательных катушках для направления магнитного поля к выбранной области заготовки. Подходящий концентратор может улучшить магнитное взаимодействие, снизить рассеянный поток и помочь сформировать рисунок нагрева.
Сам материал, однако, работает в сложных условиях. он подвергается воздействию переменного магнитного поля, тепловое излучение от заготовки, вибрация, охлаждающая вода и многократное нагрев и охлаждение. материал, хорошо работающий на одной частоте или на одном индуктивности, может быть непригоден для другого.
по этой причине, выбор концентратора магнитного потока должен начинаться с условий работы системы индукционного нагрева, а не просто с материалом с наибольшей магнитной проницаемостью.
Магнитный концентратор направляет магнитное поле на выбранную область заготовки — та же катушка показана с концентратором и без него.
| 1. Частота превыше всего | 2. Какие свойства имеют значение |
| 3. Феррит, Кремнистая сталь или композит | 4. Меры предосторожности при обработке |
1. Частота превыше всего
Первый вопрос заключается в том, подходит ли магнитный материал для рабочая частота индукционной силовой сети.
Разные магнитные материалы имеют разные полезные диапазоны частот. Если концентратор используется выше того диапазона, для которого он предназначен, магнитные потери могут быстро расти, и материал может начать нагреваться.
Режим отказа зависит от материала.
Феррит может потерять свои магнитные свойства, когда его температура превышает температуру Кюри. Силиконовые стальные ламели могут перегреваться, окисляться или даже становиться заметно красными в тяжелых условиях. В обрабатываемых магнитных композиционных материалах, Чрезмерная температура может повредить связующее, удерживающее магнитные частицы вместе, В конечном итоге это может вызвать трещины или разрушение.
Поэтому совместимость по частоте следует проверять перед проницаемостью, форма или легкость обработки.
Фактическая допустимая частота должна быть взята из технических данных производителя материала. Не рекомендуется назначать один универсальный диапазон частот для феррита, ламинированной кремнистой стали или композиционных магнитных материалов, так как марки и составы значительно различаются.
Рабочая частота также не является единственной причиной нагрева концентратора. Интенсивность поля, толщина концентратора, условия охлаждения и его положение относительно заготовки все влияют на потери. Материал, который технически находится в пределах своего частотного диапазона, все равно может перегреться, если индуктор плохо спроектирован или охлаждение недостаточно.
2. Какие свойства важны при выборе концентратора потока?
После подтверждения соответствия частоты, необходимо учитывать несколько свойств материала вместе.
Магнитная проницаемость влияет на то, насколько легко магнитный поток проходит через материал. Более высокая проницаемость может помочь направить и сконцентрировать магнитный поток вокруг необходимой зоны нагрева. Не следует, однако, следует рассматривать как простое «чем выше, чем лучше” спецификация. Полезное значение зависит от частоты, интенсивность магнитного поля, потери материала и геометрия концентратора.
Электрическое сопротивление важно, потому что сам концентратор находится в переменном магнитном поле. Вихревые токи генерируемые внутри материала вызывают дополнительный нагрев. Более высокое электрическое сопротивление обычно снижает эти потери на вихревые токи. Это одна из причин, почему в электротехническую сталь добавляют кремний, и почему ферриты и композитные материалы с изолированными частицами могут быть полезны в приложениях с более высокой частотой.
Поведение материала при насыщении также следует учитывать. Когда плотность магнитного потока становится слишком высокой, магнитный материал приближается к насыщению, и его способность далее концентрировать поле уменьшается. This matters particularly around high-power-density inductors and areas where the magnetic field is strongly concentrated.
Curie temperature is another practical limit. Флюс-концентратор получает тепло с двух направлений: магнитные потери генерируют тепло внутри материала, в то время как горячая заготовка излучает тепло к нему. Если температура материала превышает его температуру Кюри, его магнитные свойства резко ухудшаются.
Хорошо теплопроводность помогает контролировать эту проблему. Концентраторы часто устанавливаются непосредственно на медную трубку или медный радиатор. Тепло затем может передаваться в водоохлаждаемую медную структуру. Материал с плохой теплопередачей может продолжать накапливать тепло даже тогда, когда сама индукционная катушка достаточно охлаждена.
Механические свойства легко упустить из виду. Концентратор, установленные на промышленной индукционной катушке, может подвергаться вибрации, термическому шоку, закалочной жидкости, накипи, влажности и повторяющимся циклам изменения температуры. Устойчивость к трещинам, Коррозия и термический шок имеют такое же значение, как и магнитные характеристики, когда требуется длительный срок службы.
Наконец, материал должен соответствовать требуемым характеристикам геометрия. Индукционные катушки часто используют концентраторы с пазами, изогнутые поверхности, U-образные или Π-сформированные сечения и другие нестандартные профили. Материал, который хорошо проявляет себя с магнитной точки зрения, но не может быть произведен в требуемой форме, может быть непрактичен для этого индуктора.
3. Феррит, Кремнистая сталь или обрабатываемый магнитный материал?
Нет одного магнитного материала, который был бы лучшим для любой индукционной катушки.
Листы из кремнистой стали
Хорошие магнитные свойства, широко используется в катушках низкой частоты приложениях. Листы ламинируются, чтобы ограничить циркуляцию вихревых токов.
Будьте внимательны: сложные трёхмерные формы трудно производить и собирать.
Феррит
Высокое электрическое сопротивление и низкие потери на вихревые токи, делая его полезным в некоторых высокочастотных приложениях.
Будьте внимательны: хрупкий и трудноформируемый механически; поддерживать рабочую температуру безопасно ниже соответствующего теплового предела.
Обрабатываемый магнитный композит
Ферромагнитные частицы, соединённые с связующим, обрабатываются в сложные трёхмерные формы для точного контроля поля.
Будьте внимательны: система связующего, тепловые свойства и частотные возможности должны соответствовать применению.
На практике, material selection normally involves a compromise between magnetic performance, рабочая частота, температура, mechanical strength, охлаждение, geometry and cost. Simply replacing one type of concentrator with another without considering the complete inductor may change the схемы нагрева rather than improve it.
4. Machining Precautions for Machinable Magnetic Materials
Machinable magnetic concentrators are generally produced by mixing ferromagnetic powder with a binder, followed by pressing and curing. Some high-density materials can exhibit directional properties, so orientation should be considered when manufacturing shapes such as Π-type concentrators.
A similar issue exists when Π-Формированные магнитные цепи изготавливаются из ориентированных кремнистых стальных ламелей. Направление магнитного материала относительно пути потока может влиять на конечный результат.
Листы из кремнистой стали также требуют внимания после штамповки. Заготовки, оставшиеся на краях, следует удалить. Если соседние листы электрически соединены через заусенцы, изоляция между листами может быть нарушена, и потери на вихревые токи могут увеличиться.
Обрабатываемые композитные магнитные материалы обычно можно обрабатывать с использованием стандартных операций, таких как точение, сверление, фрезерование и шлифование.
Режущий инструмент должен быть острым. Относительно маленькая подача и соответствующая скорость резания помогают уменьшить сколы и чрезмерные механические напряжения в материале.
Обработка обычно проводится без использования традиционной охлаждающей жидкости, если поставщик материала не указал иное. Цель — избежать попадания жидкостей или загрязняющих веществ, которые могут повлиять на пористую или связующую структуру материала.
Предостережение при электроэрозионной обработке (EDM): Электроэрозионная обработка и проволочно-EDM требуют особой осторожности. Многие обрабатываемые магнитные композиты изготавливаются из магнитных частиц, каждая из которых изолирована и удерживается вместе непроводящим или плохо проводящим связующим. Их электрические характеристики, следовательно, существенно отличаются от обычных металлических компонентов, что делает электроэрозионную обработку непригодной для многих таких материалов. Всегда проверяйте метод обработки в соответствии с используемым конкретным сортом материала.
Ключевой вывод
Фокусирующий магнитный элемент — это только одна часть индукционной системы. Его производительность зависит от геометрии катушки, положения заготовки, частота, плотность мощности и система охлаждения.
Для практического выбора, следуйте этому порядку:
1. Рабочая частота → 2. Магнитные свойства & Потери → 3. Температурное сопротивление & рассеивание тепла → 4. Механическая прочность & обрабатываемость
Выбор правильного материала — и установка в правильной ориентации и тепловой среде — обычно важнее, чем выбор материала с самой высокой индивидуальной характеристикой.
Часто задаваемые вопросы
Нажмите на вопрос, чтобы развернуть ответ.
Можно ли использовать один концентратор в любом диапазоне частот?
Нет. Каждый магнитный материал имеет полезный диапазон частот. Выше этого диапазона, магнитные потери увеличиваются, и концентратор может начать нагреваться — Феррит теряет свои свойства после точки Кюри, Кремнистая сталь окисляется, а композитные связующие могут трескаться. Всегда проверяйте данные производителя для конкретного сорта материала.
Why is EDM or wire EDM often unsuitable for machinable magnetic composites?
Эти композиты состоят из индивидуально изолированных магнитных частиц, удерживаемых вместе слабо проводящим связующим, поэтому их электрическое поведение отличается от твердого металла. Поскольку электроэрозионная обработка (EDM) зависит от электрической проводимости, она непригодна для многих таких марок. Проверьте метод обработки на конкретном материале перед началом работ.
Как узнать, перегревается ли концентратор потока?
Следите за изменением цвета, трещинами, или снижением эффективности нагрева. Перегрев может быть вызван чрезмерной силой поля, недостаточным охлаждением, или плохим размещением относительно заготовки — даже если материал находится в пределах допустимого диапазона частот.
Нужна помощь в выборе концентратора потока?
Сообщите нам форму вашей катушки, рабочая частота и заготовка, и мы поможем вам выбрать материал и профиль концентратора, которые выдержат производство.
