About

Induction Heater
Presented by Induction Heater on Nov 01 2012
Rating: 5

จำหน่าย/รับซ่อม/ติดตั้ง Induction Heater ( เครื่องเหนี่ยวนำความร้อน )

Thaiinductionheater คือ ผู้ผลิตและจำหน่าย Induction Heater Machine ระบบ IGBT & MOSFET ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ใช้น้ำในการระบายความร้อนของเครื่องได้อย่างปลอดภัย ทางบริษัท ฯ ได้ทำการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยี Induction Heater มาโดยตลอดระยะเวลากว่า 20 ปี และผลิตภัณฑ์ของเราได้รับการยอมรับจากผู้ใช้งานอย่างแพร่หลาย ซึ่งเครื่อง Induction Heater ของเราได้ผ่านการรับรองมาตรฐาน ISO และ CE

รายละเอียดเเพิ่มเติมโปรดติดต่อ : 089-217-5423 
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

การให้ความร้อนโดยการเหนี่ยวนำ
INDUCTION HEATING

หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยี

การให้ความร้อนโดยการเหนี่ยวนำเป็นวิธีการหนึ่งในการถ่ายทอดพลังงาน หลักการทำงานจะคล้ายกับหม้อแลงไฟฟ้า เป็นการให้กระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านขดลวดและก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก เมื่อใส่ชิ้นเหล็กเข้าไปในสนามแม่เหล็กนี้ จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น และทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในโลหะนั้น โดยทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้จะมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวด เนื่องจากว่าโลหะทุกชนิดมีค่าความต้านทานไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ไหลในโลหะจึงทำให้เกิดความร้อนขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้น คือ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกถ่ายทอดออกไปเป็นความร้อนในชิ้นโลหะนั่นเอง

ประเภทของการใช้งาน

การให้ความร้อนโดยการเหนี่ยวนำสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับงานอุตสาหกรรมโลหะในหลายกระบวนการ ได้แก่

  • ชุบแข็งโลหะ ( Hardening )
  • คลายเครียดโลหะ
  • งานเชื่อม ( Brazing ) (Tin Soldering)
  • ปั๊มขึ้นรูป ( Forging )
  • หลอมโลหะ ( Melting )
  • งานที่ต้องการความร้อนอื่นๆ

ประโยชน์ของเทคโนโลยี

· เครื่องมีขนาดเล็ก ลดพื้นที่ในการทำงาน สามารถทดแทนเตาเชื้อเพลิงขนาดใหญ่ได้
· เป็นเทคโนโลยีที่มีระยะเวลาในการให้ความร้อนสั้น โดยใช้เวลาไม่กี่วินาทีในการให้ความร้อน ไม่เสียเวลาในการทำให้ความร้อนสูงถึงจุดใช้งานได้
· ไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์บ่อยๆ
· ใช้ปริมาณพลังงานน้อยเมื่อเทียบกับการใช้เชื้อเพลิง ประหยัดไฟฟ้า
· ลดค่าใช้จ่ายเมื่อเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงประเภทอื่น เนื่องจากให้ความร้อนโลหะได้รวดเร็ว
· ให้ความร้อนได้สม่ำเสมอได้คุณภาพ
· มีความปลอดภัยในการใช้งาน
· ไม่รบกวนคลื่นสื่อสาร
· ไม่เสียงดัง รักษาสิ่งแวดล้อม
· ผ่านมาตรฐานคุณภาพ CE

การหลอมโลหะ โดยการเหนี่ยวนำ
INDUCTION MELTING 

 

หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยี

การหลอมโลหะโดยการเหนี่ยวนำ เป็นการให้ความร้อนเพื่อทำให้โลหะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว โดยการทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเบ้าหลอม และหรือในผลิตภัณฑ์โดยตรง ซึ่งเมื่อโลหะที่เป็นผลิตภัณฑ์ได้รับจนถึงจุดหลอมเหลวแล้ว ก็จะเกิดการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว

ประเภทของการใช้งาน

การประยุกต์ใช้งานการหลอมโลหะโดยการเหนี่ยวนำกับงานอุตสาหกรรมมีหลาย ประเภท เช่น การหล่อแบบโลหะ การยืดโลหะ การถอดชิ้นส่วนโลหะออกจากผลิตภัณฑ์ที่ทำได้ยากด้วยวิธีการอื่น เช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของเครื่องบิน ใบพัดของกังหันลม หรือการเชื่อมชิ้นส่วนโลหะสองชนิดเข้าด้วยกัน เป็นต้น

ประโยชน์ของเทคโนโลยี

>> ไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงในการเผาไหม้
>> ไม่เกิดมลภาวะของการเผาไหม้เชื้อเพลิง
>> ขนาดของเตา (KW) เป็นไปตามความต้องการของแต่ละงาน ตั้งแต่ขนาดเล็ก (ระดับ KW) ไปจนถึงขนาดใหญ่ (MW)
>> มีช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้หลายช่วง
>> การให้ความร้อนทำได้อย่างรวดเร็ว
>> การหลอมละลายมีประสิทธิภาพ

ข้อพิจารณาในการนำมาใช้
>> การเลือกใช้ความร้อนกับโลหะแต่ละชนิด เพราะโลหะต่างชนิดกันจะมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกัน
>> ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหลอมต้องเป็นโลหะเท่านั้น
>> เตาหลอมโลหะต้องเป็นฉนวนทนความร้อนได้สูง

 

What Is Induction Heating?

Can I use induction heating?
Induction Heating : An Introduction

The object of the paper is to create an awareness of how induction heating works, with some typical applications and basic estimation of energy costs. Very technical information is kept to a minimum. For more detailed technical information the reader should consult the list of references quoted at the end of this paper.

What it is and how does it work ?

Simply stated, induction heating is the heating of electrical conducting parts in a varying magnetic field. Induction heating (or melting) takes place when an electrically conductive object, not necessarily magnetic, is placed in a varying magnetic field. This can be illustrated by connecting a copper coil or inductor to an alternating electrical supply. (See Fig 1)

The flow of current creates an electromagnetic field.

Fig 1 Induction heating principle.

Eddy Currents, Hysteresis and Skin Effect
If an electrically conductive ‘core’ is placed in the magnetic field, currents are induced in the core. These induced or eddy currents flow in the material at right angles to the electromagnetic field. Because the current is flowing in a material with electric resistance, power is developed. This is given mathematically as I2R. ( current2 X resistance = power)

Even materials like copper and aluminum have some electrical resistance so they will be heated.

The current flows at a greater density at the surface of material. This accounts for the fact that the work piece heats from the outside inwards. With magnetic material such as mild steel heat is generated by the I2R effect but at the same time, because the material is magnetic, heating is also caused by hysteresis. Bear in mind that the current is alternating in the work piece thus causing magnetic field to oscillate north and south very rapidly. This field cycling in the material causes heating over and above the eddy current heating.

This is why magnetic material heats so rapidly from ambient to the point at which is loses magnetism, (Curie point), steel reaches Curie point at about 730ºC.

After Curie point the material continues to be heated by the I2R effect. While this I2R effect is taking place there is a flow of heat from the outer surface to the colder core of the material. If we continue to apply power the steel will eventually melt. But because power and time can be controlled, temperature can be controlled accurately.

Frequency
As mentioned earlier, the current flows at greater density near the surface of the material and decreases towards the centre. An important fact relating to this is that the frequency at which the current oscillates in the work piece has a dramatic effect on the depth of current flow. The higher the frequency, the thinner the skin effect. This is why frequencies from mains frequency to 5 kHz are chosen for melting and forging and 400 to 500 kHz are chosen for skin hardening and small high precision applications.

Fig 2 shows depth of penetration and frequency relationship.

The currents flowing in the induction work coil would cause it to overheat, therefore the coil is usually water cooled. Induction heating equipment consists of power source or inverter, connected to a work head by either bus bars or water cooled cables. The inverter increases the incoming electrical supply from mains frequency to the required high frequency.

The impression may have been created that all this only applies to cylindrical work pieces. Not so! Induction heating can be used for melting, brazing, surface hardening, sintering, heating for shrinking, or component removal and heating for extrusion. There are hundreds of induction heating applications.

Applications

Forging or metal forming
The simplest example is heating the end of a bar to allow the material to be upset into a head, i.e. a bolt. The cold raw material can be heated one piece at a time or on a continuous feed basis.

Single shot heating is carried out in small coils usually loaded and unloaded by the press operator. Continuous feed relies on a pneumatic or hydraulic feed system which pushes the billets through the heating tunnel coils.
The advantages of induction heating in forging are:
• Accurately controlled temperature
• Very little scale loss
• High quality surface components
• Energy is only used when heating work.

Metal melting
Induction can be used for melting ferrous and non-ferrous material, from a few grams to several tons. The concept is that coil is surrounding a core just as in the previous example but before the material is molten the core is not solid. This means that the eddy currents creating the heat are flowing in each individual ingot or piece of charge.
(See Fig 3a). Once the material is molten it behaves like a single ‘core’. Due to its molten state the material is stirred by the forces in the induction field as well as in convection currents.
(See Fig 3b).

This stirring effect varies with frequency, the lower the frequency the more violent the stirring action. The stirring can be controlled by selecting the optimum furnace design. Stirring can be beneficial as the melt becomes more homogeneous and alloying is made easier.

Joining
High frequency induction heating is used to braze and solder components ranging from small diamond and tungsten carbide tipped tools to complex brazed components requiring small heat affected areas, accurate temperature control and sequence of assembly.
One of the main advantages of induction joining is that the joint can be shielded by inert gases and heat patterns are consistently repeatable. In the case of joints normally made by gas heating, induction shows significant energy savings.

De-bonding or component separation
Usually components that are brazed or soldered can be dismantled by heating by induction. Components such as bearings on shafts or steel tires on rims can easily be installed or dismantled.
Another instance is where components are bonded by glues. If one of the joined components is electrically conductive it can be heated just sufficiently to heat the bond material and break the bond.

Heat Treating
The most common form of heat treating by induction is surface hardening, either of shaft or flat components.
A typical flat scanning operation is illustrated in Fig 4. The power is applied to the surface and causes the material to heat to a required depth, as this happens the quench follows thus enabling an even and continuous surface treatment.
From previous information it will be realized that hardness depths of 0,5mm upwards can be controlled by selecting the correct frequency, speed, feed and quench.
Advantages of induction hardening are accurate and repeatable heat cycles, depth of penetration can be controlled and various quench media and sequence can be used. Even air can be used as a quench as it will not blow out the flame!

Can I use induction heating ?
Firstly, it must be known if the items to be heated can be heated by induction. As previously stated this paper is confined to metals. It is worthwhile contacting suppliers of induction equipment to discuss methods of heating other material using very high frequency equipment. Having established that ferrous and non-ferrous material can be heated let us take an example and establish the answer to our next question.

What type of induction equipment can be used ?
Here we will use the illustration of through heating for forging but essentially the principle applies to all applications. In all cases decisions relating to power (normally expressed in kW) and frequency (normally expressed in kHz) must be made. The first step is to calculate the power that will be required. This is done by determining the mass of heated material and the rate at which it is to be heated.

Forging Example
In a typical forging case for end heating a steel bar.
Bar size = 20 mm diameter heated length 60 mm therefore heated mass 0,15 kg.

Activity Time per activity
Load bar into coil 2 secs
Heat 6 secs
Remove from heating coil, position on hammer
and remove 6 secs
Total = 14 secs

Production rate is 39 kg per hour but heating rate is 90 kg per hour. We now determine the heat content and therefore the energy or power required to raise the temperature.

For convenience a graph of heat content at various temperatures is shown in Fig 6. Power required to raise the temperature of steel from ambient to 1200ºC at the rate of 90 kg per hour: (0,09 tons per hour)

Thermal requirement (see Fig 6) 240 kWh/ton
Power required for 0,09 tons per hour = 240 x 0,09
= 22 kW

Fig 5

This is thermal requirement or input assuming no losses. However conversion of input power to power generated in the work piece can vary from 90% to 40%. 70% is a good figure for typical forging applications.

Therefore – electrical requirement = 22kW = 32kW
0, 7
In this application an induction heater rated at 40kW would achieve the desired output. (More powerful equipment could be used by simply adjusting the power to suit).
In this case, because we require the bar to be through-heated, a medium frequency unit would be specified. Details of frequency and depth of penetration were shown in Fig 2.
Essentially, determining the mass of heated through-put per hour and the depth of temperature penetration will indicate the type of equipment required for most applications. Usually it is in the customers’ interest to allow the equipment supplier to determine these parameters and if possible see demonstration of similar applications.

Modern computer simulations are useful in predicting the heat profile time and penetration.

 

Estimated energy costs ?
It must be borne in mind that the actual electricity tariff applicable to a given factory must be known, if accurate energy costs are to be calculated. Induction heater suppliers should be able to assist with this calculation the costs quoted below relate to general South African electricity tariffs in 2010.Substitutions are required if this information is to remain. Usually local electricity, suppliers are helpful in clarifying rates and the calculation of costs.

In the forging case the cost of heating would be
Consumption:
32kW x 6 secs. X 257 heats
3 600 secs
= 13,7kW hours (kW hours referred to as “units” in some electricity tariffs)

Maximum Demand – Cost – if applicable
In addition, a maximum demand charge must be taken into account. Irrespective of the electricity tariff and ratings in your area it is advisable to describe to your local electricity supplier the typical duty cycle of ‘any electrical equipment you are likely to install. Usually maximum demand is based on peak consumption in a 30 minute period. In this case heating for 760 seconds per 30 minute period to a peak of 32 kW.

760 secs
____________________ x 32kW
1 800 secs
= 13,7kW (the maximum demand is usually based on kVA peak, a good rule of thumb to
Convert kW to kVA in this application) kW x 1.15 = kVA

@ Monthly charge of and per kW peak

Taking a production of 170 hrs per month the heated output of 553 kg will cost per month or per kg. Usually the best way of knowing heating costs is to measure the consumption at each work station and establish:

Actual energy cost per month
________________________
Heated tonnage per month

With traditional furnaces, fuel fired or with electric resistance elements the energy is used:
• To heat the furnace structure from ambient, 13%
• To support losses from the surfaces of the furnace by conduction through the furnace casing and dispersed by convection and radiation, 10%.
• Energy required for heating work, 12%.
• (In the case of fuel fired equipment) to support losses of hot gases through exhaust stack, 65%.
In cases where flame hardening, brazing or heating with open flame is being done the losses are greater, because the thermal insulation does not exist.
Conclusion
It is likely that the principle of induction heating can be economically adapted to many heating applications. Often because the principle is not well understood the relevant questions are not asked, and therefore the method is not considered.
The production engineer needs to know the rate at which the work must be heated, the mass of the material to be heated and the temperature required and he can get sensible answers from manufacturers of induction equipment.

References
• Bobart, G E E, ‘Further technologies in electric process heating’. Paper presented at the IEEE Conference on Electric Process Heating for Undustry,1975.
• Davis and Simpson, Induction Heating Handbook. McGraw-Hill,1979.
• Siemens Electrical Engineering Handbook. Siemens Aktiengesellschaft, Berlin 1969.
• Barber H and Harry J E, Electoheat – ‘Electric power for industrial heating processes’, Proc.IEE Vol.126, November 1979.
• Rogers and Oglesby, ‘Energy conservation in the drop forge’, Metallurgia, August 1978.
• Perkins and Guthrie, ‘New approaches in electric heating’, Metallurgia, December 1982.
• Gooden, ‘Induction Heating, An essential tool for SA industry’, Cert. Engineer Vol.58, November 1985.