Endüksiyon Sistemleri

Endüksiyonla Isıtma Nedir?

Endüksiyon ile ısıtma temassız ısıtma işlemidir. (Isıl işlem). Bu metod ile, elektriksel iletkenliğe sahip olan metaller, karbon bazlı malzemeler, yüksek frekanslı elektrik kullanarak kesin ve hassas olarak ısıtılırlar. Plastik maddelere, endüksiyon ile ısıtma işlemi uygulanamaz. Isıtma işlemi temassız olduğundan dolayı, ısıtılan malzemelerde herhangi bir çarpılma, leke, bozulma meydana gelmez. Isı maddenin içerisinde üretildigi için enerji verimi çok yüksektir. Otomotiv ve havacılık sektörlerinde malzeme işleme uygulamalarında ve çeşitli mühendislik alanlarında kullanılır.

Endüksiyonla Isıtma Sisteminin Elemanları

Endüksiyonla ısıtma sisteminin ana parçaları aşağıdaki gibidir.

  • AC (Alternatif Akım) Güç Kaynağı: Bu güç kaynağı genellikle inverter (invertör) veya endüksiyon jeneratörü olarak adlandırılır. Bu ünite şehir trafosundan aldığı frekansı, 1KHz ile 400 KHz arasına çıkartır. Bu ünitenin çıkış gücü genellikle 2KW ile 500 KW arasındadır.

  • Endüktör Bobini: Güç kaynağı ve çalışma kafasından aldığı enerjiyi işlenecek parçaya aktarmak için kullanılır.Endüktör bobinlerinin şekli, karmaşıklığı yapılacak işe göre değişmektedir. İşlenecek parçaya göre üretilmesi gerekmektedir. Bu da çok hassa hesaplamalar ve tecrübe gerektirmektedir. Endüktör tasarımı başlı başına bir bilimdir.

  • Çalışma Kafası: Transformatör ve kapasitörlerden oluşan bir parçadır. Güç kaynağı ile endüktör bobininin birbirine uyumlu ve maksimum verimde çalışmasını garanti altına alır.

  • Isıtılacak veya İşlenecek Parça

Güç kaynağı veya jeneratör endüktör bobinine AC akımı gönderir. Böylece, Faraday kanunu vasıtasıyla, bobin üzerinde manyetik alan oluşturur. Eğer bu endüktör bobinin içine ısıtılacak veya işlenecek parça konulursa, manyetik alan parçanın içinde eddy akımına sebep olur. Bu sayede parça ile endüktör bobini arasında herhangi bir temas olmaksızın parça üzerinde ısı üretilmiş olur. 

Çalışma Frekansı

İşlenecek parçanın içine doğru nüfuz eden ısının derinliği ile parçaya uygulanan AC frekansı arasında orantı vardır. 1 KHz ile 100 KHz arasındaki düşük veya orta frekanslar, derin ısı nüfuzuna ihtiyaç duyan kalın maddeler için etkili olurken, 100KHz ile 400 KHz arasındaki frekanslar küçük parçalar veya  yüzeysel ısı nüfuzları için etkili olmaktadır.

Frekans ne kadar yüksekse, ısı iletim hızı o kadar fazladır.

Sistemin frekans seçimi pek çok faktöre bağlı olduğu gibi, uygulama alanının tipine de bağlıdır. (mesela yüzey sertleştirme, dövme, vb.) 

Manyetik ve Manyetik olmayan Maddeler

Manyetik malzemeler manyetik olmayan malzemelere göre daha çabuk ısınırlar. Manyetik malzemeler endüktör bobini içindeki manyetik alan değişimlerine doğal olarak daha çok karşı koyarlar. Bu karşı koyuş sonucunda oluşan sürtünme, malzeme içinde ekstra ısı meydana getirir. Bu ısıya eddy akımının sebep olduğu ısısyla birleşince manyetik malzemeler daha çabuk ısınmış olurlar.  Bir manyetik malzeme manyetik alan değişimine ne kadar çok karşı koyarsa o kadar çok manyetik geçirgenliği (magnetic permeability) vardır. Manyetik malzemeler için geçirgenlik 100 ile 500 arasında gösterilen bir skala üstünde değişebilir. Manyetik olmayan malzemelerin geçirgenliği 1'dir. Manyetik malzemeler manyetik özelliklerini Curie noktasından sonra kaybettikleri için sıcaklık noktasından sonra manyetik malzemeler yalnızca eddy akımı sayesinde ısı üretmiş olurlar. Bu da Curie noktasından sonra manyetik malzemelerin daha yavaş ısınmalarına sebep olur. Mesela, manyetik çeliğin Curie noktası 7500 C - 8000 C arasındadır. Bu noktadan sonra manyetik özelliklerini kaybeder.

Isı Nüfuz Derinliği

İşlenecek parçanın içindeki endüksiyon akımı parçanın yüzeyinde en yoğundur. Parçanın içine doğru yoğunluk azalır. Akım parçanın yüzeyinde daha yoğun olduğundan dolayı, parça yüzeyi, parçanın içine göre daha çabuk ısınır. Parça tarafından oluşturulan ısının %80'i parçanın yüzeyinde oluşur. Bu olay "deri kalınlığı" (skin depth) olarak tanımlanır.

  • İletkenlik azaldıkça

  • Manyetik geçirgenlik arttıkça

  • Frekans arttıkça

  • deri kalınlığı azalır.

Bağlantı Verimliliği

Bağlantı işlenecek parçanın içinden geçen akım büyüklüğü ile parça ve endüktör bobini arasındaki uzaklık arasında orantılıdır. Sıkı bağlantılar geçen akımı arttırırken, işlenecek parça üzerinde daha çok ısının oluşmasını sağlar.

Endüktör Bobin Tasarımının Önemi

Endüktör bobin, genellikle içinden soğutma suyu geçen 1/8" ile 3/16" çapındaki bakırdan üretilir. Endüktör bobinin şekli ve büyüklüğü işlenecek parçanın şekli ve büyüklüğünü yansıtır.

İyi tasarlanmış bir endüktör bobini, uygun ve verimli ısı iletimine olanak sağlar. Böylece, güç kaynağının verimi maksimize edilmiş olur.

İşlenecek parça tarafından üretilen ısı  endüktör bobinine doğru yayılır. Ayrıca, ndüktör bobininde meydana gelen elektriksel kayıplar nedeni ile meydana gelen ısı da endüktör bobinin sıcaklığının yükselmesine sebep olur. Bu nedenle endüktör bobinlerinin içinden soğutma suyu geçirilir.

 

Endüksiyonla Isıtmanın Yararları

  • Alev parlamaları, gas tüpleri ve patlayıcı maddelerin olmayışı nedeni ile güvenlidir.

  • Aynı parça pek çok kere aynı hassasiyet ve güvenle tekrar tekrar işlenebilir.

  • Klasik yöntemlere göre çok çok verimlidir. Enerjiden tasarruf sağlar.

  • Hızlı olarak belli bir bölgeyi ısıtabilir.

  • Kalifiye operatörlere gereksinim duymaz. İşçilik masrafları minimum seviyededir.

Endüksiyonla Isıtma Yaparken Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar

İşlenecek Parça:

  • Malzeme Özellikleri

  • Malzeme şekli ve büyüklüğü

  • İşlenecek malzemenin endüktör bobini içerisineki pozisyonu

Güç Kaynağı (Jeneratör):

  • Jeneratör çıkış gücü

  • Çalışma Frekansı

  • Enerji ihtiyaçları

Endüktör Bobini:

  • Çapı

  • Şekli,

  • Kaç turlu olduğu