重要なことに、誘導炉は加熱のために従来の変圧器を使用しません。その代わりに、炉自体が変圧器の核心原理に基づいて動作します。このシステムは、炉の一次コイルが直接加熱される金属に電流を誘導し、その金属が二次コイルとして機能するように設計されています。
理解すべき基本的な概念は、誘導炉が変圧器であり、一次巻線が炉の誘導コイルであり、二次巻線が導電性の金属チャージ自体、つまり実質的に単一の短絡した巻線であるということです。
変圧器システムとしての誘導炉
これがどのように機能するかを理解するためには、システムをその2つの本質的な「変圧器」コンポーネント、つまり一次側と二次側に分解するのが最善です。この関係がすべての誘導加熱の基礎となります。
一次巻線：誘導コイル
このシステムの一次側は中空の銅コイルです。このコイルには、多くの場合中周波数または高周波数の強力な交流（AC）が流されます。
コイルは非常に高い電流を流すため、かなりの熱を発生します。溶融を防ぐため、通常は循環水で継続的に冷却されます。
二次巻線：金属チャージ
二次側は加熱または溶融される金属であり、チャージとして知られています。この導電性材料はるつぼ内に配置され、るつぼは一次誘導コイルに囲まれています。
金属チャージは、その性質上、短絡した単巻二次巻線として機能します。
誘導加熱の原理
一次コイルに交流が流れると、その周囲に強力で急速に変化する磁場が発生します。
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、この変化する磁場は金属チャージ（二次側）を貫通し、その内部に強力な循環電流を誘導します。これらは渦電流として知られています。
金属には固有の電気抵抗があります。これらの巨大な渦電流がこの抵抗に逆らって流れると、I²R効果（ジュール熱）により莫大な熱が発生し、金属が加熱され、最終的に溶融します。
外部電源の役割
炉自体が加熱用の変圧器として機能しますが、システム全体は洗練された外部電源に依存しています。このユニットには独自の変圧器が含まれていることがよくありますが、その役割は電力を調整することであり、加熱自体を行うことではありません。
周波数と電圧の変換
標準的な商用電源（50/60 Hz）は、効率的な誘導加熱には適さないことがよくあります。専用の電源を使用して、入力電力を目的の周波数と電圧に変換します。
この電源ユニットは、インバーターや整流器などのコンポーネントを使用して正しい周波数を実現します。
炉用変圧器
電源には、特殊な大電流降圧変圧器も含まれています。その役割は、電源からの高電圧を取り込み、非常に高い電流を持つ低電圧に変換することです。
この大電流は、効率的な加熱のために十分な強度の磁場を生成するために、一次誘導コイルに流れるために必要なものです。
主要なパラメータの理解
誘導炉の効率と有効性は偶然ではありません。それらは電気的原理、特に動作周波数の選択の注意深いバランスに依存しています。
周波数と浸透深さ
交流電力の周波数は、金属がどのように加熱されるかを決定する重要なパラメータです。これは表皮効果と呼ばれる原理によって支配されます。
高周波数では、誘導された渦電流が金属の表面近くに集中し、浅く急速な加熱をもたらします。低周波数では、磁場がより深く浸透し、材料の体積のより多くを加熱します。
コアレス炉とチャンネル炉
上記のシステムは、主に最も一般的なタイプであるコアレス誘導炉を指します。
もう1つのタイプとして、チャンネル誘導炉があり、これは従来の変圧器にさらに近い機能を持っています。これは、新しい材料が追加される専用の二次ループとして機能する溶融金属の永久的なリングを維持します。
これを理解に適用する方法
誘導炉システムにおける「変圧器」の解釈は、あなたの参照枠に完全に依存します。
- 加熱原理に重点を置く場合：炉のコイルを一次側、金属チャージを単巻の短絡した変圧器の二次側と見なします。
- 電力供給に重点を置く場合：大電流降圧変圧器が、炉コイルに電力を供給する電源ユニット内の重要なコンポーネントであることを認識します。
- 運用効率に重点を置く場合：動作周波数が加熱の深さと速度を決定する重要な変数であることを理解します。
炉とそのチャージが独自の変圧器システムを形成していることを理解することで、誘導加熱を非常に効果的にする基本的な原理を把握することができます。
要約表：
| コンポーネント | 誘導炉システムにおける役割 |
|---|---|
| 一次巻線 | 高周波交流を流す中空の水冷銅誘導コイル。 |
| 二次巻線 | 単巻の短絡コイルとして機能する金属チャージ自体。 |
| 外部電源 | 商用電源を変換し、降圧変圧器を使用してコイルに大電流を供給します。 |
| 加熱原理 | 金属に誘導された渦電流がI²R（ジュール熱）効果を介して熱を発生させます。 |
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