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▷ 유도가열의 원리
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| ■ 고주파 유도가열(誘導加熱)이란? |
금속가열에 이용되는 고주파가열(高周波加熱)은 정확하게는 고주파유도가열이라 칭하는 것으로 전자유도(電磁誘導) 작용에 의한 것으로 교류(고주파) 전류가 흐르는 코일속에 위치하는 금속 등의 도전체는 와전류 손실과 히스테리시스(Hysteresis) 손실(磁性體의 경우)의 저항(抵抗)에 의하여 열(熱)이 발생한다.
이와 같이 발생하는 열에너지를 이용하여 피가열(금속 또는 도전체) 물질을 가열하는 것을 유도가열이라 하며 특히 고주파 전류를 이용한 것을 高周波誘導加熱이라 한다.
그림1과 같이 코일에 교류(고주파) 전류를 통하면 코일 주변의 교류전류에 의한 교번자속(文番磁束)이 발생하고 이 자계속에 놓인 도전체에는 유도전류가 발생하게된다.
이 전류를 와전류(도전체에 발생하는 자력선의 변화를 저지하는 전기적인 힘)라 하고 피가열체의 고유저항과 와전류에 의한 Joule열이 발생하며 이를 와전류 손실이라 하고 유도가열시의 발열원(發熱原)이 된다.
이와 같은 유도가열이 될수있는 것은 전기의 도체(導體)에 한정되어지고 그외 비도체의 경우 응용기술을 이용하여야하며 도체중에는 자성체(磁性體/철)에서는 와전류손실외 히스테리시스(Hysteresis) 손실이 라고 하는 자화에 따른 전기적손실이 생겨서 비철금속에 비해 가열이 쉬우며 가열 효율도 양호하다.
그림 1(b)에서 근접효과는 코일의 전류i1와 유도전류 i2의 방향은 서로 반대가 되고 Coil과 피가열 물체의 인접한 부위의 전류 밀도가 높아지는 현상으로 피가열체의 표면의 전류밀도를 높인다.
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| ■ 가열(加熱)에 미치는 주파수(周波數)의 영향 |
원리에서 설명한 와전류는 도체의 표면에 따라 흐르고 있어 도체의 전류에 수직인 단면을 생각하는 경우, 그 단면의 단위면적을 통과하는 량, 즉, 전류밀도는 도체의 단면에 대해서 똑같지 않으며 표면에 가까운 곳일수록 전류밀도는 크고 표면에서 중심부로 갈수록 전류밀도는 감소를 하는 현상을 표피효과(表皮效果/Skin effect)라고 한다. 표피효과는 주파수에 관계되어지고 주파수가 높을 수록 표피효과가 크게 된다.
그림 2은 세로측에 표면의 전류밀도를 1로 나타내고 가로측은 x/Δ로 표면으로 부터 깊이, 길이를 나타낸 것이며, 여기서 Δ는 전류침투(電流浸透)깊이(Penetration Depth)로서 표면의 전류 값의 1/e≒0.37(e는 자연대수의 저수(底數) 2.718)으로 표면의 전류 값의 37%까지 전류가 감소하는 깊이인 것이다.
임계주파수는 동일한 피가열물에 주파수를 바꾸어 가열하면 발열량은 주파수가 낮을 때는 주파수의 2제곱에 비례하여 중가하나 일정주파수 이상이 되면 평방근에 비례하여 증가하게 된다.
이 양특성의 경계가 되는 주파수를 유도가열의 임계주파수라고 하며 피가열물질의 반경이 침투 깊이의 2.25배가 되는 주파수이다. 통상 효율을 높이기 위하여 임계 주파수 이상의 주파수를 사용한다.
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| ■ 고주파유도가열(高周波誘導加熱) 특성 |
당사에서 제작되는 금속가열에 이용되는 고주파가열(高周波加熱)장치의 인버터는 그림 3과 같이 구성된 전압형 인버터이며 출력전류는 정형파로 발진되어지고 부하의 Work Coil과 직렬콘덴서의 공진주파수에 동조되어 운전되는 자제식 인버터를 채용한 고주파유도가열장치로서 부하 변동이 있을 경우는 운전주파수가 자동적으로 변환되어 안전된 운전을 할 수가 있다.
출력제어는 출력전압, 전류의 위상각 제어에 의해 이루어 지므로 고속응답 제어가 가능하다.
본 고주파가열장치(高周波加熱裝置)는 첨단기술로 집약된 고효율, 초소형, 경량화를 위한 반도체(MOS-FET, IGBT) 방식으로 가열 효율의 극대화와 에너지 절약과 깨끗한 작업환경 등의 장점을 가지고 있다.
특히, 3D기피산업인 금속관련 응용 산업에서의 예열, 소둔, 단조가열, 열처리분야의 燒入,燒鈍, 燒戾와 각종 파이프의 용접과 어닐링, 브레징 등, 기타 금속 비접촉가열 응용분야에 효율적으로 사용 되어지도록 설계, 제작되어 있다.
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유도가열의 원리및특징
상 호: 선진전기공업(주)/Sunjin Elec't Co., Ltd
전화번호: :031-467-3700(代表)/(032)667-1400