Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές Ενότητα 9: Επαγωγική Θέρμανση Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό.

Παρουσίαση με θέμα: "Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές Ενότητα 9: Επαγωγική Θέρμανση Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές Ενότητα 9: Επαγωγική Θέρμανση Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Στην 9 η Ενότητα ο φοιτητής μελετά την εφαρμογή θέρμανσης μέσω επαγωγής. Μελετά κυκλώματα συντονισμού, τον αντιστροφέα πηγής ρεύματος και πηγής τάσεως για επαγωγική θέρμανση όπως επίσης την περίπτωση χρήσης ημισυντονιζόμενου μετατροπέα για επαγωγική θέρμανση σε οικιακές συσκευές. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Επαγωγική Θέρμανση Βασικές Έννοιες Κυκλωμάτων Συντονισμού Βασικές Εξισώσεις του Κυκλώματος Εν Παραλλήλω Κυκλώματα Συντονισμού Εν Σειρά Κυκλώματος Συντονισμού Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος για Επαγωγική Θέρμανση 5 Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας Γραφική Παράσταση ptuhbe για Σωληνωτό Κυλινδρικό Αγωγό Επαγωγική Τήξη Μετάλλων Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) Κάμινος Καναλιού (Channel Furnace)

6 Επαγωγική Θέρμανση (1) Παραγωγή θερμότητας σε ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό από την κυκλοφορία ρευμάτων προερχόμενων από ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Βασικά χαρακτηριστικά επαγωγικής θέρμανσης είναι: "Καθαρή" - Φιλική στο Περιβάλλον. "Γρήγορη" - Ταχεία Ανάπτυξη Θερμοκρασιών. "Αποδοτική" - Μικρές Απώλειες. 6

7 Επαγωγική Θέρμανση (2) Το πλάτος των επαγόμενων ρευμάτων στο υπό θέρμανση υλικό μειώνεται εκθετικά με την απόσταση από την επιφάνεια του όπως δηλώνεται από την επόμενη εξίσωση: Όπου: I o : Το ρεύμα στην επιφάνεια του αγωγού και δ: Το βάθος διείσδυσης στο οποίο το ρεύμα μειώνεται κατά 1/e=0.368 I o 7

8 Επαγωγική Θέρμανση (3) Βάθος διείσδυσης: Αντιστρόφως ανάλογο της και Ανάλογο της του υπό θέρμανση υλικού. Εάν η συχνότητα f είναι χαμηλή: Το βάθος διείσδυσης δ, είναι μεγάλο Ανάπτυξη σημαντικής πυκνότητας ρεύματος σε ογκώδη υλικά (επαγωγική τήξη). 8

9 Επαγωγική Θέρμανση (4) Υψηλή συχνότητα f (έως μερικές εκατοντάδες kHz) χρησιμοποιείται για: Σφυρηλάτηση, Συγκόλληση, Σκλήρυνση, Ανόπτηση (θέρμανση και φυσική ψύξη) μετάλλων. 9

10 Επαγωγική Θέρμανση (5) Επαγωγικά ρεύματα στο υπό θέρμανση υλικό προκαλούνται από την ανάπτυξη μαγνητικού πεδίου λόγω ροής ρεύματος σε κατάλληλο πηνίο. Το ισοδύναμο κύκλωμα του πηνίου επαγωγής αλλά και του επαγωγικού φορτίου (υπό θέρμανση υλικό) σχηματίζεται: Είτε από ισοδύναμη αντίσταση σε σειρά με την αυτεπαγωγή του πηνίου. Είτε από ισοδύναμη αντίσταση παράλληλα με την αυτεπαγωγή του πηνίου. 10

11 Επαγωγική Θέρμανση (6) 11 Επαγωγική Θέρμανση: α) Εν σειρά κύκλωμα συντονισμού με πηγή τάσης β) Εν παραλλήλω κύκλωμα συντονισμού με πηγή ρεύματος

12 Επαγωγική Θέρμανση (7) Ένας πυκνωτής συντονισμού απαιτείται: Για τροφοδότηση με ημιτονοειδές ρεύμα του πηνίου επαγωγής και Για αντιστάθμιση μικρού συντελεστή ισχύος λόγω αυτεπαγωγής του πηνίου. Η τάση εισόδου του αντιστροφέα είναι DC, ενώ η έξοδος είναι τετραγωνικής μορφής στην επιθυμητή συχνότητα. Εάν η συχνότητα λειτουργίας επιλεγεί κοντά στην συχνότητα συντονισμού τότε το ρεύμα θα είναι ημιτονοειδές. Έλεγχος ισχύος φορτίου μεταβάλλοντας τη συχνότητα του αντιστροφέα. 12

13 Βασικές Έννοιες Κυκλωμάτων Συντονισμού (1) Οι βασικές κατηγορίες κυκλωμάτων συντονισμού είναι τα: Εν σειρά κυκλώματα συντονισμού. Εν παραλλήλω κυκλώματα συντονισμού. Εν σειρά κυκλώματα συντονισμού: Μη αποσβενούμενο. 13

14 Βασικές Έννοιες Κυκλωμάτων Συντονισμού (2) Με τους νόμους του Kirchoff για το προηγούμενο κύκλωμα έχουμε: Η επίλυση των παραπάνω εξισώσεων δίνεται: 14

15 Βασικές Έννοιες Κυκλωμάτων Συντονισμού (3) Όπου: Με Πυκνωτή - Παράλληλο φορτίο: 15

16 Βασικές Εξισώσεις του Κυκλώματος (1) Βασικές εξισώσεις του κυκλώματος: Από τις (1) και (2) έχουμε: 16

17 Βασικές Εξισώσεις του Κυκλώματος (2) Η επίλυση των παραπάνω εξισώσεως δίνει: Στην ειδική περίπτωση που V c0 = 0 και I Lo = I 0 οι προηγούμενες εξισώσεις γίνονται: 17

18 Βασικές Εξισώσεις του Κυκλώματος (3) Χαρακτηριστικά συχνότητας του εν σειρά κυκλώματος συντονισμού. Εάν υπάρχει ωμική αντίσταση ορίζεται ένα μέγεθος γνωστό ως συντελεστή ποιότητας, ίσος με: 18

19 Εν Παραλλήλω Κυκλώματα Συντονισμού (1) Μη Αποσβενούμενο: Βασικές εξισώσεις του κυκλώματος: 19

20 Εν Παραλλήλω Κυκλώματα Συντονισμού (2) Η επίλυση των παραπάνω εξισώσεως δίνει: Όπου: 20

21 Εν Σειρά Κυκλώματος Συντονισμού Χαρακτηριστικά συχνότητας του εν σειρά κυκλώματος συντονισμού. Εάν υπάρχει ωμική αντίσταση ορίζεται ένα μέγεθος γνωστό ως συντελεστή ποιότητας, ίσος με: 21

22 Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος για Επαγωγική Θέρμανση (1) α) Βασικό Κύκλωμα β) Διάγραμμα Φασιθετών για ω s = ω ο γ) Διάγραμμα Φασιθετών για ω s > ω ο Το πηνίο επαγωγής και το φορτίο μοντελοποιούνται ως ο παράλληλος συνδυασμός ενός ισοδύναμου R LOAD και L r. Ο πυκνωτής C r προστίθεται για να συντονίσει με το L r. 22

23 Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος για Επαγωγική Θέρμανση (2) Θεωρείται ότι η εμπέδιση του εν παραλλήλω συντονιζόμενου φορτίου στις αρμονικές συχνότητες της πηγής ρεύματος εισόδου είναι ιδιαιτέρως μικρή. Επομένως, η τάση v o είναι σχεδόν ημιτονοειδής. Όταν η ω s του ρεύματος πηγής i o είναι ίση με τη ω ο, τότε η θεμελιώδης συνιστώσα της τάσης V o1 είναι σε φάση με την θεμελιώδη συνιστώσα του ρεύματος εισόδου, I o1. Η τάση φορτίου V o1 πρέπει να υπολείπεται του ρεύματος I o1, κάτι το οποίο συμβαίνει όταν ω s > ω ο. Για την αποφυγή μεγάλων τιμών di/dt, προστίθεται μικρή αυτεπαγωγή Lc. Άρα, το ρεύμα παίρνει τραπεζοειδή μορφή. 23

24 Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος για Επαγωγική Θέρμανση (3) 24 Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος με Παράλληλο Συντονισμό για Επαγωγική Θέρμανση Κυματομορφές του Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος με Παράλληλο Συντονισμό για Επαγωγική Θέρμανση

25 Αντιστροφέας Πηγής Ρεύματος για Επαγωγική Θέρμανση (4) Έλεγχος της ισχύς εξόδου του αντιστροφέα μπορεί να επιτευχθεί: Με έλεγχο διακοπτικής συχνότητα fs. Με αύξηση fs πάνω από την συχνότητα συντονισμού, (μείωση ισχύος εξόδου εάν το Id διατηρείται σταθερό). Με έλεγχο Ιd κρατώντας την fs σταθερή. Το φορτίο πρέπει να βρίσκεται σε συντονισμό με το Cr προτού ξεκινήσει την λειτουργία του ο αντιστροφέας. Με την βοήθεια φορτισμένου πυκνωτή που προσφέρει το φορτίου του στο εν παραλλήλω συντονιζόμενο φορτίο εκκινώντας έτσι τις ταλαντώσεις του φορτίου. 25

26 Επαγωγική Θέρμανση Ημιάπειρης Πλάκας (1) 26 Διάταξη Εφαρμογής Επαγωγικής Θέρμανσης σε Ημιάπειρη Πλάκα Ορισμοί Μεγεθών

27 Επαγωγική Θέρμανση Ημιάπειρης Πλάκας (2) 27 Το πηνίο θεωρούμε ότι έχει άπειρη ακτίνα και τυλίγεται γύρω από κύλινδρο άπειρης ακτίνας. Το l της πλάκας στον άξονα x δεν έχει σημασία και λόγω ευκολίας θεωρείται 1m. Δημιουργία Hs της πλάκας από το πηνίο. Το πηνίο θεωρείται ότι βρίσκεται τόσο κοντά στην επιφάνεια της πλάκας ώστε το Hs στην επιφάνεια είναι ίσο με το Hs του πηνίου.

28 Επαγωγική Θέρμανση Ημιάπειρης Πλάκας (3) 28 Μεταβαλλόμενο Hs κατά άξονα x παράγει δινορρεύματα κατά άξονα z. Επομένως Hx (y=0)=Hs, Hy=0 και Hz=0 παντού στο χώρο. Με κατάλληλους άξονες, η ανάλυση είναι ίδια με την περίπτωση ροής AC ρεύματος στην ημιάπειρη πλάκα. Δηλαδή έχουμε:

29 Πυκνότητα Ρεύματος, Ροής και Ηλεκτρικό Πεδίο (1) Θεωρώντας ότι το υλικό είναι μαγνητικά γραμμικό: Βάση εξίσωσης Maxwell στις χαμηλές συχνότητες έχουμε J= curl H: 29

30 Πυκνότητα Ρεύματος, Ροής και Ηλεκτρικό Πεδίο (2) Δηλαδή έχουμε J  H με διαφορά φάσης 45ο. Για y= 0: Οπότε: Επίσης, επειδή E= ρJ έχουμε: 30

31 Συνολικό Ρεύμα Για πλάτος πλάκας 1m υπολογίζεται ολοκληρώνοντας J σε όλο το βάθος της πλάκας. Όμως, Επομένως: 31

32 Απώλειες ανά Μονάδα Επιφάνειας Όπως και στη περίπτωση της θέρμανσης αγωγής έχουμε: Οπότε η σχέση (1) γίνεται λόγω της (2) 32

33 Επαγωγική Θέρμανση Λεπτής Ορθογωνικής Πλάκας (1) 33 Λεπτή Ορθογωνική Πλάκα - Ορισμοί Μεγεθών

34 Επαγωγική Θέρμανση Λεπτής Ορθογωνικής Πλάκας (2) Θεωρούμαι ότι περικλείεται από κατάλληλο πηνίο διέγερσης. Το πλάτος της w θεωρείται μεγάλο σε σχέση με το πάχος της 2b (αγνοούνται τα φαινόμενα άκρων). Εάν το πάχος της t= 2b είναι μεγαλύτερο από κάποια συγκεκριμένη τιμή, οι δύο επιφάνειες θεωρούνται ανεξάρτητες και ισχύουν τα αποτελέσματα της ενότητας 3.4 επί 2. Το Hx κατά τον x άξονα. Η Jz κατά τον z άξονα. Συμμετρία με μετακίνηση του άξονα στην μέση της πλάκας. 34

35 Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου (1) Το μαγνητικό πεδίο επιβάλλεται επομένως: Με λύση: Ορίζοντας την επιφανειακή τιμή του H x ως: και σημειώνοντας ότι για y= b και y= -b τότε Η= Η s έχουμε: 35

36 Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου (2) Αφού H b = H -b τότε Α 1 = Α 2 = Α. Για y= 0, H 0 = 2A έτσι ώστε H s = H 0 cosh(kb). Επομένως: Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος Μπορεί να γίνει από την σχέση J= curlH: 36

37 Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου (3) Για y= b: Όταν αb>>1 |Js|  (  2 )αHs, η πλάκα θεωρείται ως δύο ανεξάρτητες ημιάπειρες πλάκες με ακρίβεια αποτελεσμάτων 1% εάν 2b>5,3δ. Ισχύς Απωλειών Υπολογίζονται με εφαρμογή θεωρήματος Poynting έχοντας υπόψη ότι η ισχύς εισέρχεται και από τις δύο πλευρές τις πλάκας: 37

38 Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου (4) Τα p και q είναι τα ίδια με τα qr και pr αντιστοίχως που παρουσιάστηκαν στην περίπτωση της ωμικής θέρμανσης. Η ισχύς στην πλάκα (και στις δύο πλευρές της) είναι: 38

39 Συντελεστής Ισχύος (1) Ο PF είναι ίσος με: 39 p, q και Συντελεστής Ισχύος PF για Πλάκα Ορθογωνικής Διατομής όταν 2b/δ>8 p=q=1(/2b/δ)

40 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (1) 40

41 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (2) Το πηνίο δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια του, Hs το οποίο είναι κατά τον z άξονα ενώ τα E και J κατά τον θ άξονα (περιφερειακές συνιστώσες). Βάση νόμου Ampere κατά μήκος γραμμοσκιασμένης περιοχής έχουμε: Βάση νόμου Faraday κατά μήκος γραμμοσκιασμένης περιοχή έχουμε 41

42 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (3) Αγνοώντας τα διαφορικά 2ης τάξης και αφαιρώντας τον δεύτερο δείκτη (r) προκύπτει: Η λύση της παραπάνω διαφορικής είναι όμοια με την αντίστοιχη για AC ρεύμα σε κυλινδρικό αγωγό με την διαφορά ότι όπου J πρέπει να βάλουμε H. Επομένως, 42

43 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (4) Η τιμή του H θα πρέπει να είναι πεπερασμένη για r= 0 οπότε Β= 0. Σε πολικές συντεταγμένες η παραπάνω εξίσωση γίνεται, Ορίζοντας την επιφανειακή ένταση του μαγνητικού πεδίου ως: Παίρνουμε: 43

44 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (5) Χρησιμοποιώντας τις συναρτήσεις bei και ber έχουμε: και: 44

45 Επαγωγική Θέρμανση Συμπαγούς Πλάκας (6) 45 Απόσβεση Μαγνητικού Πεδίου σε Κύλινδρο Ακτίνας R Συναρτήσει της Ακτίνας του

46 Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος (1) Το Η έχει μόνο z-συνιστώσα: 46

47 Για r= R, J= Js: Οπότε: και: 47 Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος (2)

48 48 Απόσβεση Πυκνότητας Ρεύματος σε Κύλινδρο Ακτίνας R Συναρτήσει της Ακτίνας του Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος (3)

49 Ισχύς Απωλειών (1) Χρησιμοποιώντας το θεώρημα Poynting βρίσκουμε: 49

50 Ισχύς Απωλειών (2) Η Συνολική Ισχύς του Κυλίνδρου είναι: 50

51 Συντελεστής Ισχύος 51 Γραφική Παράσταση των p, q και Συντελεστής Ισχύος PF για Συμπαγή Κυλινδρικό Αγωγό. Όταν d/δ>8 p= 2/(1.23+d/δ), q= 2/(d/δ)

52 Επαγωγική Θέρμανση Σωλήνα (1) Η γενική λύση του προβλήματος δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: Όπου: Για r= R: Για r= b: 52

53 Επαγωγική Θέρμανση Σωλήνα (2) Κατανομή Μαγνητικού Πεδίου: 53

54 Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος Κατανομή Πυκνότητας Ρεύματος: ή αναδιατάσσοντας τους όρους: 54

55 Ισχύς Απωλειών (3) Χρησιμοποιώντας το θεώρημα Poynting βρίσκουμε: 55

56 Ισχύς Απωλειών (4) Η Συνολική Ισχύς Απωλειών είναι Ίση: 56

57 Γραφική Παράσταση p tuhbe για Σωληνωτό Κυλινδρικό Αγωγό (1) 57 Γραφική Παράσταση p tuhbe για Σωληνωτό Κυλινδρικό Αγωγό

58 Γραφική Παράσταση p tuhbe για Σωληνωτό Κυλινδρικό Αγωγό (2) 58 Γραφική Παράσταση p tuhbe για Σωληνωτό Κυλινδρικό Αγωγό

59 Επαγωγική Τήξη Μετάλλων (1) Εφαρμόζεται ή για θέρμανση ράβδου ή για τήξη της. Παρουσία μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου που επάγει τάσεις στην επιφάνεια του τηγμένου υλικού. Το βάθος διείσδυσης δ, ισχύει και για τηγμένα αγώγιμα υλικά. Η σχετική μαγνητική επιτρεπτότητα (μr) των τηγμένων αγώγιμων υλικών είναι 1 εκτός του σιδήρου όταν θερμαίνεται ως το σημείο Curie. 59

60 Επαγωγική Τήξη Μετάλλων (2) Πλεονεκτήματα Επαγωγικής Τήξης: Απαλλαγή από επιβλαβή αέρια και χημικών παραγώγων, τα οποία προκαλούν: Οξείδωση. Αναγωγή. Μολύνσεις διοξειδίων του θείου. Γρήγορη τήξη (μεγαλύτερη καθημερινή παραγωγή απ' άλλες μεθόδους). Χαμηλά έξοδα λειτουργίας. Βελτιωμένες συνθήκες εργασίας (μικρές απώλειες θέρμανσης, απουσία καπνού, βρομιάς και στάχτης). Μειωμένες απώλειες μετάλλου. 60

61 Επαγωγική Τήξη Μετάλλων (3) Αυτόματη ανάδευση. Μικρά έξοδα συντήρησης της μόνωσης από δύστηκτη επένδυση. Ειδικές τεχνικές, όπως τήξη υπό κενό (παραγωγή κραμάτων τα οποία δεν είναι δυνατόν να παραχθούν διαφορετικά). Χρησιμοποιούνται δύο Κατηγορίες Καμίνων: Κάμινος «Δίχως Πυρήνα" (“Coreless Furnace") Κάμινος «Καναλιού" (“Channel Furnace") 61

62 Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) – (1) Τήξη μετάλλου εντός δύστηκτης (πυρίμαχης) επένδυσης στο εσωτερικό της. Κυλινδρικό, υδρόψυκτο χάλκινο πηνίο περιβάλλει το εξωτερικό μέρος της πυρίμαχης επένδυσης. Συστάδες μαγνητικών ελασμάτων εκτός του πηνίου. Η κάμινος περιέχεται σε μια στιβαρή κατασκευή και τοποθετείται έτσι ώστε να παίρνει κλίσεις για τήξη μετάλλων Κύρια Χρήση: Χυτήρια ως μονάδα επανατήξεως. 62

63 Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) – (2) 63 Κάμινος Δίχως Πυρήνα σε Τομή

64 Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) – (3) Κατασκευάζονται για διάφορες συχνότητες: 50/60 Hz συχνότητα δικτύου. 150/180 Hz-τριπλάσια συχνότητα. 250 έως 5000 Hz (μεσαίες συχνότητες). Υψηλές συχνότητες (25kHz και άνω) για μικρά τμήματα μετάλλων και ειδικές εφαρμογές. Τήξη μεγάλου αριθμού υλικών με μικρό κόστος, με ελάχιστη απώλεια ακριβών πρόσθετων υλικών. Επιτρεπόμενη χρήση ευρείας κλίμακας κραμάτων στο ίδιο χυτήριο. 64

65 Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) – (4) Στις χαμηλές συχνότητες, τα υψηλά ρεύματα δημιουργούν ισχυρή ανάδευση και συνεπώς, είναι αποτελεσματικές για τήξη ελαφρού scrap όπως: Ρινίσματα σιδηρούχα, Ρινίσματα μη σιδηρούχα, Ταχύτατα και με πολύ μικρή οξείδωση. Για μεσαίας συχνότητας καμίνους δεν χρειάζονται κάποια μέθοδο εκκίνησης. 65

66 Κάμινος «Δίχως Πυρήνα» (Coreless Furnace) – (5) Είναι αποδεκτοί για εφαρμογές ατσαλιού ή μη σιδηρούχων υλικών. Είναι περισσότερο κατάλληλοι για παραγωγή ατσαλιού μεγάλης κλίμακας. Υψηλές συχνότητες χρησιμοποιούνται σε μικρές επαγωγικές καμίνους για την τήξη εργαστηριακών ποσοτήτων πολύτιμων μετάλλων όπως χρυσός, ασήμι και πλατίνα. 66

67 Κάμινος Καναλιού (Channel Furnace) – (1) Χρησιμοποιείται: Στη παραγωγή απλής κατηγορίας κραμάτων. Στην τήξη ορείχαλκου, νικελίου, χαλκού, ασημιού, ψευδαργύρου και αλουμινίου. Για την τήξη σιδηρούχων υλικών. Σχηματισμός βρόχου τηγμένου μετάλλου απ’ ένα κανάλι το οποίο συνδέεται στο κύριο "μπάνιο" και στα δυο του τα άκρα, σχηματίζοντας ένα ηλεκτρικά αγώγιμο κύκλωμα. Η κυκλοφορία ρευμάτων σε υγρό αγώγιμο υλικό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός φαινομένου που καλείται “Pinch Effect". 67

68 Κάμινος Καναλιού (Channel Furnace) – (2) 68 Κάμινος Καναλιού σε Τομή

69 Κάμινος Καναλιού (Channel Furnace) – (3) Τοποθέτηση του «Καναλιού» αρκετά κάτω από την επιφάνεια του «Μπάνιου» προς αποφυγήν ταλαντωτικής συμπεριφοράς του κυκλώματος. Συχνότητα τροφοδοσίας: 50/60 Hz. Συντελεστής ισχύος: 0.5 έως 0.7 για τήξη σιδήρου. Ηλεκτρική απόδοση: 90 έως 95% Αφαιρώντας της απώλειες λόγω θέρμανσης και της υδάτινης ψύξης, προκύπτει συνολική απόδοση από 85% έως 90%. Κατάλληλοι για συνεχή χρήση. 69

70 70 Βιβλιογραφία (1) 1. N.Mohan, T.M. Undeland, “Power Electronics, Converters, Applications and Design”, John Wiley & Sons, 1995. 2. Στέφανος Μανιάς, «Ηλεκτρονικά Ισχύος», Εκδόσεις Συμεών, 2000. 3. Στέφανος Μανιάς, Αθανάσιος Καλετσάνος, «Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά», Εκδόσεις Συμεών, 2001. 4. A.C. Metaxas, “Foundations of Electroheat, A Unified Approach”, John Wiley & Sons, 1996. 5. E. J. Davies, Induction Heating Handbook, Mcgraw-Hill Book Company Ltd, London, 1979. 6. H.B.Cary, “Modern Welding Technology, Prentice Hall, 1998. 7. A.T.Johns, J.R.Platts, G.Ratcliffe, "Conduction and Induction Heating", Peter Peregrinus Ltd, 1990.

71 71 Βιβλιογραφία (2) 8. Siemens and John Wiley & Sons, “Electrical Engineering Handbook”, John Wiley & Sons, New York, 1985. 9. Φ.Ζ. Νομπέλη, «Χημεία για τεχνολόγους», Μακεδονικές Εκδόσεις. 10. F.A. Lowencheim "Modern Electroplating", Electrochemical Society, 1974 11. M. Schlesinger, M. Paunovic, "Modern Electroplating”, John Wiley & Sons, 2000. 12. I. Khan, J. Tapson, I. de Vriew, “Frequency control of a current-fed inverter for induction heating”, IEEE Proceedings on Industrial Electronics, Vol. 1, No.1, 2000, pp.343-346. 13. N. S. Bayindir, O. Kukrer, M. Yakup, “ DSP- based PLL-controlled 50- 100kHz 20kW high-frequency induction heating system for surface hardening and welding applications”, IEE Proceedings on Electric Power Applications, Vol. 150, No. 3, 2003, pp.365-371.

72 72 Βιβλιογραφία (3) 14. S. Moisseev, H. Muraoka, M.Nakamura, A. Okumo, E. Hiraki, M. Nakaoka, “Zero voltage switching PWM high-frequency inverter using IGBTs for induction heated fixing roller”, IEE Proccedings on Electric Power Applications, Vol.150, No. 2, 2003, pp. 237-244. 15. H. Ogiwara, M. Nakaoka, “ZCS high frequency inverter using SIT for induction heating applications”, IEE Proceedings on Electric Power Applications, Vol.150, No.2, pp.185-192. 16. A. Schonknecht, R.W.A.A. De Doncker, “Novel Topology for parallel connection of soft-switching high-power high-frequency inverters”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.39, No.2, 2003, pp.550-555. 17. A. Schonknecht, R.W.A.A. De Doncker, “Novel Topology for parallel connection of soft-switching high-power high-frequency inverters”, IEEE Conference on Power Electronics and Drive Systems, Vol.2, No.2, 1999, pp.659-662.

73 73 Βιβλιογραφία (4) 18. S. Dieckerhoff, M.J. Ruan, R.W. De Doncker, “Design of an IGBT-based LCL- resonant inverter for high frequency induction heating”, IEEE Conference on Power Electronics and Drive Systems, Vol.3, No.3, 1999, pp. 2039-2045. 19. D. Yoshida, Y. Hatanaka, “ZCS high frequency inverter for induction heating with quasi-constant frequency power control”, IEEE Conference on Power Electronics and Drive Systems, Vol.2, No.22-25, 1999, pp. 755-759. 20.A. Schonknecht, R.W. De Doncker, “Novel topology for parallel connection of soft switching, high power, high frequency inverters”, IEEE Conference on Industry Applications, Vol.3, No.30, 2001, pp. 1477-1482. 21.E.J. Dede, J. Jordan, V. Esteve, J.M. Epsi, S. Casan, “Series and parallel 22. E.J. Dede, J. Jordan, V. Esteve, J.M. Epsi, S. Casan, “Behaviour of series and parallel resonant inverters for induction heating in short-circuit conditions”, IEEE Conference on Power Electronics and Drive Systems, Vol.2, No.2, 2000, pp.645-649.

74 74 Βιβλιογραφία (5) 23. I. Khan, J. Tapson, I. de Vries, “Frequency control of a current-fed inverter for induction heating”, IEEE Proceedings on Industrial Electronics International Symposium, Vol. 1, No. 1, 2000, pp. 343-346. 24. I. Khan, J. Tapson, I. de Vries, “Frequency control of a current-fed inverter for induction heating”, IEEE Proceeding on Industrial Electronics, Vol. 1, No. 1, 2000, pp. 343-346. 24.I. Khan, J. Tapson, I. de Vries, “Frequency control of a current-fed inverter for induction heating”, IEEE Proceeding on Industrial Electronics, Vol. 1, No. 1, 2000, pp. 343-346. 25.25. A.Weber, E.Carroll, M.Frecker, “IGCTs for Induction Heating”, PCIM, 2002. 26.26. S. Bernet, M.Loscher, P.Steimer, “IGCTs in Soft-Switching Power Converters”, EPE, Lausanne, 1999. 27.27. A.Weber, T.Talibor, P.Kern, B.Oedegard, “Reverse Blocking IGCTs for current Source Inverters”, PCIM Norberg, June 2002.

75 75 Βιβλιογραφία (6) 28. A.Zied, H.Mutschler, P.Bachmann,. “A Modular IGBT Converter System for High Frequency Induction Heating Applications”, PCIM 2002, Nürnberg. 29. Fairchild semiconductors, “Induction Heating System Topology Review”, Applications notes, July 2000.

76 Τέλος Ενότητας