CONTROLUL TEMPERATURII LA INSTALATIILE DE INCALZIRE PRIN INDUCTIE

Încălzirea prin inducţie se bazează pe transmiterea energiei electromagnetice la metalul de încălzit situat în câmpul magnetic (variabil în timp) al unei bobine inductoare, încălzirea metalului producându-se prin efectul Joule – Lenz al curenţilor turbionari induşi. Dacă metalul este feromagnetic se adaugă şi încălzirea prin efect histerezis, până la punctul Curie.Se poate arăta că adâncimea de pătrundere a câmpului magnetic în piesele metalice este:

Din relaţia de mai sus se observă că adâncimea de pătrundere este invers proporţională cu frecvenţa tensiunii de alimentare a bobinei inductoare. Pentru încălzirea superficială (de suprafaţă) se folosesc frecvenţe ridicate iar pentru încălzirea în adâncime (în volum) se foloseşte frecventa industrială (50Hz).

În figura de mai sus se observă părţile componente ale unei instalaţii de încălzire, în volum, prin inducţie, care se foloseşte la încălzirea bandajelor roţilor de vagoane (pentru bandajarea sau debandajarea) roţilor. Elemente componente:

- bobină inductoare

- miez magnetic

- suport

Transmiterea energiei de la inductor la piesa metalică (bandaj)depinde de natura materialelor, forma pisei cât şi poziţia relativă. Randamentul electric are o valoare cu atât mai mare cu cât:

- distanţa între inductor şi piesă este mai mică

- lungimea inductorului este mai mare decât a piesei

- factorul de umplere al spirelor inductorului este mai mare

- raportul dintre diametrul piesei si adâncimea de pătrundere în piesă este mai mare sau egal decât 10
- temperatura piesei este mai mare.

Alimentarea cu energie electrică a bobinei inductorului se face la 380V prin alimentarea cu două faze. Pentru simetrizarea reţelei se foloseşte o bobină de simetrizare alimentată tot la 380V intre una din cele două faze şi a treia fază.
Instalaţiile de încălzire prin inducţie având un puternic caracter inductiv cât şi variaţiilor impedanţei sarcinii necesită instalaţie automată cu condensatoare pentru compensarea energiei reactive. Această bateriei de condensatoare pe lângă compensarea energiei reactive permit şi o compensare a variaţiilor bruşte ale tensiunilor de alimentare determinând astfel utilizarea completă a puterii sursei de alimentare.
Având determinate elementele componente ale instalaţiei de incălzire prin inducţie, se pune problema controlului temperaturii piesei de încălzit astfel încât la atingerea valorii prestabilite procesul de încălzire să se oprească, continuare încălzirii putând duce la modificări de structură a materialului din care este confecţionată piesa.
Pentru controlul temperaturii piesei de încălzit se pot folosi controlere dedicate sau controlere care care pot măsura şi alte tipuri de mărimi (presiune, temperatură, umiditate, senzori liniari pentru mişcare, etc). În aplicaţia prezentată propunem utilizarea controlerului ATR 121, cu afişare numerică (trei biţi) şi traductor de temperatură (termocuplu) care să funcţioneze în domeniul 0...500gradeC.

Alimentarea cu energie a controlerului se face la 230V, 50Hz. La intrare se aplică un semnal electric printr-un traductor de temperatură (termocuplu) iar ieşirea este prevăzută cu două relee(10A pe sarcină rezistivă) + SSR (8V - 20mmA, 15V – 30mmA, 30V – 30mmA). Controlerul este prevazut cu comunicare serială RS 485 – protocol Modbus RTU slave.Controlerul are două trepte de control a tensiunii, cu alarmă în bandă de proporţionalitate şi alarmă absolută faţă de mărimea de proces care poate lucra deasupra sau dedesuptul benzii de lucru. Operaţuinile de programare permit setare optimă a parametrilor pentru controlul optim al procesului. Prin comunicarea serială controlerul poate fi inclus într-un sistem de date centralizat care permite urmărirea şi controlul temperaturii de la distanţă. Prin folosirea controlerului se poate urmării în permaneţă variaţia temperaturii piese de încălzit, local sau centralizat, şi la atingerea pragului de alarmă prestabilit se emite un semnal sonor şi luminos iar la atingerea temperaturii maxime de încălzire se întrerupe alimentarea cu energie a bobinei inductoare.