Topný induktor je pracovním tělesem indukčních topných instalací .
| Indukční ohřev ocelového předvalku v jednootáčkové tlumivce. | |
| Nápověda k přehrávání | |
Topný induktor je jeden nebo více závitů vodiče, ve kterém se pomocí výkonného alternátoru vytvářejí vysokofrekvenční elektrické oscilace (od několika kHz do 5 MHz). Uvnitř cívek je umístěn blok z elektricky vodivého materiálu.
Při zapnutí generátoru vzniká kolem induktoru intenzivní elektromagnetické záření, které je pohlcováno obrobkem a zahřívá jej.
Systém induktor-blank je bezjádrový transformátor, ve kterém je induktor primárním vinutím. Obrobek je sekundární vinutí zkratované. Magnetický tok mezi vinutími se uzavírá ve vzduchu (nebo ve vakuu, v ochranném plynu, v kapalině atd.)
Trubkové polotovary lze na cívku induktoru nasadit zvenčí, ploché polotovary lze umístit na konec.
Induktor může být také vyroben ve formě „hada“ pro ohřev rovných ploch, trojlístku pro ohřev rohů, osmičky pro ohřev zubů ozubených kol a další bizarní tvar.
Induktory jsou rozděleny do dvou tříd:
Induktor se během provozu velmi zahřívá, protože pohlcuje své vlastní záření. Navíc pohlcuje tepelné záření z horkého obrobku. Z tohoto důvodu jsou induktory výkonných instalací vyrobeny z měděných trubek chlazených tekoucí vodou. Někdy jsou do takových trubek ze strany dodávaného obrobku vyvrtány malé otvory - na obrobek je stříkána voda a současně s ohřevem dochází k povrchovému zpevnění.
Induktory nízkopříkonových instalací nebo instalací pracujících v krátkodobém režimu (sekundy) nemají čas se příliš zahřívat. Stačí je vyrobit z docela masivního měděného drátu (možná obyčejného izolovaného).
Protože se v induktoru indukuje vysoké napětí, které ve výkonných instalacích může dosáhnout stovek voltů, představuje induktor nebezpečí pro personál. Nebezpečné jsou vysokofrekvenční popáleniny - vysokofrekvenční proud teče pouze po povrchu kůže ( skin effect ), což je prakticky elektrolyt. Vnitřní orgány nejsou poškozeny, ale kůže se může vážně popálit. Také dopad silného elektromagnetického záření na lidské tělo nebyl plně prozkoumán.
Induktor může vyhořet žárem horkého obrobku, poškodit se nárazem obrobku na induktor, u víceotáčkového provedení je nepřijatelné měnit jeho indukčnost zkratováním závitů roztaveným kovem. V souvislosti s výše uvedeným jsou induktory chráněny zalitím žáruvzdorným cementem, vinutím křemennou nebo fluoroplastovou páskou, vložením kelímků a trubic z keramiky nebo křemenného skla do induktoru. Chladicí voda je přiváděna sáním - to zajišťuje bezpečnost v případě odtlakování induktoru. Pro chlazení je induktor připojen buď k místní chladicí jednotce - chladiči, nebo k vodovodní síti pomocí PVC trubek tak dlouho, aby odpor "sloupec" vody v trubce byl vysoký a poskytoval "izolaci" vodovodní síť z vysokého napětí tlumivky.
Základem pro návrh induktorů je skin efekt. Je to následovně. Sekundární proud v obrobku má stejný směr jako proud v induktoru, který se nachází poblíž. V tomto případě je indukovaný proud jakoby "přitahován" k induktoru. To je způsobeno skutečností, že blízko sebe ležící proudy tekoucí stejným směrem jsou přitahovány.
Pokud je induktor ponořen do tekutého kovu a je do něj přiváděn velký výkon (desítky kW), kov je působením sil MHD z induktoru vytlačován a jeho malá množství mohou dokonce viset nad induktorem v vzduch. Použitím speciálně tvarovaných induktorů je možné provádět ultračisté tavení malého množství kovu levitujícího ve vakuu nebo ochranném plynu.
Pro zvýšení účinnosti induktoru je nutné umístit jej co nejblíže k obrobku. V praxi je to od 2 mm do několika centimetrů.
Napájení induktoru je zpravidla realizováno pomocí vysokofrekvenčního bezjádrového transformátoru (se vzduchovým jádrem), jehož primárním vinutím je cívka oscilačního obvodu a sekundárním je jeden široký závit měděného plechu (elektromagnetický koncentrátor nebo koncentrátor vířivých proudů). Tlumivka musí být přizpůsobena sekundárnímu vinutí vysokofrekvenčního transformátoru, tj. mít přibližně stejnou indukčnost. Aby se snížila indukčnost víceotáčkových induktorů, jsou vyrobeny z několika paralelních závitů.
Pro omezení úniku magnetického toku je induktor z vnější strany polepen vysokofrekvenčními magnetickými obvody (magnetodielektriky) - panely z materiálu Fluxtrol nebo Ferrotron, což je jemný prášek magnetického materiálu pojeného epoxidovou pryskyřicí. Takové panely jsou schopny koncentrovat elektromagnetické záření o frekvencích do 3 MHz a odolávat teplotám do 250 C.