Indukční ohřev - technologie

Indukční ohřev

Výhody indukčního ohřevu

• není zapotřebí kontakt mezi zpracovávaným materiálem a cívkou
• vysoká hustota výkonu a rychlost ohřevu
• dobré řízení teploty kovu
• přesné určení ohřívaných zón
• jednoduchost činnosti
• velká pružnost regulace
• dobrá účinnost
• dobré pracovní podmínky a minimální negativní vliv na životní prostředí

Tučně zvýrazněné body přímo určují nezastupitelnost indukčních ohřevů v strojírenské praxi, neboť bez těchto předpokladů by nebylo možné některé současné konstrukční celky a sestavy vůbec realizovat. Například zakalení hřídele turbokompresoru v hloubce 1-1,5mm na požadovanou tvrdost +-5 stupňů HRC v opakovaných výrobních sériích, by pomocí plynového hořáku nebo odporové pece bylo neuskutečnitelné. Co se týče účinnosti, je indukční ohřev v porovnání s průběžnou plynovou pecí, nebo odporovou pecí energeticky řádově úspornější. Například 100kW průběžnou pec sloužící k ohřevu ocelových součástí lze nahradit VF generátorem se středním výkonem 25kW, jež lokálně zahřeje daný polotovar za dobu v řádech jednotek sekund, pouze proto, že energie potřebná k ohřevu směřuje přímo do požadovaného místa.

V současné době se v České republice používají pro středofrekvenční a vysokofrekvenční indukční ohřevy v naprosté většině staré generátory z 60, 70 a 80 let minulého století. Koncepci středofrekvenčního generátoru ze 70. let minulého století používá mnoho dodavatelů i u nových generátorů dodnes, u vysoké frekvence se jedná především o výrobky podniku ZEZ Rychnov n. Nisou (typová řada GV), založených na elektronkách tehdejšího českého výrobce Tesly Vršovice, vyráběné ve stovkových sériích. V některých případech je možné též narazit na elektronkové VF generátory firmy SIEMENS (definitivní ukončení výroby 1993) a nebo švýcarské BROWN&BOWERI z konce šedesátých let 20. století. V této době se v ČR nachází přibližně 150 těchto generátorů, přičemž v provozu je cca 50 až 60 kusů (Informace z mezinárodní konferencë „22nd International Konference on Heat Treatment“, 25. - 27.11. 2008 Brno, Czech Republic). Kromě dnes již značně kritického nedostatku náhradních dílů jako jsou především vysokonapěťové kondenzátory, transformátory a do jisté míry i elektronky jsou zde problémy s existencí vysokého napětí (až 30kV) a velmi nízkou účinností, jež se teoreticky dotýká hranice 60% (reálně 40 - 50%). Zbytek elektrické energie se přemění na teplo, které je nutné dalšími systémy z prostoru elektronkového generátoru odvádět. V případě vodního chlazení, které se v tomto případě používá téměř výhradně, je nutné dále řešit problematiku dochlazování oběžného média, případně jeho nadměrnou spotřebu. Elektronkový generátor je nutné pozvolna „nabíhat“, tedy žhavit elektronku, což přináší prostoje ve výrobě. V případě poruchy elektronky, která nastane vždy (dáno principem její funkce), je nutné obstarat novou, jejíž pořizovací náklady tvoří často 2/3 ceny celého generátoru a pohybují se v řádech desítek, spíše však stovek tisíc korun. Dlouhodobým skladováním nová elektronka stárne rovněž, čímž se zkracuje její životnost, aniž by byla nasazena v provozu.

V horizontu následujících let je současný stav na poli VF elektronkových generátorů sloužících pro průmyslové indukční ohřevy trvale neudržitelný. Z tohoto důvodu firma Rajmont s.r.o. vyvinula typové řady polovodičových VF generátorů HFR sloužících jako přímá náhrada za vyjmenované přesluhující typy. Především se jedná o ekvivalent nejmasověji používaných generátorů GV22 s výstupním VF výkonem 22kW, GV80 (80kW) a dále pak GV11. Pracovní kmitočet těchto generátorů (typicky 300kHz) zůstal zachován, s tím, že je možné generátory uzpůsobit na frekvence v rozsahu 50 až 500kHz dle požadavků zákazníka v dané aplikaci. Napájení VF jednotky zajišťuje pulsní spínaný zdroj moderní koncepce založenými na „inteligentních“ IGBT modulech. Použití plně polovodičové koncepce (tranzistory MOSFET a IGBT) s sebou přináší tyto výhody:

• vysoká účinnost - 90%
• teoreticky nekonečná životnost - tranzistor nestárne
• zhruba poloviční až třetinová zástavbová plocha
• malá spotřeba chladicí vody
• okamžitý náběh do plného výkonu
• až 1000x lacinější opravitelnost v případě havárie

Z uvedeného je patrné, že výhody polovodičových VF generátorů pro indukční ohřevy oproti elektronkovým jasně převažují a jejich vývoj a nasazení v průmyslu je atraktivní a žádoucí.