Metody analizy nowych systemów nagrzewania indukcyjnego

Metody analizy nowych systemów nagrzewania indukcyjnego

Nagrzewanie indukcyjne jest ciągle rozwijaną i przyszłościową metodą elektrotermiczną. Fakt
ten wynika z możliwości kształtowania złożonych pól temperatury określonych wymaganiami
technologicznymi oraz możliwością prowadzenia procesów grzejnych charakteryzujących się małą
energochłonnością. Wymienione potencjalne zalety nagrzewania indukcyjnego wymagają jednak
poszukiwania nowych rozwiązań, zarówno w obszarze konstrukcji urządzeń grzejnych, jak i sterowania
ich pracą.
Niniejsza praca stanowi opis autorskich rozwiązań w zakresie projektowania wyspecjalizowanych
urządzeń grzejnych oraz układów sterowania (zwanych dalej układami grzejnymi) nagrzewania
indukcyjnego, zwłaszcza przy wykorzystaniu metod symulacji numerycznych. Z uwagi na
znaczny zakres zastosowań tego rodzaju grzejnictwa, skupiono się na dwóch podstawowych kategoriach
układów grzejnych:
– układy przeznaczone do precyzyjnego kształtowania pól temperatury, zarówno na powierzchni,
jak i w całej objętości nagrzewanych wsadów;
– układy przeznaczone do degradacji tworzyw sztucznych, charakteryzujące się nietypowymi rozwiązaniami w zakresie konstrukcji.
Układy grzejne należące do pierwszej z wymienionych kategorii wykorzystywane są w przemyśle
półprzewodnikowym oraz mają wiele innych zastosowań, w których podstawowym kryterium
jest możliwość wytworzenia pól temperatury o znacznej złożoności. Ich efektywne wykorzystanie
ciągle napotyka na przeszkody wynikające głównie z trudności w adaptacji do nowych wymagań
w zakresie kształtowania pól temperaturowych. Przezwyciężenie tych problemów powinna ułatwić
proponowana przez autora koncepcja wielowzbudnikowych członów grzejnych, w których każdy
z wzbudników może pracować przy odmiennej częstotliwości określonej warunkami technologicznymi.
Upowszechnienie układów należących do drugiej z wymienionych kategorii wynika z konieczności
utylizacji materiałów obciążających środowisko naturalne. Degradacja tworzyw sztucznych
jest jednak opłacalna jedynie w warunkach małej energochłonności wykorzystywanych urządzeń
grzejnych. Warunek ten umożliwia stwierdzenie, iż rozwój urządzeń należących do tej kategorii jest
określony maksymalizacją sprawności nagrzewnic indukcyjnych, które powinny pod tym względem
przewyższać inne metody grzejne. Powszechnie wykorzystywane metody analizy i syntezy indukcyjnych urządzeń grzejnych opierają
się przede wszystkim na modelowaniu numerycznym sprzężonych pól elektromagnetycznych
i cieplnych. Stosowane rozwiązania charakteryzują się ograniczoną dokładnością, zwłaszcza w rozwiązaniach
nietypowych, do których należą układy objęte tematyką niniejszej monografii. W monografii
i zaprezentowano więc bardziej funkcjonalne zasady tworzenia modeli układów nagrzewania
indukcyjnego. Gwarantują one istotnie lepszą dokładność obliczeń, umożliwiając dokładne projektowanie urządzeń, zwłaszcza należących do wymienionych kategorii. Prezentowane obliczenia
zostały potwierdzone wynikami eksperymentów fizycznych przeprowadzonych w oparciu o wykonane
przez autora urządzenia. Zaprezentowano i omówiono konstrukcje wybranych autorskich urządzeń
grzejnych umożliwiających realizację technologii zaawansowanych, wymagających utrzymywania
zadanych rozkładów temperatury oraz procesów degradacji tworzyw sztucznych.