Hvordan påvirker frekvensen af ​​AC-netforsyningen den induktive opvarmning af en PTFE-varmers metalkerne?

PTFE-dyppevarmeren er i det væsentlige en modstandsanordning, men den indvendige metalkerne, en lang kappe af rustfrit stål eller et støtterør, er placeret i et svagt vekslende magnetfelt, der produceres af strømmen, der passerer gennem det indlejrede varmeelement. Ved normal netdrift ved 50 eller 60 hertz er dette magnetiske felt langsomt varierende og lavt styrke, men det er ikke desto mindre i stand til at inducere en lille cirkulerende elektrisk strøm inde i den ledende kerne. Dette er ikke en kilde til værdifuld termisk energi, men et let elektromagnetisk biprodukt af normal varmeapparats funktion, ofte beskrevet som en svag, uønsket spøgelsesstrøm.

I tilfælde af netfrekvens induktiv opvarmning PTFE varmelegemekerner ignoreres denne effekt normalt af hensyn til termisk design, men kan være af interesse i nogle instrumenteringsmiljøer.

Effektens art: elektromagnetisk
Vekslende magnetfelt i varmelegemesamling
Når vekselstrømmen løber gennem det resistive varmeelement i PTFE-elvarmeren, skaber den et magnetfelt omkring det. Ved forsyningsfrekvensen på 50 eller 60 Hz er dette felt omvendt.

Dette varierende felt når den omgivende rustfri stålkerne og kan producere mindre hvirvelstrømme i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induktion.

Imidlertid er kraften af ​​denne effekt i sig selv begrænset af:

Lavfrekvent drift (50/60 Hz)

Lille magnetisk feltstyrke

Spole og kerne er geometrisk adskilt

Høj elektrisk modstand af den inducerede strømvej.

Dette forårsager en meget dårlig strøm af sekundærstrøm i metalstrukturen.

Størrelsen af ​​den inducerede opvarmning i kernen
Ubetydeligt Termisk Bidrag
Den induktive varmeeffekt induceret i metalkernen er ret lille. I praksis betyder det, at effekttabet normalt kun er nogle få tiendedele watt og ikke har en væsentlig indvirkning på varmelegemets termiske balance.

Den spøgelsesagtige inducerede strøm er en million gange for svag til effektivt at opvarme systemet.

Varmeren kan betragtes som en i det væsentlige ren resistiv enhed, med nul (eller tæt på nul) induktivt bidrag ved netfrekvensen set fra et termisk ingeniørmæssigt synspunkt.

Sammenligning med højfrekvente induktionssystemer
Ved højere frekvenser ændres adfærden drastisk. Imidlertid kan industrielle induktionsvarmesystemer designes til at producere meget kraftige hvirvelstrømme med vilje for hurtigt at opvarme et lille område. Disse systemer fungerer i intervallet kilohertz til megahertz.

Til sammenligning genererer konventionelle PTFE-dyppevarmere drevet af lysnettet ikke forhold, der nærmer sig dette, og der er derfor ingen væsentlig induktionsopvarmningsproces.

Elektromagnetiske effekter på instrumenter
Tanker om signalinterferens
Den termiske effekt er ikke vigtig, men det vekslende magnetfelt kan have nogle små effekter på omkringliggende følsomme enheder.

I forskellige indstillinger kan 50/60 Hz-feltet inducere:

Tilstødende signalkabler - Støjspænding med lavt niveau

Små elektromagnetiske forstyrrelser i uafskærmede instrumenter forårsager

Ripple-lignende variationer i høj-forstærkningsmålesystemer

Sådanne effekter er generelt ikke et spørgsmål om varmelegemets ydeevne, men om målingens følsomhed.

Kabelstyring og kabelafhjælpning
Eventuelle interferensvanskeligheder forbundet med netfrekvensen induktiv opvarmning PTFE varmelegeme kerneeffekt bliver simpelthen taget hånd om af almindelig ingeniørpraksis:

Parsnoede-ledninger til termoelement- eller RTD-signaler

Pansrede instrumentkabler

Fysisk isolation mellem strøm- og signalledninger

Enkeltpunktsreference, kabelafskærmning jording

Disse trin fjerner faktisk betydelig elektromagnetisk opsamling i de fleste industrielle installationer.

Fysisk fortolkning af effekten
Hvirvelstrømme er en sekundær effekt.
De inducerede strømme i den rustfri stålkerne er hvirvelstrømme i lukkede sløjfer. Disse strømme løber i kort tid som reaktion på et skiftende magnetfelt, men dæmpes kraftigt af materialets modstand.

Nøglefunktioner omfatter:

Meget lav amplitude.

Hurtigt varmetab

Ingen kumulativ varmepåvirkning

Stærk feltgeometri afhængighed

Dette er ikke en designbegrænsning, men en fysisk nysgerrighed.

Frekvensafhængighed
Størrelsen af ​​den inducerede strøm er proportional med:

Magnetfeltets styrke.

Frekvens (hastighed for ændring af feltet)

Ved 50/60 Hz er begge lave, og der forekommer meget lidt induktion. Men den samme form ved højere frekvenser ville inducere større hvirvelstrømme og målbar opvarmning.

Praktisk teknisk evaluering
Reduceret termisk model
De tekniske beregninger er baseret på modellerne af PTFE elpatron som:

Rent resistive belastninger

Ubetydelige induktive koblingselementer

Termisk drevne systemer uden interne elektromagnetiske varmebidrag.

Denne forenkling gælder fortsat for almindelige industrielle arbejdsforhold.

Ingen effekt på varmerens ydeevne
Der er ingen påviselig indflydelse på:

Opvarmningshastighed af bulkvæske

Effektiviteten af ​​en varmelegeme

Ensartethed af temperatur

Forventet levetid for PTFE-hylster

Den induktive del ligger betydeligt under kriterierne af interesse for termisk design.

Konklusion
Induktiv opvarmning af metalkernen i en PTFE-varmer ved netfrekvens er et meget mindre elektromagnetisk biprodukt- af normal drift. Ved netfrekvensinduktiv opvarmning, PTFE-varmekernen, resulterer fænomenerne i, at der kun opstår meget små hvirvelstrømme, som producerer minimal varmeenergi og ikke har nogen praktisk indvirkning på varmeapparatets ydeevne.

I meget følsomme instrumenter er det kun ligegyldigt, hvor du kan se lidt elektromagnetisk interferens, men det kan let elimineres med normale afskærmnings- og ledningsteknikker. Til alle termiske tekniske formål kan varmeren behandles som en ren resistiv enhed.

Den dominerende elektromagnetiske signatur af en PTFE-elvarmer er stadig et blødt 50/60 Hz vekselfelt - mere en svag elektrisk brummen i baggrunden af ​​industrielle systemer end nogen væsentlig kilde til opvarmning eller energiomdannelse.