Kako frekvencija mrežnog napajanja izmjeničnom strujom utječe na induktivno zagrijavanje metalne jezgre PTFE grijača?

PTFE uronjeni grijač je u biti otpornički uređaj, ali unutarnja metalna jezgra, dugačak omotač od nehrđajućeg čelika ili potporna cijev, nalazi se u slabom izmjeničnom magnetskom polju koje proizvodi struja koja prolazi kroz ugrađeni grijaći element. U normalnom mrežnom radu na 50 ili 60 herca ovo magnetsko polje polagano varira i male je jakosti, ali je unatoč tome sposobno inducirati malu cirkulirajuću električnu struju unutar vodljive jezgre. Ovo nije izvor vrijedne toplinske energije, već blagi elektromagnetski nusprodukt normalnog rada grijača, koji se često opisuje kao slaba, nepoželjna struja duha.

U slučaju jezgri PTFE grijača s induktivnim grijanjem mrežne frekvencije ovaj se učinak obično zanemaruje radi toplinskog dizajna, ali može biti od interesa u nekim instrumentacijskim okruženjima.

Priroda učinka: elektromagnetski
Izmjenično magnetsko polje u sklopu grijača
Dok izmjenična struja prolazi kroz otporni grijač unutar PTFE uronjenog grijača, stvara magnetsko polje oko njega. Na frekvenciji napajanja od 50 ili 60 Hz ovo polje je obrnuto.

Ovo promjenjivo polje dopire do okolne jezgre od nehrđajućeg čelika i može proizvesti manje vrtložne struje prema Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije.

Međutim, snaga ovog učinka sama je ograničena:

Niskofrekventni rad (50/60 Hz)

Mala jakost magnetskog polja

Zavojnica i jezgra geometrijski odvojeni

Visoki električni otpor putanje inducirane struje.

To uzrokuje vrlo slab protok sekundarne struje u metalnoj strukturi.

Veličina induciranog zagrijavanja u jezgri
Neznatan toplinski doprinos
Učinak induktivnog zagrijavanja induciran u metalnoj jezgri prilično je malen. U praksi to znači da je gubitak snage obično samo nekoliko desetinki vata i nema značajan utjecaj na toplinsku ravnotežu grijača.

Sablasno inducirana struja je milijun puta preslaba da bi učinkovito zagrijala sustav.

Sa stajališta toplinske tehnike grijač se može smatrati u biti čisto otpornim uređajem, s nultim (ili blizu nule) induktivnim doprinosom na mrežnoj frekvenciji.

Usporedba s visokofrekventnim indukcijskim sustavima
Na višim frekvencijama ponašanje se drastično mijenja. Međutim, industrijski indukcijski sustavi grijanja mogu se projektirati za proizvodnju vrlo jakih vrtložnih struja namjerno, za brzo zagrijavanje malog područja. Ovi sustavi rade u rasponu od kiloherca do megaherca.

Za usporedbu, konvencionalni PTFE uronjeni grijači koji se napajaju električnom energijom iz mreže ne stvaraju uvjete koji bi se približili ovome i stoga nema značajnog procesa indukcijskog zagrijavanja.

Elektromagnetski učinci na instrumente
Razmišljanja o smetnjama signala
Toplinski učinak nije važan, ali izmjenično magnetsko polje moglo bi imati male učinke na okolne osjetljive uređaje.

U različitim postavkama polje od 50/60 Hz može izazvati:

Susjedni signalni kabeli - Niska razina napona buke

Male elektromagnetske smetnje u neoklopljenim instrumentima uzrokuju

Varijacije-poput valovitosti u mjernim sustavima-visokog pojačanja

Takvi učinci općenito nisu stvar izvedbe grijača nego osjetljivosti mjerenja.

Upravljanje kabelima i zaštita od kabela
Sve poteškoće smetnje povezane s učinkom jezgre induktivnog grijanja PTFE grijača frekvencije mreže jednostavno se rješavaju redovitim inženjerskim postupcima:

Ožičenje s upletenim{0}}paricama za termoelemente ili RTD signale

Oklopljeni kabeli za instrumente

Fizička izolacija između energetskih i signalnih žica

Referenca u jednoj točki, uzemljenje oklopa kabela

Ovi koraci zapravo uklanjaju značajno elektromagnetsko hvatanje u većini industrijskih postrojenja.

Fizička interpretacija učinka
Vrtložne struje su sekundarni učinak.
Inducirane struje u jezgri od nehrđajućeg čelika su vrtložne struje u zatvorenim petljama. Ove struje teku kratko vrijeme kao reakcija na promjenjivo magnetsko polje, ali su snažno prigušene otporom materijala.

Ključne značajke uključuju:

Vrlo niska amplituda.

Brzi gubitak topline

Nema kumulativnog utjecaja grijanja

Jaka ovisnost o geometriji polja

Ovo nije ograničenje dizajna, već fizička zanimljivost.

Ovisnost o frekvenciji
Veličina inducirane struje proporcionalna je:

Jakost magnetskog polja.

Frekvencija (stopa promjene polja)

Na 50/60 Hz oba su niska i javlja se vrlo mala indukcija. Međutim, isti oblik na višim frekvencijama izazvao bi veće vrtložne struje i mjerljivo zagrijavanje.

Praktična inženjerska evaluacija
Smanjeni toplinski model
Inženjerski izračuni temelje se na modelima PTFE uronjenih grijača kao što su:

Čisto otporna opterećenja

Zanemarivi induktivni spojni elementi

Sustavi na toplinski pogon bez doprinosa unutarnjeg elektromagnetskog grijanja.

Ovo pojednostavljenje ostaje primjenjivo za uobičajene radne uvjete u industriji.

Nema utjecaja na rad grijača
Nema vidljivog utjecaja na:

Brzina zagrijavanja rasute tekućine

Učinkovitost grijača

Ujednačenost temperature

Očekivani životni vijek PTFE plašta

Induktivni dio je znatno ispod kriterija od interesa za toplinski dizajn.

Zaključak
Induktivno zagrijavanje metalne jezgre PTFE grijača na mrežnoj frekvenciji vrlo je mali elektromagnetski nus{0}}produkt normalnog rada. U slučaju induktivnog grijanja s mrežnom frekvencijom, PTFE jezgre grijača, fenomen rezultira pojavom samo vrlo malih vrtložnih struja koje proizvode minimalnu toplinsku energiju i nemaju praktičan učinak na performanse grijača.

Kod vrlo osjetljivih instrumenata važno je samo gdje možete vidjeti male elektromagnetske smetnje, ali to se može lako eliminirati uobičajenim tehnikama zaštite i ožičenja. Za sve potrebe toplinske tehnike, grijač se može tretirati kao čisto otpornički uređaj.

Dominantni elektromagnetski potpis PTFE uronjenog grijača još uvijek je meko izmjenično polje od 50/60 Hz - više slabašno električno zujanje u pozadini industrijskih sustava nego bilo koji značajan izvor grijanja ili pretvorbe energije.