Technologie

Při indukčním ohřevu prochází ohřívaný materiál přes vodou chlazenou pracovní cívku (tzv. induktor), jež je napájena proudem (10 až 3000A) o středním (3 až 50kHz), nebo vysokém kmitočtu (50 až 500kHz) ze středofrekvenčního nebo vysokofrekvenčního generátoru. Lokální ohřev materiálu v bezprostřední blízkosti induktoru pak probíhá indukcí, jež je přímou aplikací Lenzova a Jouleova zákona. Podle Lenzova indukčního zákona totiž existuje v každém elektrickém vodiči umístěném do proměnného magnetického pole elektromotorická síla, a tedy v něm vznikají indukované proudy zvané vířivé proudy. Tyto proudy pak vytvářejí Jouleovo teplo přímo v ohřívaném materiálu.

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 výrobců i u nových generátorů dodnes, u vysoké frekvence se jedná především o výrobky bývalého podniku ZEZ Rychnov n. Nisou (typová řada GV), založených na elektronkách tehdejšího českého výrobce Tesly Vršovice.

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 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 elektronkového generátoru odvádět.

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.

Z tohoto důvodu firma Rajmont s.r.o. vyvinula typové řady polovodičových VF generátorů HFR sloužících jako přímá náhrada za vyjmenované přesluhující typy generátorů GV22 s výstupním VF výkonem 22kW, GV80 (80kW) a 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 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

Galvanické oddělení VF generátoru od napájecí sítě je nezbytné především z hlediska potlačení proudů při zemních zkratech mezi induktorem a neživými kovovými částmi okolního zařízení. Zároveň chrání obsluhu generátoru při nechtěném kontaktu s induktorem. Pro galvanické oddělení od sítě se běžně používá tzv. síťový oddělovací transformátor. Jeho oddělovací efekt je však téměř nulový pro kmitočty v řádu stovek kHz z důvodu příliš vysoké vzájemné kapacity vinutí pohybující se v řádu jednotek nanoFaradů. Optimálního galvanického oddělení je možné dosáhnou pomocí spínaného zdroje s pulsním transformátorem, jež s sebou přináší i další výhody v podobě lepšího účiníku, vynikající účinnosti, minimálních rozměrů a hlavně zlomkové hmotnosti oproti klasickému řešení (např. 15kW třífázový transformátor váží typicky 170-200kg, kdežto ekvivalentní spínaný zdroj cca 20kg).

Nově vyvinuté stejnosměrné spínané zdroje jsou dodávány taky samostatně dle potřeb zákazníka. Mezi referenční zákazníky stejnosměrných spínaných zdrojů patří firma SIEMENS.

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