Induktionsheizstromversorgungen sind die Kernkomponenten von Induktionsheizsystemen und sind für die Erzeugung der hochfrequenten elektrischen Energie verantwortlich, die zum Erhitzen des Werkstücks durch elektromagnetische Induktion erforderlich ist. Diese Stromversorgungen bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, von denen jede zur Funktionalität, Leistung und Effizienz des Systems beiträgt. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die Hauptkomponenten einer Induktionsheizstromversorgung:

1. Stromeingang und Gleichrichterschaltung:

Die erste Stufe einer Stromversorgung für Induktionsheizungen ist die Umwandlung des Wechselstromeingangs (normalerweise 50/60 Hz vom Stromnetz) in Gleichstrom. Dies geschieht durch einen Gleichrichterkreis, der Komponenten wie Dioden oder Gleichrichter verwendet. Der Gleichrichter wandelt den Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um, der für den nachfolgenden Hochfrequenzschaltvorgang erforderlich ist.

2. Wechselrichterstufe:

Sobald die Eingangsleistung in Gleichstrom umgewandelt wurde, wird sie in den Wechselrichterabschnitt eingespeist. Der Wechselrichter ist für die Umwandlung des Gleichstroms in hochfrequenten Wechselstrom, typischerweise zwischen 1 kHz und 100 kHz, verantwortlich, der für die Induktionserwärmung geeignet ist. Dieser Prozess wird mithilfe von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) durchgeführt, die als Schalter fungieren, um die Gleichspannung mit der erforderlichen Frequenz zu pulsieren.

3. Matching-Netzwerk:

Um eine effiziente Energieübertragung vom Wechselrichter zur Induktionsspule zu gewährleisten, enthält die Stromversorgung normalerweise ein Anpassungsnetzwerk. Dieses Netzwerk besteht aus einer Reihe von Kondensatoren, Induktoren und manchmal Transformatoren, um die Impedanz zwischen dem Wechselrichterausgang und der Induktionsspule anzupassen. Die richtige Anpassung gewährleistet maximale Energieeffizienz und minimiert Verluste.

4. Induktionsspule:

Die Induktionsspule, häufig eine Kupferspule, wird in der Nähe des Werkstücks platziert und durch den hochfrequenten Wechselstromausgang des Wechselrichters mit Strom versorgt. Diese Spule erzeugt ein sich schnell änderndes Magnetfeld, das Wirbelströme im leitfähigen Material des Werkstücks induziert und dieses dadurch erhitzt. Spulendesign, -größe und -zahl sind entscheidend für das Erreichen des gewünschten Heizeffekts.

5. Kühlsystem:

Induktionsheiznetzteile erzeugen während des Betriebs erhebliche Wärme, insbesondere bei hohen Leistungsstufen. Um eine Überhitzung der Komponenten zu verhindern, ist ein Kühlsystem unerlässlich. Dies kann Luftkühlung oder Wasserkühlung umfassen, die zur Ableitung der von Komponenten wie Wechselrichter, Kondensatoren und Spulen erzeugten Wärme verwendet werden. Zur effizienten Wärmeableitung werden häufig wassergekühlte Wärmetauscher oder Lüfter verwendet.

6. Kontroll- und Rückmeldesystem:

Das Steuersystem ist das Gehirn der Induktionsheizstromversorgung. Es steuert den Betrieb des Wechselrichters, passt die Leistungsabgabe an und stellt sicher, dass das System innerhalb sicherer Parameter arbeitet. Mikrocontroller oder digitale Signalprozessoren (DSPs) werden normalerweise verwendet, um Frequenz, Leistung und Temperatur zu überwachen und anzupassen. Das Rückkopplungssystem kann Sensoren wie Stromsensoren, Spannungssensoren und Temperatursensoren enthalten, um die Leistung des Systems kontinuierlich zu überwachen.

7. Schutzschaltung:

Zum Schutz der Stromversorgung und des Werkstücks werden verschiedene Schutzschaltungen eingesetzt. Dazu gehören Überstromschutz, Überspannungsschutz, Kurzschlussschutz und Thermoschutz. Die Schutzschaltungen sorgen für einen sicheren Betrieb des Systems und verhindern Schäden an den Komponenten durch elektrische Fehler oder Überhitzung.

8. Benutzeroberfläche:

Über die Benutzeroberfläche kann der Bediener mit dem Induktionsheizsystem interagieren. Dazu können eine digitale Anzeige, ein Touchscreen oder Tasten zur Steuerung von Einstellungen wie Frequenz, Leistungsabgabe, Heizzeit und Temperatur gehören.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Stromversorgung für Induktionsheizungen aus mehreren Hauptkomponenten besteht: 

1. Stromeingang und Gleichrichterschaltung zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom.

2. Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in hochfrequenten Wechselstrom.

3. Anpassungsnetzwerk für eine effiziente Leistungsübertragung auf die Induktionsspule.

4. Induktionsspule zur Erzeugung des Magnetfelds zur Erwärmung des Werkstücks.

5. Kühlsystem zur Vermeidung einer Überhitzung der Komponenten.

6. Kontroll- und Rückmeldesystem zur Anpassung und Überwachung des Betriebs.

7. Schutzschaltung zum Schutz vor Fehlern.

8. Benutzeroberfläche für Systemsteuerung und -einstellungen.

Jedes dieser Elemente wirkt zusammen, um eine effiziente und präzise Induktionserwärmung für eine breite Palette industrieller Anwendungen zu gewährleisten.