İndüksiyonla Isıtma: Bilmek İstediğiniz, Ama Sormaya Cesaret Edemediğiniz Her Şey (Şubat 2018)

Ayın Sorusu:Difüzyonla birleştirme işleminden önce kompozit metal malzemeleri ısıtmak için indüksiyon yöntemini kullanmayı planlıyoruz. Aşırı gürültü konusunda herhangi bir endişe var mı? Bazı frekansların diğerlerine göre daha gürültülü olduğunu gözlemlediniz mi? Eğer öyleyse, gürültü seviyesini sınırlamak için bir çözümünüz var mı?

Cevap:İndüksiyonlu ısıtma uygulamalarının büyük çoğunluğunda, endüstriyel gürültü kayda değer bir düzeye ulaşmaz. Bu nedenle, birkaç istisna dışında aşırı gürültü konusunda endişelenmek için bir neden yoktur. Daha düşük frekanslar genellikle daha yüksek bobin akımına yol açar; bu da elektromanyetik kuvvetleri ve bobin sargı titreşimini artırır. Bu nedenle, şebeke frekansı (60 Hz) kullanan bir sistemin, 3 kHz veya 30 kHz'lik sistemlere kıyasla daha yüksek düzeyde endüstriyel gürültüye yol açacağını beklemek mantıklıdır. Ayrıca, kW değeri daha yüksek olan sistemlerin de büyük olasılıkla daha fazla gürültüye yol açacağı düşünülmektedir. Dolayısıyla, diğer tüm faktörlerin aynı olduğu varsayıldığında, 500 kW'lık bir sistem 100 kW'lık bir sistemden daha fazla gürültü üretebilir.

Duyulabilir gürültüden bahsederken, endüstriyel gürültünün insanlar üzerinde yarattığı etkiyi belirleyen iki ana faktörü göz önünde bulundurmalıyız: şiddet ve rahatsız edicilik/rahatsızlık düzeyi. Örneğin, düşük frekanslı duyulabilir gürültü (örn. 50–60 Hz) daha yüksek bir şiddete sahip olabilir, ancak yüksek frekanstaki (örn. 1 kHz) daha düşük şiddetli bir gürültüye kıyasla insan kulağına o kadar rahatsız edici gelmeyebilir.

Aşağıda, indüksiyonla ısıtma sırasında gürültü oluşumunun dört ana kaynağı yer almaktadır:

• Güç kaynağından kaynaklanan gürültü.Piyasada çok sayıdagüç kaynağı mevcuttur.İndüksiyonlu ısıtma için, tek modüllü invertörlerin kullanıldığı güç ve frekans kombinasyonları, şebeke frekansından birkaç yüz kHz’e kadar değişmekte olup, 800 kHz aralığındaki bir frekans için bile 1000 kW’ı aşan güç seviyeleri söz konusudur. Yarı iletken teknolojisine dayanan modern güç kaynaklarının tasarım özellikleri, neredeyse sessiz bir çalışma sağlar. Bu nedenle, güç kaynağından kaynaklanan gürültü genellikle bir sorun teşkil etmez.
• Bakır bobin sargılarının titreşiminden kaynaklanan gürültü.İndüksiyon bobinlerinin yapımında izlenen iki temel yaklaşım, açık sargılı veya refrakter kaplı olarak sınıflandırılabilir [Kaynak 1]. Açık sargılı yöntem, arıza durumunda onarımın daha kolay yapılmasını sağlar; ancak titreşimi ve gürültüyü ortadan kaldırmak ya da en aza indirmek için bobin sargıları, saplamalar ve uygun sabitleme elemanları kullanılarak sabitlenmelidir. Dökülebilir refrakter (örneğin, özel sınıf çimento) kullanılarak kaplanmış bir bobin, dayanıklılık ve daha uzun ömür sağlar; ayrıca bobin bakır sargılarının titreşimini ortadan kaldırır veya önemli ölçüde azaltır. Uygun şekilde tasarlanmış indüksiyon bobinleri, sorun teşkil edecek düzeyde gürültü üretmez.
• İş parçasının titreşiminden veya rezonans ses dalgalarından kaynaklanan gürültü (yükseltici etki).Bir iş parçası gevşek parçalardan oluşuyorsa, bu parçalar titreşerek gürültü üretebilir. Bu olasılığı değerlendirmek için iş parçasının spesifik geometrisinin incelenmesi gerekir. Bazı difüzyonla birleştirme uygulamalarında, tek tek bileşenlerin titreşme olasılığını en aza indirmek için basınç uygulanabilir. İndüksiyonla ısıtılan içi boş iş parçalarında (örneğin, nispeten ince cidarlı boru veya tüplerin indüksiyonla ısıtılması), belirli frekanslar yeterince yüksek güç yoğunluklarıyla birleştiğinde, işitilebilir sınırı aşan kayda değer büyüklükte rezonans ses dalgaları yayabilir. Bu gibi durumlarda, işitilebilir gürültü de frekans seçimini büyük ölçüde etkileyen baskın bir faktör olabilir. Her borunun, çap, duvar kalınlığı, malzeme, uzunluk ve diğer faktörlere bağlı olan kendine özgü bir yapısal rezonans frekansı (SRF) vardır. İndüksiyon bobininin ısıtma frekansı, borunun kendi rezonans frekansına yeterince yakın olduğunda, yüksek genlikli titreşim ve aşırı işitilebilir gürültü meydana gelebilir. Başka bir deyişle, bir radyo alıcısının elektromanyetik dalgaları işitilebilir sese dönüştürmesi gibi, belirli frekanslarla çalışırken bir borunun amplifikatör görevi görmesine neden olan benzer mekanizmalar ortaya çıkabilir. Farklı (daha yüksek veya daha düşük) bir frekans seçilerek gürültünün azaltılıp azaltılamayacağına dair karar, belirli bir boru şeklindeki iş parçasının yapısal öz rezonans frekansı (SRF) ile indüksiyon ısıtıcısının uyguladığı frekansın birleşimine bağlıdır. Bu nedenle, bu tür durumlarda, iş parçasına bir çekiçle vurarak iş parçasının SRF’sini ölçmek ve ölçülen sinyalin frekansını ve genliğini algılayabilen bir tür ses alıcısıyla rezonans ses gürültüsünü ölçmek faydalıdır. Sonuç olarak, kabul edilemez düzeyde gürültü üreten bir frekansa kıyasla belirli bir frekansın gürültü seviyesini iyileştirip iyileştirmeyeceğinin belirlenmesinde daha akıllı kararlar alınabilir. Örneğin, belirli bir iş parçasının SRF'si 300 Hz ise, seçilen frekans ne kadar uzak olursa, üretilecek gürültü o kadar düşük olur. Bu durumda, 6 kHz, 1 kHz’ye kıyasla belirgin şekilde daha düşük bir gürültü üretir. Buna karşılık, SRF 5 kHz ise, 6 kHz’nin kullanılması 500 Hz’ye kıyasla durumu daha da kötüleştirecektir. Metalik malzemelerin ısıtılması sırasında çoğu zaman koruyucu veya gürültüyü azaltan bir atmosfer kullanılır. Bu nedenle, indüksiyon sisteminiz gaz sızdırmaz bir hazne/muhafaza içinde yer alacaksa, bu durum gürültü seviyesini önemli ölçüde azaltacaktır.

• Güç kabloları, baralar ve bağlantı elemanlarının titreşiminden kaynaklanan gürültü.Bağlantı elemanları, güç kabloları ve baraların yanlış tasarlanmış olması ihtimali çok düşüktür. Bununla birlikte, bu konudaki her türlü endişe, bir indüksiyonla ısıtma uzmanı tarafından giderilebilir.

Bu konularla ilgili daha ayrıntılı tartışmalar Ref.1’de bulunabilir.

Dr. Valery Rudnev, FASM
Bilim ve Teknoloji Direktörü
Inductoheat Inc
www.inductoheat.com

Kaynak

1. V. Rudnev, D. Loveless ve R. Cook, İndüksiyonla Isıtma El Kitabı, 2. Baskı, CRC Press, 2017.