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인덕션이란?

인닥타썸그룹은 유도가열의 전자기장 원리를 전기유도용해로, 가열기, 용접기 분야에 다양하게 적용하고 있습니다. 그런데, 유도가열의 원리는 무엇이고 다른 가열 방법과의 차이는 무엇일까요?

Watching a piece of metal in a coil turn cherry red in a matter of seconds can be surprising to those unfamiliar with induction heating
Watching a piece of metal in a coil turn cherry red in a matter of seconds can be surprising to those unfamiliar with induction heating

특수한 분야에서 유도가열은 매력적인 가열 방법이 될 수 있습니다. 유도가열을 접해 보지 못한 사람들에게는 수 초 내로 가열 코일 내부의 금속이 선홍색으로 가열되는 것을 보는 것이 놀라운 일일지도 모릅니다. 유도가열을 이해하기 위해서는 물리학, 전자기장, 전원장치의 발진 원리와 가열 프로세스의 제어를 이해해야 하지만, 유도가열의 기초 개념은 이해하기 어렵지 않습니다.

유도가열의 기초

유도가열의 원리는 Michael Faraday에 의해 최초로 발견되었으며, 그 시작은 전도도가 있는 코일로부터 시작되었습니다. 전류를 동과 같은 전도도가 있는 코일에 흘리게 되면, 코일의 내부와 주위에 자기장이 형성 됩니다. 이 자기장이 일을 할 수 있는 능력은 코일의 설계와 코일에 흘려주는 전류의 양에 따라 결정됩니다.

The magnetic field is represented here as lines passing through and around the coil
The magnetic field is represented here as lines passing through and around the coil

자기장의 방향은 전류의 방향에 의해 결정됩니다. 그러므로 코일에 교류를 흘리게 되면 자기장의 방향이 교류의 주파수 만큼 변환 됩니다. 만약, 60Hz의 교류를 흘리면 자기장의 방향이 1초에 60번 변환 되고, 400kHz의 교류를 흘리면 자기장의 방향은 1초에 400,000번 변환하게 됩니다

전도도를 가진 물질이나 피가열 소재를 변화하는 자장에 넣게 되면 (예를 들어, 교류에 의해 형성된 자장), 페러데이의 법칙에 의해 이 소재에는 전압이 유도되게 됩니다. 이 유도된 전압에 의해 소재에서 전자의 흐름이 발생됩니다. 소재에 유도된 전류의 흐름은 코일에 흐르는 전류의 반대 방향으로 흐릅니다. 따라서, 우리는 코일에 흐르는 전류의 주파수를 제어 함으로써 소재에 흐르는 전류의 주파수도 같이 제어할 수 있습니다.

이 소재에 전류가 흐르게 되면, 전자의 흐름을 방해하려는 저항이 발생되고, 이 저항에 의해 열이 발생하게 됩니다. 전기 저항이 큰 소재에 전류가 흐르게 되면 더 많은 열이 발생되지만 동과 같은 전도도가 높은 소재도 유도 전류를 이용하여 가열이 가능합니다. 이러한 현상은 유도가열에서 매우 중요합니다.

유도가열을 하기 위해 필요한 것들?

유도가열을 하기 위해서는 두 가지 요소가 필요합니다.

  1. 변환되는 자기장
  2. 자기장내에 위치한 전도도가 있는 소재
Other heating

다른 가열 방법들과 유도가열의 차이점은 무엇일까요?

유도가열 외에도 물질을 가열하는 방법은 여러 가지가 있으며, 산업 현장에서 실용화 된 가열 방법으로는 가스로, 전기 저항로, 염욕(鹽浴) 등이 있습니다. 이러한 방법들은 버너나 발열체, 소금물 등의 열원에 의해 일어나는 대류나 복사열에 의해 소재가 발열되는 현상입니다. 피 가열 소재의 표면이 우선 가열되고 나면, 전도열에 의해 열이 소재의 내부까지 가열되게 됩니다.

Induction Heating

그에 반해, 유도가열은 대류나 복사 현상 없이 소재에 유도된 전류의 흐름에 의해 소재의 표면에서 자체적으로 발열을 일으키고, 이 열은 전도열에 의해 소재의 내부까지 전달 됩니다. 직접 가열의 범위는 소위, “전류침투깊이”라고 부르는 유도전류에 의해 결정 됩니다.

이 전류침투깊이는 대부분 소재에 유도된 교류전류의 주파수에 의해 결정됩니다. 고주파 일수록 전류의 침투깊이가 얇고, 저주파 일수록 전류의 침투깊이가 깊게 나타납니다. 이 깊이는 또한 피 가열 소재의 전자기장적인 특성에 의해 영향을 받습니다.

Electrical Reference Depth of High and Low Frequency
Electrical Reference Depth of High and Low Frequency

인닥타썸 그룹의 많은 회사들은 이러한 물리적 현상과 전기적 현상을 이용하여 특수한 분야와 제품의 가열에 적합한 솔루션을 제공하고 있습니다. 인닥타썸 그룹은 유도 가열 및 용해에 필요한 다양한 전원장치와 코일 설계 능력을 바탕으로 산업 현장의 여러 분야에 신뢰성 있고 안정적인 장비를 공급하고 있습니다.

Inductotherm HSS01

전기유도용해로 (Induction Melting)

유용한 철강 제품의 생산에 필요한 첫 번째 과정은 용해입니다. 유도용해는 빠르고 효율적입니다. 코일의 형태만 바꾸는 것으로 커피 잔 만큼 작은 용해로부터 수 백 톤을 용해할 수 있는 용해로까지 만들 수 있습니다. 또한, 인닥타썸 그룹은 전원장치의 주파수를 제어함으로써 주강, 주철, 스테인레스스틸, 동, 동합금, 알루미늄, 실리콘 등의 물질들을 용해할 수 있으며, 고객의 필요에 따라 가장 효율적인 용해로를 제작, 공급하고 있습니다.

진공유도용해로 (Induction Vacuum Melting)

유도가열은 자기장에 의해 발생 되기 때문에 피 가열 소재는 물리적으로 내화물이나 비 전도성 물질에 의해 가열 코일과 분리되어 있지만 자기장은 이 물질들을 통과하여 피 가열 소재에 전압을 발생시킬 수 있습니다. 이러한 유도가열의 특성 때문에 진공 상태나 분위기 상태에서도 소재를 가열할 수 있기 때문에 티타늄이이나 알루미늄과 같은 반응성 금속, 특수 합금강, 실리콘, 그라파이트 등의 가열 및 용해 과정에 응용할 수 있습니다.

전기유도가열기 (Induction Heating)

연소 가열 방법과 달리 유도가열은 가열로의 크기에 관계없이 정밀하게 온도 관리를 할 수 있으며, 코일에 흐르는 전류, 전압, 주파수를 제어하여 금속의 표면 열처리, 소려 공정, 풀림 공정 등의 열처리 분야와 자동차, 우주 산업, 광섬유, 무기 산업, 선재 열처리 및 템퍼링 공정 등에 응용되고 있을 뿐만 아니라 특수강, 귀금속 등의 분야에도 적용되고 있습니다. 유도가열은 다른 어떤 가열 방법보다 정밀하게 제어가 되기 때문에 진공 가열 설비뿐만 아니라 스테인리스스틸 파이프의 광휘 소둔 열처리와 같은 분위기 상태에서의 열처리 분야에도 응용할 수 있습니다.

고주파유도용접기 (High Frequency Induction Welding)

High Frequency Welding

고주파 전류 발생기를 사용하여 전류침투 깊이를 얇게 하면 금속의 용접에도 응용할 수 있습니다. 이러한 원리를 이용하여 파이프 연속 생산 과정에서 유도 가열의 원리를 이용하여 ERW용접을 하고 있습니다.

The Future

With the coming age of highly engineered materials, alternative energies and the need for empowering developing countries, the unique capabilities of induction offer engineers and designers of the future a fast, efficient, and precise method of heating.