Induktive Erwärmung: Höhere Frequenz, besserer Wirkungsgrad wegen Permeabilität. Warum?

[Sarah E. (meneymaus)]

Hallo zusammen,

ich simuliere die induktive Erwärmung eines Werkstücks mit zwei 
Frequenzen. Hierbei stelle ich den Strom beider Prozesse so ein, dass 
die umgesetzte Leistung gleich ist.

Der Wirkungsgrad ist bei beiden Systemen ungefähr gleich, sofern ich ein 
nicht-magnetisches Werkstück (wie Edelstahl) annehme.

Ordne ich dem Werkstück eine hohe, konstante Permeabilität zu, ist der 
Wirkungsgrad mit der hohen Frequenz deutlich besser.

Hat jemand eine Idee, warum dies so sein könnte?


Gruß Sarah

[Karl M. (Gast)]

Hallo,

Es gilt die Formel: E = P lanckschen Wirkungsquantum x f

[Sarah E. (meneymaus)]

Hmm, aber warum ändert sich der Wirkungsgrad nur dann so stark, wenn das 
Werkstück eine hohe (1000) Permeabilität hat?

[Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)]

Bei hoher Permeabilität ist die Eindringtiefe gering;
bei gleicher eingebrachter Leistung und sonst gleicher Leitfähigkeit des 
Materials bedeutet das höhere Wirbelstromwerte, also I²*R wird lokal 
wohl aufgrund I² deutlich höher.

[Boris O. (bohnsorg)]

Die Permeabilität ist ja Verhältnis von B zu H und hat (rechnerisch) 
auch einen Imaginärteil (=frequenzabhängig). Damit schaffen viele 
Simulationen den Resonanzfall ferromagnetischer Materialien. Und was in 
deinem Szenario als Effizienz gilt, d.h. eingebrachte elektrische 
Leistung im Verhältnis zur erzielten Erwärmung, heißt in den meisten 
(Rechen-)Fällen »Summe aus Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverlusten«. 
Der Wirbelstrom führt hier sicher, weil es sich um einen dicken (dicker 
als 1mm und flächig, d.h. deutlich länger und breit als dick – Geometrie 
mal eben geraten) Klotz handelt.

Kannst du dir nun anhand deiner konkreten Geometrie ausrechnen, wo es 
aus welchem Grund am ehesten heiß wird. Eine Hysteresiskurve kannst du 
dir auch noch zeichnen und durch Flächenschraffur (oder Integration) den 
Ummagnetisierungsverlust vom Wirbelstromverlust subtrahieren.

Kleiner Spoiler: zum Wirbelstromverlust kommt ein weiterer, 
frequenzabhängiger oben drauf, bis zur Resonanz, dann ist wieder 
absteigender Ast angesagt.