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感應加熱的工作原理  2013/6/1 
 
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感應加熱原理為產生交變的電流,從而產生交變的磁場,在利用交變磁場來產生渦流達到加熱的效果。如圖1.1

1.1  感應電流圖示 

當交變電流通入感應圈時,感應圈內就會產生交變磁通Φ,使感應圈內的工件受到電磁感應電勢e 。設工件的等效匝數為N2 。則感應電勢:

      1-1 

如果磁通是交變得,設 ,則

  

有效值為:

    1-3

感應電勢E在工件中產生感應電流 使工件內部開始加熱,其焦耳熱為:

               1-4

式中: Ι2——感應電流有效值(安),R——工件電阻(歐),t——時間(秒)。

這就是感應加熱的原理。感應加熱與其它的加熱方式,如燃氣加熱,電阻爐加熱等不同,它把電能直接送工件內部變成熱能,將工件加熱。而其他的加熱方式是先加熱工件表麵,然後把熱再傳導加熱內部。

金屬中產生的功率為: 

  1-5

感應電勢和發熱功率不僅與頻率和磁場強弱有關,而且與工件的截麵大小、截麵形狀等有關,還與工件本身的導電、導磁特性等有關。

    在感應加熱設備中存在著三個效應——集膚效應、近鄰效應和圓環效應。

    集膚效應:當交變電流通過導體時,沿導體截麵上的電流分布式部均勻的,最大電流密度出現在導體的表麵層,這種電流集聚的現象稱為集膚效應。

    近鄰效應——當兩根通有交流電的導體靠得很近時,在互相影響下,兩導體中的電流要重新分布。當兩根導體流的電流是反方向時,最大電流密度出現在導體內側;當兩根導體流的電流是同方向時,最大電流密度出現在導體外側,這種現象稱為近鄰效應。

    圓環效應:若將交流電通過圓環形線圈時,最大電流密度出現在線圈導體的內側,這種現象稱為圓環效應。

    感應加熱電源就是綜合利用這三種效應的設備。在感應線圈中置以金屬工件,感應線圈兩端加上交流電壓,產生交流電流 ,在工件中產生感應電流 。此兩電流方向相反,情況與兩根平行母線流過方向相反的電流相似。當電流 和感應電流 相互靠攏時,線圈和工件表現出鄰近效應,結果,電流 集聚在線圈的內側表麵,電流 聚集在工件的外表麵。這時線圈本身表現為圓環效應,而工件本身表現為集膚效應。

    交變磁場在導體中感應出的電流亦稱為渦流。工件中產生的渦流由於集膚效應,沿橫截麵由表麵至中心按指數規律衰減,工程上規定,當渦流強度從表麵向內層降低到其數值等於最大渦流強度的1/e(36.8% ),該處到表麵的距離△稱為電流透入深度。由於渦流所產生的熱量與渦流的平方成正比,因此由表麵至芯部熱量下降速度要比渦流下降速度快的多,可以認為熱量(8590%)集中在厚度為△的薄層中。透入深度△由下式確定:

                1-6

    式中: ρ——工件電阻率(Ωm , μ。——真空磁導率4π×10(H/m). μ——工件磁導率(H/m ), μ——工件相對磁導率, ω——角頻率(rad/s )f——頻率(HZ)  

    μ。和π的數值代入,即可得公式:

                         1-7

從上式可以看出,當材料電阻率、相對磁導率給定後,透入深度△僅與頻率f平方根成反比,此工件的加熱厚度可以方便的通過調節頻率來加以控製。頻率越高,工件的加熱厚度就越薄。這種性質在工業金屬熱處理方麵獲得了廣泛的應用。

 
 
      
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