感应加热利用交流电建立交变磁场涡流对金属工件进行感应加热,基本工作原理如图1.1,A为感应线圈,B为被加热工件,若线圈A中通以交流电流,则线圈A内产生随时间变化的磁场,置于交变磁场中的被加热工件B要产生感应电动势,形成涡流,这些涡流使金属工件发热,因此,感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属工件,然后在金属工件内部转换成热能,感应线圈与被加热工件不直接接触,能量是通过电磁感应传递的。
图1.1 感应加热电源的基本原理
1.3 感应加热的三大效应
在感应加热设备中存在着三个效应——集肤效应、近邻效应和圆环效应。
(1) 集肤效应
众所周知,直流电流经导体时,电流在导体截面上是均匀分布的,而当给一个圆形断面直导线通以交流电时,这时电流在导体截面上的分布将不再是均匀的,导体表面上各点的电流密度最大,而在导体中心轴线上电流密度最小,由外表面向内层以幂指数规律逐渐递减,这种现象叫做集肤效应,也称表面效应或趋肤效应。在感应加热中,电源电流是交流电,工件中的感应电流也是交流电流,因此同样具有集肤效应,在此效应作用下,工件中的电流密度分布是不均匀的。
当交变电流通过导体时,沿导体截面上的电流分布是不均匀的,最大电流密度出现在导体的表面层,这种电流集聚的现象称为集肤效应。
(2) 近邻效应
当两根通有交流电的导体靠得很近时,在互相影响下,两导体中的电流要重新分布。当两根导体流的电流是反方向时,最大电流密度出现在导体内侧;当两根导体流的电流是同方向时,最大电流密度出现在导体外侧,这种现象称为近邻效应。
(3) 圆环效应
若将交流电通过圆环形线圈时,最大电流密度出现在线圈导体的内侧,这种现象称为圆环效应。
圆环形的导体通过高频(或中频)交变电流时所产生的磁场在环内空间集中,环外分散,见图1.4。环内的磁通不仅穿过环外空间,同时也穿过环形导体自身,这样就使环形导体外侧交链的磁通多于内侧,于是环形导体外侧产生较大的感应电动势,迫使电流在环形导体内侧的电流透入深度层中流过,这种现象称为电流的圆环效应或环状效应。环状效应使感应器上的电流密度集到感应器内侧,对加热零件外表面十分有利,但对加热零件内孔时,此效应使感应器电流远离加热零件表面,是有害的。
如图1.4,在圆环导体中通以交流电时,所产生的磁通在环内空间集中,环外分散,最大电流密度分布在环状导体内侧,这种现象叫环状效应,也叫圆环效应。圆环效应的实质是环形感应器的临近效应。
图1.4 圆环效应
1.4 国外感应加热电源的现状
1.5 国内感应加热电源的现状
1.6 感应加热电源的优点
现在,感应加热应用范围越来越广,已经深入到国民经济的各个领域,如冶金、机械制造、轻工、石化、电子等。感应加热比之传统的加热方式具有下列的一些特点、优点:
1、加热速度快,效率高,容易实现高功率密集。由于感应加热是从金属内部即从金属的电流透入深度层开始加热,这样就很大程度地节省了热传导的时间,因此加热速度快,生产效率可达60%以上。
2、采用非接触式加热方式,在加热过程中不易渗入杂质。
3、加热温度由工件表面向内部传导或渗透,具有精确的加热深度和加热区域,并易于控制。
4、工件损耗少,被加热物的表面氧化少。
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