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感应加热的原理与用途

  感应加热是根据电磁感应原理,利用感应涡流的热效应对导体进行加热,其作为一种非接触式加热方式广泛应用于工业领域。如图一所示,给线圈通入交变的电流,在线圈内部就会产生一个交变的磁场,从而就会在置于该交变磁场内的导体上产生感应电动势,形成涡流。由于导体电阻一般很小,导体内部的涡流很大,导体发热就比较显著。十九世纪末以前人们均将此现象看作是有害的热效应,在电路设计时进行积极的避免,但自从年瑞典人发明了有芯感应炉用于金属熔炼,人们就己开始认识到电磁感应涡流热效应的应用价值。

  感应加热是利用电磁感应将电能转变成磁能,通过磁场把能量传递给被加热工件,并在工件内部把磁能又转变电能,同时把电能变为热能的过程,它与一般的电气设备中由于电磁感应而产生涡流进而产生发热的原理是一样的,只不过在感应加热中我们是利用了这一效应,而不像一般情况下我们都是试图抑制这种现象。

  感应电动势及发热功率与交变磁通的频率和磁场强度有关,流入感应线圈中的电流有效值越大,其产生的对应磁通量也就越大,因而可以通过提高感应线圈中的电流值来加大工件中的感应涡流同时,在一定条件下提高工作频率也可以提高工件中的感应电流,从而使同样工件发热效果得到增强,加热速度增快。当然,感应涡流的大小同时与金属工件的截面大小、形状、工件材料的导电率、导磁率及透入深度等因素有关。

  电磁感应的三种效应与透入深度在感应加热过程中,同时伴随着三种效应集肤效应、邻近效应和圆环效应,下面分别介绍这三种效应。

  集肤效应:当交流电通过导体时,沿导体截面上的电流分布不是均匀的,导体的表面层的电流密度最大,我们称这种电流集聚的现象为集肤效应。

  邻近效应:两根通有交流电的导体距离很近时,导体中的电流分布会相互影响若两导体中电流方向相反,则最大的电流密度出现在两导体的内侧若导体中电流方向相同,则最大电流密度的地方出现在导体外侧,这种现象就称作邻近效应。

  圆环效应:将交流电通过圆环形线圈时,受到线圈自身的磁场影响,最大的电流密度出现在线圈导体的内侧,这种现象称作圆环效应。感应加热设备电源就是综合利用此三种效应的设备。

交变磁场在导体中感应出的交变涡流由于集肤效应的影响,其沿横截面由导体表面至中心按指数规律衰减。

  特点与用途

  现在感应加热技术已广泛应用于国民经济的各个领域。从工业上开始应用感应加热电源以来,感应加热的理论和感应加热装置都有很大的发展,感应加热的应用领域和应用范围也越来越广。这主要是因为感应加热具有以下特点

  1.动态响应快,温度容易控制,产品质量好,工件容易加热均匀,也可以实现局部加热,节能;

  2.加热温度高,加热速度快,而且是非接触式加热,被加热物的表面氧化少;

  3.效率高,节能,生产效率高。特别是采用现代电力电子器件的逆变器,效率一般为一、可节电一以上;

  4.容易实现自动控制,实现生产自动化广西大学硕士学位论文超音频串联谐振感应加热电源的研究;

  5.作业环境好,作业占地少,几乎没有热和灰尘,且噪声较小;

  6.能加工形状复杂的工件,满足特殊工艺的要求。 

  基于以上各种优点,感应加热电源己在冶金、机械制造、轻工业、石油化工、电子等行业得到广泛的应用。此外,感应加热也己经不断地进入到人们的家庭生活中,例如微波炉、电磁炉、热水器等都是可以用感应加热作为能源。