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            上海熱處理廠有限公司(總部)

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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面,然后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,而且與工件的截面大小、截面形狀等有關,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,沿導體截面上的電流分布式部均勻的,最大電流密度出現在導體的表面層,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面,電流 聚集在工件的外表面。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于集膚效應,沿橫截面由表面至中心按指數規律衰減,工程上規定,當渦流強度從表面向內層降低到其數值等于最大渦流強度的1/e(36.8% ),該處到表面的距離△稱為電流透入深度。由于渦流所產生的熱量與渦流的平方成正比,因此由表面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、相對磁導率給定后,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制。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面獲得了廣泛的應用。

             
             
                  
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