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感应加热有哪些电磁效应呢?
发布时间:2019-03-02
一、感应加热的原理 
 感应加热的原理就是遵循电磁感应、集肤效应、热传导三个基本原则。
 (1)感应加热用一个模拟的单匝短路次级线圈来说明。
以圆柱体加热的方式为例,工件和感应器的组合可以看做是一台具有多匝初级线圈(感应器线圈)和单匝短路次级线圈(圆柱体工件)的变压器,初级线圈和次级线圈彼此间由较小的空气间隙隔开。通电时在工件内将产生频率相同、方向与感应器中相反的感应电流,即涡流。当电流频率较高时,由于表面效应的作用,使涡流集中在工件表面,产生“集肤效应”。     感应电流密度从加热工件的表面至中心是逐渐降低的,而电流的频率越高,降低的比率也越大。电流密度的这种降低率也取决于被加热材料的电阻率和相对磁导率两个物理量。表示感应电流的分布随透入深度而变化以及控制电流分布的因素,电流密度大约降到表面电流密度值的三分之一处得深度即为“集肤深度”。    感应加热案例如下:
高频感应加热
(2)感应加热的四个电磁效应和导磁体的“驱流”作用
  ①表面效应:当交变电流流过导体时,电流密度沿着导体截面的分布是不均匀的。 
线圈导体中的交变电流和金属坯料内的涡流在其横截面上的电流密度不均匀分布,最大电流密度出现在该横截面的表层,并以指数函数的规律向心部衰减,这种现象称之为趋肤效应。 
邻近效应:高频电流通过两个相邻导体时,若电流方向相反,电流从两导体的内侧流过;若电流方向相同,电流则从两导体的外侧流过。这这种现象称为邻近效应。    
环流效应:高频电流流过环形导体时,最大电流密度分布在环形导体的内侧,这种现象称为环流效应。    
圆环效应对圆柱体坯料外表面加热时起有利作用。这也是为什么坯料在螺线管感应器内加热不必加导磁体的原因。而对于内孔加热或平面加热,圆环效应对加热是不利的,这时可利用导磁体改变磁力线状态,把电流由内侧驱赶到外侧。
尖角效应:当感应器与工件之间的间隙相同时,工件的尖角处易集中磁感应线,而使感应电流密度过大,以致在工件的尖角处产生过烧,这种现象称为尖角效应。    
端部效应:分为坯料的端部效应和感应线圈的端部效应。趋肤效应描述了金属坯料横截面上的磁场分布,而端部效应却显示了坯料和感应线圈端部的磁场分布。它将影响沿坯料轴向的功率分布及坯料加热温度的分布情况。对于纵向磁场中的非磁性坯料,坯料的端部效应使坯料端部吸收的功率增加;对于磁性坯料,端部效应使其吸收的功率增加还是降低,取决于坯料的半径、材料特性、频率和磁场强度。感应加热是上述四种效应的综合应用,感应器线圈系统的作用表现为圆环效应,坯料系统的作用表现为趋肤效应,两者之间是邻近效应和端部效应。
导磁体的“驱流”作用:感应加热表面淬火时,环流消音使高频电流密集在感应器内侧,对工件外表面的加热不利。但对工件内孔加热时,感应器的效率低,为此,往往在感应器上放置导磁体,将电流“驱”向感应器的外侧,因此导磁体的实质是改变磁感应线方向。     一般高频常用的导磁体为铁氧体。中频常用的导磁体为硅钢片或软铁状的导磁体。
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