電磁感應(yīng)與感應(yīng)加熱原理

Mihel Farady于1831年建立的電磁感應(yīng)定律說明，在一個(gè)電路圍繞的區(qū)域內(nèi)存在交變磁場(chǎng)時(shí)，電路兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電路閉合時(shí)則產(chǎn)生電流。這個(gè)定律同時(shí)也就是今天感應(yīng)加熱的理論基礎(chǔ)。

感應(yīng)加熱的原理圖如圖2-1所示：

如下圖，當(dāng)感應(yīng)線圈上通以交變的電流i時(shí)，線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相同頻率的交變磁通Φ，交變磁通Φ又會(huì)在金屬工件中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e。根據(jù)MAXWELL電磁方程式，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：

由此可見，感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。感?yīng)線圈與被加熱金屬并不直接接觸，能量是通過電磁感應(yīng)傳遞的。另外需要指出的是，感應(yīng)加熱的原理與一般電氣設(shè)備中產(chǎn)生渦流以及渦流引起發(fā)熱的原理是相同的，不同的是在一般電氣設(shè)備中渦流是有害的，而感應(yīng)加熱卻是利用渦流進(jìn)行加熱的。

這樣，感應(yīng)電勢(shì)在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)i，使工件加熱。其焦耳熱為：

(2-5)

式中，Q：電流通過電阻產(chǎn)生的熱量(J)；

I：電流有效值(A)；

R：工件的等效電阻(W)；

t：工件通電的時(shí)間(S)。

由式(2-4)可以看出，感應(yīng)電勢(shì)和發(fā)熱功率與頻率高低和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。感應(yīng)線圈中流過的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大，因此提高感應(yīng)線圈中的電流可以使工件中產(chǎn)生的渦流加大；同樣提高工作頻率也會(huì)使工件中的感應(yīng)電流加大，從而增加發(fā)熱效果，使工件升溫更快。另外，渦流的大小與金屬的截面大小、截面形狀、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率以及透入深度有關(guān)[6]。

因此，逆變高頻感應(yīng)加熱電源的研制具有很大的實(shí)用價(jià)值。