感應加熱器的工作原理和工作原理

感應加熱器的工作原理在於通過在其中感應出的閉合渦流來加熱導電金屬工件。

渦流是當實心線被交變磁場穿透時，由於電磁感應現象而在實心線中產生的電流。能量被用來產生這些電流，這些電流被轉化為熱量並加熱電線。

為了減少這些損耗並消除發熱，使用分層導線代替實心導線，其中各層由絕緣層隔開。這種隔離防止了大的封閉渦流的發生，並減少了維持它們的能量損失。正是由於這些原因，變壓器鐵芯、發電機電樞等都由薄鋼板製成，並通過一層層清漆相互絕緣。

感應加熱器中的電感器是一種交流線圈，旨在產生高頻交變電磁場。

交變高頻磁場又作用於導電材料，在其中產生高密度閉合電流，從而加熱工件直至其熔化。這種現象早已為人所知，並且自邁克爾法拉第時代以來就得到了解釋，他描述了 電磁感應現象 回到1931年

隨時間變化的磁場在導體中感應出交變電動勢，該電動勢與其力線相交。這樣的電線通常可以是變壓器繞組、變壓器鐵芯或一些金屬的實心片。

如果在線圈中感應出電動勢，則產生變壓器或接收器，如果直接在磁路或短路中，則產生磁路或線圈的感應加熱。

例如，在設計不良的變壓器中， 通過傅科電流加熱核心 顯然是有害的，但在感應加熱器中，這種現像很有用。

從負載的性質來看，內部加熱導電部分的感應加熱器就像一個短路了一匝次級繞組的變壓器。由於工件內部的電阻非常小，即使是很小的感應渦電場也足以產生高密度電流，從而產生熱效應（參見圖 1）。 焦耳-楞次定律) 會非常有表現力和實用性。

1900年瑞典出現了第一台這種類型的槽鋼爐，它通入頻率為50-60赫茲的電流，用來熔化槽鋼，金屬被送入以短鏈旋轉方式排列的坩堝中變壓器的次級繞組。效率問題當然存在，因為效率低於 50%。

今天，感應加熱器是一種無線變壓器，由一圈或多圈相對較厚的銅管組成，主動冷卻系統的冷卻劑通過泵泵送通過該銅管。根據被處理樣品的參數，將頻率為幾千赫茲到幾兆赫茲的交流電施加到管的導電體，如電感器。

事實上，在高頻下，渦流從被渦流本身加熱的樣品中移開，因為該渦流的磁場將產生的電流移向表面。

這表現為 皮膚效應，當最大電流密度是工件表面落在薄層上的結果，頻率越高，被加熱材料的電阻越低，殼層越薄。

例如，對於銅，在 2 MHz 時，皮膚只有四分之一毫米！這意味著銅坯的內層不是通過渦流直接加熱，而是通過其薄外層的熱傳導加熱。然而，該技術的效率足以快速加熱或熔化幾乎任何導電材料。

正在建造現代感應加熱器 基於振盪電路 （線圈電感器和電容器）由包含的諧振逆變器供電 IGBT 或 MOSFET — 晶體管允許實現高達 300 kHz 的工作頻率。

對於更高的頻率，使用真空管，可以達到 50 MHz 或更高的頻率，例如，對於熔化珠寶，需要相當高的頻率，因為零件的尺寸非常小。

為了提高工作電路的品質因數，他們採用以下兩種方法之一：增加頻率或通過在其結構中添加鐵磁插入件來增加電路的電感。

工業上也使用高頻電場進行介電加熱。與感應加熱的區別在於使用的電流頻率（感應加熱高達 500 kHz，電介質超過 1000 kHz）。在這種情況下，重要的是要加熱的物質不能很好地導電，即。是電介質。

該方法的優點是直接在物質內部產生熱量。在這種情況下，導電性差的物質會從內部迅速升溫。有關更多詳細信息，請參見此處： 高頻介電加熱方法的基本物理基礎