自工業(yè)上開始應(yīng)用感應(yīng)加熱能源以來，已過去近80年了。感應(yīng)加熱可用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等過程，已成為冶金、國防、機(jī)械加工等部門及鑄、鍛和船舶、飛機(jī)、汽車制造業(yè)等不可或缺的技術(shù)。電磁感應(yīng)加熱的實質(zhì)是由磁感應(yīng)電流產(chǎn)生熱能的電加熱方式，它是依靠感應(yīng)器通過電磁感應(yīng)把電能傳遞給被加熱的金屬，電能再在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，達(dá)到加熱金屬的目的。電磁感應(yīng)加熱具有電效率高、加熱速度快、設(shè)備簡單等優(yōu)點，使得這項技術(shù)發(fā)展相當(dāng)快，已經(jīng)在很多行業(yè)得到應(yīng)用。
一、電磁感應(yīng)加熱基本工作原理
感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的原理將電能轉(zhuǎn)變成熱能，感應(yīng)加熱的基本原理可以用電磁感應(yīng)定理和焦耳－愣次定理來描述。如圖1-3所示。



在一個金屬導(dǎo)體外邊套上一個匝數(shù)為N1的線圈，當(dāng)交變電流I1通過感應(yīng)圈時，感應(yīng)圈內(nèi)就會產(chǎn)生交變磁通φ。根據(jù)電磁感應(yīng)定理，當(dāng)穿過任何一閉合回路所限制的面的磁通量隨時間發(fā)生變化時，在回路上就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。而金屬工件可視為一短路導(dǎo)體，于是在感應(yīng)電勢的作用下，金屬內(nèi)會有電流產(chǎn)生，此電流稱為感應(yīng)電流或渦流，金屬圓柱中的感應(yīng)電流的分布如圖1-4所示。任何金屬都有一定的電阻，根據(jù)焦耳－愣次定理，渦流在具有一定電流。



 
 
二、電磁感應(yīng)的三個效應(yīng)
1、集膚效應(yīng)和透入深度眾所周知，直流電源流經(jīng)導(dǎo)體時，電流在導(dǎo)體截面上是均勻分布的，但交流電流則不然。當(dāng)交流電流流經(jīng)導(dǎo)體時，電流沿導(dǎo)體截面上的分布是不均勻的，的電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體的表面層。這種電流聚集于表面的現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。其原因是由于與導(dǎo)體表面交鏈的磁力線比與導(dǎo)體內(nèi)部所交鏈的磁力線要少，因此導(dǎo)體表面的電感和阻抗小于內(nèi)部的電感和阻抗，而電流總是沿著阻抗最小的路徑流動，所以電流會聚集到導(dǎo)體的表面形成集膚效應(yīng)，而且電流頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯。
當(dāng)導(dǎo)體放在交變磁場中時，產(chǎn)生的渦流也是交變的，它沿著截面的分布也是聚集在表面一層，其電流密度由表面至中心近似的按指數(shù)函數(shù)迅速下降。假設(shè)在距離表面△處，電流密度已衰減至0.368(即1/e)，即認(rèn)為電流只是在深度為△的薄層中以均勻的電流通過，其余部分無電流流過，稱△為電流透入深度。由于電流在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的焦耳熱與電流的平方成正比，當(dāng)電流密度衰減至1/e時，其功率已衰減至1/e2=0.135。也就是說，在電流透入深度△中所產(chǎn)生的焦耳熱為導(dǎo)體中總功率的0.865，這對于工程應(yīng)用來講，已經(jīng)能夠滿足要求。電流透入深度△可按照下式計算。
2、鄰近效應(yīng)相鄰兩導(dǎo)體通以交流電流時，在相互影響下導(dǎo)體中的電流要重新分布。當(dāng)兩電流方向相反時，電流聚于導(dǎo)體內(nèi)側(cè)；方向相同時，電流被排斥于導(dǎo)體外側(cè)，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應(yīng)。如圖1-5所示。因為兩電流方向相反時，導(dǎo)體間兩電流所建立的磁場方向相同，總磁場增大，而



 
兩導(dǎo)體外側(cè)的磁場卻相互消弱；同理，兩電流方向相同時，總磁場相互消弱，而兩導(dǎo)體外側(cè)的磁場卻增大。
三、圓環(huán)效應(yīng)如果交流電流通過圓環(huán)形螺管線圈時，電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象稱為圓環(huán)效應(yīng)。如圖1-6所示。這是因為通常磁力線在環(huán)內(nèi)集中，在環(huán)的外側(cè)較為分散。因此在導(dǎo)體外側(cè)交鏈的磁通比在導(dǎo)體內(nèi)側(cè)交鏈的磁通要多，這樣導(dǎo)體外側(cè)的電感和阻抗較內(nèi)側(cè)大，電流向內(nèi)側(cè)集中。
 

 
 
感應(yīng)加熱時上述幾種效應(yīng)的綜合利用。將工件放在適當(dāng)形狀的感應(yīng)器里面，并對感應(yīng)加熱設(shè)備施以交流電壓，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在感應(yīng)器中就會產(chǎn)生交變磁場。圓環(huán)效應(yīng)在感應(yīng)器本身得以體現(xiàn)，感應(yīng)器與工件間為鄰近效應(yīng)，而工件本身表現(xiàn)為集膚效應(yīng)，即感應(yīng)所產(chǎn)生的渦流會大部分集中在工件的表面。
三、電磁感應(yīng)加熱的主要特點
隨著感應(yīng)加熱理論和感應(yīng)加熱裝置的發(fā)展，感應(yīng)加熱的應(yīng)用領(lǐng)域隨之?dāng)U大，其應(yīng)用范圍越來越廣，其原因主要是因為感應(yīng)加熱具有如下一些特點：
(1)加熱溫度高，而且是非接觸式加熱；
(2)加熱效率高，節(jié)省了大量的能源；
(3)加熱速度快，減少了加熱物表面被氧化的幾率；
(4)加熱的溫度可以通過調(diào)節(jié)電參數(shù)加以控制，使產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，并節(jié)約了能源；
(5)可以進(jìn)行局部加熱，并使工件受熱均勻，優(yōu)化了產(chǎn)品質(zhì)量；
(6)容易對操作過程實行自動化控制，提高生產(chǎn)效率；
(7)作業(yè)環(huán)境好，幾乎沒有熱、噪音和灰塵；
(8)能對形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行加熱。（正航儀器整理）http://www.lmjjj.com