Теория электромагнитной индукции является зрелой, индукционный нагрев широко используется методом нагрева, особенно при термической обработке поверхности, имеет преимущества простого процесса, небольшой деформации, высокой эффективности, энергосбережения и защиты окружающей среды, легко реализовать автоматизацию процесса , отличные характеристики закалочного слоя и т. д. С непрерывным развитием промышленных технологий индукционный нагрев также становится все более и более блестящим.
Оборудование для индукционного нагрева можно разделить на промышленную частоту, промежуточную частоту, сверхзвуковую частоту и высокую частоту в зависимости от частоты сети, которая имеет свой собственный частотный диапазон и плотность мощности нагрева.
Индукционный нагрев в основном основан на трех основных принципах: электромагнитная индукция, «скин-эффект» и теплопроводность.
При прохождении переменного тока по проводнику в проводнике будет создаваться наведенная электродвижущая сила под действием образующегося переменного магнитного поля. Чем ближе он к центру, тем больше наведенная ЭДС, ток проводника стремится к поверхностному слою, а сила тока экспоненциально убывает от поверхности к центру, как показано на рис. 1. Это явление так называемый скин-эффект переменного тока.
За счет действия силовой электродвижущей силы и самоиндуцированной электродвижущей силы максимальная напряженность магнитного поля системы сонаправленного тока создается на внешней поверхности проводника, а максимальная напряженность магнитного поля системы обратного тока создается на внутренней поверхности проводника, что является эффектом близости.
Эффект близости можно использовать для выбора соответствующей формы датчика на поверхности обрабатываемой детали центрального отопления таким образом, чтобы концентрация тока в ширине датчика примерно равнялась площади.
Чем меньше расстояние между проводниками, тем сильнее эффект близости.
Явление, когда ток через индукционную катушку концентрируется на внутренней поверхности, называется кольцевым эффектом. Кольцевой эффект возникает в результате увеличения электродвижущей силы самоиндукции внешней поверхности за счет действия магнитного поля переменного тока индукционной катушки.
При нагреве внешней поверхности кольцевой эффект благоприятен, но при нагреве плоскости и внутреннего отверстия он значительно снизит электрический КПД индуктора. Чтобы повысить эффективность датчиков плоскости и внутреннего отверстия, часто настраивают магнитные направляющие для изменения распределения напряженности магнитного поля, направляя ток к поверхности, где деталь должна быть нагрета. Магнитопроводящее тело имеет функцию передачи тока на противоположную сторону.
Поверхностный эффект, эффект близости и кольцевой эффект усиливаются с увеличением частоты переменного тока. Кроме того, эффект близости и кольцевой эффект усиливаются с увеличением поперечного сечения проводника, уменьшением расстояния между двумя проводниками и уменьшением радиуса кольца.
Из уравнения распределения напряженности магнитного поля можно получить уравнение.
Основные уравнения распределения напряженности магнитного поля показывают, что интенсивность вихревых токов экспоненциально зависит от расстояния до поверхности. Вихрь сильно сконцентрирован в поверхностном слое и быстро уменьшается с увеличением расстояния. В инженерных приложениях указывается, что Ix падает до 1/e (e=2.718) поверхности как глубина проникновения тока, выраженная как. Если единица измерения Ω rho, см, используется под типом для дельты (мм)
Поскольку тепло, выделяемое вихрем, пропорционально квадрату вихря (Q=0.24I0 Rt), тепло от поверхности к центру падает быстрее, чем вихрь. Расчеты показывают, что 86.5 % тепла приходится на дельта-ламели, в то время как вне дельта-ламелей вихри не возникают. Вышеуказанные положения применялись с достаточной точностью.
Удельное сопротивление стального материала rho увеличивается вместе с повышением температуры в процессе нагрева (в пределах 800-900 ℃, основное удельное сопротивление различных сталей одинаковое, около 10 е – 4 (Ом, см); проницаемость в основном не изменяется ниже точки размагничивания (ее значение связано с силой), но при достижении точки размагничивания внезапно падает до проницаемости вакуума = 1. Поэтому, когда температура достигает точки размагничивания, глубина проникновения вихрь будет значительно увеличиваться.Глубина проникновения вихря за пределами потери магнитного поля называется «глубиной теплового проникновения».
Изменение интенсивности вихревых токов от поверхности заготовки к глубине распределяется по характеристикам холодного состояния в момент перед включением индуктора высокочастотного тока и началом роста температуры заготовки. Когда на поверхности имеется тонкий слой, превышающий точку магнитных потерь, интенсивность вихревых токов на внутреннем стыке, прилегающем к тонкому слою, внезапно изменяется, и слой нагрева заготовки разделяется на два слоя. Интенсивность вихревых токов внешнего слоя значительно уменьшилась, а максимальная интенсивность вихревых токов была на стыке двух слоев. В результате скорость нагрева высокотемпературной поверхности быстро снижается, температура спая ускоряется и быстро перемещается внутрь.
Этот метод электрического нагрева, основанный на постоянном проникновении вихревых токов внутрь помещения, уникален для индукционного нагрева. В условиях быстрого нагрева поверхность не будет перегреваться даже при приложении к детали большой мощности.
Когда толщина высокотемпературного слоя, теряющего магнетизм, превышает глубину проникновения горячего вихревого тока, глубина слоя нагрева увеличивается в основном за счет теплопроводности, а процесс нагрева и характеристики распределения температуры по сечению в основном одинаковы. как у внешнего источника тепла, поэтому эффективность нагрева намного ниже.
При нагреве поверхностей на определенную глубину следует искать вихретоковый «проницаемый нагрев». Для этого необходимо правильно выбрать частоту тока, а выбранная скорость нагрева должна обеспечивать достижение заданной глубины нагрева в кратчайшие сроки.
