自工業(yè)上開始應用感應加熱能源以來，已過去近80年了。感應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、機械加工等部門及鑄、鍛和船舶、飛機、汽車制造業(yè)等不可或缺的技術(shù)。電磁感應加熱的實質(zhì)是由磁感應電流產(chǎn)生熱能的電加熱方式，它是依靠感應器通過電磁感應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?，達到加熱金屬的目的。電磁感應加熱具有電效率高、加熱速度快、設(shè)備簡單等優(yōu)點，使得這項技術(shù)發(fā)展相當快，已經(jīng)在很多行業(yè)得到應用。
一、電磁感應加熱基本工作原理
感應加熱是利用電磁感應的原理將電能轉(zhuǎn)變成熱能，感應加熱的基本原理可以用電磁感應定理和焦耳－愣次定理來描述。如圖1-3所示。



在一個金屬導體外邊套上一個匝數(shù)為N1的線圈，當交變電流I1通過感應圈時，感應圈內(nèi)就會產(chǎn)生交變磁通φ。根據(jù)電磁感應定理，當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)生感應電動勢e。而金屬工件可視為一短路導體，于是在感應電勢的作用下，金屬內(nèi)會有電流產(chǎn)生，此電流稱為感應電流或渦流，金屬圓柱中的感應電流的分布如圖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、電磁感應的三個效應
1、集膚效應和透入深度眾所周知，直流電源流經(jīng)導體時，電流在導體截面上是均勻分布的，但交流電流則不然。當交流電流流經(jīng)導體時，電流沿導體截面上的分布是不均勻的，的電流密度出現(xiàn)在導體的表面層。這種電流聚集于表面的現(xiàn)象稱為集膚效應。其原因是由于與導體表面交鏈的磁力線比與導體內(nèi)部所交鏈的磁力線要少，因此導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體的表面形成集膚效應，而且電流頻率越高，集膚效應越明顯。
當導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。由于電流在導體中所產(chǎn)生的焦耳熱與電流的平方成正比，當電流密度衰減至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)生的焦耳熱為導體中總功率的0.865，這對于工程應用來講，已經(jīng)能夠滿足要求。電流透入深度△可按照下式計算。
2、鄰近效應相鄰兩導體通以交流電流時，在相互影響下導體中的電流要重新分布。當兩電流方向相反時，電流聚于導體內(nèi)側(cè)；方向相同時，電流被排斥于導體外側(cè)，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應。如圖1-5所示。因為兩電流方向相反時，導體間兩電流所建立的磁場方向相同，總磁場增大，而



 
兩導體外側(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，而兩導體外側(cè)的磁場卻增大。
三、圓環(huán)效應如果交流電流通過圓環(huán)形螺管線圈時，電流密度出現(xiàn)在線圈導體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象稱為圓環(huán)效應。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。因此在導體外側(cè)交鏈的磁通比在導體內(nèi)側(cè)交鏈的磁通要多，這樣導體外側(cè)的電感和阻抗較內(nèi)側(cè)大，電流向內(nèi)側(cè)集中。
 

 
 
感應加熱時上述幾種效應的綜合利用。將工件放在適當形狀的感應器里面，并對感應加熱設(shè)備施以交流電壓，根據(jù)電磁感應原理，在感應器中就會產(chǎn)生交變磁場。圓環(huán)效應在感應器本身得以體現(xiàn)，感應器與工件間為鄰近效應，而工件本身表現(xiàn)為集膚效應，即感應所產(chǎn)生的渦流會大部分集中在工件的表面。
三、電磁感應加熱的主要特點
隨著感應加熱理論和感應加熱裝置的發(fā)展，感應加熱的應用領(lǐng)域隨之擴大，其應用范圍越來越廣，其原因主要是因為感應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)能對形狀復雜的零件進行加熱。（正航儀器整理）http://www.huacao1996.com