中頻爐的磁場作用

      中頻爐是電磁感應(yīng)加熱設(shè)備，有中頻電源和感應(yīng)線圈在線圈周圍產(chǎn)生磁場，這些磁場在金屬表面加熱效率有高有低，起著不同的加熱效果。其中有四款磁場效應(yīng)在中頻爐加熱中起著決定性作用，這就是電磁的趨膚效應(yīng)、圓環(huán)效應(yīng)、端部效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。下面，海山電爐小編就聊聊這個中頻爐的磁場作用。

       一、中頻爐磁場的趨膚效應(yīng)

       1、中頻爐線圈導(dǎo)體中的交變電流和金屬坯料內(nèi)的渦流在其橫截面上的電流密度不均勻分布，最大電流密度出現(xiàn)在該橫截面的表層，并以指數(shù)函數(shù)規(guī)律向心部衰減，這種現(xiàn)象稱之為趨膚效應(yīng)。

                                         圖電流密度沿表層分布

         2、中頻爐磁場趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的原因：當(dāng)金屬坯料兩端施以交流電壓U時(shí)，則在金屬坯料中建立起交變電場。由于電磁感應(yīng)，坯料中電流所形成的交變磁場又產(chǎn)生一個方向相反的感應(yīng)電勢e。由于坯料心部穿透的磁通比表面多，心部的感應(yīng)電動勢e1大于表面的感應(yīng)電動勢e2，即U-e1＜U-e2，故表面電流密度i2＞心部電流密度i1。

電流密度分布可由下列公式表達(dá)：

其中：I——離表面距離為X處的電流密度有效值

IO——表面處的電流密度有效值

Δ——電流透入深度

由于功率與電流是平方的關(guān)系，故：

可以看到約有63.2%的電流在厚度為Δ的表面層內(nèi)流動，86.5%的感應(yīng)功率在Δ的表面層內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能。

        3、可將電流透入深度Δ內(nèi)的電流視為直流，這就大大地簡化了感應(yīng)加熱的計(jì)算。經(jīng)電磁理論推導(dǎo)，可求出：

其中：ρ——金屬坯料的平均電阻率（Ωm）

μr ——金屬坯料的相對磁導(dǎo)率

f   ——   電流的頻率（Hz）

       二、中頻爐磁場的鄰近效應(yīng)

       1、中頻爐通以交流電流的相鄰兩金屬導(dǎo)體的電流密度要重新分布。當(dāng)兩導(dǎo)體的電流方向相反時(shí)，最大值出現(xiàn)在導(dǎo)體內(nèi)側(cè)，反之，最大值出現(xiàn)在導(dǎo)體外側(cè)。這種現(xiàn)象稱為中頻爐鄰近效應(yīng)。

      2、中頻爐?磁場的鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的原因：設(shè)在任何瞬間，兩平行導(dǎo)體中的電流方向相反（圖1-5a），在導(dǎo)體之間由兩電流所建立的磁場方向相同，兩導(dǎo)體間的總磁場增大，而兩導(dǎo)體外側(cè)的磁場減弱。位于導(dǎo)體外側(cè)的電流“線”比內(nèi)側(cè)電流“線”交鏈較多的磁通，因而沿外側(cè)的電流線比內(nèi)側(cè)感應(yīng)的反電勢大，外側(cè)的電源電勢與反電勢之和較內(nèi)側(cè)低，因此，導(dǎo)體外側(cè)電流密度較內(nèi)側(cè)小。反之，如兩平行導(dǎo)體的電流在任何瞬間方向相同導(dǎo)體外側(cè)電流密度較內(nèi)側(cè)大。

        三、中頻爐?磁場的圓環(huán)效應(yīng)

        1、當(dāng)交變電流通過圓環(huán)形中頻爐線圈時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象即是圓環(huán)效應(yīng)。

        2、中頻爐產(chǎn)生的磁力線在環(huán)內(nèi)較密集，環(huán)外分散，因此，外側(cè)電流線較內(nèi)側(cè)穿透較多的磁通，反電勢大，所以，外側(cè)的總電勢和電流密度較內(nèi)側(cè)小。

       3、圓環(huán)效應(yīng)對圓柱體坯料外表面加熱時(shí)起有利作用。這也是為什么坯料在螺線管感應(yīng)器內(nèi)加熱不必加導(dǎo)磁體的原因。而對于內(nèi)孔加熱或平面加熱時(shí)，圓環(huán)效應(yīng)對加熱是不利的，這時(shí)可利用導(dǎo)磁體改變磁力線狀態(tài)，把電流由內(nèi)側(cè)驅(qū)趕到外側(cè)。

       四、中頻爐磁場的端部效應(yīng)

       1、中頻爐磁場的端部效應(yīng)分為坯料的端部效應(yīng)和感應(yīng)線圈的端部效應(yīng)。

       趨膚效應(yīng)描述了金屬坯料橫截面上的磁場分布，而端部效應(yīng)卻顯示了坯料和感應(yīng)線圈端部的磁場分布。它將影響沿坯料軸向的功率分布及坯料加熱溫度的分布情況。

       2、對于縱向磁場中的非磁性坯料，坯料的端部效應(yīng)使坯料端部吸收的功率增加，對于磁性坯料，端部效應(yīng)使其吸收的功率增加還是降低，取決于坯料的半徑、材料特性、頻率和磁場強(qiáng)度。

        中頻爐的感應(yīng)加熱是上述四種效應(yīng)的綜合應(yīng)用，中頻爐感應(yīng)器線圈系統(tǒng)的作用表現(xiàn)為圓環(huán)效應(yīng)，坯料系統(tǒng)表現(xiàn)為趨膚效應(yīng)，兩者之間是鄰近效應(yīng)和端部效應(yīng)。

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