感应加热设备的工作原理

   感应电流流过导体时，沿导体截面分布，并在导体表面形成强大的涡流，涡流在导体中的分布规律是，导体表面的涡流最大，越深入 导体内部涡流越小。这种现象称之为集肤效应，或趋表效应。金属表面的热处理正是利用这种原理，使被加热工件的表面达到金属组织改变，实现淬火的目的，而工件的内部保持原有组织不变，即外面有很强的硬度里面还保持原有的柔性。
    集肤效应：一个放置在外磁场中的圆柱形工件，靠近中心部分的圆环（即涡流回路），其环内包围的磁通少，故自感电势小，涡流也就小。靠近导体表面的圆环，其内部包围的磁通多，故自感电势大，涡流也就大。从能量转换的观点也容易理解产生集肤效应的原因，由于导体内部电阻率ｐ≠０，所以有能量损耗，即有电磁能转变成热能，因此当电磁波进入导体内部时，随着至中心的距离的增大，引起由导体表面到中心电磁能量的逐渐减小。当有高频电流流过感应器（线圈）时，在圆柱金属工件内要产生涡流，此涡流沿横截面由表面至中心按指数规律衰减。工程上规定，当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流强度的０．３６８时，该处到表面的距离８称为电流透人深度。这样规定是由于分布在工件表面的涡流，并不能全部用于使工件表面加热，而是有一部分热量被传到工件内层的芯部损耗了，还有一部分热量向工件周围热辐射损失掉了，由于涡流所产生的热量与涡流的平方成正比，因此由表面至心部，热量下降速率要比涡流下降速率快得多，按上述规定计算可认为（８５—９０）％的热量发生在厚度为８的薄层内。钢的相对磁导率，随着温度的增加将急剧下降，常温下一般为１００（在非常强磁场状态下约为１６），过居里点温度以后将下降为１左右。所以，钢在加热的初期其透人深度很浅，温度升高后其透人深度要增加很多。当材料的电阻率ｐ、相对磁导率ｕ给定后，透人深度８仅与频率ｆ的平方根成反比，因此８可由频率ｆ来控制。当ｐ、ｆ给出后，６与ｕ的平方根成反比，所以磁性材料（ｕ值大）的艿值比非磁性材料（ｕ＝１）的值要小得多，故磁性材料的屏蔽效果要比非磁性材料要好得多。如果用铜或钢作为高频电流的载流导体，由于高频电流有一定的透入深度，即电流集中在导体表面，因此有效载流截面积小于导体截面积，亦即高频时的电阻大于直流或低频时的电阻。为了减少载流导体的损耗，必须尽可能减小高频电阻，由于铜的电阻系数比钢要小，故常用铜质材料作为高频载流体。又由于高频电流趋表，导体中心部分无电流流过，所以常以空心铜管（圆形截面或方形截面）作为高频载流体。在大功率振荡器中，空心铜管还可以通水冷却，以降低铜管的温升。
     高频电流在载流导体中的分布特性与邻近效应如果载流导体是单根导体，或者两根相距很远的导体，则每根导体被对称的磁场所包围，此时导体的电流集中分布在表面的一个不太深的区域里，这也是高频电流的集肤效应。邻近效应：如果两根载流导体靠得很近，当两根导体中的电流方向相反时，磁场则密集在两根导体之间的区域，电流密集在两根导体相邻的内表面；当两根导体中的电流方向一致时，磁场则密集在两根导体的外侧区域，于是磁场能量在导体的外侧面按指数规律衰减，所以电流密集在外侧面。这种现象我们称之为邻近效应。频率越高，两导体靠得越近，邻近效应越显著。根据高频电流的邻近效应，可以选择适当的感应器形状，利用反向电流互相邻近作用，实现对淬火工件的局部表面的集中加热；利用同向电流互相背离的作用，实现对内孔等表面的集中加热。在环状感应器中加热时，由于内置工件位置的偏移，或者圆环状感应器圆度不够理想，致使工件局部区域的邻近效应（感应器中的电流和工件表面产生的感应电流——涡流的方向总是相反的，也产生邻近效应）特别显著，电流过分集中，致使该处温度较其它处温度为高。为了避免这种现象，生产中采用工件旋转加热的方法来防止。环状效应：高频电流沿圆环状导体流过时，磁力线密度最大的地方是圆环的内表面，电流集中于导体的内侧这种表面效应称为环状效应。环状效应对圆柱体外表面进行感应加热时，起着有利的作用，而对内孔进行感应加热时，环状效应是不利的。加热圆柱零件的外表面和圆孔零件内表面时，两者的加热效率相差甚大。在加热圆柱零件外表面时，工件加热剧烈，升温很快，加热区较宽。而加热圆孔内表面时，加热缓和，升温很慢，且加热区较窄。虽然两种情况的间隙均一样，由于圆环效应的作用，高频电流集中于感应器的内侧，在内孔表面加热时，其真正的间隙远大于ｄ，因此内孔表面的涡流强度将远小于圆柱表面的涡流强度，至使圆孔内表面加热较为缓和。如何提高内孔加热的效率呢？需要利用导磁体的槽口效应。导磁体的槽口效应：一根矩形截面的铜导体，将其放在导磁体的槽口之中，当高频电流通过导体时，电流将只在导磁体开口处的导体表面层流过，这一现象称为导磁体的槽口效应。导磁体具有很高的磁导率，磁阻很小，通电导体产生的磁力线，将集中穿过槽口底部的导磁体，显然在槽口底部的导体交链了最多的磁通，产生了最大的自感电动势，同理在槽口开口处的导体产生了最小的自感电动势，于是高频电流被迫在这里流过。利用导磁体的槽口效应，我们可以将高频电流驱逐到圆环感应器的外表面，这样可以提高内孔表面的加热效率