ООО ЭЛИСИТ
Лидер России 2015 - Продукция отмечена золотой медалью конкурса качества - Установки индукционного нагрева "TESLINE"

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи


Сущность индукционного нагрева

Дата публикации: 26.06.2014

Если по проводнику пропустить электрический ток, то вокруг него образуется магнитное поле. Интенсив­ность магнитного поля развивается под действием сле­дующих факторов:

  1. величины тока, проходящего по проводнику;
  2. числа витков;
  3. среды, в которой образуется магнитное поле.

Если через катушку проходит ток I, то будет созда­ваться магнитное поле напряженностью

Н = (0,4πIw): L эрстед,                           (1)

где L - длина средней силовой линии;
       Ι
- ток, проходящий по проводнику;  
      w - число витков катушки.

Формула (1) справедлива для равномерного поля.

Если среда вокруг или внутри проводника обладает плохой магнитной проводимостью (например, воздух), поле будет слабее; если среда является хорошим провод­ником (например, железо), то магнитное поле усилива­ется.

Если обозначить магнитный поток, создаваемый по­лем, через Ф, то индуктируемая им электродвижущая сила будет определяться уравнением

Е = - w dФ/dt ∙ 10-8 в.                                      (2)

Эффективное значение электродвижущей силы (э. д. с.) при частоте магнитного поля, равной f, и сину­соидальной форме его определяется формулой

Е = 4,44wfФ ∙ 10-8 в,                                       (3)

где Ф - магнитный поток в гс; 
       f - частота тока в гц;
       w - число витков катушки.

Если в катушку с числом витков w подать перемен­ный ток и поместить в нее стальной предмет, то он будет пересекаться магнитным потоком и в нем будет наво­диться э. д. с. Практически эту систему можно рассмат­ривать, как трансформатор, где первичными витками надо считать катушку, а вторичным-находящийся в ней стальной предмет. В этом вторичном витке под дей­ствием наведенной э. д. с. возникнут токи, и металличес­кий предмет, обтекаемый этими токами, будет нагре­ваться.

Электромагнитное поле, создаваемое витком катуш­ки при индукционном нагреве, изображено на фиг. 1.

 Электромагнитное поле индуктора

Фиг. 1. Электромагнитное поле (1), создаваемое витком индуктора (2).

Перемагничивание стали связано с потерями на ги­стерезис. Эта энергия идет на преодоление остаточного магнетизма. Потери в металле от явления гистерезиса определяются формулой

Р2= VfŋBmax1,6 ∙ 10-7 вт,                              (4)

где f - частота тока;
      Bmax - максимальное значение индукции в нагреваемом металле;
      ŋ - опытная постоянная, колеблющаяся в пределах от 0,01 до 0,05;
      V - объем заготовки.

В процентном отношении энергия гистерезисных по­терь невелика и проявляется при нагреве лишь до поте­ри магнитных свойств стали.

Изменяющийся магнитный поток, проходящий через сплошную стальную заготовку, наводит в ней электро­движущую силу, обусловливающую так называемые вихревые токи. Эти токи циркулируют в металле и на­гревают его. Количество энергии, поглощаемой нагревае­мым телом, пропорционально квадратам: частоты, маг­нитной индукции и объему заготовки, что видно из сле­дующей формулы:

Pвихр = 1/2p К2f2В2V ∙ 10-16 вт,                         (5)

где р - удельное сопротивление стали, отнесенное к 1 cм2 металла;
       f - частота тока в гц;
       В - магнитная индукция;
      V - объем заготовки в см3;
       К - коэффициент, зависящий от материала и раз­меров заготовки.

Благодаря намагничивающему действию самих вих­ревых токов, текущих по концентрическим окружностям изделия, магнитная индукция к середине цилиндра уменьшается. Максимум магнитной индукции смещает­ся к периферии.

При больших частотах распределение магнитной ин­дукции неравномерно по сечению и уменьшение ее к середине сказывается резче, чем при малых частотах.

Применение токов высокой частоты в значительной степени облегчает возможность концентрации передава­емой энергии в нагреваемый предмет. Определение «вы­сокая частота» следует рассматривать не с точки зрения ее абсолютного значения, а в связи с размерами провод­ника и нагреваемого тела, с которым в данном конкрет­ном случае связан интересующий нас ток. Так, напри­мер, если взять заготовку диаметром 20 мм, то частота машинного генератора 2500 гц должна считаться для ее нагрева низкой, а для диаметра 60 мм эта же частота будет считаться высокой.

Рассматривая нагрев заготовок индукционным спо­собом, необходимо ознакомиться с некоторыми особен­ностями, связанными с прохождением токов высокой ча­стоты по проводникам. К этим особенностям следует отнести: поверхностный эффект, явление близости и кольцевой эффект.

При прохождении переменного тока распределение его по сечению проводника, особенно при большом сече­нии, будет неодинаково. Эта неодинаковость тем больше, чем выше частота. Такое явление происходит потому, что внутри проводника возникает переменное магнитное поле, вызывающее, в свою очередь, противоэлектродвижущую силу. В результате ток не распределяется равномерно по поперечному сечению проводника, а как бы вытесняется к поверхности провод­ника и плотность тока будет разной для раз­ных точек сечения. Чем выше частота, тем меньше будет плот­ность тока в центре се­чения и тем большая часть тока будет про­текать по сравнительно тонкому поверхностному слою. Отсюда это явление носит название поверхностного или кожного эффекта (скин-эффекта). Наличием поверхно­стного эффекта определяется глубина проникновения то­ка в металл. В. П. Вологдин дает следующую таблицу расчетной глубины проникновения ϭ.

Таблица 1. Глубина проникновения тока в металл (в см) при разной частоте
 

Частота в гц

Красная медь при 15° С

Сталь 45 при
15° С

Сталь 45 при
850° С

50

2 000

10 000

300 000

 1

 0,15

 0,07

 0,012

 0,22

 0,05

 0,02

 0,005

 9,14

 1,46

 0,65

 0,12

Поверхностный эффект в значительной степени уве­личивает сопротивление проводника и вместо общепри­нятой зависимости сопротивления проводника от сече­ния

R = p  l/q   ом,

где R - общее сопротивление проводника;
       p - удельное сопротивление;
       l - длина;
       q - сечение,

сопротивление будет зависеть еще от периметра и час­тоты.

Если взять два проводника, обтекаемых током вы­сокой частоты, и расположить их один около другого, то взаимное влияние полей от токов этих проводников - «явление близости» - будет обусловливать неравномер­ное распределение плотности тока в проводниках создавая как бы в одной части проводников дополнитель­ное сопротивление. Направленность тока в проводниках играет в этом случае большую роль. На фиг. 2 указано примерное распределение плотности тока в двух рядом расположенных проводниках, при одинаковом направле­нии тока в обоих проводниках (б) и при разных напра­влениях тока в этих же проводниках (а).

 

Плотность тока в прооводниках

 Фиг. 2. Распределение плотности тока в проводниках, расположенных рядом:
а
- ток разного направления в обоих проводниках; б - ток одинакового направления в обо­их проводниках.

Если провод, обтекае­мый токами высокой ча­стоты, свернуть в кольцо или спираль, то плотность тока внутри кольца увели­чивается, что также при­водит к неравномерности распределения тока по се­чению проводника. Свер­тывание проводника в кольцо увеличивает плот­ность тока на частях провода, расположенных ближе к центру кольца.

Это явление - кольцевой эффект - представляет не меньший практический интерес, чем явление бли­зости, и поэтому его следует учитывать. В случае соле­ноидных индукторов для нагрева цилиндрических тел наличие кольцевого эффекта явно видно на фиг. 1.

Источник: "Практика индукционного нагрева в кузнечном производстве" Беляев Н.В. 

Назад

Поиск

RSS ЭЛИСИТ 

Последние новости

23.05.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Лучшая компания России
Компания "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ" награждена почетной медалью «Национальный знак качества. Выбор России» в рейтинге "ЛУЧШАЯ КОМПАНИЯ РОССИИ — 2016" ...
Подробнее...

09.01.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Модернизированная китайская установка
Инженерами ТЕСЛАЙН выполнен ремонт и модернизация установки индукционного нагрева мощностью 60кВт в двухблочном исполнении производства КНР (Китай)
Подробнее...

20.07.2016
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Услуга закалки ТВЧ
Услуги закалки ТВЧ деталей в новом цехе на производственной площадке ООО "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ", г.Томск. Выполнение срочных заказов.
Подробнее...

Фотостена

Индукционный нагрев, установки ТВЧ индукционного нагрева, печи ТВЧ, индукционный нагреватель

Индукционная пайка ТВЧ установка

ТВЧ закалка трубы индуктор