电磁感应加热是如何工作的?

电磁感应加热,简称感应加热,是一种加热导体材料如金属材料的方法。主要用于金属的热加工、热处理、焊接和熔炼。

顾名思义,感应加热是利用电磁感应使材料受内部电流加热,依靠这些涡流的能量来达到加热的目的。感应加热系统的基本组成部分包括感应线圈、交流电源和工件。根据加热对象的不同,可将线圈制成不同形状。线圈与电源连接,电源为线圈提供交流电。流过线圈的交流电在工件上产生交变磁场,使工件产生涡流加热。

感应加热原理

感应加热是用来加热导电材料的。热能通过电磁感应转移到感应炉中的材料上(称为电荷)。放置在变化磁场中的导电材料会产生涡流。这些涡流将导致焦耳加热(I^2)。R加热)在材料中。对于磁性材料,如钢铁,也有滞后加热,直到炉料达到居里温度(约750℃),此时材料失去其磁性。

感应加热原理

感应炉的结构

感应加热炉的结构

电磁线圈传递电磁能量。它承载着大电流,需要从其自身的I ^ 2.R损耗和炉内产生的热量进行冷却。它通常是空心铜管,内部循环有去离子水。

电源线圈围绕着带有电荷的陶瓷坩埚。它由耐火衬里和冷却水套隔开。坩埚和衬里必须是非导电的,并且能够承受高充电温度 - 钢的温度高达1500摄氏度。

线圈的外侧衬有由叠层磁铁制成的磁轭。这为磁通量提供了低损耗的低磁阻返回路径。对于更高频率的炉子,该衬里可以是具有较低滞后的材料,例如软铁氧体。

感应加热炉的好处

•熔体效率高 - 通常为70%至85%

•良好的电荷混合 - 涡流有助于循环电荷以均匀散热并混合电荷组分。

•清洁过程 - 热量通过电磁波传递给电荷。因此没有接触火焰和产品污染。

•炉子启动快,加热快。

感应线圈通电

线圈与电容器串联或并联放置以形成谐振电路。驱动电路用于替换每个周期中的能量损失并保持振荡。谐振频率将决定磁场的频率。频率越高,涡流越大。然而,频率越高,由于趋肤效应,涡流将越少穿透电荷。因此,最佳工作频率是这两种效应之间的折衷。较小的熔炉,例如贵金属或半导体熔炼,可以在3kHz或更高的频率下运行。用于钢铁生产的较大炉子在300Hz或更低的温度下运行。

并联和串联谐振电路和驱动器

对于并联储能电路,如图(并联和串联谐振电路和驱动器a)所示,驱动器电源受到整个储能电压的影响。它在每个周期的正确时间向脉冲电路提供突发电流以保持振荡。因此,它被称为当前驱动器。

对于串联储能电路,如图3(并联和串联谐振电路和驱动器b)所示,驱动器电源受到储能电路中循环的全电流的影响。它为振荡电路提供正确的定时脉冲,以保持振荡,因此被称为电压驱动器。

通常,储能电路的Q因数约为10.这意味着在每个循环中,由于电荷吸收的能量加上其他损耗,循环电流衰减10%。这需要由电源驱动电路构成。根据它是串联谐振电路还是并联谐振电路,有两种类型的驱动器在使用。

电流驱动电路

带并联电路的电流驱动器

上图(带并联电路的电流驱动器)更详细地显示了电流驱动器。它使用可控硅整流器,然后是SCR控制的逆变桥。储能电路中的循环电流由整流器SCR的触发角控制。一对径向相对的逆变器SCR被点火以在一个方向上将电流注入到储能电路中,而另一对在相反的方向上注入电流。控制定时以维持振荡。通过控制逆变器SCR的触发角度,可以实现对罐频率的小程度控制。

电压驱动电路

带串联电路的电压驱动电路

参见图(带串联电路的电压驱动电路)。一个简单的三相二极管整流器通过电解电容器滤波,以产生固定的直流电压。通过由4个IGBT组成的单相逆变器桥将该电压与储能电容器电压相加或相减。逆变器开关可以强制换向,这意味着我们可以完全控制储能电流和振荡频率。

逆变器开关要阻止的最大电压是直流母线电压,因此所需的额定电压很低。然而,逆变桥正在承载满槽电流,因此所需的开关电流很高。

电路比较

通常,图(带串联电路的电压驱动电路)中的电路(电压驱动器)最近是优选的。它具有以下优于图(带并联电路的电流驱动器)的驱动器电路的优点:

•熔体的可控性更高

•更高效

•减少输入电源的缺口和变形

•更好的主电源系数。

•所示电路均用于更高功率的感应炉。这些可以通过使用单相输入电源按比例缩小(例如)贵金属精炼。

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