感应加热基础理论.ppt
感应加热设备概述PPT(共 67张)
§14.1 感应加热概述
涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）
Ix I0exp(2c
f
x)
I0－表面涡流强度 c－光速 ρ－工件材料的电阻率 μ－工件材料的导磁率 x－距工件表面的距离 f－交流电频率
§14.1 感应加热概述
当f 很高时，电流大部分集中在导体表面，心部已 无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发 热显著增加。
热处理原理、工艺及设备
PRINCIPLES, TECHNOLOGY AND EQUIPMENTS FOR HEAT TREATMENT
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得到了 广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短 生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目 前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应 用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机 械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。
§14.1 感应加热概述
在感应器的导电管 之间，如多匝感应 器的匝与匝之间存 在邻近效应，感应 器与加热工件之间 也存在邻近效应， 在感应器的设计中 ，巧妙利用邻近效 应可提高感应器的 效率。
§14.1 感应加热概述
3、圆环效应 定义：当高频电流流过环形导体时，电流在导体
横截面上的分布将发生变化，此时电流仅仅集中 在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。 圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应 也越明显； 电流的频率越大，圆环效应也越显著。 圆环效应有利于感应器对外圆柱 零件的表面感应加热，但不利于 对工件内孔进行加热。
§14.1 感应加热概述
感应加热原理及应用
感应加热原理及应用1.电磁感应原理1831年，英国物理学家faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的理论解释。
其内容为，当电路围绕的区域内存在交变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。
利用高频电压或电流来加热通常有两种方法：（1）电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热）（2）感应加热：利用高频电流（比如密封包装）2．电介质加热（dielectric heating）电介质加热通常用来加热不导电材料，比如木材。
同时微波炉也是利用这个原理。
原理如图1：图1 电介质加热示意图当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。
需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。
3．感应加热（induction heating）感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。
如图2：图2 感应加热示意图皕赫国际贸易(上海)有限公司TEL: +86 (0)21 60896520皕赫国际贸易(上海)有限公司TEL: +86 (0)21 60896520基本电磁定律：法拉第定律：d e N dt φ=安培定律：Hdl NI ⎰= 其中：BdS φ=⎰，0r B u u H =如果采用MKS 制，e 的单位为V ，Ø的单位为Wb ，H 的单位为A/m ，B 的单位为T 。
以上定律基本阐述了电磁感应的基本性质，集肤效应：当交流的电流流过导体的时候，会在导体中产生感应电流（如图3），从而导致电流向导体表面扩散。
也就是导体表面的电流密度会大于中心的电流密度。
这也就无形中减少了导体的导电截面，从而增加了导体交流电阻，损耗增大。
工程上规定从导体表面到电流密度为导体表面的1/e ＝0.368的距离δ为集肤深度。
在常温下可用以下公式来计算铜的集肤深度：δ= 式（1）图3 涡流产生示意图从以上可以看到，如果增大电流和提高频率都可以增加发热效果，是加热对象快速升温。
感应加热基本原理
二感应加热基本原理1.电磁感应原理1831年，英国物理学家faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的理论解释。
其内容为，当电路围绕的区域内存在交变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。
利用高频电压或电流来加热通常有两种方法：（1）电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热）（2）感应加热：利用高频电流（比如密封包装）2．电介质加热（dielectric heating）电介质加热通常用来加热不导电材料，比如木材。
同时微波炉也是利用这个原理。
原理如图1：图1 电介质加热示意图当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。
需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。
3．感应加热（induction heating）感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。
如图2：图2 感应加热示意图基本电磁定律：法拉第定律：d e N dt φ=安培定律：Hdl NI ⎰= 其中：BdS φ=⎰，0r B u u H =如果采用MKS 制，e 的单位为V ，Ø的单位为Wb ，H 的单位为A/m ，B 的单位为T 。
以上定律基本阐述了电磁感应的基本性质，集肤效应：当交流的电流流过导体的时候，会在导体中产生感应电流（如图3），从而导致电流向导体表面扩散。
也就是导体表面的电流密度会大于中心的电流密度。
这也就无形中减少了导体的导电截面，从而增加了导体交流电阻，损耗增大。
工程上规定从导体表面到电流密度为导体表面的1/e ＝0.368的距离δ为集肤深度。
在常温下可用以下公式来计算铜的集肤深度：7.5δ= 式（1）图3 涡流产生示意图从以上可以看到，如果增大电流和提高频率都可以增加发热效果，是加热对象快速升温。
所以感应电源通常需要输出高频大电流。
参考文献：fundalmentals of power electronics, R.W .Erickson （讲义）TPIH2500 Textbook Tetra Pak Technical Training Centre三 感应加热电源常见框图结构和控制方法1．感应加热电源常见框图图1 直流调功方式图1为感应加热电源的框图，在电网输入情况下，先输入整流，通常用不控整流桥整流，然后用DC/DC变换器直流变换，常见的为buck，boost电路，接着为逆变，通常采用半桥或全桥逆变，而且为了电气隔离，会加入高频变压器。
感应加热的基本知识
感应加热的基本知识1．感应加热的应用自工业上开始应用感应加热能源以来，已过了将近80年了。
在这期间，感应加热理论和感应加热装置都有很大发展，感应加热的应用领域亦随之扩大，其应用范围越来越广。
在应用方面，感应加热可用在金属熔炼，热处理和焊接过程 ，已成为冶金，国防，机械加工等部门及铸，锻和船舶，飞机，汽车制造业等不可缺少认的能源。
此外，感应加热也已经或不断地进入到我们的家庭生活中，例如微波炉，电磁炉，都是用感应加热为能源。
2．感应加热的原理a 导体的感应加热导体的导电构主要是自由电子。
如在导体上加电压，这些自由电子便将按照同一方向从一个原子移到另一个原子而形成电流。
电子在移动过程中会遇到阻力， 阻力越大电流越小，一般用电阻率P来表示导体的导电性能。
由于电阻的存在，电流流过导体时，都会引起导体发热，根据焦耳-楞茨定理可得： Q=I2Rt 式中 Q----导体的发热量；I-----通过导体的电流强度；R-----导体的电阻；t-----电流通过导体的时间。
在导体中流过电流时，在它的周围便同时产生磁场。
通过的电流为直流时，产生的磁场是固定的，不影响导体的导电性能：而通过交流电时，产生的磁场是交变的，会引起集肤效应(或称趋肤效应)，使大部份电流向导体的表面流通，既有效导电面积减小，电阻增加。
交流电流的频率愈高，集肤效应就愈严重，由上式可知，在电流I不变的情况下，由于电阻增加，使导体的发热量增加。
同时，由于电流沿表层流通，热量集中于导体的表层，因此可以利用高频电流对导体的表面进行局部加热。
同样，在高频电流通过彼此相距极近的导体，或者将直导体变成圆环，绕成线圈时，其电流密度也会发生相应变化，引起所谓邻近效应和环形效应，无论是集肤效应、邻近效应和环形效应都是由于导体中流过交流电时，在导体周围形成交变磁场，从而在导体中产生自感电动势迫使电流发生重新分配的结果。
导体周围磁场的强弱直接和电流强度成正比。
因此，平行放置的两根导体，在其电流为同方向时，则两根导体外侧磁场较内侧强，内侧中心的磁场强度几乎为零。
感应热处理基础知识
感应热处理基础知识1 频率分段高频（电流）频率：100～500KHZ，常用200～300KHZ；超音频（电流）频率：30～80KHZ，常用30～40KHZ；中频（电流）频率：500～20000HZ，常用2500和8000HZ；工频感应加热：不需变频机，直接取用于50HZ工业电网。
2 高频感应加热装臵高频感应加热装臵又称高频炉或高频机，它实质上是一个大功率变频器，通过电子管振荡器将工频交流电变为大功率高频交流电，故又称为电子管式高频发生器。
目前，国产高频感应加热装臵按其振荡功率有8、30、60、100、200KW等品种。
2.1 可控整流器可控整流器的作用是将高压变压器输出的三相高压电整流成高压直流电，并且要求直流电压在一定范围内可控，以便在加热不同尺寸的工件时能相应改变振荡器的输出功率。
闸流管因具有功率大、能承受高压、管压降小、整流效率较高等优点，故20～200KW大功率高频加热装臵一般都采用它作为可控整流器的整流元件。
闸流管可控整流器常用的栅极电压控制方法有交直流叠加控制和移相控制两种。
2.2 三相可控整流电路三种典型工作状态（1）可控闸流管全部受控状态（α=180°）（2）可控闸流管全不受控状态（α=30°）（3）可控闸流管部分受控状态（30～180°）2.3 高压硅整流器高压硅整流器是在高压变压器高压侧用硅组作整流元件制作的整流器，是一种新型的大功率整流器。
2.4 电子管振荡器振荡管又叫发射管，是高频振荡器的核心元件。
大功率高频振荡管都采用真空三极管形式。
2.5 电子管主要参数（1）内阻Ri：在栅压一定时，阳极电压增量△Ua与阳极电流增量△Ia之比，称为电子管内阻，即：Ri=ΔVa∣Ug=常数?（2）放大系数μ：保持阳极电流不变，阳极电压增量△Ua与栅极电压增量之比，称为振荡管的放大系数，即：μ=ΔVa∣Ia=常数?放大系数表明了栅压对阳极电流的控制能力比阳极电压对阳极电流的控制作用要强μ（3～100）倍。
感应加热基础理论
e R + XL
2 2
A
3）此涡流在工件上产生热量
Q = 0.24 I f 2 Rτ
感应加热基本原理
若工件与感应圈之间的间隙很小，漏磁损失很少，可把感应圈所产生 的磁能看做全被工件吸收而产生涡流。此时涡流 If 将与通过感应圈的 交变电流I大小相等，方向相反。据此，在高为1cm的单匝感应圈中加 热工件吸收的功率为
电阻率（ 电阻率（resistivity）是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、 ） 横截面积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。
感应加热基本原理
感应加热的物理过程 把室温或800~900℃温度的钢的ρ及µ值代入上式，可得下列式
在20 ℃时， 20 在800 ℃时，
Q=I 2 Rt
感应加热概念 感应加热是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工 件表面局部加热。 感应加热可分为： 1）高频（30~1 000kHz)感应加热； 2）中频（小于10 kHz）感应加热； 3）高频（约37 MHz）脉冲感应加热，即微感应加热3 类。
感应加热基本原理 （1）感应加热的物理基础 1）当工件放在通有交变电流的感应圈中时，在交变电 流所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势
感应加热基本原理 加热层深度:
2）比功率的选择。比功率是指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 电功率（kW/cm2）. 在频率一定时，比功率越大，加热速度越快；当比功率一定时，频率 越高，电流透入越浅，加热速度越快。 比功率的选择主要取决于频率和要求的硬化层深度。在频率一定时， 硬化层较浅的，选用较大比功率（透入式加热）；在层深相同情况下， 设备频率较低的可选用较大比功率。 因为工件上真正获得的比功率很难测定，故常用设备比功率来表示。 设备比功率为设备输出功率与零件同时被加热的面积比，即 P ∆P设 = 设 A 式中 P设——设备输出功率，kW； A——同时被加热的工件表面积，cm2。 工件的比功率与设备比功率的关系是
感应加热基础理论
因为工件上真正获得的比功率很难测定，故常用设备比功率来表示。
设备比功率为设备输出功率与零件同时被加热的面积比，即
P设
=
P设 A
式中 P设——设备输出功率，kW；
A——同时被加热的工件表面积，cm2。
工件的比功率与设备比功率的关系是
式中 η——设备总效P工率=，P一设A般 为=0P.4设~0.6。
感应加热基本原理
透入式加热较传导式加热有如下特点： 1）表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流移向内层， 表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热 时间的延长，表面继续加热容易过热； 2）加热迅速，热损失小，热效率高；
感应加热基本原理
加热层深度:
1）设备频率的选择。主要根据加热层深度来选择。一般若采用
电阻率（resistivity）是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、
横截面积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。
感应加热基本原理
感应加热的物理过程 把室温或800~900℃温度的钢的ρ及μ值代入上式，可得下列式
在20 ℃时， 20 =20/ f 在800 ℃时， 800 =500/ f
感应器中的电流密度可达6 000A/mm2，故所用材料的电阻率必 须尽可能小。一般感应器材料采用电解铜，通常是用紫铜管制 成。在要求极高的性况下，例如脉冲淬火的感应器由银制成， 有的感应器用紫铜制成，便外表面镀银。
常用感应器由有效线圈（感应圈）及冷却装置等所构成。此外 还有与高频电源连接的连接板及附加装置，如导磁体、磁屏蔽 等，其中感应器是感应器中的核心部件。
感应加热相关知识
1)当交流电通过电感线圈的电路时，电路中产生自感电动势，阻碍电流的改变， 形成了感抗。自感系数越大则自感电动势也越大，感抗也就越大。如果交流电频 率大则电流的变化率也大，那么自感电动势也必然大，所以感抗也随交流电的频 率增大而增大。交流电中的感抗和交流电的频率、电感线圈的自感系数成正比。 2）磁导率 magnetic permeability
感应加热的工作原理
感应加热的工作原理感应加热是一种通过电磁感应原理实现加热的技术。
它广泛应用于许多领域，如工业加热、医疗设备、家用电器等。
本文将详细介绍感应加热的工作原理及其应用。
一、电磁感应基本原理电磁感应是指在一个导体中，当它处于一个变化的磁场中时，会产生感应电流。
根据法拉第电磁感应定律，感应电流的大小与导体受到的磁场变化速率成正比。
感应加热利用了这一原理，通过变化的磁场产生感应电流，进而使导体加热。
二、感应加热的基本原理感应加热的基本原理是利用交变磁场通过感应线圈产生感应电流，然后由感应电流在导体内部生成焦耳热，使导体加热。
具体而言，感应加热系统由直流电源、感应线圈和工件构成。
当在感应线圈中通以交变电流时，产生的交变磁场穿透工件，根据法拉第电磁感应定律，在工件内部产生感应电流。
由于导体的电阻使感应电流在导体内部通过转化成热量，从而使工件加热。
三、感应加热的优势与应用感应加热相较于传统的加热方式具有许多优势。
首先，感应加热快速且高效，能够在短时间内将工件加热至所需温度，节省了能源和时间。
其次，感应加热的加热均匀性好，能够使导体内部均匀受热，避免了局部过热或不足的情况。
此外，感应加热还具有安全可靠、操作简单等特点。
感应加热广泛应用于许多行业和领域。
其中，工业加热是主要的应用领域之一。
例如，金属加热、焊接、淬火等工艺都常使用感应加热技术。
此外，感应加热还应用于医疗设备，如高频电刀、疼痛治疗仪等。
家用电器方面，感应加热也得到了广泛应用，如感应炉、电热水壶等。
四、感应加热的发展趋势随着科技的不断进步和发展，感应加热技术也在不断创新与发展。
一方面，感应加热的效率和精度不断提高，为各行各业带来了更高的加热效果和精确控制。
另一方面，感应加热的节能环保特性也备受重视，各种新材料和工艺的应用使得感应加热更加节能环保，减少了对环境的影响。
总结起来，感应加热利用了电磁感应原理，通过交变磁场产生感应电流，进而使导体加热。
它具有快速、高效、加热均匀等优势，并广泛应用于工业加热、医疗设备、家用电器等领域。
感应加热的原理及其应用
感应加热设备按电源频率可分为工频、中频、超音频、高频，其各自的频率范围和加热的功率密度见表1。
▼表1感应加热频段的频率范围和加热功率密度一、感应加热原理感应加热原理图感应加热的主要依据是：电磁感应、“集肤效应”和热传导三项基本原理。
当交变电流在导体中通过时，在所形成的交变磁场作用下，导体内会产生感应电动势。
由于越接近心部，感应电动势越大，导体的电流便趋向于表层，电流强度从表面向心部呈指数规律递减，如图1所示。
这种现象即所谓交变电流的集肤效应。
▲图1交变电流在导体中的分布情况图2所示，为两根矩形截面的导体同向电流和反向电流时的磁场分布情况。
由于电源电动势和自感应电动势的作用，同向电流系统中最大的磁场强度产生在导体表面的外侧，反向电流系统最大磁场强度产生在导体表面内侧，这就是邻近效应。
利用邻近效应，可以选择适当形状的感应器对被处理零件表面的指定部位进行集中加热，使电流集中在与感应器宽度大致相等的区段内。
导体间的距离越小临近效应表现的越强烈。
▲图2存在邻近效应时，磁场和电流分布示意图a）同向电流磁场在外侧b）反向电流磁场在内侧通过感应圈的电流集中在内测表面的现象称为环状效应，见图3。
环状效应是由于感应圈交流电流磁场的作用使外表面自感应电动势增大的结果。
▲图3交流电流的环状效应加热外表面，环状效应是有利的，而加热平面与内孔时，它会使感应器的电效率显著降低。
为了提高平面和内孔感应器的效率，常常设置导磁体，以改变磁场强度的分布，迫使电流趋近于零件所需加热的表面，见图4。
由图可见，导磁体有把电流驱向其对侧的作用。
▲图4加导磁体后电流在感应圈中的分布a）内孔加热b）平面加热表面效应、邻近效应、环状效应均随交变电流频率的增加而加剧。
此外，邻近效应和环状效应还随导体截面的增大、两导体间距的减小和圆环半径的减小而加剧。
由磁场强度分布方程可得出式中：若将上式画成曲线图，其结果如图5a）所示。
▲图5涡流强度由工件表面向纵深的变化I0-表面涡流强度I2-距表面x处的涡流强度从式中得知，K=；但由磁场强度分布的基本方程式得知，K²=8πμf/ρ，故K==式中ρ——材料的电阻率（Ω·cm）μ——材料的磁导率f——电流的频率磁场强度分布的基本方程表明，涡流强度随表面距离的变化呈指数规律。
感应加热基本原理(经典)
式（1）
�� 7.5 cm f
图 3 涡流产生示意图 从以上可以看到，如果增大电流和提高频率都可以增加发热效果， 是加热对象快速升温。所以感应电源通常需要输出高频大电流。 4.感应加热电源常见框图结构和控制方法 1)感应加热电源常见框图
图 1 直流调功方式 图 1 为感应加热电源的框图，在电网输入情况下，先输入整流， 通常用不控整流桥整流，然后用 DC/DC 变换器直流变换，常见的为 buck，boost 电路，接着为逆变，通常采用半桥或全桥逆变，而且为
图 1 电介质加热示意图 当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。 需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随 着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。 3．感应加热（induction heating） 感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用
了电气隔离，会加入高频变压器。最后部分为 LC 滤波器，输出接近 正弦波的电流。在要求 PFC 下，直流变换部分通常为 PFC 级，如果 不要求，该级也可以省掉。
图 2 逆变调功方式 2)各种控制方法的比较
感应加热电源的调功方式通常分为直流调功和逆变调功。 图 1 为一种直流调功方式，通过调节 DC/DC 变换器的输出电压来 调节感应加热电源的输出功率。也有采用输入可控整流来调节功率。 直流调功可以大范围调节功率，而且功率调节的线性比较好。但是必 须在逆变桥前级加可控电路。而且在需要加入功率因素校正的时候， 直流调功就较难实现了。 图 2 为逆变调功方式，逆变调功可以分为三类： a）频率调制（PFM）
c）脉冲宽度调制（PWM） PWM 通过调节逆变开关管的一个周期内导通时间来调节输出 功率。这种方法等同普通开关电源的调制方法，调节线性好， 范围大，但是不容易实现软开关。 当然，感应加热的负载通常会随着工作条件的改变而改变特性。
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在频率一定时，比功率越大，加热速度越快；当比功率一定时，频率 越高，电流透入越浅，加热速度越快。
比功率的选择主要取决于频率和要求的硬化层深度。在频率一定时，
硬化层较浅的，选用较大比功率（透入式加热）；在层深相同情况下， 设备频率较低的可选用较大比功率。
因为工件上真正获得的比功率很难测定，故常用设备比功率来表示。
感应加热基本原理
工程上规定Ix降至I0的 示，可以求出
1 e
值处的深度为“电流透入深度”，用δ（单位:mm）表 50300
f
可见，电流透入深度δ随着工件材料的电阻率ρ的增加而增加，随工件材料的 磁导率μ及电流频率f的增加而减少。
右图为钢的磁导率μ和电阻率ρ与热温度 的关系。可见钢的电阻率随着加热温度的
感应加热基础理论
2010.04.15
感应加热的理论基础 感应加热基于两个基本物理现象：
1)法拉第电磁感应:当线圈中通过交变电流 I1，则在线圈 周围空间建立交变磁场，处于该交变磁场中的金属内将 产生感应电动势。
e= d V d
2)焦耳效应:是定量说明传导电流将电能转换为热能的定 律 ,电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导 体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。
透入式加热，则应符合 式中 δx——要求加f＜热层250深x2 0 度，cm。
但所选用频率不宜过低，否则需用相当大的比功率才能获得所
要求的加热层深度，且无功损耗太大。当感应器单位损耗大于
0.4kW/cm2时，在一般冷却条件下会烧坏感应器。为此规定加热
层厚度δx应不小于热态电流透入浓度的1/4，即所选频率下限应
Pa 1.25103 R0I 2 f
式中 Pa——工件吸收的功率，W/cm2； R0——工件半径，cm； ρ——工件材料电阻率，Ω·cm； μ——工件材料磁导率，H/m； f ——交变电流频率，Hz ——“吸收因子”
涡流 If 在被加热工件中的分布系由表面至中心呈指数规律衰减。 上述涡流分布于工件表面上的现象称为表面效应或集肤效应。
1）当工件放在通有交变电流的感应圈中时，在交变电
流所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势
e d V
式中 e——感应电势的瞬时值；
d
Φ——感应圈内交变电流所产生的总磁通，与交变电流强度及工件磁导率有关。
负号表示感应电势方向与磁通变化方向相反。
2）因为工件本身犹如一个闭合回路，故在感应电势作 用下将产生电流，通常称为涡流，其值为
感应加热基本原理
透入式加热较传导式加热有如下特点： 1）表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流移向内层， 表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热 时间的延长，表面继续加热容易过热； 2）加热迅速，热损失小，热效率高；
感应加热基本原理
加热层深度:
1）设备频率的选择。主要根据加热层深度来选择。一般若采用
感应加热基本原理
感应加热的物理过程
感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在此薄层内 进行加热。表面温度升高，薄层有一定深度，且温度超过磁性转变点 （或转变成奥氏体）时，此薄层变成顺磁体，μ值急剧下降，交变电 流产生的磁力线移向与之毗连的内侧铁磁体处，涡流移向内侧铁磁体 处。由于表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密 度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。此时工件截面内最大密 度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热，这种 加热方式称为透入式加热。当变成顺磁体的高温层的厚度超过热态电 流透入的深度后，涡流不再向内部推移。继续加热时，电能只在热态 电流透入层范围内变成热量，此层的温度继续升高。与此同时，由于 热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内 部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。
满足
150
f＞
2 x
上式为上限频率和下限频率。当加热层尝试为热态电流透入深
度的40%~50%时，总效率最高，符合此条件的频率称最佳频率，
可得
f最佳
600
2 x
当现有设备频率满足不了上述条件时，可采用下述弥补办法； 在感应加热前预热，以增加加热层厚度，调整比功率或感应器
感应加热基本原理
加热层深度:
2）比功率的选择。比功率是指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 电功率（kW/cm2）.
设备比功率为设备输出功率与零件同时被加热的面积比，即
P设
=
P设 A
式中 P设——设备输出功率，kW；
A——同时被加热的工件表面积，cm2。
工件的比功率与设备比功率的关系是
式中 η——设备总效P工率=，P一设A般 为=0P.4设~0.6。
在实际生产中，比功率还要结合工件尺寸大小、加热方式以及加热层 等作最后的调整。
式中
R——材料的I电f 阻
e Z
XL——感抗
eA
R2
X
2 L
3）此涡流在工件上产生热量
Q 0.24I f 2R
感应加热基本原理
若工件与感应圈之间的间隙很小，漏磁损失很少，可把感应圈所产生 的磁能看做全被工件吸收而产生涡流。此时涡流 If 将与通过感应圈的 交变电流I大小相等，方向相反。据此，在高为1cm的单匝感应圈中加 热工件吸收的功率为
Q=I2 Rt
感应热。
感应加热可分为： 1）高频（30~1 000kHz)感应加热； 2）中频（小于10 kHz）感应加热； 3）高频（约37 MHz）脉冲感应加热，即微感应加热3 类。
感应加热基本原理
（1）感应加热的物理基础
感应加热基本原理
感应加热的物理过程 把室温或800~900℃温度的钢的ρ及μ值代入上式，可得下列式
在20 ℃时， 20 =20/ f 在800 ℃时， 800 =500/ f
通常把20 ℃时的电流透入深度称为“冷态电流透入深度”，而把 800 ℃时的电流 透入深度δ800称为“热态电流透入深度”。
升高而增大，在800~900℃，各类钢的电阻 率基本相等，约为10-4Ω·cm；磁导率μ在 温度低于磁性转变点A2或铁素体-奥氏体转 变点时基本不变，而超过A2或转变成奥氏 体时则急剧下降。
电阻率（resistivity）是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、 横截面积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。