内容发布更新时间 : 2026/4/23 15:16:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第六章 中频感应电炉及熔炼工艺 第一节 感应炉工作原理及设备 一 感应加热的电工学基础 1感应加热原理
主要根据法拉第电磁感应定律和电流热效应的焦耳-楞次定律。
● 法拉第电磁感应定律(1831年:当通过导电回路所包围的面积的磁场发生变化时,此回路中就会产生电势(称为感应电势,当回路闭合时,则产生电流。
数学表达式: dt d E ? -=
式中,E -闭合回路中的感应电动势;? -磁通量,t - 时间;
● 焦耳-楞次定律:电流通过导体所散发的热量与电流的平方、导体的电阻和时间成正比。数学表达式为:Q=0.24 I 2 R t
式中,Q -导体的发热量,I -感应电流,t -电流通过导体的时间 2感应电流的分布 感应电流在炉料中的分布特征,对冶炼时电源频率的选择、炉料块度的选择、炉料熔化速度等有非常重要的意义。
● 集肤效应:
交变频率的电流通过导体时,电流沿导体的横断面分布是不均匀的。电流密度由表面向中心依次减弱,即电流有趋于导体表面的现象。
原因:(被加热物体中除了电源所建立的电场外,本身流过的感应电流所建立的交变磁场又产生一个相反的电场,即被加热物体中产生与外加电势方向相反的反电动势。在被加热物体的内部几层,穿透的磁通最多,感应出的反电动势也最大;在外层,
穿透的磁通较少,感应出的反电动势也较小。因此,被加热物体表面的合成电势要比最里面几层大,这是引起表面肌肤效应的根本原因。
电流分布与电流透入深度: I x =I 0 e -x/δ
I 0-导体表面的电流密度,A/mm ;δ-电流透入深度,mm
当δ=x 时,I/I 0=e -1=0.368,由此可见,电流透入深度就是从电流降低到表面电流的36.8%的那一点到导体表面的距离,如图6-1所示。
图6-1 感应电流分分布曲线 电流透入深度的计算: f μρ δ5030=
ρ-被加热物体的电阻率, μ-被加热物体的相对导磁率, f -电流频率, Hz
根据理论计算,在感应加热时,86.5%的功率是在电流透入深度内转化为热能。因此,炉料最佳尺寸范围与电流透入深度有一定的关系。
对于45#钢,当频率1000Hz 时,透入深度为16mm ,最佳炉料直径48-96mm 。 一般来讲,当炉料直径与透入深度的3-6倍时,总效率较高。 ● 邻近效应
当两根有交流电的导体相互靠近时,两导体中的电流要做重新分布,这种现象叫邻近效应。(当两个相反方向的电流通过平行导体时,内侧电流大;反之,外层电流大
● 圆环效应
当交流电通过螺线管线圈时,最大电流密度出现在线圈导体的内侧,这种现象叫圆环效应。
图6-2 高频电流在线圈中的分布