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感应加热基本原理
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加热机/加热炉展厅
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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:
安培定律:
其中:

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:


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
文章内容仅供参考 (投稿) (11/17/2004)
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