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感应加热基本原理

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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(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/17/2004)


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