感應(yīng)加熱原理及應(yīng)用

1、感應(yīng)加熱原理及應(yīng)用1.電磁感應(yīng)原理1831 年，英國物理學(xué)家 faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并且提出了相應(yīng)的理論解釋。其 內(nèi)容為， 當(dāng)電路圍繞的區(qū)域內(nèi)存在交變的磁場時， 電路兩端就會感應(yīng)出電動勢， 如果閉合就 會產(chǎn)生感應(yīng)電流。利用高頻電壓或電流來加熱通常有兩種方法：（ 1） 電介質(zhì)加熱：利用高頻電壓（比如微波爐加熱）（ 2） 感應(yīng)加熱：利用高頻電流（比如密封包裝） 2電介質(zhì)加熱（ dielectric heating ）電介質(zhì)加熱通常用來加熱不導(dǎo)電材料， 比如木材。 同時微波爐也是利用這個原理。 原理 如圖 1：圖 1 電介質(zhì)加熱示意圖當(dāng)高頻電壓加在兩極板層上， 就會在兩極之間產(chǎn)生交變的電

2、場。 需要加熱的介質(zhì)處于交 變的電場中，介質(zhì)中的極分子或者離子就會隨著電場做同頻的旋轉(zhuǎn)或振動，從而產(chǎn)生熱量， 達到加熱效果。3感應(yīng)加熱（ induction heating ）感應(yīng)加熱原理為產(chǎn)生交變的電流， 從而產(chǎn)生交變的磁場， 再利用交變磁場來產(chǎn)生渦流達 到加熱的效果。如圖 2：圖 2 感應(yīng)加熱示意圖皕赫國際貿(mào)易 (上海 )有限公司 TEL: +86 (0)21 60896520 FAX: +86 (0)21 51062822 基本電磁定律：d法拉第定律： e Ndt安培定律： Hdl NI其中：BdS， B ur u0H如果采用 MKS 制， e的單位為 V，? 的單位為 Wb，H 的單位

3、為 A/m ，B的單位為 T。 以上定律基本闡述了電磁感應(yīng)的基本性質(zhì)，集膚效應(yīng)： 當(dāng)交流的電流流過導(dǎo)體的時候，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流（如圖3），從而導(dǎo)致電流向?qū)w表面擴散。 也就是導(dǎo)體表面的電流密度會大于中心的電流密度。 這也就無形中減少了導(dǎo) 體的導(dǎo)電截面， 從而增加了導(dǎo)體交流電阻， 損耗增大。 工程上規(guī)定從導(dǎo)體表面到電流密度為 導(dǎo)體表面的 1/e 0.368 的距離 為集膚深度。在常溫下可用以下公式來計算銅的集膚深度：7.5式（ 1）圖 3 渦流產(chǎn)生示意圖從以上可以看到， 如果增大電流和提高頻率都可以增加發(fā)熱效果， 是加熱對象快速升溫。 所以感應(yīng)電源通常需要輸出高頻大電流。參考文獻： （講義

4、）TPIH2500 TextbookTetra Pak Technical Training Centre三 感應(yīng)加熱電源常見框圖結(jié)構(gòu)和控制方法 1感應(yīng)加熱電源常見框圖皕赫國際貿(mào)易 (上海 )有限公司 TEL: +86 (0)21 60896520 FAX: +86 (0)21 51062822 圖 1 直流調(diào)功方式圖 1 為感應(yīng)加熱電源的框圖，在電網(wǎng)輸入情況下，先輸入整流，通常用不控整流 橋整流，然后用 DC/DC 變換器直流變換，常見的為 buck， boost 電路，接著為逆變，通常 采用半橋或全橋逆變，而且為了電氣隔離，會加入高頻變壓器。最后部分為 LC 濾波器，輸 出接近正弦波的電流

5、。在要求 PFC 下，直流變換部分通常為 PFC 級，如果不要求，該級也 可以省掉。圖 2 逆變調(diào)功方式2各種控制方法的比較感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方式通常分為直流調(diào)功和逆變調(diào)功。圖 1 為一種直流調(diào)功方式，通過調(diào)節(jié) DC/DC 變換器的輸出電壓來調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源的 輸出功率。 也有采用輸入可控整流來調(diào)節(jié)功率。 直流調(diào)功可以大范圍調(diào)節(jié)功率， 而且功率調(diào) 節(jié)的線性比較好。 但是必須在逆變橋前級加可控電路。 而且在需要加入功率因素校正的時候， 直流調(diào)功就較難實現(xiàn)了。圖 2 為逆變調(diào)功方式，逆變調(diào)功可以分為三類：1）頻率調(diào)制（ PFM ）頻率調(diào)制的方法就是調(diào)節(jié)逆變開關(guān)管的開關(guān)頻率， 從而改變輸出阻抗來達到

6、調(diào)節(jié)輸 出功率的目的。這種調(diào)功方式比較常用，優(yōu)點是調(diào)節(jié)方法比較簡單，而且較容易實 現(xiàn)軟開關(guān)。但是，功率調(diào)節(jié)線性不好，而且調(diào)節(jié)范圍不大。2）脈沖密度調(diào)制（ PDM ）PDM 就是通過控制脈沖密度，從而控制輸出平均功率，來達到控制功率的目的。 這種控制方法較容易實現(xiàn)，但是由于是間斷加熱，所以加熱效果不好。3）脈沖寬度調(diào)制（ PWM ）皕赫國際貿(mào)易 （上海 ）有限公司 TEL: +86 （0）21 60896520 FAX: +86 （0）21 51062822 PWM 通過調(diào)節(jié)逆變開關(guān)管的一個周期內(nèi)導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)輸出功率。這種方法等同 普通開關(guān)電源的調(diào)制方法，調(diào)節(jié)線性好，范圍大，但是不容易實現(xiàn)軟開關(guān)。 當(dāng)然，感應(yīng)加熱的負(fù)載通常會隨著工作條件的改變而改變特性。 這樣就會要求電源要監(jiān)視負(fù) 載的變化，從而進行調(diào)整，比如采用頻率跟蹤等方法。美國 AMBREL公L 司生產(chǎn)的感應(yīng)加熱設(shè)備是就是應(yīng)用這一原理， 產(chǎn)品應(yīng)用廣泛， 受到全世界各 大制造企業(yè)的親睞，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包括：釬焊，退火，焊接，鍛造，冷縮配合，溶化，