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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。两根导体流的电流是反方向时，则两导体内侧磁场最强。如果将导体绕成线圈并通以高频电流，则线圈内侧磁场较外侧强。
如果将材料放在高频磁场内。(例如放到高频电流的线圈内部)，则磁力线同样会切割材料，在材料中产生感应电动势，从而产生涡流。涡流也是高频电流，同样具有高频电流的一些性质。由于材枓具有电阻，结果使材枓发热，用感应涡流的热效应加热，叫感应加热
b电流透入深度
把金属圆柱体放在流着电流的线圈中，尽管金属圆柱没和线圈接触，线圈本身的温度也很低，可是圆柱表面会被加热到发红，甚至熔化。这是由于电磁感应作用，在金属柱中感生与线圈电流方向相反的涡流，在涡流的焦耳作用下，金属自身发热升温，这就是感应加热的原理。金属圆柱中的感生电流的分布。这种分布以表面最强，在径向从外到内按指数函数方式减小。这种电流不均匀分布的现象，随电流频率升高而显著。
涡流密度降为表面电流密度的1/e的深度，定义为电流透入深度。在电流透入深度范围内吸收的功率，为金属圆柱吸收总功率的86.5%，因此，&便成为选择加热电流频率的重要参数。
常用铜管绕成感应线圈，从技术指导考虑，用铜管的最佳壁厚为1.57&，一般应取铜管壁厚1.3&
3.感应加热的频率
用于感应加热的电源频率可为50Hz到几MHz。选择频率的最重要依据是加热效率和温度分布。其次是要考虙熔炼、透热和淬火等各种加热工艺对电源频率的一些要求。熔炼、透热加热工艺要求加热温度均匀，而淬火则不需要加热温度均匀，却要求满足淬硬层厚度。对于熔炼还需考虑功率密度和搅拌力。再者，频率高的电源设备一般都比频率小的价格高，功率大的设备必定比功率小的价格高。因此，选择电源频率最终需考虑综合经济技术指标。
在实际设计中，往往选用较上两式算出的频率高一档的电源，因为频率高得多，会引起炉料的温差过大，反而会使加热时间增长。
在炉料性质(粘度、密度、电阻率等)相同的情况下，搅拌力与加热功率成正比，加热功率越大，搅拌越激烈；升高电源频率，搅拌减弱；坩埚体积增大，搅拌也减弱。为满足工艺要求，搅拌必须适度。因此，为了获得所需的熔化率，就得确保必要的加热功率。在炉子容量已定的情况下，为了满足熔化率的要求，且达到适度的搅拌，则电源频率就不能低于某一定值，这是为熔炼炉选择电源频率时需考虑的附加条件。换言之，相对于每一级频率，炉子量有一界限，在此界限内，炉子工作的技术经济指标就高。
4.感应加热装置综述
概述
随着电力半导体器件的开发和电力电子技术的不断发展，感应加热装置的面貌也日新月异，尤以装置的体积，重量和性能方面化最为突出。例如：同频率、同容量(50KW)的晶体管式高频装置与电子管式高频装置相比，体积缩小2/3，重