中頻感應加熱設備負載電路分析

1）負載的特點與負載參數(shù)的計算 在負載感應器中要電磁感應、發(fā)熱、傳熱及熱輻射等物理現(xiàn)象，現(xiàn)以感應熔煉為例說明其中的電磁感應現(xiàn)象。熔煉爐由感應線圈、耐材料、磁軛等組成。感應線圈由空心銅管繞制而成，管內(nèi)通水冷卻。銅管截面可以是圓的，也可以是方的，方的電效率較高。在感應器內(nèi)是用耐火材料打制成的坩堝，坩堝內(nèi)放置被熔煉的金屬，如鋼鐵等。

①磁場。當感應線圈通以中頻電流時，就產(chǎn)生中頻磁場，其中大部分磁通穿過鋼鐵稱主磁通；另一部分磁通沒有穿過鋼鐵，稱漏磁通。主磁通形成主電感即互感。只有主磁通才能在鋼鐵內(nèi)產(chǎn)生感應電勢，形成渦流并使鋼鐵發(fā)熱。漏磁通形成漏電感，漏電感只在電路上產(chǎn)生壓降，不能進行加熱。主磁通和漏磁通的相對大小受許多因素影響，敘述如下。

a.坩堝越厚，爐膛越小，則漏磁通越多，主磁通越少。故新打結的坩堝漏磁通較多，熔煉了若干爐以后坩堝變薄，漏磁通就減少了。

b.爐膛內(nèi)鋼鐵放得較少時，主磁通減少，漏磁通增加。

c.坩堝爐膛的感應圈的相對位置也影響磁通，感應圈和鋼鐵的間隙越大，則漏磁通越多，主磁通越少，坩堝爐膛太高或太低都會使漏磁通增多，主磁通減少，因此新打結的坩堝爐膛和感應圈的相對位置會影響主磁通和漏磁通的分布。

d.當鋼鐵溶化成液態(tài)時，鋼液填滿了爐膛，使得進入爐膛的磁通全部穿過鋼液，于是主磁通增多而漏磁通減少。

e.當鋼鐵的溫度超過居里點時，鋼鐵失去磁性，由于磁導率降低使主磁通減少。

f.被熔煉材料不同也影響磁場分布。熔煉銅鋁等金屬時，由于電阻率低，透入深度又比鋼鐵大，銅鋁中感應的渦流電流回路具有較小的電阻，因此當中頻主磁通一進入銅鋁內(nèi)立即被感應出來的渦流所抵消，于是使主磁通減小。

②電阻。由于在熔煉時，鋼鐵在爐膛內(nèi)放置的比較雜亂，為 計算方便用鋼管等效。在各種不同的負載情況下實際的電磁場分布以及導體中電流的分布情況，都比較復雜，在以后介紹各種不同的負載時，其參數(shù)計算又分別引用了不同的修正方法。

(2)中頻感應加熱設備負載的等效電路 當電流頻率較高(中頻及高頻)，或被加熱鋼管直徑較大時，為了簡化計算起見，可以認為電流在被加熱鋼管的透入深度層內(nèi)均勻流過。感應圈與被加熱鋼管的關系如同一個變壓器，感應圈為原邊，鋼管本身既是變壓器的鐵芯，又是變壓器的副邊。副邊是單匝的，而且是短路的。當超過居里點溫度時，鐵磁材料失去磁性，實為一空心變壓器，對于熔煉爐來說，爐膛的大小、坩堝的薄厚、感應線圈和爐膛的相對位置、金屬材料的性質、爐料的大小和形狀等，都對感應器的等效電路參數(shù)有影響。在加熱過程中，金屬爐料的溫度不斷上升，它的相對磁導率和電阻率都不斷發(fā)生變化。往爐中加冷料、爐料熔化和下榻，這些爐料情況的變化都要反應到等效電路參數(shù)中來，故在加熱過程中感應爐等效電路參數(shù)也是不斷變化的。尤其在居里點附近，電路參數(shù)變化最大。因此要精確計算這些參數(shù)是困難的，但在工程設計計算時通過某些假設和近似可以獲得比較意的結果。