感應加熱:工作原理及應用
感應加熱是一種利用電磁感應加熱導電材料(例如金屬)的過程。
感應加熱的工作原理
感應加熱利用電磁感應在待加熱物體中產生的感應電流。感應加熱的工作原理基於變壓器原理,其中從交流電源供電的主繞組與待加熱物體(充當單匝短路次級繞組)磁耦合。
當交流電源連線到主繞組時,它會在待加熱物體中感應出電流。由於次級繞組(即待加熱物體)具有一定的電阻,因此感應電流會使它升溫。
影響感應加熱的因素
為了分析影響感應加熱過程的因素,讓我們考慮一個需要加熱的圓盤。該圓盤承載著頻率為f Hz,電流為I 安培的電流;參考圖示。

現在,以下因素會影響圓盤中產生的熱量:
初級線圈電流
初級線圈的匝數
電源頻率
線圈和圓盤之間的磁耦合
圓盤的電阻率。
如果待加熱物體是非磁性材料,則產生的熱量是由於渦流損耗;如果待加熱物體是磁性材料,則產生的熱量將同時由於磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗和渦流損耗都取決於電源頻率。
因此,感應電流穿透圓盤的深度 (d) 由下式給出:
$$\mathrm{\mathit{d}\:=\:\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{\rho \times 10^{\mathrm{9}}}{\mu {\mathit{f}}}}\:\mathit{cm}}$$
$$\mathrm{\therefore \mathit{d}\propto \frac{1}{\sqrt{\mathit{f}}}}$$
其中:
ρ 是圓盤材料的電阻率,單位為 ω-cm。
f 是電源頻率,單位為 Hz。
μ 是待加熱材料的磁導率。
感應加熱的應用
感應加熱用於以下應用:
感應加熱用於表面加熱、熔化和焊接等。
感應加熱也用於加熱液體導體和氣體導體。
在半導體工業中,感應加熱用於加熱矽。
感應加熱用於感應爐中將金屬加熱到熔點。
廚房中使用的感應灶的工作原理是感應加熱。
由於感應加熱是非接觸式加熱過程,因此它用於真空爐中製造特殊鋼和合金,這些鋼和合金在氧氣存在下加熱時會氧化。
感應加熱用於塑膠注射成型機。
感應加熱也用於對瓶子和藥品進行防篡改蓋封。
感應加熱用於金屬的焊接,有時也用於摻雜鐵磁陶瓷的塑膠的焊接。
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