中频感应加热设备负载电路和等效电分析

中频感应加热设备负载电路分析

1）负载的特点与负载参数的计算 在负载感应器中要电磁感应、发热、传热及热辐射等物理现象，现以感应熔炼为例说明其中的电磁感应现象。熔炼炉由感应线圈、耐材料、磁轭等组成。感应线圈由空心铜管绕制而成，管内通水冷却。铜管截面可以是圆的，也可以是方的，方的电效率较高。在感应器内是用耐火材料打制成的坩埚，坩埚内放置被熔炼的金属，如钢铁等。

①磁场。当感应线圈通以中频电流时，就产生中频磁场，其中大部分磁通穿过钢铁称主磁通；另一部分磁通没有穿过钢铁，称漏磁通。主磁通形成主电感即互感。只有主磁通才能在钢铁内产生感应电势，形成涡流并使钢铁发热。漏磁通形成漏电感，漏电感只在电路上产生压降，不能进行加热。主磁通和漏磁通的相对大小受许多因素影响，叙述如下。

a.坩埚越厚，炉膛越小，则漏磁通越多，主磁通越少。故新打结的坩埚漏磁通较多，熔炼了若干炉以后坩埚变薄，漏磁通就减少了。

b.炉膛内钢铁放得较少时，主磁通减少，漏磁通增加。

c.坩埚炉膛的感应圈的相对位置也影响磁通，感应圈和钢铁的间隙越大，则漏磁通越多，主磁通越少，坩埚炉膛太高或太低都会使漏磁通增多，主磁通减少，因此新打结的坩埚炉膛和感应圈的相对位置会影响主磁通和漏磁通的分布。

d.当钢铁溶化成液态时，钢液填满了炉膛，使得进入炉膛的磁通全部穿过钢液，于是主磁通增多而漏磁通减少。

e.当钢铁的温度超过居里点时，钢铁失去磁性，由于磁导率降低使主磁通减少。

f.被熔炼材料不同也影响磁场分布。熔炼铜铝等金属时，由于电阻率低，透入深度又比钢铁大，铜铝中感应的涡流电流回路具有较小的电阻，因此当中频主磁通一进入铜铝内立即被感应出来的涡流所抵消，于是使主磁通减小。

②电阻。由于在熔炼时，钢铁在炉膛内放置的比较杂乱，为 计算方便用钢管等效。在各种不同的负载情况下实际的电磁场分布以及导体中电流的分布情况，都比较复杂，在以后介绍各种不同的负载时，其参数计算又分别引用了不同的修正方法。

(2)中频感应加热设备负载的等效电路 当电流频率较高(中频及高频)，或被加热钢管直径较大时，为了简化计算起见，可以认为电流在被加热钢管的透入深度层内均匀流过。感应圈与被加热钢管的关系如同一个变压器，感应圈为原边，钢管本身既是变压器的铁芯，又是变压器的副边。副边是单匝的，而且是短路的。当超过居里点温度时，铁磁材料失去磁性，实为一空心变压器，对于熔炼炉来说，炉膛的大小、坩埚的薄厚、感应线圈和炉膛的相对位置、金属材料的性质、炉料的大小和形状等，都对感应器的等效电路参数有影响。在加热过程中，金属炉料的温度不断上升，它的相对磁导率和电阻率都不断发生变化。往炉中加冷料、炉料熔化和下榻，这些炉料情况的变化都要反应到等效电路参数中来，故在加热过程中感应炉等效电路参数也是不断变化的。尤其在居里点附近，电路参数变化最大。因此要精确计算这些参数是困难的，但在工程设计计算时通过某些假设和近似可以获得比较意的结果。