對于電源頻率的劃分還沒(méi)有一個(gè)統一的標準,習慣上把150Hz~20kHz頻率范圍內的電源稱(chēng)為中頻電源。中頻電源就應用來(lái)說(shuō)一般分為兩類(lèi):一類(lèi)是指輸出頻率為中頻(一般為400Hz)的單相或者三相變頻電源,廣泛應用于航空航天、船舶、機車(chē)以及雷達、通信交換機等設備中。作為一種電源變換裝置,它必須將工頻輸入電壓變換為適用于工業(yè)應用的頻率和電壓。另一類(lèi)是應用于感應加熱行業(yè),其頻率不斷跟蹤負載的諧振頻率。本文所討論的就是應用于感應加熱行業(yè)的中頻電源。
感應加熱
法拉第1831年發(fā)現了電磁感應現象,這就為感應加熱奠定了基礎。從此以后電磁感應原理被廣泛應用,如應用于發(fā)電機、電動(dòng)機、變壓器及射頻通信等裝置中,然而在這些設備中交變磁場(chǎng)中的導體會(huì )產(chǎn)生感應渦流引起導體發(fā)熱,這些電路和磁路中的發(fā)熱現象均被看作有害的副效應,因此人們盡力抑制這種現象。直到19世紀末Foucault、Heaviside以及Thomson等人對渦流效應理論和能量由線(xiàn)圈向鐵芯傳遞的現象進(jìn)行了系統的理論研究并逐步建立了感應加熱的理論基礎。自此以后人們意識到了電磁感應中渦流效應的應用價(jià)值,并有目的的利用這一原理制造出各種各樣的感應加熱設備。
所謂感應加熱,就是將被加熱物質(zhì)置于交變磁場(chǎng)(如通以交變電流的環(huán)形線(xiàn)圈)中,交變磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)切割處于磁場(chǎng)中的物質(zhì),在磁力線(xiàn)的垂直截面上,根據法拉第電磁感應定律,會(huì )產(chǎn)生渦流,感生渦流流過(guò)具有交流阻抗的導電物質(zhì)依據焦耳熱效應定律,物質(zhì)會(huì )產(chǎn)生熱能從而被加熱。這種利用電磁感應原理產(chǎn)生感應渦流熱效應對物質(zhì)進(jìn)行加熱的方式,簡(jiǎn)稱(chēng)感應加熱。感應加熱相對于傳統電阻的電流熱效應加熱及火焰加熱來(lái)說(shuō)是一種新型的加熱方式,自從工業(yè)上開(kāi)始使用感應加熱能源以來(lái),感應加熱理論和感應加熱裝置都有了很大發(fā)展。感應加熱的應用領(lǐng)域在不斷擴大,其應用范圍也越來(lái)越廣,目前,感應加熱技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用在機械制造、汽車(chē)制造、冶金、航空航天、國防、教學(xué)及科研等諸多領(lǐng)域。究其原因,主要是因為感應加熱具有如下諸多優(yōu)點(diǎn):
(1) 加熱溫度高、速度快,被加熱金屬工件表面的氧化皮燒損率比較低,節省材料及費用,特別是對貴金屬加熱時(shí)顯得更為重要。比如,一般情況下金屬件熱成型加熱,感應加熱的金屬燒損率大約在0.5%,而火焰爐加熱的金屬燒損率約為1%~3%,也就是說(shuō)感應加熱比火焰加熱節約材料2%左右。
(2) 加熱效率高,有利于節能減排。感應加熱的效率比火焰爐加熱高30%~50%,比電阻爐加熱高20%~30%,具有明顯的節能效果;
(3) 工件可以局部加熱又容易被均勻加熱,加熱的產(chǎn)品質(zhì)量好且更為節能。
(4) 能加熱形狀復雜的工件。因為感應加熱是非接觸式加熱,對工件的形狀要求不高。
(5) 占地少生產(chǎn)效率高,現代感應加熱電源結構緊湊,其構成幾乎是一種模塊化、標準化的部件,質(zhì)量、體積比電阻爐和火焰爐小,設備安裝所占用的空間小,單位面積的利用率高,節省場(chǎng)地和基建費用。
(6) 容易實(shí)現自動(dòng)控制,并能夠節省人力物力。感應加熱設備可以根據被加熱工件的當前狀態(tài),進(jìn)行實(shí)時(shí)、的自動(dòng)控制。感應加熱設備的自動(dòng)調節比較精細,通常是通過(guò)調節相移、脈沖占空比、頻率等參數調節加熱功率,一旦加熱溫度達到工藝要求的設定值后,由于自身的負反饋作用,就會(huì )被保持在該溫度下恒定,實(shí)現恒功率恒溫控制。能夠大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。
(7) 作業(yè)環(huán)境好,安全可靠。感應加熱不產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、氧化硫等廢氣和煙塵,對外熱輻射小,噪聲低,工作環(huán)境得以?xún)?yōu)化,操作人員的勞動(dòng)條件得以改善,健康得以保證。并且感應加熱不產(chǎn)生明火,從而杜絕了火災、爆炸等危險的發(fā)生,安全性大大提高。