电气感应加热是电磁现象、传热现象和冶金现象的复杂组合。
- 给感应线圈施加快速变化的交流电时,会发生电磁现象。
- 交变电压将在线圈中产生交变电流源。
- 交变电流源会在其与源电流相同频率的相邻环境中产生随时间改变的磁场。
- 磁场会在其周围的电气导电金属物体上诱导出涡流。诱导出的涡流与源电流频率相同但方向不同。
- 诱导出的电流会在周围的金属物体上产生焦耳热 (I²R)。
导体中的交变电流分布不均匀,且最大电流出现在表面上。交变电流的不均匀分布被称为趋肤效应。大约 86% 的电量集中在导体的表面层。表面层被称为穿透深度或趋肤深度,
,且可以通过麦克斯韦等式推导出来
其中:
- f 是频率,单位赫兹 (Hz)。感应加热的典型频率范围介于 5kHz 到 100kHz 之间。
为材料的导磁率
为材料的电导率或传导电流的能力。良好的电导体(如铜)电导率高或电阻率低。切勿混淆电阻率和电阻。电阻率是材料本身具有的物理特性,它通过影响加热深度、加热均匀性、线圈电效率和线圈阻抗影响感应加热。
通过此等式可知道趋肤深度取决于导体特性和导体中的电流频率。进行模拟时,在选择网格大小的时候还应考虑趋肤深度。