電力感應加熱是電磁、熱傳導與冶金現象的複雜結合。
- 當感應線圈通上快速交變電流時,會發生電磁現象。
- 交變電壓會在線圈中產生交變電流源。
- 交變來源電流會在與來源電流具有相同頻率的緊鄰環境中產生時變磁場。
- 磁場會使得周遭導電金屬物件產生渦電流。感應渦電流與來源電流頻率相同,但方向不同。
- 感應電流會在周遭金屬物件中產生焦耳熱 (I²R)。
導體中的交變電流呈不均勻分佈,表面的電流最強。交變電流的電流分佈不均勻情形稱為表層效應。大約 86% 的電力集中在導體的表層。表層稱為透入或表層深度 ,可從馬克士威方程式導出
其中,
- f 為頻率 (以赫茲 (Hz) 為單位)。感應加熱的典型頻率範圍為 5 kHz 至 100 kHz。
- 為材料的導磁率
- 為材料的導電性,也就是電流傳導能力。良好的導電體 (例如銅) 具有高傳導性或低電阻率。請勿將電阻率與電阻混為一談。電阻率是材料的必要物理性質,會透過影響加熱深度、加熱均勻度、線圈電效率及線圈阻抗,來影響感應加熱。
您可以從此方程式看出,表層深度取決於導體性質及導體中的電流頻率。就模擬而言,在選取網格大小時,也應考慮表層深度。