中頻電爐的基本原理是屬于空氣芯變壓器的一種類型,感應圈相當于變壓器的初級繞組,而坩堝內(nèi)部的金屬爐料則相當于變壓器的次級繞組(既負載)當在初級繞組中通過中頻電流(200Hz —8000Hz)就在電磁場的作用和應響下,產(chǎn)生磁力線切割次級繞組,致使爐料產(chǎn)生感應電勢,并在垂直于感應圈軸線的表面內(nèi)引起感應電流(稱渦流),從而使爐料本身發(fā)熱將金屬熔化。用于鍛造的加熱到鍛造溫度。
根據(jù)變壓器互感應的理論,在次級繞組(既爐料)內(nèi)的感應電勢的有效值(用E2表示)與頻率及交變磁通的最大值兩個參數(shù)有關,在這個感應電勢E2的作用下,爐料所形成的閉和回路中,便有渦流通過,渦流的數(shù)值大小,與感應電勢E2成正比,與爐料回路的阻抗成反比,當爐料的阻抗已確定的情況下,則發(fā)熱與感應電勢成比例。無鐵心感應電爐由于沒有導磁的物體存在,所以磁力線必須經(jīng)過空氣而閉合,但是空氣的磁阻很大,會減少有效的磁通量,為了要獲得所必須的感應電勢,就要求增加磁力線的切割速度,這就要求增加通過感應線圈電流的頻率,來達到發(fā)熱效果顯著的目的。
但在實際情況下爐料中感應電流的流動,也會形成磁場,但其方向是與感應器的磁場相反,二個磁場迭加一起的結果將削弱整個的作用。隨著不斷被削弱的磁場繼續(xù)向爐料內(nèi)部深入分布并不斷產(chǎn)生電流,而電流的去磁作用又促使爐料中感應的電場強度和電流密度自表面向中心劇烈的減小,電流的頻率愈高,這種現(xiàn)象也愈顯著,這也就是所謂集膚效應作用的結果。
為了提高爐料的發(fā)熱量,如果無**的增高頻率,一則受到電源裝置復雜性的**,更重要的是由于上述集膚效應的原因,渦流發(fā)熱隨著電流頻率的升高,只局現(xiàn)在爐料周圍的表面層,而爐料中心的熱量是由表面?zhèn)鲗нM來的,所以加熱時間將拉長了,電效率不再上升。電源的頻率與電效率之間的關系可以這樣來描述,在感應電爐爐料直徑固定,爐料的物理性能不變的情況下,電效率將隨著電流頻率的增加而顯著上升,但當頻率繼續(xù)增加時,電效率將不再隨頻率變化而近于飽和階段。
因此,我們可以作一斷言,對于一定尺寸的感應爐,并在爐料和感應器材料的物理性質(zhì)為同一條件下,則必定有一臨界頻率的存在。正是以上原因的存在,電爐生產(chǎn)廠家將根據(jù)爐子的大小來選定頻率的高低?？紤]到爐子的電效率和熱效率,選定合適的頻率。爐子容量較小時頻率選高些,容量較大時選低些,一般在200Hz--8000Hz范圍內(nèi).
