感應加熱電源具有污染小、效率高、加熱快速、控制方便、生產(chǎn)安全等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在黑色金屬熱處理領(lǐng)域中被廣泛應用?；诟袘訜犭娫吹囊陨蟽?yōu)點(diǎn)，感應加熱熱處理工藝正在被引入到有色金屬熱處理工業(yè)生產(chǎn)中去，但是又由于有色金屬通常磁導率低不易被感應加熱，所以在電源的設計方面又會(huì )出現一些問(wèn)題。

  本文著(zhù)重以次級串聯(lián)諧振感應加熱電源為研究對象，通過(guò)初級串聯(lián)諧振拓撲結構與次級串聯(lián)諧振拓撲結構的對比分析，從理論上推導出在有色金屬感應加熱應用中次級串聯(lián)諧振拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)所在，得出結論次級串聯(lián)諧振拓撲結構更加適合應用于有色金屬感應加熱電源中。

感應加熱基本原理

  感應加熱原理是以焦耳定律和法拉第電磁感應定律為基礎的。放置于時(shí)變磁場(chǎng)中的導體，在法拉第電磁感應定律作用下，導體內將產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，導體自由電子開(kāi)始做定向運動(dòng)產(chǎn)生感應電流，具有電阻性的導體通過(guò)感應電流后會(huì )產(chǎn)生熱能而使其自身發(fā)熱，根據焦耳定律可得：

式中

  W 為導體產(chǎn)生熱量，單位焦耳（J）；

  I 為導體流過(guò)有效電流強度，單位安培（A）；

  R 為導體電阻值，單位歐姆（Ω）；

  t 為電流流過(guò)導體時(shí)長(cháng)，單位秒（s）。

  根據法拉第電磁感應定律描述，當導體回路所包含截面區域內的磁通量發(fā)生變化，就會(huì )在導體閉合回路中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應電流，感應電動(dòng)勢可用公式表示為

  式中

  e 為導體閉合回路產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢，單位伏特（V）；   

  N 為導體繞組匝數，無(wú)單位量綱；

  ∮為導體閉合回路截面的磁通量，單位為韋伯（Wb）；

  t 為時(shí)間，單位秒（s）。

如圖 1.1 所示，當感應加熱電源設備的感應線(xiàn)圈中通過(guò)交變電流1i 時(shí)，在線(xiàn)圈內會(huì )產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。而導體工件處于交變磁場(chǎng)中，可將工件看作為單匝線(xiàn)圈，根據法拉第電磁感應定律，在導體工件上會(huì )產(chǎn)生一個(gè)交變感應電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應電流2i 。由于導體工件都具有一定的電阻性，因此又根據焦耳定律，工件將在感應電流作用下迅速產(chǎn)生熱量并對其自身進(jìn)行熱處理。

 在感應加熱工件截面上，所產(chǎn)生感應電流的密度并非均勻存在，當感應線(xiàn)圈通過(guò)交變電流時(shí)，在工件截面上產(chǎn)生的感應電流密度由外到內逐漸減小地非均勻分布，越往工件內部電流密度越小，這種電流的趨表現象被稱(chēng)為趨膚效應。

  感應加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

 目前，感應加熱技術(shù)已在金屬表面熱處理、熔煉、焊接等領(lǐng)域得到廣泛應用，日益成為機械加工、冶金、國防等部門(mén)的重要能源形式，船舶、汽車(chē)、飛機等傳統的制造業(yè)也在不斷改造舊式設備，應用更加先進(jìn)的感應加熱設備。相對于傳統加熱工藝，感應加熱技術(shù)之所以被廣泛認可，主要表現為以下優(yōu)點(diǎn)：

  一、加熱效率高，節約能源，節省成本；

  二、產(chǎn)品加熱溫度容易控制，產(chǎn)品離散性小，質(zhì)量可靠；

  三、安全性高，避免安全事故對操作工人嚴重的人身傷害；

  四、加熱迅速，能夠短時(shí)間內達到加熱溫度，減小金屬氧化程度；

  五、自動(dòng)控制容易實(shí)現，借助數字處理系統，實(shí)現智能操作；

  六、操作環(huán)境好，極少的煙、塵、噪聲、熱等；

  七、作業(yè)空間小，節約場(chǎng)地成本；

  八、可對形狀復雜的工件進(jìn)行熱處理；

  感應加熱技術(shù)發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢

  感應加熱技術(shù)的發(fā)展狀況

  雖然早在 1831 年電磁感應原理就已經(jīng)被偉大的科學(xué)家法拉第發(fā)現，但人類(lèi)真正使用感應加熱這一技術(shù)始于 20 世紀初期，并且在很長(cháng)一段時(shí)間內，感應加熱技術(shù)發(fā)展緩慢。經(jīng)過(guò)近百年歷史的發(fā)展，感應加熱技術(shù)取得了長(cháng)足進(jìn)步。特別是上世紀 60年代以來(lái)，隨著(zhù)固態(tài)電力電子器件的發(fā)明與其制造工藝的發(fā)展，感應加熱技術(shù)又有了飛躍性發(fā)展。90 年代開(kāi)始，國內普遍開(kāi)始采用IGBT 作為功率開(kāi)關(guān)管研發(fā)超音頻感應加熱電源。高頻感應加熱電源的功率容量和工作頻率已與國際先進(jìn)水平相當，但是在設備的穩定性、制造工藝水平等方面仍有不小差距。目前，國內設備生產(chǎn)需要的 IGBT、MOSFET 和 SIT 等功率開(kāi)關(guān)器件幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口，這使國內生產(chǎn) IGBT 超音頻電源、高頻電源成本大大增加，在一定程度上制約了我國感應加熱技術(shù)的進(jìn)步與提升。近年來(lái)，國際社會(huì )上越來(lái)越多的科研人員正在為感應加熱技術(shù)的深度研究、感應加熱應用領(lǐng)域的拓展付出著(zhù)艱辛努力。

  感應加熱技術(shù)由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，正在被越來(lái)越廣泛地應用于現代化工業(yè)生產(chǎn)中，促進(jìn)了生產(chǎn)力的巨大提升，因此國際社會(huì )都在越來(lái)越關(guān)注感應加熱技術(shù)的發(fā)展，并且投入了大量的技術(shù)研究力量.