高频感应加热设备感应器的设计

摘要

随着感应加热技术的普及，用于感应加热的工件的形状也越来越多，由于工件一般是要放进感应器内部进行加热的，所以我们要根据不同截面的工件设计适合其加热使用的感应器。通常用于感应加热的感应器可以被制做成螺旋形感应器、缝状感应器、扁圆形感应器、异形感应器、有磁导体的感应器等。由于目前用于感应加热设备的感应器还没有完善的理论设计方法，传统方法通常采用“经验法”或者利用现有的计算公式，由于传统的制作方法存在较大的误差，将会导致被加热工件达不到预期的加热效果，那么感应器就不得不重新制作，从而造成了人力和财力的浪费。针对上述感应器目前制作方法存在的弊端，本论文本着低成本、高效率、安全可靠的指导思想，以理论和实验相结合的研究方法，通过电感的实验测量值来修正理论计算值，以此提高感应器的加热效率。论文的主要内容包括:
　　 首先，通过建立感应器（螺旋形）与被加热工件之间的数学模型，推导出一般感应器阻抗的计算公式，并结合实验测量结果分析出了影响感应器电感值的各种因素。其次，利用“螺旋形线圈元”的辅助设计法推导出了单层螺旋形线圈元“部分电感值”与“整体电感值”的一般关系式，以及不同材质（磁性和非磁性材料）的工件对“部分”与“整体”关系的影响。最后，根据感应电动势的原理，通过增加感应线圈元的数量进一步得到了n个有限长多层螺线圈元串联顺接电感的计算公式。将多个尺寸的螺旋形线圈元的同名端相接时，由于电流流入的方向一致，产生的磁场的方向相同，且电感量远远大于单层线圈的电感量。因此可以利用已有的线圈元进行多层的串联顺接来组合成我们所需的电感值。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 感应加热技术的国内外发展现状

1．2 感应加热技术的优势及应用

1．3 感应加热感应器的发展现状

1．4 本论文研究的意义和主要内容

2 感应加热技术

2．1 感应加热电源

2．2 感应加热的物理基础

2．2．1 电阻

2．2．2 磁场

2．2．3 磁场强度、磁感应强度与磁通

2．2．4 全电流定律

2．2．5 电磁感应与电磁感应定律

2．2．6 焦耳-楞次定律

2．2．7 集肤效应与电流穿透深度

2．2．8 圆环效应、端部效应和邻近效应

2．3 感应加热状态过程

2．3．1 磁导率和铁磁性物质

2．3．2 居里温度

2．3．3 磁滞损耗和涡流损耗

2．3．4 铁磁性物质在加热过程中的两种状态

2．4 本章总结

3 感应加热装置中的感应器

3．1 感应器设计的基础知识

3．1．1 感应器材料及其形状的选择

3．1．2 线圈各匝间的绝缘处理方式

3．1．3 感应器的冷却方法

3．1．4 感应器的隔热层和耐热层

3．1．5 感应器与加热工件之间距离的选择

3．2 感应器的设计要求

3．3 感应加热用的感应器的分类

3．4 本章总结

4 螺线形线圈的自感与互感的数学推导

4．1 自感和互感的定义

4．2 自感系数的理论推导

4．3 本章总结

5 螺旋形感应线圈的实验

5．1 无缝隙空载和有载(铁棒)时的电感测量值及数据分析

5．2 有缝隙空载和有载(铁棒)时的电感测量值及数据分析

5．3 有缝隙空载时的电感测量值与理论计算值的对比和实验修正

5．4 无缝隙和有缝隙有载(铜管)时的电感测量值和数据分析

5．5 无缝隙有载(铜管)时影响电感量大小的因素

5．5．1 螺旋形线圈(无缝隙)和非磁性材料之间耦合系数κ的理论推导

5．5．2 螺旋形线圈和铜管之间的间隙对电感的影响

5．6 无缝隙有载(铜管)时电感的测量值和理论计算值的对比

5．7 本章总结

6 “螺旋形线圈元”的辅助设计法在实际中的应用

6．1 单层螺旋形线圈元“部分电感值”与“整体电感值”的关系和实验修正

6．2 有限长多层直螺旋型线圈的电感

6．3 本章总结

7 总结与展望

参考文献

作者简历

致谢