感应淬火的4个效应

感应淬火的4个效应

01

集肤效应

集肤效应亦称表面效应。

当直流电通过导体时，在导体截面上各处的电流密度是

相等的。

而当交流电通过导体时，在导体横截面上的电流密度是

中间小，表面大，当电流频率相当高时，导体的中心可能没

有电流，全部电流集中于导体的表面层，这种现象称为高频

电流的表面效应，圆柱导体上的高频电流的集肤效应如图1

所示。

图1高频电流的集肤效应

产生集肤效应的原因是：当交流电通过导体时同时产生

环绕导体的磁场，这个磁场又在导体上产生了自感电动势，

自感电动势与原电动势方向相反，自感电动势在圆柱导体的

中心最强，表面最弱。由于自感电动势对原电动势的抵消结

果，使高频电流表面最大，中心最小，形成了集肤效应。

由于集肤效应的作用，导体横截面上的电流密度从表面

到中心按指数规律递泰山梁甫行 减，距表面x处的电流密度I见式1，

x

即：

工程上从导体表面到从I的幅值降到I的1/e

x0

（e=2.718，则1/e≈36.79%）处的深度称为电流透入深

度，用表示，用式2进行计算：

由上式可知，电流透入深度与、、f有关；当

增大，、f减小时，将增大。由理论计算可知，在

电流透入深度层内，电流所产生的热量占全部电流产生

总热量的86.5%。

从式2还可知，当电流频率f不变时，只要和的

变化，则可有不同的电流透入深度。材料在不同的温度下，

有不同的和，因此有不同温度的电流透入深度。

图2钢的磁导率、电阻率与加热温度的关系

图2为钢的磁导率和电阻率与加热温度的关系。

可见钢的电阻率随着加热温度的升高而增大，在800-

900℃时，各类钢的电阻率基本相等，约为10cm；磁

-4

导率在温度低于磁性转变点A2或铁素体-奥氏体转变点

时基本不变，而超过A2或转变成奥氏体时则急剧下降。

把室温或800-900℃温度的及值代入式2，可得脸上为什么长斑

下列简式：

在20℃时，

在800℃时，

通常把20℃时的电流透入深度称为“冷态电流透入深

度”，而把800℃时的电流透入深度称为“热态电流

800

透入深度”。

02

邻近效应

导体内交变电流的分布情况受到邻近导体内交变电流的

影响，这种现象称为邻近效应。

邻近效应在实际应用中，主要有两种情况。

（1）当两个平行导体通入方向相反，大小相等的交变

电流时，电流集中到两导体内侧表面层流过，磁场的表面是

两导体之间磁场强度加强，两导体的外侧磁场强度减弱，如

图3a所示为反向电流。

图3邻近效应在矩形汇流排上的表现

a-反向电流；b-同向电流

（2）当两个平行导体通入方向相同、大小相等的交变

电流时，电流集中到两导体外侧表面层流过，磁场的表现是

两导体之间磁场强度最弱，而两导体的外侧的磁场因相互叠

加而加强，如图3b所示为同向电流。

图4邻近效应在感应加热时的表现

a-单极圆管导线用于加热平板

b-单极方管导线用于加热平板

c-圆筒感应器间隙均等时加热实心圆柱零件

d-圆筒感应器间隙不等时加热实心圆柱零件

邻近效应在感应器与被鸽子炖什么好 感应加热的零件之间也有表现，

如图4所示为邻近效应在感应加热时的表现。

图4a为有效导体是单极圆管导线用于加热化妆全过程 平板时，平

板上的涡流呈圆弧状，与圆管导线上的电流分布相对应；

图4b为有效导体是单极方管导线用于加热平板时，平

板上涡流层是平直的；

图4c为圆管感应器间隙均等时加热实心圆柱零件，因

圆管感应器各处间隙均等，感应器和工件上的电流层及涡流

层都是平直而均等的；

图4d为在圆筒感应器中，圆柱零件放斜了，造成各处

间隙不等，在间隙小的地方，感应器上的电流层和工件上的

涡流层都比较厚，在间隙大的地方两者都比较薄。

03

圆环效应

高频电流通过圆环状的导体时，最大的电流密度分布在

环状导体的内侧，这种现象被称为圆环效应。圆环效应的实

质是圆环感应器的邻近效应。

如图5所示为圆环效应示意图。

图5圆环效应示意图

借助圆环效应的原理，我们可以解释用同一圆环感应器

分别加热圆柱零件的外表面和内孔零件内表面时，两者的加

热效率相差甚大的原因，如图6所示为用圆环感应器腿酸痛怎么快速缓解 分别加

热圆柱零件和圆筒零件。

图6用圆环感应器分别加热圆柱零件和圆孔零件

b1-圆柱表面的加热宽度

b2-内孔表面的加热宽度

a-间隙；-磁力线

在加热圆柱零件外表面时，工件加热剧烈，升温很快，

加热区较宽为b1。而加热圆孔内表面时，加热缓和，升温

很慢，且加热区较窄为b2，由图可知b1≥b2。

虽然两种情况的间隙均为a，由于圆环效应的作用，高

频电流集中于感应器的内侧，在内孔表面加热时，其真正的

间隙远大于a，因此内孔表面的涡流强度将远小于圆柱表面

的涡流强度，致使圆孔内表面加热较为缓和。

04

导磁体的槽口效应

一根矩形截面的铜导体，将其放在导磁体的槽口之中，

当高频电流听新闻联播 通过导体时，电流将只在导磁体开口处的导体表

面层流过，这一现象称为导磁体的槽口效应，其槽口效应如

图7所示。

图7导磁体的槽口效应

H-磁场强度；I-高频电流

导磁体具有很高的磁导率，磁阻很小，通电导体产生的

磁力线，将集中穿过槽口底部的导磁体，虽然在槽口底部的

导体交链了最多的磁通，产生了很多的自感电动势，同理在

槽口开口处的导体产生了最小的自感电动势，于是高频电流

被迫在这里流过。

图8感应器有效圈、导磁体和电流分布

1-导磁体

2-感应器有效圈

3-电流

利用导磁体的槽口效应，我们可以将高频电流驱逐到圆

环感应器的外表面，这样可以提高内孔表面的加热效率，感

应器有效圈、导磁体和电流分布如图8所示。

05

结束语