Індукційне нагрівання

Індукційні плавильні печі мають індуктор - котушку, що підключається до мережі перемінного струму. При протіканні по котушці струму в навколишнім її просторі виникає перемінне електромагнітне поле. При впливі перемінного полючи на металеві тіла останні нагріваються. Швидкість нагрівання залежить від теплофізичних властивостей металу, що нагрівається, і параметрів магнітних і електричних полів.

Основні фізичні характеристики магнітного полю:

1) В - магнітна індукція, Тл, Вб/м²;

В = μ μо Н

де μ - магнітна проникність речовини; Гн/м. -8

μо - абсолютна магнітна проникність, μо = 125 10 Гн/м.

2) Ф - магнітний потік, Вб;

Ф = В F

де F - площа, м²

3) Н - напруженість магнітного полю, А/м;

Н = I (2 пR)

де I - сила струму в провіднику, А;

R - відстань від осі провідника, м.

При значній відстані між двома прямолінійними провідниками їх магнітні полючи практично не взаємодіють між собою. Однак, якщо відстань між провідниками мало, їх магнітні полючи впливають один на одного. Якщо вектори магнітної індукції полів мають однаковий напрямок, то взаємодія полів приводить до збільшення магнітної індукції сумарного полючи. Якщо напрямок векторів протилежно, то результатом взаємодії полів буде зменшення магнітної індукції полючи.

На мал.120 (Л1) показаний круговий провідник, по якому тече струм, і деякі з ліній двох магнітних полів, утворених діаметрально протилежними ділянками провідника. Силові лінії усередині кругового провідника, тобто в охопленому їм просторі, мають однаковий напрямок. У результаті цього магнітне поле усередині підсилюється (мал.121 Л1). Силові лінії зовні провідника, тобто в зовнішньому просторі, мають протилежний напрямок, тому напруженість магнітного полючи значно менше, ніж усередині.

Застосовуючи індуктор у виді котушки з великим числом витків, можна створити сильне магнітне поле, здатне довести метал до розплавлювання. У котушці, що має кілька витків, створюється магнітне поле, більш рівномірне, чим у круговому чи прямолінійному провіднику.

Зміна магнітного полю завжди супроводжується появою електричного полю.

Основні фізичні характеристики електричного полю:

Е - інтенсивність електричного полю,

U - електрична напруга, В;

U = 4.44 f Ф

де f - частота струму, який живить індуктор, Гц;

Ф - максимальне значення магнітного потоку, Вб;

Силові лінії електричного полючи розташовані в площині, перпендикулярної до силових ліній магнітного полючи. Силові лінії електричного полючи замкнуті, тобто виникаюче електричне поле є вихровим.Таке поле викликає в тілі рух електронів по замкнутих траєкторіях і приводить до виникнення електрорушійної сили (ЕДС). ЕДС індукції не залежить від роду речовини тіла і його фізичного стану, а залежить від магнітного потоку і швидкості його зміни.

Таким чином, якщо в перемінне магнітне поле помістити предмет, у ньому виникає вихрове електричне поле. Виникаючий електричний струм називають вихровим, чи струмом Фуко, по імені ученого, який відкрив це явище. Вихрові струми нагрівають тіло. Масивні тіла мають невеликий електричний опір, тому вихрові струми в них можуть бути великими.

У технічних розрахунках використовують термін "глибина проникання струму". Для спрощення розрахунків вважають, що в провіднику струм тече лише в поверхневому шарі товщиною Δ.