Физические основы индукционного нагрева: Кольцевой эффект

Нагрев ТВЧ возможен при условии знания всех физических основ, которыми он обладает. Одной из таких основ является кольцевой эффект. Если распределение тока в прямоугольном проводнике мы определили, то в кольце или спирали оно будет совершенно иным. Наибольшая плотность тока достигается на внутренней части проводника, в то время как на его внешней стороне ток практически отсутствует. По этой причине магнитный поток внутри кольцевого проводника будет распределяться неравномерно. Его силовые линии будут сконцентрированы на внутренней поверхности кольца. Это явление принято называть кольцевым эффектом. Наглядно познакомиться с кольцевым эффектом вы можете на изображении 1.
kolcevoi effect, Нагрев ТВЧ
Немаловажное значение на распределение тока в проводнике оказывает наличие магнитопровода. Если в открытом пазу магнитопровода разместить индуктирующий провод, то рассеяние магнитного поля в пространстве станет существенно ниже. Это называется односторонним поверхностным эффектом. В таком случае большая плотность тока будет достигаться в месте, где проводник находится у открытой части паза. Вы можете заметить это на изображении 2.
kolcevoi effect, нагрев твч
Область проводника, расположенная в глубине паза, будем полностью охвачена магнитным потоком, поэтому в том месте будет индуктироваться наибольшая противоэлектродвижущая сила, а также создастся большое индуктивное сопротивление. По этой причине ток проходит в той области проводника, которая обладает наименьшим сопротивлением. Открытый конец паза дает возможность получения высокого КПД индуктора, а также высокой скорости нагрева.
Чтобы избавить определенные участки изделия от ненужного нагрева, а также защитить некоторые элементы закалочного станка от воздействия на них магнитных полей индуктора, применяются экраны. Как правило, они выполнены из медных короткозамкнутых витков. Увидеть примеры защитных экранов вы можете на изображении 3.
kolcevoi effect, Нагрев ТВЧ
При распределении тока в проводнике возникают определенные особенности, которые могут быть одновременно полезными и вредными. Так при нагреве наружной цилиндрической поверхности одновременно может проявиться и поверхностный эффект и эффект близости, а также кольцевой эффект внутри индуктора. Использование магнитопровода усилит воздействие перечисленных эффектов на изделие. Если применить индуктор с магнитопроводом для нагрева поверхности цилиндрического изделия, то он окажет действие, противоположное кольцевому эффекту, что усилит действие поверхностного эффекта, позволит ослабить кольцевой эффект.
Чтобы знать, как правильно использовать нагрев ТВЧ для обработки металлических изделий, очень важно быть знакомым с физическими основами индукционного нагрева.