Физические основы индукционного нагрева: Закон электромагнитной индукции

Индукционный нагрев все чаще и чаще применяется на предприятиях, где требуется обработка большого объема продукции из металла. На сегодняшний день он смог получить высокую популярность и даже вытеснил альтернативные виды нагрева на второй план.
Закон электромагнитной индукции прост. Благодаря его открытию ученые смогли создать оборудование, способное производить качественную термообработку за небольшой промежуток времени. Основывается индукционный нагрев на следующем явлении. Переменные электрические токи высокой частоты проходят по проводнику, коим является медный индуктор (вы можете увидеть его на рисунке 1 под цифрой 1). Вокруг индуктора создается переменное электромагнитное поле. Силовые линии этого поля (вы можете увидеть их на рисунке 1 под цифрой 3) пронизывают деталь (вы можете увидеть ее на рисунке 1 под цифрой 2).

В поверхностном слое изделия, размещенного внутри индуктора, образуются вихревые токи, называемые токами Фуко. Именно они вызывают нагрев поверхностного слоя детали до заданной температуры и отвечают за его термообработку.
Нагрев ТВЧ основывается на использовании закона электромагнитной индукции и теплового воздействия электрической энергии на металл. При индукционном нагреве металла немаловажно учитывать и следующие явления: эффект близости, поверхностный эффект, катушечный или кольцевой эффекты, влияние магнитопроводов или экранов на равномерное распределение тепла, изменение свойств металла под воздействием высокой температуры.
В проводнике, пересекаемом силовыми линиями, образуется электродвижущая сила. Если проводник замкнут, то по нему протекает ток. В изделии, пересекаемом силовыми линиями магнитного поля, исходящего от индуктора, тоже индуктируется электродвижущая сила. Электродвижущая сила индукции считается противоэлектродвижущей силой, из-за ее направления навстречу электродвижущей силе источника электрической энергии. Она препятствует прохождения токов по проводнику (вы можете заметить это на рисунке 2).

Электродвижущая сила образуется в проводящем контуре изделия, размещенном внутри переменного магнитного поля. Индуктированная электродвижущая сила пропорциональна частоте и максимальному значению магнитного потока, а также пропорциональна силе тока, которая протекает в индукторе.
Значение магнитного потока и его равномерное распределение по поверхности изделия зависят от силы тока, которая проходит по индуктирующему проводу, а также от числа витков и среды, в которой это магнитное поле образуется.
Индукционный нагрев уникален и способен обрабатывать все имеющиеся на сегодняшний день металлы (черные, цветные, драгоценные).