感應加熱是一種快速有效的非接觸式方法，通過施加波動磁場來加熱金屬和半導體等導電材料。近年來，由于其優(yōu)于傳統(tǒng)加熱技術（電阻加熱、火焰加熱、烘箱、熔爐等）的優(yōu)勢，它已成為工業(yè)、醫(yī)療和家庭應用的首選加熱技術之一。感應加熱對于執(zhí)行高精度或重復性操作特別有用。
感應加熱的基礎知識
在感應加熱中，交流 (AC) 電源用于向感應加熱線圈提供電流。結果，線圈產生交變磁場。當一個物體被放置在這個場中時，會發(fā)生兩種加熱效應：
磁滯損耗——這些只發(fā)生在磁性材料中，如鐵、鎳、鈷等，這是由于材料在不同方向連續(xù)磁化時分子之間的摩擦。更高的磁場振蕩頻率導致更快的粒子運動，這會導致更多的摩擦，從而產生更多的熱量。
渦流損耗——由于波動的磁場會產生電流，因此會在任何導電材料中以焦耳熱效應的形式出現(xiàn)。
這兩種效應都會導致被處理物體的加熱，但第二種效應是 IH 工藝中最常見的主要熱源。此外，在非磁性材料中沒有觀察到磁滯現(xiàn)象，如果加熱到特定溫度（所謂的居里點）以上，磁性材料就會失去磁性。
由于趨膚效應，渦流還取決于磁場頻率——在高頻下，電流靠近導體表面流動。這種特殊性用于控制感應加熱過程的穿透深度。因此，可以加熱整個物體或僅其特定部分（例如，僅表面）。因此，感應加熱可用于不同的應用——從金屬熔化到釬焊和表面硬化。
在感應線圈導體內部也觀察到趨膚效應。因此，可以使用管道代替實心電線。當電流流過電感器時，由于焦耳效應，觀察到類似的電阻損耗。為了防止線圈熔化和損壞，通常采用水冷卻。
與一些經典的加熱技術（電阻加熱、火焰加熱、熔爐等）相比，感應加熱具有以下優(yōu)點：
1.縮短時間——通過感應加熱，目標被直接加熱，從而減少了加熱時間和浪費的熱量。這種方法提供了高功率密度和低熱慣性或沒有熱慣性。
2.高效率——由于電源轉換器和線圈的正確設計，效率值高于 90%。此外，由于環(huán)境熱損失顯著減少，因此可以快速輕松地達到高溫。
3.改進的控制——通過適當?shù)木€圈設計和功率轉換器的控制，可以實現(xiàn)對加熱功率的精確調節(jié)。結果，可以實現(xiàn)附加特征，例如局部加熱和預熱、預定義的溫度分布。
4.工業(yè)自動化選項——感應加熱可以提高生產率和過程質量。由于加熱是非接觸式的（不受加熱工具的干擾），因此質量得到了額外保證。
5.安全性和清潔度- 沒有熱或空氣污染，因為目標是直接加熱的，不使用燃料物質。
感應加熱的創(chuàng)新與未來發(fā)展
盡管感應加熱系統(tǒng)作為一項技術已經成熟，但現(xiàn)代技術的發(fā)展不斷為新的研究趨勢和工業(yè)興趣提供選擇。在未來幾年，預計以下主題將引起重大關注：
1.效率提升——隨著半導體技術的改進，感應加熱系統(tǒng)有望實現(xiàn)更高的效率。此外，特殊的線圈形狀和設計提供了更高的效率。這些努力的目的不僅是提高感應加熱系統(tǒng)的性能，而且是提高其可靠性。
2.具有多個線圈的感應加熱器——使用多個同時運行的線圈可以實現(xiàn)更好的熱分布、更高的性能和靈活性。這些系統(tǒng)代表了一項重大的技術突破，不僅在工業(yè)中而且在家庭應用中也越來越普遍。應努力優(yōu)化多輸出功率轉換器設計和高級控制算法。另一個需要考慮的問題是各個線圈之間的耦合效應。
3.高級控制——需要強大的控制算法來為不同的感應加熱負載和工作點提供適當?shù)碾娫崔D換器操作。多線圈系統(tǒng)的控制是另一個挑戰(zhàn)。通過實施具有自適應算法的實時識別控制單元，預計會提高瞬態(tài)過程的性能和優(yōu)化。
4.特殊應用——隨著技術的發(fā)展，感應加熱應用的范圍有望進一步擴大。低電阻材料的加熱以及用于醫(yī)療目的的生物組織的加熱是特別感興趣的主題。還有其他應用需要進一步研究以優(yōu)化工藝參數(shù)。
感應加熱的歷史
感應加熱最早是由邁克爾法拉第在研究磁鐵在導線中感應電流時發(fā)現(xiàn)的。感應加熱的基本原理后來由 James C. Maxwell 在他的電磁統(tǒng)一理論中建立和發(fā)展。James P. Joule 是第一個描述電流流過導電材料的熱效應的人。
1887 年，Sebastian Z. de Ferranti 提出了用于金屬熔化的感應加熱，并申請了感應加熱工業(yè)應用的第一項專利。FA Kjellin 于 1891 年推出了第一臺全功能感應爐，1916 年 Edwin F. Northrup 實施了感應加熱的第一個高頻爐應用。
在第二次世界大戰(zhàn)及之后，感應加熱技術的使用受到飛機和汽車工業(yè)的推動。感應加熱不僅用于金屬熔煉，還用于先進的材料處理，顯著擴大了感應加熱的應用范圍。
使用新功率半導體技術開發(fā)固態(tài)發(fā)電機為 IH 提供了超越工業(yè)環(huán)境的潛力。自 80 年代后期以來，出現(xiàn)了不同的國內應用程序。近年來，人們對用于醫(yī)療的感應加熱產生了特殊的興趣，因為這種方法可提供精確且有針對性的局部加熱。
今天，感應加熱技術為各種應用提供了高效可靠的系統(tǒng)。
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