zhongpin 发表于 2014-12-6 14:32:09

感应电流在导体中的分布与集肤效应解释

感应电流在导体中的分布与集肤效应解释
   感应的电流流过导体时,沿导体截面分布,并在导体表面形成强大的涡流,涡流在导体中的分布规律是,导体表面的涡流最大,越深入导体内部涡流越小。这种现象称之为集肤效应,或趋表效应。金属表面的热处理正是利用这种原理,使被加热工件的表面达到金属组织改变,实现淬火的目的,而工件的内部保持原有组织不变,即外面有很强的硬度里面还保持原有的柔性。
   集肤效应:一个放置在外磁场中的圆柱形工件,靠近中心部分的圆环(即涡流回路),其环内包围的磁通少,故自感电势小,涡流也就小。靠近导体表面的圆环,其内部包围的磁通多,故自感电势大,涡流也就大。
    从能量转换的观点也容易理解产生集肤效应的原因,由于导体内部电阻率p≠0,所以有能量损耗,即有电磁能转变成热能,因此当电磁波进入导体内部时,随着至中心的距离的增大,引起由导体表面到中心电磁能量的逐渐减小。
   当有高频电流流过感应器(线圈)时,在圆柱金属工件内要产生涡流,此涡流沿横截面由表面至中心按指数规律衰减。
    工程上规定,当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流强度的0.368时,该处到表面的距离8称为电流透人深度。这样规定是由于分布在工件表面的涡流,并不能全部用于使工件表面加热,而是有一部分热量被传到工件内层的芯部损耗了,还有一部分热量向工件周围热辐射损失掉了,由于涡流所产生的热量与涡流的平方成正比,因此由表面至心部,热量下降速率要比涡流下降速率快得多,按上述规定计算可认为(85—90)%的热量发生在厚度为8的薄层内。
    钢的相对磁导率,随着温度的增加将急剧下降,常温下一般为100(在非常强磁场一 感应加热设备的原理与应用状态下约为16),过居里点温度以后将下降为1左右。所以,钢在加热的初期其透人深度很浅,温度升高后其透人深度要增加很多。
    当材料的电阻率p、相对磁导率u给定后,透人深度8仅与频率f的平方根成反比,因此8可由频率f来控制。当p、f给出后,6与u的平方根成反比,所以磁性材料(u值大)的艿值比非磁性材料(u=1)的值要小得多,故磁性材料的屏蔽效果要比非磁性材料要好得多。
    如果用铜或钢作为高频电流的载流导体,由于高频电流有一定的透入深度,即电流集中在导体表面,因此有效载流截面积小于导体截面积,亦即高频时的电阻大于直流或低频时的电阻。为了减少载流导体的损耗,必须尽可能减小高频电阻,由于铜的电阻系数比钢要小,故常用铜质材料作为高频载流体。又由于高频电流趋表,导体中心部分无电流流过,所以常以空心铜管(圆形截面或方形截面)作为高频载流体。在大功率振荡器中,空心铜管还可以通水冷却,以降低铜管的温升。
台车炉:http://www.wnddl.com/
中频炉:http://www.sxdongxin.com/
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