设计感应器结构与尺寸的原则

感应器的结构是否合理不但会影响加热温度的分布，而且也影响加热层的形状与深度，同时对感应加热设备的功率能否充分发挥也有很大的影响。因此，正确设计感应器对保证产品质量和提高技术经济指标是非常重要的。可是在一些工厂中，对感应器（尤其是中、高频设备所用的感应器）的结构设计往往是不够重视的。

应当指出，目前在感应器设计中还存在着以下的问题：①还不能完全用理论计算来解决感应器的结构问题。②感应加热所处理工件的技术要求往往不够明确。③对工件的检查手段也仅停留在硬度检查上，而对加热层形状与加热层深度等则重视不够。

因此，为提高感应加热的质量，应当在经验的基础上，综合各方面的知识来进行感应器的设计，并在实践的过程中不断改进感应器的结构。

这里则仅限于介绍中、高频感应器的设计。

（一）中、高频电流特点

设计感应器时首先要了解所采用的电源电流的特点，例如集肤效应、邻近效应、圆环效应及尖角效应等。只有很好地掌握这些特性，才能根据工件表面淬火的技术要求，设计与制造出好用的感应器来。

1.集肤效应

当交流电流通过施感导体时，在导体的表面电流最大，越向内部电流密度越小，这种现象称集肤效应（或称表面效应）。电流的频率越高，集肤效应越显著。当电流频率很高时，电流大部集中在导体表面，而中心部分已无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发热显著增加。因此，感应器的施感导体常常采用空心的铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体的温度。

2.邻近效应

当两个载有一定频率的交流电流的导体彼此相距很近时，则每个导体内的电流将重新分布。如果两个导体中电流方向（瞬时方向）相反时，则最大电流密度就出现在两导体相邻的一面，如图9-3（a）所示。如果两导体内电流的瞬时方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面，如图9-3（b）所示。两个导体间距越小，则电流重新分布的现象越明显。这种电流向一侧集中的现象称为邻近效应。导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。这在考虑感应器结构时是不能忽略的。

图9-3　邻近效应

（a）导体中电流瞬时方向相反；（b）导体中电流瞬时方向相同

3.圆环效应(www.xing528.com)

当交变电流流过圆形导体时，电流在导体横截面上的分布将发生变化，此时电流仅仅集中在圆环的内侧，这种现象称为圆环效应。圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应也越显著。在许多情况下，电流只在圆环的内侧流过，而外侧没有电流。

当加热圆柱体的外表面时，圆环效应与邻近效应一致，感应器中的电流与工件表面靠近。但是对于加热内孔用的感应器来说，圆环效应与邻近效应恰好不一致，圆环效应使电流在感应器内侧流过，因而电流距内孔表面较远，邻近效应减弱，使加热效率降低。

感应电炉就是对这几种效应的综合利用，在感应器中置以钢管（炉料），感应器两端施交流电压，即产生交变磁场，此时感应器本身表现为圆环效应，感应器与钢管间产生临近效应，钢管本身表现为集肤效应。

4.尖角效应

当感应器与工件间的距离相同，但在工件的尖角处的加热强度远较其它光滑部位强烈，往往会造成过热，这种现象称为尖角效应。尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中，感应涡流较大的缘故。因此在设计不规则形状工件用的感应器时，就要考虑尖角效应的影响。应将尖角或凸出部位的间隙（工件与感应器之间的空隙）适当加大。使磁力线不要过分的集中，以削弱此处感应电流的密度。

（二）确定感应器的结构与尺寸的原则

感应器的结构随处理工件技术特点（形状、尺寸及技术要求）的不同而不同，但它基本上都是由两部分组成，即施感导体与汇流板。施感导体又称感应圈，它用来产生交变磁场，使工件产生涡流而进行表面加热，其形状和尺寸应根据所处理工件的形状、尺寸和技术要求来定。施感导体均用紫铜管制成，常用铜管的直径为6、8、10、12、14、16mm及20mm等，使用时常拉制成正方形或矩形，管壁厚度为1.0～1.5mm。汇流板又称插脚，它的一端焊在施感导体上，另一端接到中、高频降压变压器的次级线圈上，以便向施感导体输入电流。汇流板一般用厚度为2～3mm的紫铜板制成，其间距为1.5～3mm。图9-4及图9-5为用于处理圆柱形工件外表面的中、高频感应器。

图9-4　中频感应器

1—施感导体；2—汇流排；3—接线座；4—冷却水管；5—喷水管

图9-5　高频感应器

1—施感导体；2—汇流排；3—冷却水管

感应器的设计包括以下几方面：施感导体的形状、尺寸；施感导体的圈数、施感导体与工件加热面的间隙，汇流板的尺寸与连接方式，冷却方式等。感应器的结构尺寸主要应根据：中、高频电流的特性，中、高频电流在感应器中的流向，磁力统分布情况以及涡流在工件表面上的流向及分布情况来确定。除此而外，还要考虑到使用方便和使用寿命等问题。在具体工件的感应器设计过程中就是要灵活地运用高、中频电流的各种效应，有时要加强某一效应，有时要减弱另一效应。确定感应器的结构与尺寸的详细方法及原则可参见其它资料。