提高感应器效率的方法与技巧

1.正确选择电流频率

根据工件直径或厚度正确地选择电流频率，是提高感应器效率的根本保证工件直径（或厚度）与电流透入深度之比，决定了电效率，两者之间的关系见表7-8。

表7-8 工件直径与电流透入深度之比同电效率的关系

注：电流透入深度指钢件850℃时的电流透入深度。当f＝250kHz、10kHz、8kHz、2.5kHz时，电流透入深度相应为1mm、5mm、5.6mm、10mm。

设计感应器时，应注意电效率不得低于80％。当电效率太低时，应采用横向磁通加热感应器等措施，以提高电效率。

2.横向磁场加热感应器

横向磁场加热实质是磁力线与工件加热表面垂直，此时涡流在加热工件表面呈平面形流动，如图7-20所示。

图7-20 横向磁场加热感应器

图7-21所示是加热薄板的另一种感应器，它采用附加导磁体。图7-22是最常用的带材加热感应器，上、下两面均有呈平面环流的感应导体。感应导体上跨有导磁体束，板两侧感应导体电流方向相同，是此感应器的特点。

图7-21 薄板加热感应器

1—感应器 2—硅钢片导磁体3—附加导磁体

图7-22 带材加热感应器（双侧

3.采用矩形管来代替圆形管

矩形管与圆形管在截面上的电流分布不同。当间隙相同时，矩形管比圆形管效率高10％。图7-23示出圆形管与矩形管截面上电流分布与工件上的热型。

4.合理分配感应器各部分的导电长度

每个感应器都由两部分组成，即导电板和有效圈，感应器上的电压必然是在导电板和有效圈之间分配的，它们的电阻都很小（和自身感抗相比），电压的分配基本上取决于感抗，感抗越大的部分，分配到的电压也越多。因此，有效圈的展开长度与导电板的长度之比越大，有效圈能分配到的功率就越多。因此，当导电板长度较长时，为使有效圈展开长度增加，应采用多匝感应器。但过分增大匝数，会破坏负载与振荡回路的匹配，所以匝数必须适中这点亦应注意。下面以图7-24所示感应器为例，计算感应器导电板与有效圈的电感。

图7-23 截面上电流分布与工件上的热型

a）圆形管 b）矩形管

图7-24 感应器各部分尺寸

环形感应器的有效圈与加热工件的电感L₁（H）为

式中 l₀——有效圈展开长度（cm）；

a——有效圈与工件间隙（cm）；

g——感应器有效圈宽度（cm）。

当采用图7-22所示导电板时，其电感L2（H）为

式中 l₁、l₂、l₃——导电板各部分的长度（cm）；

h——导电板间的间隙（cm）。

从以上两式得知，为减少导电板电感，应减小h和l（l＝l₁＋l₂＋l₃），增大b₁与b₂。

为增加有效圈电感，应增大l0、减小g。如增大a，虽增大了有效圈电感但降低了感应器效率，不能采取。减小g使加热区变窄，也不能采取。因此一般用增大l₀／g比值的方法。l₀／g应为5～10，当小于5时，改用多匝。多匝时l₀＝πdn（式中，n为匝数）。

5.减少感应器连接面的接触电阻

感应器接触板与淬火变压器接头之间，分合感应器的开合面之间，均存在接触电阻。其大小与接触压力、接触形式、接触面积、触头材料等因素有关可由下式表示：(www.xing528.com)

式中 R^J——接触电阻（Ω）；

F——接触压力（N）；

K^J——与触头材料的物理化学性质以及接触表面有关的系数；

n——与接触形式、压力范围和接触面积等因素有关的指数。

接触压力越大、接触面积越大，接触电阻就越小。因此，要求感应器接触表面要有较好的表面粗糙度和一定的接触压力。接触压力低于临界值时，接触电阻增大，导致接触面发热、氧化、接触电阻进一步增大的恶性循环，因此应合理设计接触面的压力布置。

6.采用导磁体

工件内孔或平面加热时，其效率比外圆加热低。有效圈跨上导磁体后，加热效率得到提高。现在发达国家有专为感应器镶装导磁体的专业厂，不但用于内孔、平面加热，还用于外圆加热。导磁体的材料除铁氧体磁性瓷、硅钢片以外，还发展了可加工高、中频导磁体与泥糊状导磁体，能制成所要求的任意形状。

（1）导磁体尺寸与厚度的计算 导磁体各部分尺寸见图7-25，尺寸关系如下：c＝（0.2～0.75）a，c的大小与线圈产生的磁通量有关，增大c可以减少磁感应强度，减少铁损。实际生产中c常不小于5mm，但也有因结构所限，采用2mm的。b应大于c。

图7-25 导磁体各部分尺寸

1）当采用硅钢片作导磁体时，其厚度应小于涡流在硅钢片中的电流透入深度，按 计算。当f＝8000Hz时，d≤0.22mm，采用0.2mm当f＝2500Hz时，d≤0.4mm，采用0.35mm，现在已有0.05mm的薄硅钢片，可用于较高频率。

2）当采用铁氧体及可加工高、中频导磁体时，其厚度根据实际需要选定，或采用标准模压块进行再加工。

（2）导磁体应用于外圆加热 如图7-26a所示，在未加导磁体时，轴圆角处未能加热，法兰边缘却加热了。如图7-26b所示，加上导磁体后，轴圆角处得到了加热。图7-27所示是在多匝感应器上加上了导磁体，从而提高了感应器效率。

图7-26 导磁体外圆加热应用

a）未加导磁体 b）加上导磁体

图7-27 多匝感应器加上导磁体

（3）导磁体的其他应用 导磁体还应用于防止加热区邻近部位因遭受磁力线影响而被加热，见图7-28。图7-29所示为强迫电流在感应器上走所要求的途径。当齿轮或花键轴感应加热电流频率低于最佳频率时，在感应器上镶上导磁体（见图7-30），能提高齿顶加热温度。

图7-28 导磁体用于防止有效圈邻近部位受热

7.减少有效圈磁力线的抵消作用及避免不良设计

（1）图7-31所示为两种有效圈内径相同的多孔感应器，其接线设计布置不同。图7-31b为不良设计，因为除有效圈产生电感外，还有许多不需要的电感产生。

图7-29 导磁体用于强迫电流走所要求的途径（虚线表示未加导磁体时电流走捷径）

图7-30 花键加热感应器上镶上导磁体

（2）图7-32所示为有效圈的两根电流方向相反的导线，因相距太近而产生磁力线相互抵消的作用。

图7-31 多孔感应器的不同接线设计

a）正确设计 b）不良设计

图7-32 有效圈两导线相距太近时产生磁力线抵消

图7-33示出相反方向两导线不同间隙时产生的热型。有效圈两根导线电流方向相反时，合适距离为管间隙等于管宽。

图7-33 相反方向两导线间不同间隙时产生的热型