感应加热:工业用语-中文百科频道

加热原理

感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。

高频加热的深度为0.5-2.5mm,一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。

中频加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。

工频加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径Ø300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。

感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。

感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。

频率选择

感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm,一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径Ø300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。

经验公式

感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。式中：f为频率，单位为Hz；δ为加热深度，单位为毫米（mm）。

具体应用

感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。

金属热处理的工艺

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。

加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

技术研究

现代感应加热电源正朝着大功率，高频化方向发展。这对现代电力电子器件来说是一个相当大的挑战。传统的方法是采用器件串并联的方式，但这存在器件之间均流均压闲难的问题，特别是当器件串并联很多时，则需要保证精确的同步信号，以避免器件之间的环流损坏电力电子器件。但在很多情况下这很难精确保证。特别是当串并联器件较多功率等级很大时，它的优良特性可有效地减少逆变桥并联之间的环流，通过参数设计可以均衡各桥的功率分配，降低器件的损耗，从而有效地解决了逆变桥并联中出现的一些问题，有利于感应加热电源多桥并联，提高输出功率和可靠性。

电压型LLC负载拓扑如图1所示。由图1可知，不同之处是在以往LC并联负载基础上再串联一个电感L1，L2和R为感应圈的等效电路，通常L1比L2大很多，L1参与谐振并起到隔离负载和电源，调节功率分配的作用。可见它与传统感应加热电源中的负载匹配变压器作用很相似，因而可以消除造价昂贵，效率不高的高频变压器，使得整个装置的体积缩小、重量减轻。LLC谐振电路阻抗表达式为由基本的电路分析可得它有两个谐振频率，一个是并联谐振频率f0和一个串联谐振频率f1式中：Leq=L1//L2。

定义k=L1/L2，一般来说k值较大以满足负载匹配的要求，因此f0与f1很接近。为了获得较大功率以及控制系统设计方便，系统的理想工作点在f1。Q=L2ωo/R≈L2ω1/R为了负载的品质因数{Q》1)，将k》1，Q代入式(1)，则在谐振点有由式(3)可知在ω1、点电源工仵在感性状态以保证开关管可靠换流，且电容上电压滞后逆变器输出电压90°。可以证明在ω1点为输出功率最大值。由式(4)可看出电感L1起到阻抗变换，功率调节作用。系统功率曲线以及阻抗特性曲线如图2所示。

从图2中可以看出φ(ω)在整个频域内是非单调函数，这种特性不利于用锁相环控制．相反θ(ω)=arg(vc/v1)却呈单调变化特性，且在ω1点有θ(ω1)≈-90°，所以．θ(ω)可作为控制变量引入到PLL中，从而锁定在谐振点。电容上电压最大值出现在谐振点ω1。vc≈v1Q/k(5)

2感应加热并联模块环流分析

LLC谐振负载最大的优点是有利于感应加热中的多机并联，它不需要在逆变器之间附加任何元件，即使各桥的信号延时角度很大也能保证系统止常工作，抑制各桥之间的环流，调节各逆变器的输出功率，多机并联图所示。