感應加熱:工業用語-中文百科頻道

加熱原理

感應加熱頻率的選擇：根據熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。

高頻加熱的深度為0.5-2.5mm,一般用于中小型零件的加熱，如小模數齒輪及中小軸類零件等。

中頻加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數的齒輪加熱。

工頻加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑Ø300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。

感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應用。

感應加熱設備是産生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。

頻率選擇

感應加熱頻率的選擇：根據熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm,一般用于中小型零件的加熱，如小模數齒輪及中小軸類零件等。中頻(1~10KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數的齒輪加熱。工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑Ø300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。

經驗公式

感應加熱淬火表層淬硬層的深度，取決于交流電的頻率，一般是頻率高加熱深度淺，淬硬層深度也就淺。頻率f與加熱深度δ的關系，有如下經驗公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。式中：f為頻率，單位為Hz；δ為加熱深度，單位為毫米（mm）。

具體應用

感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應用。感應加熱設備是産生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。

金屬熱處理的工藝

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時隻有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理後零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用塗料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。

加熱溫度随被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得需要的組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使内外溫度一緻，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間或保溫時間很短，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。

技術研究

現代感應加熱電源正朝着大功率，高頻化方向發展。這對現代電力電子器件來說是一個相當大的挑戰。傳統的方法是采用器件串并聯的方式，但這存在器件之間均流均壓閑難的問題，特别是當器件串并聯很多時，則需要保證精确的同步信号，以避免器件之間的環流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精确保證。特别是當串并聯器件較多功率等級很大時，它的優良特性可有效地減少逆變橋并聯之間的環流，通過參數設計可以均衡各橋的功率分配，降低器件的損耗，從而有效地解決了逆變橋并聯中出現的一些問題，有利于感應加熱電源多橋并聯，提高輸出功率和可靠性。

電壓型LLC負載拓撲如圖1所示。由圖1可知，不同之處是在以往LC并聯負載基礎上再串聯一個電感L1，L2和R為感應圈的等效電路，通常L1比L2大很多，L1參與諧振并起到隔離負載和電源，調節功率分配的作用。可見它與傳統感應加熱電源中的負載匹配變壓器作用很相似，因而可以消除造價昂貴，效率不高的高頻變壓器，使得整個裝置的體積縮小、重量減輕。LLC諧振電路阻抗表達式為由基本的電路分析可得它有兩個諧振頻率，一個是并聯諧振頻率f0和一個串聯諧振頻率f1式中：Leq=L1//L2。

定義k=L1/L2，一般來說k值較大以滿足負載匹配的要求，因此f0與f1很接近。為了獲得較大功率以及控制系統設計方便，系統的理想工作點在f1。Q=L2ωo/R≈L2ω1/R為了負載的品質因數{Q》1)，将k》1，Q代入式(1)，則在諧振點有由式(3)可知在ω1、點電源工仵在感性狀态以保證開關管可靠換流，且電容上電壓滞後逆變器輸出電壓90°。可以證明在ω1點為輸出功率最大值。由式(4)可看出電感L1起到阻抗變換，功率調節作用。系統功率曲線以及阻抗特性曲線如圖2所示。

從圖2中可以看出φ(ω)在整個頻域内是非單調函數，這種特性不利于用鎖相環控制．相反θ(ω)=arg(vc/v1)卻呈單調變化特性，且在ω1點有θ(ω1)≈-90°，所以．θ(ω)可作為控制變量引入到PLL中，從而鎖定在諧振點。電容上電壓最大值出現在諧振點ω1。vc≈v1Q/k(5)

2感應加熱并聯模塊環流分析

LLC諧振負載最大的優點是有利于感應加熱中的多機并聯，它不需要在逆變器之間附加任何元件，即使各橋的信号延時角度很大也能保證系統止常工作，抑制各橋之間的環流，調節各逆變器的輸出功率，多機并聯圖所示。