Teoria indukcji elektromagnetycznej jest dojrzała, ogrzewanie indukcyjne jest szeroko stosowaną metodą ogrzewania, szczególnie w obróbce cieplnej powierzchni, ma zalety prostego procesu, małych odkształceń, wysokiej wydajności, oszczędności energii i ochrony środowiska, łatwej do zrealizowania automatyzacji procesu , doskonała wydajność warstwy utwardzającej itp. Wraz z ciągłym postępem technologii przemysłowej ogrzewanie indukcyjne jest również coraz bardziej genialne.
Indukcyjne urządzenia grzewcze można podzielić na częstotliwość mocy, częstotliwość pośrednią, częstotliwość super audio i wysoką częstotliwość zgodnie z częstotliwością mocy, która ma własny zakres częstotliwości i gęstość mocy grzewczej.
Ogrzewanie indukcyjne opiera się głównie na trzech podstawowych zasadach: indukcji elektromagnetycznej, „efektu skóry” i przewodzeniu ciepła.
Kiedy prąd przemienny przepływa przez przewodnik, indukowana siła elektromotoryczna zostanie wytworzona w przewodniku pod działaniem utworzonego zmiennego pola magnetycznego. Im bliżej środka, tym większa indukowana siła ELEKTROmotoryczna, prąd przewodnika dąży do warstwy powierzchniowej, a natężenie prądu maleje wykładniczo od powierzchni do środka, jak pokazano na rysunku 1. Zjawisko to jest znany jako efekt skóry prądu przemiennego.
W wyniku działania siły elektromotorycznej mocy i samoindukowanej siły elektromotorycznej, maksymalne natężenie pola magnetycznego współkierunkowego układu prądowego generowane jest na zewnątrz powierzchni przewodnika, a maksymalne natężenie pola magnetycznego układu prądu wstecznego jest generowane na wewnętrznej stronie powierzchni przewodnika, co jest efektem zbliżeniowym.
Efekt zbliżeniowy może być wykorzystany do dobrania odpowiedniego kształtu czujnika na powierzchni obrabianych części do centralnego ogrzewania tak, aby koncentracja prądu w szerokości czujnika była w przybliżeniu równa powierzchni.
Im mniejsza odległość między przewodami, tym silniejszy efekt zbliżeniowy.
Zjawisko, że prąd płynący przez cewkę indukcyjną koncentruje się na wewnętrznej powierzchni, nazywa się efektem pierścienia. Efekt pierścieniowy jest wynikiem wzrostu siły elektromotorycznej indukowanej na powierzchni zewnętrznej w wyniku działania pola magnetycznego prądu przemiennego cewki indukcyjnej.
Podczas ogrzewania powierzchni zewnętrznej efekt pierścieniowy jest korzystny, ale podczas ogrzewania płaszczyzny i wewnętrznego otworu znacznie zmniejszy się sprawność elektryczna cewki indukcyjnej. W celu poprawy wydajności czujników płaszczyzny i otworów wewnętrznych, prowadnice magnetyczne są często konfigurowane w celu zmiany rozkładu natężenia pola magnetycznego, wymuszając przepływ prądu w kierunku powierzchni, na której część musi być podgrzana. Magnetyczny korpus przewodzący ma funkcję kierowania prądu na przeciwną stronę.
Efekt powierzchniowy, zbliżeniowy i efekt pierścieniowy wzrastają wraz ze wzrostem częstotliwości prądu przemiennego. Ponadto efekt zbliżeniowy i efekt pierścieniowy wzrastają wraz ze wzrostem przekroju przewodu, zmniejszeniem odstępu między dwoma przewodami i zmniejszeniem promienia pierścienia.
Z równania rozkładu natężenia pola magnetycznego można wyprowadzić.
Podstawowe równania rozkładu natężenia pola magnetycznego pokazują, że natężenie prądu wirowego zmienia się wykładniczo wraz z odległością od powierzchni. Wir jest silnie skoncentrowany w warstwie powierzchniowej i szybko się zmniejsza wraz ze wzrostem odległości. W zastosowaniach inżynierskich podaje się, że Ix spada do 1/e (e=2.718) powierzchni jako głębokość penetracji prądu, wyrażona wzorem. Jeśli jednostką jest Ω rho, cm, użyteczna pod typem dla delta (mm)
Ponieważ ciepło generowane przez wir jest proporcjonalne do kwadratu wiru (Q=0.24I0 Rt), ciepło od powierzchni do środka spada szybciej niż wir. Obliczenia pokazują, że 86.5% ciepła występuje w lamelach delta, podczas gdy poza lamelami delta nie występują żadne wiry. Powyższe przepisy zostały zastosowane z wystarczającą dokładnością.
Rezystywność materiału stalowego rho wzrastająca wraz ze wzrostem temperatury w procesie nagrzewania (w zakresie 800-900℃, rezystywność różnych podstawowych stali taka sama, około 10 e – 4 (Ω, cm); Przepuszczalność jest w zasadzie nie zmienia się poniżej punktu utraty magnetyzmu (jego wartość jest związana z wytrzymałością), ale nagle spada do przepuszczalności próżni =1 po osiągnięciu punktu utraty magnetyzmu, dlatego gdy temperatura osiąga punkt rozmagnesowania, głębokość wnikania wir znacznie wzrośnie.Głębokość penetracji wiru poza utratą pola magnetycznego nazywana jest „głęboką penetracji termicznej”.Poniżej utraty punktu magnetycznego nazywana jest „głęboką penetracji zimnego wiru”.
Zmiana natężenia prądu wirowego z powierzchni przedmiotu na głębokość rozkłada się zgodnie z charakterystyką stanu zimnego w chwili przed włączeniem prądu wysokiej częstotliwości przez cewkę indukcyjną i rozpoczęciem wzrostu temperatury przedmiotu. Gdy na powierzchni znajduje się cienka warstwa, która przekracza punkt strat magnetycznych, natężenie prądu wirowego na wewnętrznym złączu sąsiadującym z cienką warstwą nagle się zmienia, a warstwa grzewcza przedmiotu obrabianego jest dzielona na dwie warstwy. Natężenie prądów wirowych warstwy zewnętrznej znacznie się zmniejszyło, a maksymalne natężenie prądów wirowych było na styku obu warstw. W rezultacie prędkość nagrzewania wysokotemperaturowej powierzchni gwałtownie spada, temperatura złącza jest przyspieszona i gwałtownie przesuwa się do wewnątrz.
Ta metoda ogrzewania elektrycznego, która polega na ciągłym „wkraczaniu” prądów wirowych do wnętrza, jest unikalna dla ogrzewania indukcyjnego. W warunkach szybkiego nagrzewania powierzchnia nie przegrzeje się, nawet jeśli do części zostanie przyłożona duża moc.
Gdy grubość warstwy wysokotemperaturowej traci magnetyzm przekracza głębokość penetracji gorącego prądu wirowego, głębokość warstwy grzewczej zwiększa się głównie dzięki przewodzeniu ciepła, a proces nagrzewania i charakterystyka rozkładu temperatury wzdłuż przekroju są w zasadzie takie same jak zewnętrzne źródło ciepła, więc sprawność grzewcza jest znacznie niższa.
Podczas podgrzewania powierzchni do określonej głębokości należy dążyć do „przepuszczalnego ogrzewania” prądów wirowych. W tym celu należy prawidłowo dobrać częstotliwość prądu, a wybrana prędkość grzania powinna umożliwiać osiągnięcie określonej głębokości grzania w możliwie najkrótszym czasie.
