Четыре эффекта индукционной закалки

Поверхностный эффект индукционной закалки

Поверхностный эффект, также известный как скин-эффект, возникает при прохождении переменного тока через проводник. Плотность тока в разных точках поперечного сечения проводника одинакова при прохождении постоянного тока по проводнику. Однако при прохождении через проводник переменного тока плотность тока в поперечном сечении проводника мала в середине и велика на поверхности. Когда частота тока достаточно высока, в центре проводника ток может отсутствовать, и весь ток концентрируется в поверхностном слое проводника. Это явление называется поверхностным эффектом тока высокой частоты.

Причина, по которой поверхностный эффект возникает при индукционной закалке, заключается в том, что когда переменный ток проходит через проводник, он также создает магнитное поле, окружающее проводник, что, в свою очередь, создает самоиндуцируемую электродвижущую силу на проводнике. Направление самоиндуцированной электродвижущей силы противоположно направлению исходной электродвижущей силы, а самоиндуцированная электродвижущая сила наиболее сильна в центре цилиндрического проводника и наиболее слаба на поверхности. Компенсация самоиндуцированной электродвижущей силы по сравнению с исходной электродвижущей силой приводит к максимальному поверхностному и минимальному центральному току высокочастотного тока, образуя скин-эффект.

В результате скин-эффекта плотность тока на поперечном сечении проводника уменьшается по экспоненте от поверхности к центру.

Эффект близости индукционной закалки

На распределение переменного тока внутри проводника влияет переменный ток внутри соседнего проводника, что называется эффектом близости.

В практических приложениях эффект близости индукционной закалки в основном имеет две ситуации:

• Когда два параллельных проводника подвергаются воздействию противоположных и равных переменных токов, ток концентрируется на внутреннем поверхностном слое двух проводников, и магнитное поле между двумя проводниками усиливается, а магнитное поле снаружи двух проводников ослабляется.

• Когда два параллельных проводника подвергаются воздействию одинакового и равного переменного тока, ток концентрируется на внешнем поверхностном слое двух проводников, и магнитное поле между двумя проводниками является самым слабым, в то время как магнитное поле снаружи двух проводников усиливается из-за взаимной суперпозиции.

Кольцевой эффект индукционной закалки

При прохождении высокочастотного тока по кольцеобразному проводнику максимальная плотность тока распределяется на внутренней стороне кольцеобразного проводника, что называется кольцевым эффектом. Сущность кольцевого эффекта заключается в эффекте близости кольцевого индуктора.

Используя принцип эффекта кольца индукционной закалки, мы можем объяснить, почему эффективность нагрева внешней поверхности цилиндрической детали и внутренней поверхности полой детали, нагреваемой одним и тем же кольцевым индуктором, настолько различна.

Щелевой эффект индукционно-закаленного магнитопровода

В паз магнитопровода помещен медный проводник прямоугольного сечения. При прохождении через проводник тока высокой частоты ток течет только по поверхностному слою проводника в месте открытия магнитопровода. Это явление называется щелевым эффектом магнитопровода.

Магнитопровод имеет очень высокую магнитную проницаемость и очень маленькое магнитное сопротивление. Магнитный поток, создаваемый проводником с током, концентрируется и проходит через дно паза магнитопровода. Хотя проводник в нижней части паза имеет наибольшую магнитную потокосцепление и генерирует большую самоиндуцированную электродвижущую силу, аналогичным образом проводник в отверстии паза генерирует наименьшую самоиндуцируемую электродвижущую силу. Поэтому сюда вынужден течь высокочастотный ток.

Используя щелевой эффект магнитопровода при индукционной закалке, мы можем подавать высокочастотный ток на внешнюю поверхность кольцевого индуктора, что может повысить эффективность нагрева внутренней поверхности полой детали.