感应加热作为一种非接触式加热技术广泛应用于工业甚至消费电器中,具有许多明显的优势。
对感应加热的理解始于基本的电磁原理和仍然广泛使用的非常古老的电气元件:变压器。然而,感应加热变压器与标准的交流线路电源变压器、信号变压器或射频变压器不同,即使它具有相同的原理图和基本原理 (图 1)中国机械网okmao.com。

图1:感应加热变压器的原理图和功能关系与标准交流变压器相似,但在实现上却大不相同。(图片:电路地球仪)
基于感应的加热始于铜等导电材料的线圈。感应加热装置是一种“开放式”空心变压器设计形式,没有用于包含磁通量和最大化效率的传统磁芯。当电流流过线圈时,它会在线圈内部和周围产生磁场。
在法拉第的发现之后,这个初级侧电流必须是非稳定的、非直流的交流电 (AC) 才能使变压器感应工作(我们稍后会看看这个交流电的频率)。磁场做功的能力取决于线圈的设计以及流过线圈的电流量。
被驱动的电感器用作变压器初级侧,而要加热的部件(通常称为工件)则成为次级侧(即使它是低电阻甚至短路。当磁性(铁)或有色金属零件放置在电感器内并进入交流磁场,在零件内感应出称为涡流的循环电流(图2)。

图 2:在感应加热中,原边的交变磁场会在工件或负载中感应出涡流,该工件或负载充当变压器的副边。(图片:偶氮材料)
通过次级侧传输的电流与它们之间距离的平方的倒数成正比。由于没有磁芯来引导和约束磁通量,因此次级侧或工件通常被初级线圈包围,以最大限度地传递磁能传递(图 3)。(这不是第 4 部分讨论的消费电器设计中的情况)。

图 3:围绕金属棒的感应加热器初级线圈可以在几秒钟内使金属棒达到炽热的红色温度。(图片:Digilent)
当涡流流过介质时,电子的运动会有一些阻力。涡电流逆着金属的电阻率流动,它们会产生局部热量,而部件和电感器之间没有任何直接接触。
因此,感应加热是I 2 R 加热的一种形式,只是电源和加热元件之间的“连接”不是与电子流的直接导线连接。相反,它是一个交变磁场,它会诱导电子移动——这就是电流——电子的这种移动会遇到金属电阻率形式的电阻,然后会导致加热。
这种加热发生在磁性和非磁性导电部件上。从物理学的角度来看,这通常被称为“焦耳效应”,指的是焦耳第一定律,它定义了电流通过导体时产生的热量之间的关系。
在某些情况下,还有另一种加热机制在起作用。通过磁滞和磁滞加热在磁性部件内产生额外的热量——当磁性材料通过改变部件磁极性的变化的磁场时产生的内部摩擦。这种阻力还会产生内部摩擦,从而产生热量。
然而,滞后加热的这种次要效应只发生在居里温度以下的组件中,在该温度下,材料的磁导率降低到统一(通常为 500-600°C/1000-1150°F)。相反,由涡流引起的加热继续。
标准电气变压器的重要属性之一是它使用变化的磁场在初级和次级侧之间提供电流(欧姆)电气隔离,以跨屏障传输能量。这也是感应加热的情况。要加热的材料可以放置在与电源初级侧隔离的环境中;它可以接地、浸没在液体中、被隔离物质覆盖、在气态气氛中,甚至在真空中。