感应线圈设计与制作(节译)

感应线圈 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与制作 (节译 ) (美] $tanley Zinn，S．L ．Semiatin 第一部分 基本结构与变形结构 在某种意义上，感应加热线圈设计是 建立在大量的，从几种形状简单的感应器 (如螺旋状线圈 )得出的经验数据上的 因而，感应 线圈设计通常均以 经 验 为 基 础。本系列文章回顾了惑应圈设计中要考 虑的基本参数，并叙述了实际应用的一些 最常见的线圈。 ■膏童的‘本蕾柏田囊 感应器类似于变压器的初级线圈，工 作相当于其次级线圈。因此 ，变压器的一 些特性对指导感应圈设计 的开发是有用处 的。 变压器的最重要的特点之一就是t绕 组间的耦合效率与两绕组间的距离的平方 成反比。此外，变压器：讶级线 圈中的电流 与初级线圈匝数的乘积等于次级线圈中的 电流与次级线圈匝数的乘积。 因为这些关 系，在设计感应加热线圈时，应牢记如下 几个条件。 ． 1)感应线圈应尽可能与零件紧密地 嘏合，以得到最大的能量转换。希望可能 最多的磁力线在被加热区域与工件相切。 该处磁力线越密，零件内产生的惑应电流 就越大。 2)螺线管中指向线圈中心的磁力线 效量最大，磁力线集中在线圈里边，在其 处加热速度最大。 3)因为磁力线最集中在贴近线圈本 身，且离其远则减少，所以线圈的几何中 心是弱磁力线通路。因此，如果一零件在 线圈中偏心放置，离线圈较近的区域就将 阻切较多豹磁力线，从而以较高的速度加 热}而耦合较少的零件区域则以较低的速 度加热，所产生的加热层形如图 l所示， 这种效果在高频感应加热中是 比转 显 著 的。 图 1偏心放置 圊彤蔼 应线冒 中的 圃棒中形成的感应加热层 4)在两引线与线离连接处，磁场较 弱j 因l}匕，感应器的磁场中心不必是几何 中心。这一效果在单匝线 圈中最明显。随 着线圈匾 数 增 加，每匝产生的磁力线加 到前面各匝所产生的磁力线上，这种条件 就变得不那么重要了。由于总把零件置于 工作线圈的中心是不实际的，所以零件应 稍微朝这一区域偏 置。此外，如果切实可 行，零件应旋转以便加热均匀。 5)线圈设计必须防止磁场抵消。图 2左边的因感应器线圈相反的两边相互靠 得太近而没有电感。在感应器中作成环形 (线 圈在中心 )将产生—些 电感。那么线 匿就会加热插在开口中的导电材料。右边 的结构产 基鹰加电感，是比较有代表性 的 好的线圈结构设计。 ’ 由于上谜原翻 有些缓 圈能够比较容 易地把功率转换给负载，因为这些线圈县 77 维普资讯 http://www.cqvip.com 漕 图2 巍圈结构设计对电感的 响 有在被加热区使磁力线集中 的 能 力。例 如，有三种产生多种加热特性的线圈： (1)螺旋型 在感应器中被加热零 件或局部区域处于线圈磁力线最多处， (2)盘状线 圈；只有一个表面 的磁 力线与工件相交’ (3)内孔加热线圈：只利用线圈外 部的的磁力线。 一 般地，用于加热圆形工件的螺旋线 圈具有最高的线圈效率值，内孔用线圈则 相反 <表 1)。线匿效率是分绐线圈转换 给工件的那辩分能量。这一一点不应与系统 总效率相棍游。 裹 1 薯应墁一的典型耦台效事 耦合效率 10kH 2 450kH 2 线圈类型 磁畦钢 魏 钢 ．其它 金属 环绕工件豹螺旋型 0、75 0、F0 0．80 0．BO - 盘 型 0．35 0 2S 0．50 0、30 发 夹 型 0 45 0．30 0、60 0、4O 雨绕工件的单匝型 O．60 0、40 0、 O 0．50 淘 槽 型 0．65 0．45 0．70 0．50 内孔甩线圈 0．40 0、20 0、50 0．25 除线圈效率之外，加热层形状、零件 相对线圈的运动 以及生产率也很重要。因 为加热层形状反映线圈几何形状，所以感 应器形状可能是这些因索中最 重要的。零 件移进或移出线圈的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 能经常地促进大 了8 量的优化结昔旬的改进。在头脑里也必须有 供 电型式及_生产率这两个因素。如果每30 秒需要一个零件，而 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 加热时间为5o秒， 则必须并联加热零件以满足预期生产奉。 记住这些要求，而重要的是通过考察大幂 的线圈技术，找出最台适的一个。 内孔用线一 内孔村热， 不论是为了淬硬、回火还 是热装，均是最常遇韧的主要 问题之一。 出于一切实用的目的，内径为 0．44英 寸 (1．1ClTI)的孔是可用450"KHz电源加 热 的最小内孔。电源为roKH z时，实 际 最 小加热内径为1．0英寸 (2．5cm)。 制做内孔线圈的管材应做得 尽 可 能 薄，内孔面应尽可能合理地靠近线圈表面 因为线圈中的电流沿感应器l的里边流动， 最密的磁力线的实际耦合是 自线圈内径到 零件内孔面。因此，感应器横截面应该最 小，线圈外径至零件 (450kHz时 )的距离 应达到o．062英寸 (0．16cm)。例如， 当 耦台距离太大时，修改线圈则改进了设计 线圈管材被压扁，减小了耦合距离|线圈 外径增加，减小了线圈至工件的距离。 更多的线圈匝数或者内孔线圈上节鼯 较密也将增j】Ⅱ磁力线密度。相应地，匝与 匝间的距离不应超过管径的一半，而 且线 圈的总高度不应超过其直径的两倍。 内孔线圈必需要利用非 常小的管材或 者要求有限的冷却通路。而且，由于其效 率比较低，可能需要很大功率的发电机而 产生 浅的加热潦唐 多一线一与簟臣墁一的关摹 加热层形状的均匀性要求和工件的长 度是选择多匝感应线圈还是单匝感应线圈 的两个主要考虑因索。小节距、与工件紧 密耦合的多匝线圈产生非常均匀的加热层 形状·加大零件和线匿之间的耦合，使交 切被加热区域的磁力线塑式更加均匀l亦可 取得类似的均匀性。然而，这也降低了能 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 加热 的单匝或多匝线圈常常是比 较 可 取 的。当使用已给定的额定功率电流时， 多 匝线圈一般可提高效率，进而可提高渐近 速度。单匝线圈对于零件直径来说有较狭 窄的加热带也是存在的。 在某种程度上，单匝线圈直径 与最佳 高度之间的关系随尺寸而变化。小线圈可 做成高度与直径相等，因为电流集中在相 对较小的区域内。对于尺寸较大的线圈， 高度不应超过直径的一半。随着线圈开孔 增走，高度 与直径比要减小，即一内径2 英寸 (5．1 cm)的线圈最大高度应为0．75 英寸 (】．91 cm)，而内径为4英寸 (】0．2 cm)的线圈最大高度应该为l，o英寸(2．5 cm)。 薯矗蟪分麓■ 当一工件的两个分开 的 域要加热但 又靠近时 (图．6)，相邻线圈各匝的磁场 有可能萤叠，引起整个棒科被加热。为了 避免这个现象，接连韵线圈匝可以反 向绕 制。用这 种方法，中间磁场就会抵消，余 下的磁场就会 受到限制。应该注意到，如 图6所示，导管布局是至关重要的。如将 感应器回路营建离线圈导管布置会给系统 增施不必要的损失。图7示出了另一个反 绕线圈的例子，度 7b中的线匿是图7 a中 的线圈舶反绕形式。这类线圈可以有效地 用于处理凸缘要加热而中心相对保持冷态 的容器。 圈 6 反向绕制 线圈，控 制一 个 工件两个不同区城的加热层状 态 (a)均匀或总体扣热 (b)仅仅是周边加热 躅 7 盘状 蠛碡结构 可用于上述情况的男一按术即是放在 两有效线圈匝间的短路圈或 分流(robb el")”结构 在这种情况下，短路 回路起到 易于变换过剩磁力线集中通路以吸收杂散 磁场的作用。因此，有时称其为磁力线分流 器。至于有效线圈各匝，必须用水冷却分 流器以排散其自身产生的热量。典型结构 如图 8所示。 一 图 8 水冷磁 力缦分流 器 的典型结构 簟二部分 专用缝■ ■鸯■■ 最困难的加热情况之一是在棒料或轴 的端头产生均匀的加热层形状。而圆饼式 感应器处理出来的加热层由于在中心处磁 场消失而产生死点。 蝶式线罔 (圈 9)， 因其外形形状而 得名，利用两个特殊成形的圆饼式线圈制 维普资讯 http://www.cqvip.com 成。相邻两边的电流通路方向一致，因此 电流相加。蝴蝶的 “两个翅磅”可 以弯起 而使轴处的磁场减少耦台，或者是在该位 置要求热量，则与轴本身耦台。在绕制该线 圈的过程中，重要的是所有中心匝要同方 向绕制，从而形成相加磁场。进 一 步 而 言，为了产生理想的加热层形状，只有这 些线圈匝应该与零件直接 辊合。 (n)线圈构造 (箭头指示线圈甲的 加 强型 电流 流动 ) (b)巍豳匝和棒料端头问耦舍产生 均 匀一致 的加 热层 形状 囤 9 蝶式线圜示意 图 曩向聋矗蟪■ 在加热纵向轴线长，横截面薄的零件 时，l夹在工件周围的园形线圈由于耦合距 离的关系，只在边缘产生有效的 加 热 层 (图1O。)。然而，在横向磁通加热中，感 应线圈被用于建立与薄板或类似零件垂壹 的磁场。这样，涡流路鳃发生变化，与工 件主轴线平行。侧如，在加热钢锯片这样 的物体时，锯片在感应 线腰间移动、涡流 路线是与锯片平行的吁形路线。近几年， 加热宽板材的专用横向磁通感应器也已得 到应用。 簟三部分 耕俸纛曩 经完全退火的导热率高的铜，由于其 电阻率低而最常用于制作感斑加热线圈。 此镉一般是管状的，最小外径为0．12 5英寸 囤1 0 垢热薄截面的横向磁通巍 霉厦工件中的 电流路巍 (0．32 cfl1)，以便水冷。这种材料 有 多 种横截面 (圆彤 ，方形和矩形 )及尺寸可 供利用。 警舒柏魅捧 除了由于其 自身电阻率引起 的I。R损 失之外，线圈包凰工件并通过辐射和对流 从被加热表面吸收额外的热量。 目此，选 用做工作线圈的管材应具有足够的冷却通 道，以消除额外热量是必要的。否则，铜的 电阻率将困温度的升高而增大，从而产生 更大的线腰损失。在某些情况下，例如大 线圈，可能必须把线圈内的单个水冷通道 分开， 防止过热和可能发生的线 圈失效。 选择感应绒匿管材的另一目素与工作 线圈中的电流，取决于魄蔼【频率和铜的电 匿率的糯定计算深度有关。橹座地，线圈 管材的壁厚应该选择与所甩钢材的感应加 热相 的计算深度极限 各种频率的推荐 壁厚如表2所示。然而，必须考虑锕的适 用性，而且经常采用 l／ 3计算深度的璧 厚，只计线圈总效率 中的名l义损失。 方形铜管也可 以大量购到，并常用于 制作感应线腰。其最大优点 是比圆形铜管 耦台到零件的磁通量多 (图l1)。此·外， 周其弯曲时不易折裂而更容易制作。它可 寄易地做成斜的，按要求彤 成 尖 角，小 弯。如果只有圆形管材可 资利用，则可将 维普资讯 http://www.cqvip.com 其在台钳或其它简易装置内压平、调整到 寸减少量最小。 最后的厚度尺寸，这样做可使水流通路尺 寰2 避择■应蟪■■■ 理论壁厚 1可供利用的典型壁厚 I 最小管径(b) =2X计算深度(a)，ram(英寸) ram(英寸) ’ mm(葜寸) 60 16．8O(0．662) 14．00(O．660) 42．00(1．666) 180 9．7O(0．382) 8．13(0．620) 24．30(0．956) 540 5．6u(0．220) 4．67(0．184) 14．00(0．660) 1000 4．11(0．162) 3．,13(0．136) 10．30(0．406) 3000 2．39(0．094) 1．98(0．078) 5．97(0．236) 10000~ 1．32(0．052) 1．07(0．042) 3．3,0(0．130) 450n0D 0．15(0．006) 0．89(0．036) 0．38(0．015) 10OO6000 0．08(0．003) 0．89( 0SS) 0．19(O．0076) (注)(B)假设铜的电阻率为1．67x10。 n·Cm(O．66×10一‘n·英寸) (b)也应考虑足够冷却水流量对管子内径的要求 ◎ ◎ 囤 画 画 叵 圈u 用臣形管和方形管螺旋感应 巍 圈产 生的加 热屠彤状比 较 一线■廖曩 就作铜线圈时必须注意到铜随着变形 量增大而产生加工硬化。因此，大多数制 作者为了消除这种状态，每弯几次就将管 材遢火，其方法是把管材加热到亮红，然 后迅速在水中冷却。这些中间退火可防止 管材在制作过程中断裂。 在某些成形操怍中，为了防止管材折 叠，用砂子或盐填充在线盈中可能足最理 想的，另外，还有几种低温台金 (1旃点低 于100℃ )常用于完成此相同功 能。线 圈 作完时，在沸水中爱袍，这时台垒 自由流 出，l铎可另外再用 用这些技术，管材一 旦被填充，在成形过程中就如实 心 棒 一 样，成形之后清理简便。 蟪■曲■■ 因为电流既在工件中又在线 圈 中 流 动，N10．~-T．件和线眉问就产生了磁通， 磁通的大小取决于电流的大小。如果磁通 足够 ，就可能使工件在线圈中运动。如 果工件的质量大，线圈就会有相对于工件 移动的趋势。各匝线圈也可能会相互间相 对运动。因此，适当地加强线圈匝以防止 移动及匝与匝间距离可能的缩短 是 重 要 的。此外，必须防止线圈相对于工件的运 动， 以避免加热层彤状发生意外的变化。 在低频操作过程中产生蚵许多噪声， 也来源于线圈的振动，裉象音响系统中的 扬声器线圈和磁构件。加固线圈并 自然装 载限制其誊动将有助于减轻这种状况。 图12说阻了典型的加固技术。在周12 A中，每隔一匝钎焊一个黄铜螺栓，然 后 把这些螺检固定到绝缘柱上使其相互间保 持固定的关系。绝缘柱处蝶检各端上的螺 母可 以调整，以适应加热层形状特性。在 圈l2B中，线圈两端头用螺栓固定后， 把 维普资讯 http://www.cqvip.com 绝缘柱做成一定轮廓而使各匝线圈相互间 保持一定的关系。 从H 度、清洁和保护的角度来说，有 时希望把工作线圈密封在塑料或耐火材料 中．对于 电压和温度特性，必须用这些材 料如绝缘板 那样做成相同形式的 防 护。 对于低温感应加热应用，线圈的环氧树脂 密封l是相 当普遍的。对于钢坯加热，为了 防止零件在 两匝线圈间脱落氧化皮，通常 把线圈用耐火水泥浇牢。用耐火材料包上 线圈时，务必使耐火材料的PH值与 被 加 热材料 阿PH值匹配，例如，钢在高 温 加 热过程中有氧化亚铁废脱落，则要求酸性 耐火材料。 目l 之间，可能有相当长的输出导管，在任何 情况下，在加热站终端和实际线圈间都存 在有限的距离。这些工作线圈导管的漫计 和构 造可能是决定工作可行性的主 要 因 素。 导管构造对系统性能的作用，可 以振 游回路是系统的一部分的值况得到最好的 理解 (图l3)o线暖加载荷电感 以L z表 示。每根把振荡电在器接到线圈上的导管 都具有其自身的电感 (L。、La)。 如 果 振荡回路中的电压E 被加在这些电感总和 的两端、那么通过每个电感都有一些电压 降。如果线圈电感 (L：)为导管的总电感 (L +L。)的10倍或更太，那么电压在导管 中的最大损失将为总申压的lOl,低于这个 曩膏蠢的主曩设计田襄 所有线圈都表现为振荡回路的电感。 然而，在宴践l 线圈的工作部分事实 L可 能只占振荡回路电感的一小部分 在发 电 机或加热站的输出端 与工作线圈加热部分 有些线圈匝数多、横载面面积太， 电 感 比较火， 因此，导管相 对 电感就小。频 率增加，线圈尺寸常常较小，其电感和感 抗减少。加热站和线圈间的距离增加，这 维普资讯 http://www.cqvip.com 圈15 多工住感应器导管构造， 圈B中的导管设计由于孚管 电感较 低 而 更可 取 。 些导智拘电感就可能变得裉重要。图14和 图1s中示出说明导管设计效果的几种线圈 设计。凰14A画出了导管分开很大的线圈。 两导管间的空间产生的电感几乎等于线圈 的电感，因此 ，电压的一大部分不会在工作 区域出现。较好的设计 (图14B)是使该间 隙最小化，从而提高加热效率。图 15B也 示出了对撮差的导管设计进行了改进的单 匝多工位线碉。 另一个要考虑的因素是导营与邻近金 属构件的交互作用。 因为所有导管均有电 感，所以这些导管可起到工作线圈 的 作 用，这样，置于其范围内的导体会 被 加 热。靠近金属构件放置的导管将趋于加热 这些构件。除了不需要 的热量之外，该损 失减少了载荷可能得到的功率。重要的是 导管间的距离最小笋考虑到导营至金属构 件的距离。只要可能，导营架、托架或管 道必须用低电阻率材料或绝缘材料如铝或 塑料制成。 译 自《Heat Treating》18811．e，8，1O． 捆王山并 ■毫●蕾 (上接45页 ) 4，中国热处理协会第一届第二次会员代表大会及四新 (新材料，新技 术、新 工 艺，新装备 )展示会，将于1991年10月中旬在无锡市召开。会议主要内容为中热协一届 理事会工作报告与工作委员会报告、修改与通过中国热协章程 理事会换桶改选组成新 班子、讨论与通过二膳理事会的工作任务与1992年工作计 划、举办经验与技术交流会以 及91年热处理四新展示会辱。 5、中国热处理协会原属机械工业工艺协会，现机械工业工艺协会撤消。巾国热处 理协会正向 民政部申报拟改为国家一级协会。 (中国热处理协会热 处理工艺装备委 员会报导 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com