有色金属材料真空冶金条件下的模具工装设计+CAD图纸(4)_毕业论文

毕业论文移动版

毕业论文 > 机械论文 >

有色金属材料真空冶金条件下的模具工装设计+CAD图纸(4)

真空感应炉的熔炼主要利用电磁感应原理,使在坩埚中的物料内部产生交变电流(即涡电流),再通过涡电流使物体内部的原子高速无规则运动。由于原子相互碰撞、相互磨察,继而用产生的焦耳热来加热物料的方法叫做电磁感应。电磁感应加热原理是依据法拉第电磁感应定律和电流热效应的焦耳-楞次定律为基础提出来的。

1831年,法拉第发现了电磁感应现象。即当一个闭合导体通上交变电流时,这就致使闭合导体的磁通量发生了变化。于是,这个闭合通电导体就产生了电势,这种电势就被称作感应电势。由于感应电势的存在,这就使得闭合导体中产生了电流,也称作感应电流。

由于交变电流i通过感应线圈时,会产生磁通量(Wb)的变化,在单位时间里t(s)内,感应线圈中出现感应电动势E(V),感应电动势的大小为:

                     (1-1)

如果线圈匝数为Ν,而通过每匝线圈的磁通量都等于。那么磁链,即通过Ν匝线圈的磁通量

                    (1-2)

当磁通量Φ成正弦变化时,

                (1-3)

如果所通电源的角频率为,=2,那么,感应电动势为:

                       (1-4)

因此,感应电动势的有效值为:

            (1-5)

有上述公式可知,物料所需的电能是通过电磁感应,由感应线圈传递过去的。然后,物料中所得到的电能在金属内部转化为热能。又根据焦耳-楞次定律可知,通过导体所散发出的热能与金属导体内电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比[4],即:

                           (1-7)

式中,Q——热量,J;               I——感应电流,A;

R——金属表层的电阻,;     t——加热时间,s

综上所诉,电磁感应现象和电流得热效应是感应加热原理的基础。

在真空感应炉中,物料在通电的感应线圈中受到变化磁场的影响,物料继而会产生感应电流。这种电流在物料中自成回路,这种流动的电流成旋涡状,叫做涡电流,简称涡流。由于物料内部电阻很小,而涡电流又很大。根据焦耳楞次定律可知,物料产生大量的热,这就起到了融化物料的作用。因此可以看出,感应电流对于物料的融化,物料的大小形状,以及电源的频率选择有着深远影响。

物料中的电流主要有集肤效应、邻近效应和圆环效应。而感应炉加热时三种效应的综合。即感应器两端施加交流电后,产生交变磁场,感应器本省表现圆环效应。而感应器又和金属物料之间表现为邻近效应,被加热的物料则是集肤效应。当感应器和物料之间相互靠近时,原来反向的电流,变成了相互平行的通过感应器和物料,这就是邻近效应。而圆环效应是指,当交变电流通过磁感线圈时,最大电流密度在线圈导体的内侧。 

总所周知,当电流通过通通电导体,在同电导体的横截面积上,电流通常是均匀分布的。但是,当中频或者高频交变电流流过通电导体时,电流的分布不再是均匀分布。主要因为由楞次定律产生的涡变电流与导体中心电流相反。而导体中心较表面的磁链大,导体中心处产生的电动势大于导体表面处的电动势。这就表现为,越接近导体的表面,电流的密度越大;越接近导体的中心处,电流密度越小。这种电流趋向于表面的现象就被称作趋肤效应或者是集肤效应。电流的大小与距离导体表面x处电流密度可表示为:                            (责任编辑:qin)