高频电热器

高频电热器，是工业上新式的工具，使用方便，用途日广，很引起人们的注意。谈到它的用途，我们可以举出其中的几种，如：

（1）炼制特种金属（图1），特别是炼制某些需要量不太大的特殊金属如少量的合金。可以得到最精密的成分和温度，必要时，还可放在封闭的真空里炼制。（2）封闭在容器里的物件加热，就是将非导电体里的导体零件加热。很少有别的方法能同样经济有效地完成这项工作。除可将内部零件热到适当温度外，外部非导体受热甚少。性质不受影响。（3）焊接金属，就是将热量集中在某些零件的一部分，完成不带疤痕的焊接，事后用不着加工，对焊某些脆到不易加工的金属，特别合适。（4）其他像工具钢淬火（图2），玻璃和金属焊牢等。〔本文不谈如图3所示的高频介质电热〕。

工业上高频电热器的型式虽根据不同用途，大小繁简也不同，但基本原理是一样的。图4表示一金属棒放在有高频电流的线圈里的情形。磁力线的变化，在金属棒里感应出高频涡流，这作用和变压器的初次级间的作用相同。

不过普通变压器里线圈的电阻都小，但这里的金属棒电阻可能很大，涡流会使它发热。假如这金属棒又是磁性物质做成的，高频磁场使它内部磁分子迅速运动，也产生热量，这是普通所谓“滞磁效应”的结果。因此非磁性金属物质的发热纯系由涡流损耗，而金属磁性物质的发热，不仅由于涡流损耗，还有滞滋损耗。高频电热所用的频率愈高，两种损失也愈大，金属棒的温度就可升到很高。

高频电热器按产生高频的方法分电子管振荡式和火花振荡式两大类：

（1）电子管式高频电热器系用电子管来产生强力高频振荡，例如可用哈特莱式振荡回路，振荡频率在450千周左右。所用电子管随所需电功率而定。为了供给较大高频电功率，常用几只电子管并联或推挽式工作。

调节热量，主要是控制电子管直流电压来获得。5千瓦以下的机器，电源供给多用单相全波整流器。电源变压器初级是可变的，改变接点即可变动高频的输出功率。5千瓦以上的机器，这样就不够合适，多改用三极充气管，在其栅极上加一个较小的控制栅偏压，用可变自偶变压器来改变这栅偏压，便可使整流器的输出变化很大，相当方便灵活。图5是这种电热器的原理图。

（2）火花式高频电热器是利用最早火花式无线电报机的原理，在火花间隙里产生高频振荡，因此在和火花间隙相联的回路里，就有了高频电流。在图6里，电容器C被充电甚高后，火花间隙G里的空气电离形成火花放电，由于火花有“惰性”，放电并不是单方向的，而是来回的一种振荡，实际上还是一列的减幅振荡。因为放电时能量有损耗，而没有补充。所以放电愈来愈小，因此振荡波幅也越来越小，到火花熄灭为止。

图7和图6相似，但电容器上的电荷在放电过程中，可以得到补充，使振荡可以维持不息。设输入电源为50周的市电，合上开关K，T的次级将C充电，到相当高的电压时，火花间隙G就开始放电，在1／100秒后，电源的方向改变，电容器C又被在新的方向充电，如此对C每1／100秒充电一次，高频振荡所损失的电能每1／100秒得到补充，故可维持振荡不息。不过在1／100秒内的振荡，仍旧是减幅波，即不是正弦波形。当这种非正弦波形的电流经拉L—C回路时，L—C的自然谐振频率决定振荡的频率，火花间隙G的大小和形状，只影响放电电压而不影响频率。

根据上述理论再加装些保安设备，就制成了比较实用的高频电热器如图8。这里主要是一个升压变压器，把市电升到10千伏左右来充电，次级串联着几个小电容器，是为了可以调整“功率因数”，并可以控电热器的输出。CK\(_{1}\)和CK2是两只高频扼流圈，防止振荡回路里的高频电流通过变压器，使变压器烧毁。CR\(_{3}\)是限流圈，因在G处放电时，等于将变压器次级短路，初级电流太大可能烧毁， CK3的阻抗限制了电流无限制的增大。振荡部分加C\(_{1}\)和C2是为了防止高电压的低频电源加到L\(_{3}\)上，保证人拿着L3工作比较安全。L\(_{1}\)和L2上有活动抽头，可以改变振荡频率。G\(_{1}\)、G2和G\(_{3}\)代表三组串联的火花间隙，这样串联的电阻稍大，不致等于将电源完全短路。输出线圈L3可以换用一套里的任何一个。普通都是用空心铜管子绕成的。还有附属的电风扇，将火花隙吹冷，以防损伤火花隙的电极。K1是电磁式电源开关，K\(_{2}\)是用循环水控制的开关，这循环水是使电热线圈冷却用的。循环水一停，K2立刻跳开。

高频电热的线圈，一般是几圈的空心铜管绕成。由线圈到机器的接线要用铜绞线或铜管，减低集肤作用的损耗。在工作线圈的空心内需通以循环水，防止线圈过热。

在电子管式的电热器上，电热线圈总是接在电压较低的地方，输出功率较低的机器，工作人员甚至可以直接用手拿着线圈工作，不致受高频电流灼伤。大型机器线圈接较低的电压处，工作起来也比较方便。高频电热所用频率并不太高，因工作时线圈两端的电压e是和2πfL成正比，L为线圈的电感，f为所用频率。如f过高，e就很大，相邻线圈间会发生跳火现象。另外，频率一高，由于集肤作用，只热在工作物的表面，而不能深入内层。

设我们要将一圆柱形金属零件升高温度到t°K(K为绝对温度），所需功率P可用下式计算：

上式里N为工作线圈的圈数，I为通过线圈的高频电流，f为工作频率，u为金属物体的导磁系数，ρt为t°K时金属物体的电阻系数。A为一与线圈对金属物长度比值和直径比值有关的常数，直径的比值愈大或长度的比值愈小， A就愈小，自然A愈小愈好，所以线圈的直径应当尽可能的小，而两邻近线圈的距离也应当尽可能的小，这样同样的圈救，线圈的长度便较小，都能使A减小。（贾逢春）