Home > 기술자료 > 고주파 유도가열의 원리 > 표피효과

도체에 교류전류가 흐를 때 도체의 중심부에는 전류밀도가 낮아지게 되며 따라서 대부분의 전류는 도체의 표면에 집중되어 흐르게 되는데 이런 현상을 표피현상 록은 표피효과라 부릅니다.
이 현상은 도체의 중심부일수록 쇄교자속수가 많아져 인덕턴스가 커지면서 그로인해 교류전류가 흐르기 어렵기 때문입니다. 이 표피효과는 주파수와 재료에 의해 결정되며 이들 상호 관계식은 다음과 같습니다.

여기서 P를 침투깊이(Penetration Depth)라 하며 이는 표면으로부터 P까지에 90%의 전력이 집중되는 깊이를 말합니다. 그러므로 도체 표면부터 이 깊이 까지에 모든 전류가 흐른다고 보아도 크게 틀리지는 않습니다. 또한 재료 온도가 변하면 저항율이 변화하므로 당연히 동일재료라도 온도에 따라 침투깊이는 차이가 나게되며 아래표는 이러한 관계를 종합한 것입니다.

고주파 가열을 타 연료 가열장치와 비교를 한다면 가장 큰 특징이 바로 이 표피효과를 이용한 것으로 예를 들어 금속의 열처리나 금속접합등이 모두 여기에 해당하는 것입니다.

실제로 다음 표에서와 같이 재료별 온도에 따른 적정주파수 차이는 매우 심하므로 이를 적당히 선택할 는 도저히 없는 것입니다.
다음 그림은 균일한 크기의 금속봉에 유기되는 와전류 발생분포를 알기쉽게 그래프화 한 것으로 이를예로 들어보면 표면에 흐르는 전류(혹은 자속밀도)를 100이라 할 때 표면으로부터 재료의 1/8되는 곳이반이 되고, 1/4이 되는 곳은 1/2정도로 중심에는 거의 전류가 흐르지 않고 있음을 보여주고 있습니다.그러므로 고주파 전력을 담금질이나 기타 열로 이용코져 할 때 재료에 따른 주파수의 선정은 매우 중요한 것이 됩니다.

                                                 <재료와 그 온도에 따른 침투깊이>

 <단위 cm>

재료

 

주  파  수 (Hz)

50

500

1K

3K

10K

400K

상 온
1,200C
용융시

0.32

0.11

0.08

0.04

0.02

 

6.60

2.30

1.62

0.95

0.52

0.08

9.10

3.18

2.25

0.30

0.71

0.10

 

상 온
1,200C

5.70

1.97

1.39

0.80

0.44

0.07

7.50

2.60

1.84

1.06

0.58

0.09

상 온
850C

0.95

0.33

0.23

0.12

0.07

0.01

1.93

0.66

0.47

0.27

0.15

0.02

알미늄

상 온
500C

1.07

0.37

0.26

0.14

0.08

0.01

1.93

0.60

0.47

0.27

0.15

0.02

흑연

상 온

20.0

7.20

5.06

2.93

1.60

0.25