基于電磁感應(yīng)的電纜擠出機(jī)的加熱系統(tǒng)研究

李翔　李瓊

【摘 要】本文針對目前電纜擠出機(jī)的加熱方式使用的仍是傳統(tǒng)的電阻絲、電阻線圈加熱，提出一種節(jié)能改造方法，利用電磁加熱技術(shù)對電纜擠出機(jī)進(jìn)行改造，這種加熱方法相比較于傳統(tǒng)的加熱方法，可以有效地規(guī)避傳統(tǒng)的加熱方法存在的一些問題：熱能利用率低，熱損耗大，能源浪費(fèi)；使用壽命短，需要經(jīng)常維護(hù)。使用電磁加熱技術(shù)后可以提高熱效率，節(jié)約電費(fèi)，不需要經(jīng)常更換電阻線圈，減少二次投入，間接為公司增加利潤。

【關(guān)鍵詞】電纜擠出機(jī)；電磁加熱；節(jié)能改造

0 引言

現(xiàn)在很多電纜生產(chǎn)企業(yè)使用的擠出機(jī)的加熱系統(tǒng)普遍是利用電阻線圈對料筒中的塑料進(jìn)行加熱，這種加熱方式會(huì)出現(xiàn)很多問題，比如，由于只用電阻絲緊貼料筒的一面能把熱量傳遞到料筒內(nèi)用于加熱塑料，而電阻線圈外側(cè)的熱量很大一部分都散失在空氣中，使得周圍環(huán)境溫度升高，工人工作環(huán)境變得惡劣；使用電阻線圈加熱，加熱溫度很高，電阻線圈經(jīng)常會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而燒斷，需要經(jīng)常更換，給維修帶來麻煩[5]。

本文介紹對電纜擠出機(jī)進(jìn)行電磁加熱進(jìn)行節(jié)能改造，可以對料筒內(nèi)部進(jìn)行加熱，減少了熱量的散失，熱能利用率得到提高，同時(shí)，由于不需要使用電阻線圈，減少了成本的投入，既節(jié)能又減少支出。

1 電磁加熱技術(shù)的原理及組成

1.1 電磁加熱的原理

電磁加熱技術(shù)又稱IH（Induction Heating）技術(shù)，利用了法拉第電磁感應(yīng)定律，將電能轉(zhuǎn)換為磁能，再將磁能轉(zhuǎn)換為電能，最后再將電能轉(zhuǎn)換為熱能[6]。本質(zhì)上就是通過電磁加熱的控制電路，將市電通過整流、逆變、諧振產(chǎn)生快速變化的高頻交流電，作用在線圈上產(chǎn)生快速變化的交變磁場，磁場作用在待加熱的金屬工件時(shí)，產(chǎn)生渦流，使得金屬內(nèi)部原子無規(guī)則劇烈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生熱量。

1.2 電磁加熱器的組成

電磁加熱器將市電通過三相整流濾波后，利用全橋逆變電路和負(fù)載電路在線圈中產(chǎn)生高速變化的交變磁場，將線圈纏繞在料筒上，使料筒在磁場的作用下產(chǎn)生渦流，對料筒內(nèi)的原料進(jìn)行加熱。

三相整流濾波電路利用三相橋式全控整流電路，將市電380V電壓整流成脈動(dòng)的直流電壓，再利用EMI濾波電路對電路進(jìn)行濾波，得到兩端近乎平滑的直流電壓[1]。

全橋逆變電路是利用單片集成PWM控制芯片（SG3525）來調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制方波（PWM）控制開關(guān)管IGBT的開通和關(guān)斷，最終將直流電壓逆變成中頻方波電壓[2]。

負(fù)載電路是由電感線圈L和電容C構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路，電感線圈L的作用是將電能轉(zhuǎn)換成磁能，電容C的作用是補(bǔ)償電路來提高功率因數(shù)，串聯(lián)諧振電路的作用是將中頻方波電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到近似于正弦波的負(fù)載電流。

1.3 電磁加熱技術(shù)存在的問題

1）由于電磁加熱技術(shù)剛興起不久，作為一項(xiàng)新型產(chǎn)業(yè)，得到很多人的重視，但一些沒有技術(shù)實(shí)力的廠家，直接照搬民用電磁爐的控制板，將其運(yùn)用在電纜擠出機(jī)上，使得擠出機(jī)頻頻發(fā)生故障，給正常生產(chǎn)帶來許多不便。

2）用電磁加熱裝置替換掉傳統(tǒng)的電阻線圈加熱，由于不能長期可靠運(yùn)行降溫措施，例如，風(fēng)冷、水冷，所以不能很好的實(shí)現(xiàn)對擠出機(jī)溫度的控制，機(jī)器穩(wěn)定性有所欠缺。

3）由于電磁加熱技術(shù)利用到電磁波，有人擔(dān)心電磁波輻射會(huì)對人體造成傷害，根據(jù)IEEE規(guī)定電磁輻射范圍，了解到：低于0.1MHz的磁場，對人體都不會(huì)造成傷害。由于電磁加熱的頻率在10-20KHz，低于0.1MHz，所以大可不必?fù)?dān)心電磁波輻射會(huì)損害人的健康。

2 電磁加熱技術(shù)在電纜擠出機(jī)改造上的應(yīng)用

對電纜擠出機(jī)進(jìn)行電磁加熱改造的主要目的就是為了節(jié)約電能，減少電費(fèi)，據(jù)某塑膠行業(yè)理事會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)：塑料制品的成本當(dāng)中因耗電而產(chǎn)生的電費(fèi)占到了將近一半，制約著企業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步的發(fā)展。此外，使用電阻線圈加熱，熱量一部分會(huì)散失到周圍環(huán)境中，會(huì)使周圍溫度上升3-5℃，如果在炎熱的夏天，會(huì)使得工人難以忍受，工作效率下降，若利用風(fēng)扇、空調(diào)等降溫措施，又會(huì)增加企業(yè)電費(fèi)的支出。針對以上問題，可以對電纜擠出機(jī)進(jìn)行電磁加熱改造來改善[3]。

對電纜擠出機(jī)改造分為以下以及步驟：

進(jìn)行改造前，需要先準(zhǔn)備可能會(huì)用到的材料：高溫棉、高溫布、環(huán)氧板、高溫線、控制器、電流鉗表和萬用表等必備工具。

1）首先應(yīng)當(dāng)在對擠出機(jī)改造前再精確測量下其加熱總功率，以便能夠選擇合適功率的控制板，還需要測量下擠出機(jī)的預(yù)熱時(shí)間，以備后續(xù)作比較。

2）將擠出機(jī)上的電阻加熱線圈摘下，并做上記號。

3）對料筒表面進(jìn)行清潔，清潔完畢后，使用工具對料筒的各種尺寸進(jìn)行測量，包括料筒的管徑、需要被加熱區(qū)域的個(gè)數(shù)、每個(gè)被加熱區(qū)域的長度，結(jié)合第一步測量的原功率，挑選合適的電磁加熱控制器。

4）將高溫棉均勻包裹在料筒外壁上，再用高溫布將其裹緊，最后再將環(huán)氧板包裹在上面，為了保證產(chǎn)生的磁場均勻，還得好正保溫材料厚度也均勻，需要說明的是保溫材料對于不同的電磁加熱控制器要求也是不同的，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)量體裁衣。

5）將高溫線纏繞在料筒外壁的環(huán)氧板上，高溫線的選取也需要根據(jù)使用的是哪種型號的控制器，確定了規(guī)格和長度后方可使用。

6）將高溫線圈連接到電磁加熱控制器的輸出端，再給電磁加熱控制器上電，開機(jī)后可以進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程中需要注意，建議將電流調(diào)到額定工作電流的百分之八十左右，延長設(shè)備的使用壽命。

7）擠出機(jī)改造后需再冷機(jī)測一次加熱總功率，再次測量擠出機(jī)的預(yù)熱時(shí)間，和改造前進(jìn)行比較。

3 改造前后比較

1）改造后的擠出機(jī)，從料筒到機(jī)頭采用分區(qū)加熱，5段逐步升溫，縮短了熱傳遞時(shí)間和預(yù)熱時(shí)間，傳統(tǒng)的電阻線圈加熱靠自身發(fā)熱，再把熱量傳遞給料筒，還有一部分散失到外界，熱效率僅為50%-60%，而改造后的擠出機(jī)熱效率可高達(dá)93%以上。

2）改造前使用電阻線圈進(jìn)行加熱，電阻線圈外壁溫度，可能達(dá)到200攝氏度左右，改造后的料筒外壁溫度很低，只有四五十度左右，線圈不易老化，使用壽命增長，減少不必要的二次投入，同時(shí)工人直接接觸料筒外壁也不會(huì)感覺燙，可以避免工人被燙傷。

3）使用電磁加熱技術(shù)后，主電機(jī)上的電流減小，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的軸功減少，從而電機(jī)的軸功率相應(yīng)減小，間接延長了電機(jī)的使用壽命。

4）改造后最直接的節(jié)能效果就是減少了耗電量，節(jié)省了電費(fèi)，節(jié)電率可達(dá)到30%-70%不等，間接減少了能源的消耗和二氧化碳的排放，節(jié)能環(huán)保，真正做到綠色低碳的目標(biāo)。

4 結(jié)束語

就目前市場，在塑料機(jī)械行業(yè)使用電磁加熱技術(shù)改造的越來越廣泛，鑒于其節(jié)電效果顯著，熱效率很高，也許在不就的將來，電磁加熱方式將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻線圈加熱方式，給塑料機(jī)械行業(yè)帶來一次革命，給塑料加工企業(yè)帶來更大的利潤。

國家正在倡導(dǎo)節(jié)能減排，電磁加熱技術(shù)相比于電阻線圈加熱，更加的節(jié)能環(huán)保，綠色低碳，未來一定能夠得到很好的利用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱紹軍.電磁感應(yīng)加熱在熱整理機(jī)中的應(yīng)用[D].浙江：浙江大學(xué)，2012：15-22.

[2]謝楊彪.塑機(jī)螺桿電磁加熱器研究與開發(fā)[D].浙江：浙江海洋大學(xué)，2013：6-29.

[3]曾敏.電磁加熱節(jié)電技術(shù)在塑膠行業(yè)加熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工世界，2013：43-44.

[4]孔智勇.電磁加熱節(jié)能技術(shù)在塑料擠出機(jī)應(yīng)用探討[J].國外塑料，2014，32（11）：36-38.

[5]趙宗彬.電磁加熱節(jié)能技術(shù)在擠塑機(jī)加熱系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].塑料工業(yè)，2014，42（2）：72-74.

[責(zé)任編輯：王楠]