電磁加熱器原理

電磁加熱是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換過程，由整流電路將50/60Hz的交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，再經(jīng)過功率控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20～40kHz的高頻電壓，當(dāng)高速變化的交流電流通過線圈時，線圈會產(chǎn)生高速變化的磁場，磁場內(nèi)的交變磁力線通過金屬管道時（導(dǎo)磁、導(dǎo)電材料），管壁體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使輸油管道的管壁本身自行發(fā)熱與原油進(jìn)行熱交換，達(dá)到加熱原油的目的 。

變頻器是高頻電磁加熱器的核心部件，是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。目前使用的變頻器主要采用交流—直流—交流方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率 。

電磁加熱器是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。電磁控制器將220V/380V,50/60Hz的交流電經(jīng)整流電路整流變成直流電，再經(jīng)過控制電路將直流電轉(zhuǎn)換成不同頻率的電壓，電流流過線圈會產(chǎn)生變化的交變磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的交變磁力線通過導(dǎo)磁性金屬（鐵、鈷、鎳）材料時會在金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使金屬材料本身自行高速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱金屬材料的目的。

電磁加熱器的工作原理是：把220V或者380V交流電，整流后轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電進(jìn)行濾波，利用IGBT或者可控硅再將直流變成交流，在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生高頻磁力線，是感應(yīng)線圈內(nèi)導(dǎo)體工件表面產(chǎn)生渦流依靠自生內(nèi)阻發(fā)熱。

電磁感應(yīng)加熱主要分4種頻率的感應(yīng)加熱：低頻、中頻、超音頻、高頻。

其中低頻加熱有幾個顯著地特性：熱量透到工件里面的深度比較深、工件沿徑向這方向上溫度的差值比較小，因此，在低頻加熱的條件下，工件的熱變形不明顯，熱應(yīng)力值小，比較適合容量相對大的爐進(jìn)行保溫和熔煉，也符合大工件的整體透熱?，F(xiàn)在，大多數(shù)傳統(tǒng)的工頻感應(yīng)爐是采用低頻感應(yīng)加熱原理制成。目前在國外，采用工頻感應(yīng)加熱制作的器件，功率可以達(dá)到好幾百瓦，而且在國外，大量鋼水的溫度保護(hù)和好幾十噸工件的透熱大多采用工頻感應(yīng)加熱裝置。市場上目前也有其他一些低頻感應(yīng)加熱電源，它們是有固態(tài)器件組成，但是，在價格、可靠性和功率等方面還是無法跟工頻感應(yīng)爐相競爭。

中頻指頻率在150Hz到10KHz之間，在這頻率之間，有傳統(tǒng)的電磁倍頻器和中頻發(fā)電機(jī)，但是這兩種裝置已經(jīng)被另一種中頻感應(yīng)加熱裝置—晶閘管感應(yīng)加熱裝置所取代，而且在外國，此裝置容量已達(dá)數(shù)十兆瓦，比如美國日內(nèi)瓦鋼鐵公司研制出 42MW 感應(yīng)電爐。

超音頻指頻率在10KHz到100KHz，在這頻率之內(nèi)，早些年前的機(jī)器基本上不存在，超音頻的感應(yīng)加熱裝置是在半導(dǎo)體元器件晶閘管出現(xiàn)以后才慢慢的得以發(fā)展起來，在剛開始的時候，技術(shù)人員做的超音頻電源是采用可控硅以倍頻電路和時間分割電路組成。到了上個世紀(jì)八十年代，隨著科技的快速發(fā)展，市場上出現(xiàn)了一些新型的半導(dǎo)體功率器件(IGBT、GTO)，以這些元件為器件組成的超音頻感應(yīng)加熱電熱漸漸占據(jù)了市場。由于不同元件的特性不同，其中IGBT 組成的超音頻感應(yīng)加熱電源最被市場所接受，這是因?yàn)?IGBT 使用起來更加方便。

高頻指頻率在100KHz 以上，在這頻率以上，國外目前正處于過渡階段。日本目前所研制出來的電子管高頻振蕩器功率為幾千瓦到幾千千瓦，頻率范圍為100KHz到500KHz，而另一種高頻感應(yīng)電源，是采用SIT研發(fā)出來，具有更高的功率和頻率，其功率可以達(dá)到 400 千瓦，頻率達(dá)到 400KHz，而且在1987年，功率達(dá)到1200千瓦，頻率為200KHz的此電源也開始研發(fā)了。正在此時，歐洲，美洲等各國國家也在研發(fā)以晶體管為主的高頻感應(yīng)加熱電源，例如西班牙采用MOSFET 的電流型感應(yīng)加熱電源的制造水平可達(dá)600KW/200KHz，德國的電子管高頻電源水平約為110KW，而其在1989年研制的電流型MOSFET感應(yīng)加熱電源的容量已達(dá)480KW/50-200KHz。

電熱圈加熱的方式是通過接觸傳導(dǎo)方式把熱量傳到料筒上，只有緊靠在料筒表面內(nèi)側(cè)的熱量才能傳到料筒上，這樣外側(cè)的熱量大部分散失到空氣中，存在著熱傳導(dǎo)損失，并導(dǎo)致環(huán)境溫度上升。另外電阻絲加熱還有一個缺點(diǎn)就是功率密度低，在一些需要溫度較高的加熱場合就無法適應(yīng)了。電磁加熱技術(shù)是通過電磁感應(yīng)原理使金屬料筒自身發(fā)熱，并且可以根據(jù)具體情況在料筒外部包裹一定厚度的隔熱保溫材料，這樣就大大減少了熱量的散失，提高了熱效率，因此節(jié)電效果十分顯著，可達(dá)30%～75%。因?yàn)殡姶偶訜崛Ρ旧聿⒉话l(fā)熱，而且是采用絕緣材料和高溫電纜制造，所以不存在著像原電熱圈的電阻絲在高溫狀態(tài)下氧化而縮短使用壽命的問題，具有使用壽命長、升溫速率快、無需要維修等優(yōu)點(diǎn)，減少了維修時間，降低了成本?，F(xiàn)已被廣大的塑料制品企業(yè)使用，大大的降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1、塑料橡膠行業(yè)，如：塑料用吹膜機(jī)、拉絲機(jī)、注塑機(jī)，造粒機(jī)，橡膠用擠出機(jī)、硫化機(jī)、電纜生產(chǎn)擠出機(jī)等。

2、醫(yī)藥化工行業(yè)，如：醫(yī)藥專用輸液袋、塑料器材生產(chǎn)線，化工行業(yè)液體加熱輸送管道等等。

3、能源、食品行業(yè)，如：原油輸送管道的加熱；食品機(jī)械，如：超貨機(jī)等需要電加熱的設(shè)備。

4、大功率商用電磁灶機(jī)芯。

5、建材行業(yè)，如：燃?xì)夤苌a(chǎn)線、塑料管材生產(chǎn)線、PE塑料硬質(zhì)平網(wǎng)、土工網(wǎng)機(jī)組、自動中空成型機(jī)、PE蜂窩板生產(chǎn)線、單雙壁波紋管擠出生產(chǎn)線、復(fù)合氣墊膜機(jī)組、PVC硬管、芯層發(fā)泡管生產(chǎn)線、PP擠出透明片材生產(chǎn)線、擠出聚苯乙烯發(fā)泡管材、PE纏繞膜機(jī)組。

6、印刷設(shè)備里的干燥加熱。

7、其它類似行業(yè)加熱。電磁加熱器的前景

當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)不景氣，企業(yè)生存壓力大，而塑膠行業(yè)競爭激烈。降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力，是每個企業(yè)面臨的一個核心問題，而電費(fèi)在塑膠行業(yè)生產(chǎn)成本中占有很大比例，塑料企業(yè)對于節(jié)省電費(fèi)，降低生產(chǎn)成本自然非常關(guān)心。采用電磁加熱方式對于塑料機(jī)械來說，可以有明顯的節(jié)電效果，而且最少可達(dá)到30%，有些原來熱效率不高的機(jī)械更是可達(dá)到80%，也正是鑒于這一點(diǎn)，引起全國范圍塑料企業(yè)和行業(yè)人士的關(guān)注。

普通加熱圈加熱方式

接觸式熱傳遞加熱。

1、耗電的 30-70% 轉(zhuǎn)化為工作熱能。

2、加熱必須通過接觸方式傳遞熱能。

3、加熱及冷卻都有慣性現(xiàn)象產(chǎn)生，及升溫降溫都緩慢。

4、加熱有死角，不能完全包裹在料筒外層。

5、加熱圈損耗大，壽命短。

電磁感應(yīng)加熱

非接觸電磁感應(yīng)加熱。

1、耗電的 95% 轉(zhuǎn)化為工作熱能。

線圈損耗 ≈ 2%, 控制單元損耗 ≈ 2%, 絕緣隔熱層可以將98%的能量保留在料筒上。

2、只加熱料筒，而螺桿保持冷卻。

3、消除加熱的慣性現(xiàn)象，升溫降溫迅速高效。

4、加熱無死角，整體料筒均勻加熱。

5、電磁線圈保持涼爽，因此壽命超長。

1、主機(jī)要定期除塵，一般1個月除一次，可用軟毛刷或高壓氣槍除塵，以保證儀器內(nèi)部良好的通風(fēng)環(huán)境。

2、如使用環(huán)境是帶有腐蝕性氣體的地方須噴上絕緣清漆?；蛘哂闷渌慕^緣防腐材料。

3、空氣溫度不能高于50℃

電感量只是應(yīng)用的其中一個參數(shù)而已，具體要實(shí)測工作頻率和電流，通過增減線圈匝數(shù)來匹配功率

管徑89mm加熱器有效加熱段長度450mm，有效加熱面積為89×3．14×450=1257．57（cm2），則其單位面積做功為7/1．25757=5．57（W/cm2）；管徑60mm加熱器有效加熱段長度600mm，有效加熱面積為60×3．14×600=1130．40（cm2），則其單位面積做功為4．5/113．40=3．98（W/cm2）。管徑60mm加熱器加熱面積與管徑89mm加熱器的加熱面積基本相當(dāng)，管徑89mm加熱器加熱功率7kW左右，比管徑60mm加熱器加熱功率（4．5kW）大，因而管徑89mm加熱器總換熱量較大，這是造成管徑89mm加熱器加熱管結(jié)垢較快的原因之一 。

管徑60mm加熱器加熱管進(jìn)油與出油管徑相同，而管徑89mm加熱器加熱管是60mm管道進(jìn)、出油。在加熱段位置變徑造成2個問題：①原油進(jìn)入89mm管道后流速降低，經(jīng)過60mm管道出口時流速相對升高。加熱段內(nèi)產(chǎn)生兩次流速變化，利于沉積。②依附管壁的原油不易流動，造成依附管壁原油長時間受熱，使其與中間位置原油之間存在溫差，原油自身的表面張力降低。加熱線圈中間部分是整個加熱段的高溫區(qū)，實(shí)驗(yàn)測試，線圈中間部位溫度高于出口溫度45℃。由此可見，在加熱段位置采用變徑方式是導(dǎo)致加熱管結(jié)垢的主要 。

電磁加熱器的安裝及調(diào)試：電磁加熱器的安裝及調(diào)試比較簡單

1、改造之前，先把設(shè)備接線情況理一下，拍照，做記號（以備恢復(fù)原狀）

2、確定控制板或電柜安裝位置，以便于確定高溫線引線長度。一定要跟工廠電工或領(lǐng)班交流，確認(rèn)。

3、拆線圈測量功率， 數(shù)據(jù)要準(zhǔn)。 來確定安裝功率?？梢越Y(jié)合工廠電工，這也要拍照，留原始記錄

4、量炮筒周長， 確定保溫棉尺寸，黃蠟板尺寸，黃蠟板預(yù)留探頭孔，孔尺寸要準(zhǔn)，確定每個溫區(qū)長度，固定

5、確定高溫線長度，繞制。 要求美觀。整齊。包括間距大小控制， 松緊控制。 繞完后測量電感量大小。 注意儀表量程

6、接線。確認(rèn)以前斷路器電流表量程，過小要換掉。先分別測試，測電壓，電流是否正常。有問題一一解決， 沒問題后在整機(jī)測試

7、 整理，清理現(xiàn)場。要求利索整潔。

為保證原設(shè)備改用電磁加熱圈后原生產(chǎn)工藝不變，原操作程序不變，在設(shè)計時針對兩種加熱方式性能上的差別，電磁加熱器已降低約 30% 功率使用，并且在電磁加熱控制器上設(shè)計了功率調(diào)整及功率保護(hù)功能。所以調(diào)試過程相當(dāng)簡單,用戶可按說明自行調(diào)試。

一、家用電磁爐功率相對較小，且是220V交流轉(zhuǎn)變成直流，實(shí)現(xiàn)方法簡單，家用電磁爐功率一般在2200瓦以內(nèi)（實(shí)際功率1900瓦以內(nèi)），家用電磁爐要求保證每天工作2-3小時。而電磁加熱器則是應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備上，并且功率達(dá)到了60KW，選材和控制模式與家用電磁爐是完全不同的。電磁加熱器是屬于商用工業(yè)級產(chǎn)品。具備家用電磁爐無法比擬的穩(wěn)定性和耐用性。正常使用，可連續(xù)工作10年（10萬小時）以上。

二、電磁加熱器和家用電磁爐區(qū)別之家用電磁爐是為了滿足居家生活而設(shè)計開發(fā)的，而電磁加熱器是為了解決塑料加熱的問題而設(shè)計開發(fā)。