中山市中等專業(yè)學校 曾 敏

1.電磁加熱節(jié)能原理及特點

目前，塑膠機械所用的加熱方式普遍為電阻線圈加熱，通過傳導方式傳導熱量，只有緊靠在料筒表面?zhèn)鹊臒崃坎拍軅鞯搅贤采?，這樣外側的熱量大部分散失到空氣中，存在著熱傳導損失，并導致環(huán)境溫度的上升；電阻線圈加熱另一個缺點是功率密度低，在一些需要溫度較高的加熱場合就無法適應了。

本高效加熱節(jié)電設備使料筒內部發(fā)熱，大大減少熱量損失并提高熱效率，從而達到節(jié)能的目的。

1.1 電磁加熱原理

當交變磁場穿過含鐵質的物體時，交變磁力線在金屬部分產生交變電流（即渦流），渦流使鐵分子高速運動，分子間將發(fā)生相互碰撞、摩擦而產生熱量。

本高效加熱節(jié)電設備是利用現(xiàn)代電力電子技術、計算機技術、自動控制技術、電磁加熱技術研制而成的一款高技術產品，將它與塑料加工機械有機結合而組成一個自動控制系統(tǒng)。利用直接加熱塑料加工機械的被加熱設備（如料筒）的金屬部分，使金屬內部直接發(fā)熱，并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，使料筒外表溫度由幾百度降低到幾十度。

因為電磁加熱圈本身并不發(fā)熱，并且是采用絕緣材料和高溫電纜組成，所以不存在電阻加熱圈中的電阻絲在高溫狀態(tài)下氧化而縮短使用壽命的問題，因而具有使用壽命長、升溫快、溫度均勻和無需維修等優(yōu)點，相應地也就減少了維修時間、降低了成本、提高了產品質量，為企業(yè)帶來了經濟效益。傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)與電磁加熱系統(tǒng)的區(qū)別如圖1所示。

1.2 電磁加熱器組成

電磁加熱器的系統(tǒng)框圖如圖2所示，接線原理如圖3所示。市電交流220V經過整流濾波后變?yōu)榇蠹s310V直流，在計算機系統(tǒng)的控制下，通過半橋諧振逆變電路在線圈中產生交變磁場，在被線圈纏繞的發(fā)熱體中產生渦流以達到加熱的目的。

1.3 電磁加熱控制器的主要技術參數(shù)

工作電壓：交流220/380VAC±20%，頻率50／60Hz，，輸出功率：2.2KW、5KW、10KW、15KW、30KW、40KW、50KW、60KW。每種都可進行功率調節(jié)（30%）。

溫度：-10～＋70℃。

濕度：≤90%RH。

平均無故障時間：＞15000小時

熱效率：96%。

工作頻率：5-40KHz。

IGBT過熱保護溫度：70±5℃

加熱控制到線圈輸出的反應時間：0.5秒。

1.4 設備特點

（1）不影響原機器的工作：直接從原加熱控制器（交流接觸器或固態(tài)開關）的輸入/出端引入加熱停止/開始的控制信號。

（2）交流市電不切斷：交流市電不關，在計算機的控制下，根據(jù)加熱控制信號決定加熱的起動或停止。提高反應時間、使用壽命和可靠性。

（3）恒功率輸出：交流市電升高時，能自動控制線圈的輸出功率穩(wěn)定。

（4）加熱控制輸出簡單：直接從原接觸器或固態(tài)繼電器的控制端或輸出端接出。

（5）一體化結構：將節(jié)電控制系統(tǒng)與保護系統(tǒng)一體化設計，集成度高，體積小，兼顧節(jié)電和旁路功能，可靠性強，便于現(xiàn)場安裝。

（6）專業(yè)化設計：針對塑料機械使用的工藝過程，將硬件和軟件有機結合，優(yōu)化算法，專業(yè)研發(fā)節(jié)電功能模塊，提升加熱系統(tǒng)動態(tài)響應的速度，從而實現(xiàn)加熱快速跟隨，保證在節(jié)電的同時不降低產品質量并提高產量。

（7）節(jié)電效果顯著：原有塑料機械加熱方式為電阻式加熱，浪費較多，電能利用率在40%左右；利用電磁感應加熱，電能利用率可達96%，從而節(jié)電可達30-80%以上。

（8）降低維護費用

加熱部分采用環(huán)形電纜結構，電纜本身不會產生熱量，并可承受500℃以上高溫，使用壽命高達5年以上而不需維護，交流接觸器或固態(tài)繼電器的輸出負載只需幾個毫安，因而大大延長其使用壽命（甚至可不要它?。?，所以基本無維護費用。

（9）增大了供電變壓器的寬裕度

該設備只用原電阻圈總功率的30-50%裝機功率，大大減輕了實際負荷，增加了企業(yè)負荷的使用容量。

（10）加熱溫度范圍大

電阻加熱方式功率密度小，熱量散失大，一般難以加熱到400度以上，而本設備采用內加熱方式，可加熱到600度以上。

1.5 安裝使用

（1）在替代電阻式加熱時，可以按電阻式加熱功率容量的一半選擇加熱設備。即：如原來是20KW加熱片，改用節(jié)能加熱時，只需選擇10KW的高效加熱設備。

（2）也可以把電阻式加熱的實際用量作為高效加熱設備的總功率。即25KW電阻式加熱裝機容量，而在實際工作中，如果每小時只使用10度電能，選擇高效加熱時，只需選用10KW的設備即可。

（3）安裝簡單；只需拆除原加熱圈，在加熱位置按技術要求，繞上專用電纜即可。

2.項目實施

據(jù)某塑膠行業(yè)理事會調查統(tǒng)計：電費在塑料制品成本中占到40%的比重，電能消耗巨大是長期以來困擾著企業(yè)的重要問題。另外，設備生產時加熱系統(tǒng)所產生的熱量使環(huán)境溫度升高3-5℃，又增加了企業(yè)為車間降溫的費用。每到用電高峰期，企業(yè)是拉閘限電的首要對象，因停電而停產給企業(yè)造成了不必要的損失。

下面以注膠機加熱系統(tǒng)節(jié)能改造實例加以說明。

圖4是原注膠機加熱部分原理圖，圖4-2是注膠機電磁加熱部分原理圖。

（1）設備改造前在冷機剛開機狀態(tài)下用電流鉗表和萬用表測量一下機器加熱總功率，測量每組加熱圈溫度控制器的接通和斷開平均比值，測量從冷機剛開機到正常使用的時間（預溫時間），并作記錄。

（2）斷開設備所有交流輸入，拆開加熱網(wǎng)罩，拆開原來加熱圈上交流輸入線并做好記號，拆掉加熱圈。

（3）在整個料筒部分包裹上4cm厚的高溫棉，在高溫棉上包裹上一層高溫布，然后在高溫布上再包一層0.8MM厚環(huán)氧板。（見圖4）

（4）在料筒環(huán)氧板外纏繞多組高溫線，每組繞22圈。根據(jù)實際計算，每1-2組需配置控制器1臺。

（5）從機器電源輸入端接出電源到控制器的電源端，從交流接觸器的控制端接出加熱控制信號到控制器控制輸入端，線圈繞組接入電磁控制器輸出端。

（6）開機調試到出正常產品為止。

（7）設備改造后在冷機剛開機狀態(tài)下用電流鉗表和萬用表測量一下機器加熱總功率，測量每組加熱圈溫度控制器的接通和斷開平均比值，測量從冷機剛開機到正常使用的時間（預溫時間），并作記錄。

（8）算出設備的節(jié)電率。

我們以加熱功率為63KW的注膠機為準來看經濟效益。

注膠機工作24小時，加熱部分63KW，一天約耗電590KW，每千瓦加熱圈一天耗電9.3度。我們以保守的30%節(jié)電率計算（實際節(jié)電率可能更高），注膠機一天可節(jié)電177度，一個月可節(jié)電5310度，按市電0.85元／度計算，一個月可節(jié)省電費4513元。

綜上所述，根據(jù)注膠機用電的工作特性、人體在高溫工作環(huán)境工作時的生理特點、電網(wǎng)供電情況和對設備長期使用壽命的考慮，在標準工作狀態(tài)下，各種不同的注膠機節(jié)能效率為30%以上?？紤]到電網(wǎng)及其設備工作不標準的因素，經過實踐證明，電磁加熱節(jié)能設備節(jié)電可達到60%或以上，同時，機器壽命可延長25%或以上，供電網(wǎng)絡也會因為減載而延長使用壽命，綜合經濟效益（折算為電價）為50-80%。同時，因為網(wǎng)絡減載，為供電網(wǎng)絡系統(tǒng)的擴容留出了空間，允許在進行一定規(guī)模的電網(wǎng)擴容時不必再投入線路改造等擴容費用，還可降低生產現(xiàn)場環(huán)境溫度3-4度，減少降溫成本。

3.結束語

目前，市場上關于塑料機械電磁加熱節(jié)能改造技術已引起眾多企業(yè)的關注，其實電磁感應加熱技術早就有了，而且在其他行業(yè)應用很多，例如：鋼材的熱處理、家用電磁爐等。只是利用在塑料機械加熱節(jié)能改造中還是最近幾年的事，由于這種方式屬于被加熱體自身發(fā)熱，熱效率能夠達到95%以上，并徹底解決傳統(tǒng)電阻加熱方式傳導熱效率低的問題，因此，采用電磁加熱方式對于塑膠機械來說，可以有明顯的節(jié)電效果。

[1]梁燦彬,秦光戎,梁竹健.電磁學(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2]沈慶通.感應節(jié)能與制造新技術[A].全國第五屆熱處理節(jié)能論文集[C].