基于電磁感應的電纜擠出機的加熱系統研究

李翔　李瓊

【摘 要】本文針對目前電纜擠出機的加熱方式使用的仍是傳統的電阻絲、電阻線圈加熱，提出一種節能改造方法，利用電磁加熱技術對電纜擠出機進行改造，這種加熱方法相比較于傳統的加熱方法，可以有效地規避傳統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；使用壽命短，需要經常維護。使用電磁加熱技術后可以提高熱效率，節約電費，不需要經常更換電阻線圈，減少二次投入，間接為公司增加利潤。

【關鍵詞】電纜擠出機；電磁加熱；節能改造

0 引言

現在很多電纜生產企業使用的擠出機的加熱系統普遍是利用電阻線圈對料筒中的塑料進行加熱，這種加熱方式會出現很多問題，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用于加熱塑料，而電阻線圈外側的熱量很大一部分都散失在空氣中，使得周圍環境溫度升高，工人工作環境變得惡劣；使用電阻線圈加熱，加熱溫度很高，電阻線圈經常會因為溫度過高而燒斷，需要經常更換，給維修帶來麻煩[5]。

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

1 電磁加熱技術的原理及組成

1.1 電磁加熱的原理

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

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載電路在線圈中產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生渦流，對料筒內的原料進行加熱。

三相整流濾波電路利用三相橋式全控整流電路，將市電380V電壓整流成脈動的直流電壓，再利用EMI濾波電路對電路進行濾波，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）來調節脈寬調制方波（PWM）控制開關管IGBT的開通和關斷，最終將直流電壓逆變成中頻方波電壓[2]。

負載電路是由電感線圈L和電容C構成的串聯諧振電路，電感線圈L的作用是將電能轉換成磁能，電容C的作用是補償電路來提高功率因數，串聯諧振電路的作用是將中頻方波電壓進行轉化，得到近似于正弦波的負載電流。

1.3 電磁加熱技術存在的問題

1）由于電磁加熱技術剛興起不久，作為一項新型產業，得到很多人的重視，但一些沒有技術實力的廠家，直接照搬民用電磁爐的控制板，將其運用在電纜擠出機上，使得擠出機頻頻發生故障，給正常生產帶來許多不便。

2）用電磁加熱裝置替換掉傳統的電阻線圈加熱，由于不能長期可靠運行降溫措施，例如，風冷、水冷，所以不能很好的實現對擠出機溫度的控制，機器穩定性有所欠缺。

3）由于電磁加熱技術利用到電磁波，有人擔心電磁波輻射會對人體造成傷害，根據IEEE規定電磁輻射范圍，了解到：低于0.1MHz的磁場，對人體都不會造成傷害。由于電磁加熱的頻率在10-20KHz，低于0.1MHz，所以大可不必擔心電磁波輻射會損害人的健康。

2 電磁加熱技術在電纜擠出機改造上的應用

對電纜擠出機進行電磁加熱改造的主要目的就是為了節約電能，減少電費，據某塑膠行業理事會調查統計：塑料制品的成本當中因耗電而產生的電費占到了將近一半，制約著企業經濟進一步的發展。此外，使用電阻線圈加熱，熱量一部分會散失到周圍環境中，會使周圍溫度上升3-5℃，如果在炎熱的夏天，會使得工人難以忍受，工作效率下降，若利用風扇、空調等降溫措施，又會增加企業電費的支出。針對以上問題，可以對電纜擠出機進行電磁加熱改造來改善[3]。

對電纜擠出機改造分為以下以及步驟：

進行改造前，需要先準備可能會用到的材料：高溫棉、高溫布、環氧板、高溫線、控制器、電流鉗表和萬用表等必備工具。

1）首先應當在對擠出機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的預熱時間，以備后續作比較。

2）將擠出機上的電阻加熱線圈摘下，并做上記號。

3）對料筒表面進行清潔，清潔完畢后，使用工具對料筒的各種尺寸進行測量，包括料筒的管徑、需要被加熱區域的個數、每個被加熱區域的長度，結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，最后再將環氧板包裹在上面，為了保證產生的磁場均勻，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，使用時應當量體裁衣。

5）將高溫線纏繞在料筒外壁的環氧板上，高溫線的選取也需要根據使用的是哪種型號的控制器，確定了規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，開機后可以進行調試，調試過程中需要注意，建議將電流調到額定工作電流的百分之八十左右，延長設備的使用壽命。

7）擠出機改造后需再冷機測一次加熱總功率，再次測量擠出機的預熱時間，和改造前進行比較。

3 改造前后比較

1）改造后的擠出機，從料筒到機頭采用分區加熱，5段逐步升溫，縮短了熱傳遞時間和預熱時間，傳統的電阻線圈加熱靠自身發熱，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%，而改造后的擠出機熱效率可高達93%以上。

2）改造前使用電阻線圈進行加熱，電阻線圈外壁溫度，可能達到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，同時工人直接接觸料筒外壁也不會感覺燙，可以避免工人被燙傷。

3）使用電磁加熱技術后，主電機上的電流減小，螺桿轉動的軸功減少，從而電機的軸功率相應減小，間接延長了電機的使用壽命。

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

4 結束語

就目前市場，在塑料機械行業使用電磁加熱技術改造的越來越廣泛，鑒于其節電效果顯著，熱效率很高，也許在不就的將來，電磁加熱方式將逐步代替傳統的電阻線圈加熱方式，給塑料機械行業帶來一次革命，給塑料加工企業帶來更大的利潤。

國家正在倡導節能減排，電磁加熱技術相比于電阻線圈加熱，更加的節能環保，綠色低碳，未來一定能夠得到很好的利用。

【參考文獻】

[1]朱紹軍.電磁感應加熱在熱整理機中的應用[D].浙江：浙江大學，2012：15-22.

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

[3]曾敏.電磁加熱節電技術在塑膠行業加熱系統中的應用[J].電工世界，2013：43-44.

[4]孔智勇.電磁加熱節能技術在塑料擠出機應用探討[J].國外塑料，2014，32（11）：36-38.

[5]趙宗彬.電磁加熱節能技術在擠塑機加熱系統中的應用研究[J].塑料工業，2014，42（2）：72-74.

[責任編輯：王楠]