基于电磁感应的电缆挤出机的加热系统研究

李翔　李琼

【摘 要】本文针对目前电缆挤出机的加热方式使用的仍是传统的电阻丝、电阻线圈加热，提出一种节能改造方法，利用电磁加热技术对电缆挤出机进行改造，这种加热方法相比较于传统的加热方法，可以有效地规避传统的加热方法存在的一些问题：热能利用率低，热损耗大，能源浪费；使用寿命短，需要经常维护。使用电磁加热技术后可以提高热效率，节约电费，不需要经常更换电阻线圈，减少二次投入，间接为公司增加利润。

【关键词】电缆挤出机；电磁加热；节能改造

0 引言

现在很多电缆生产企业使用的挤出机的加热系统普遍是利用电阻线圈对料筒中的塑料进行加热，这种加热方式会出现很多问题，比如，由于只用电阻丝紧贴料筒的一面能把热量传递到料筒内用于加热塑料，而电阻线圈外侧的热量很大一部分都散失在空气中，使得周围环境温度升高，工人工作环境变得恶劣；使用电阻线圈加热，加热温度很高，电阻线圈经常会因为温度过高而烧断，需要经常更换，给维修带来麻烦[5]。

本文介绍对电缆挤出机进行电磁加热进行节能改造，可以对料筒内部进行加热，减少了热量的散失，热能利用率得到提高，同时，由于不需要使用电阻线圈，减少了成本的投入，既节能又减少支出。

1 电磁加热技术的原理及组成

1.1 电磁加热的原理

电磁加热技术又称IH（Induction Heating）技术，利用了法拉第电磁感应定律，将电能转换为磁能，再将磁能转换为电能，最后再将电能转换为热能[6]。本质上就是通过电磁加热的控制电路，将市电通过整流、逆变、谐振产生快速变化的高频交流电，作用在线圈上产生快速变化的交变磁场，磁场作用在待加热的金属工件时，产生涡流，使得金属内部原子无规则剧烈运动，产生热量。

1.2 电磁加热器的组成

电磁加热器将市电通过三相整流滤波后，利用全桥逆变电路和负载电路在线圈中产生高速变化的交变磁场，将线圈缠绕在料筒上，使料筒在磁场的作用下产生涡流，对料筒内的原料进行加热。

三相整流滤波电路利用三相桥式全控整流电路，将市电380V电压整流成脉动的直流电压，再利用EMI滤波电路对电路进行滤波，得到两端近乎平滑的直流电压[1]。

全桥逆变电路是利用单片集成PWM控制芯片（SG3525）来调节脉宽调制方波（PWM）控制开关管IGBT的开通和关断，最终将直流电压逆变成中频方波电压[2]。

负载电路是由电感线圈L和电容C构成的串联谐振电路，电感线圈L的作用是将电能转换成磁能，电容C的作用是补偿电路来提高功率因数，串联谐振电路的作用是将中频方波电压进行转化，得到近似于正弦波的负载电流。

1.3 电磁加热技术存在的问题

1）由于电磁加热技术刚兴起不久，作为一项新型产业，得到很多人的重视，但一些没有技术实力的厂家，直接照搬民用电磁炉的控制板，将其运用在电缆挤出机上，使得挤出机频频发生故障，给正常生产带来许多不便。

2）用电磁加热装置替换掉传统的电阻线圈加热，由于不能长期可靠运行降温措施，例如，风冷、水冷，所以不能很好的实现对挤出机温度的控制，机器稳定性有所欠缺。

3）由于电磁加热技术利用到电磁波，有人担心电磁波辐射会对人体造成伤害，根据IEEE规定电磁辐射范围，了解到：低于0.1MHz的磁场，对人体都不会造成伤害。由于电磁加热的频率在10-20KHz，低于0.1MHz，所以大可不必担心电磁波辐射会损害人的健康。

2 电磁加热技术在电缆挤出机改造上的应用

对电缆挤出机进行电磁加热改造的主要目的就是为了节约电能，减少电费，据某塑胶行业理事会调查统计：塑料制品的成本当中因耗电而产生的电费占到了将近一半，制约着企业经济进一步的发展。此外，使用电阻线圈加热，热量一部分会散失到周围环境中，会使周围温度上升3-5℃，如果在炎热的夏天，会使得工人难以忍受，工作效率下降，若利用风扇、空调等降温措施，又会增加企业电费的支出。针对以上问题，可以对电缆挤出机进行电磁加热改造来改善[3]。

对电缆挤出机改造分为以下以及步骤：

进行改造前，需要先准备可能会用到的材料：高温棉、高温布、环氧板、高温线、控制器、电流钳表和万用表等必备工具。

1）首先应当在对挤出机改造前再精确测量下其加热总功率，以便能够选择合适功率的控制板，还需要测量下挤出机的预热时间，以备后续作比较。

2）将挤出机上的电阻加热线圈摘下，并做上记号。

3）对料筒表面进行清洁，清洁完毕后，使用工具对料筒的各种尺寸进行测量，包括料筒的管径、需要被加热区域的个数、每个被加热区域的长度，结合第一步测量的原功率，挑选合适的电磁加热控制器。

4）将高温棉均匀包裹在料筒外壁上，再用高温布将其裹紧，最后再将环氧板包裹在上面，为了保证产生的磁场均匀，还得好正保温材料厚度也均匀，需要说明的是保温材料对于不同的电磁加热控制器要求也是不同的，使用时应当量体裁衣。

5）将高温线缠绕在料筒外壁的环氧板上，高温线的选取也需要根据使用的是哪种型号的控制器，确定了规格和长度后方可使用。

6）将高温线圈连接到电磁加热控制器的输出端，再给电磁加热控制器上电，开机后可以进行调试，调试过程中需要注意，建议将电流调到额定工作电流的百分之八十左右，延长设备的使用寿命。

7）挤出机改造后需再冷机测一次加热总功率，再次测量挤出机的预热时间，和改造前进行比较。

3 改造前后比较

1）改造后的挤出机，从料筒到机头采用分区加热，5段逐步升温，缩短了热传递时间和预热时间，传统的电阻线圈加热靠自身发热，再把热量传递给料筒，还有一部分散失到外界，热效率仅为50%-60%，而改造后的挤出机热效率可高达93%以上。

2）改造前使用电阻线圈进行加热，电阻线圈外壁温度，可能达到200摄氏度左右，改造后的料筒外壁温度很低，只有四五十度左右，线圈不易老化，使用寿命增长，减少不必要的二次投入，同时工人直接接触料筒外壁也不会感觉烫，可以避免工人被烫伤。

3）使用电磁加热技术后，主电机上的电流减小，螺杆转动的轴功减少，从而电机的轴功率相应减小，间接延长了电机的使用寿命。

4）改造后最直接的节能效果就是减少了耗电量，节省了电费，节电率可达到30%-70%不等，间接减少了能源的消耗和二氧化碳的排放，节能环保，真正做到绿色低碳的目标。

4 结束语

就目前市场，在塑料机械行业使用电磁加热技术改造的越来越广泛，鉴于其节电效果显著，热效率很高，也许在不就的将来，电磁加热方式将逐步代替传统的电阻线圈加热方式，给塑料机械行业带来一次革命，给塑料加工企业带来更大的利润。

国家正在倡导节能减排，电磁加热技术相比于电阻线圈加热，更加的节能环保，绿色低碳，未来一定能够得到很好的利用。

【参考文献】

[1]朱绍军.电磁感应加热在热整理机中的应用[D].浙江：浙江大学，2012：15-22.

[2]谢杨彪.塑机螺杆电磁加热器研究与开发[D].浙江：浙江海洋大学，2013：6-29.

[3]曾敏.电磁加热节电技术在塑胶行业加热系统中的应用[J].电工世界，2013：43-44.

[4]孔智勇.电磁加热节能技术在塑料挤出机应用探讨[J].国外塑料，2014，32（11）：36-38.

[5]赵宗彬.电磁加热节能技术在挤塑机加热系统中的应用研究[J].塑料工业，2014，42（2）：72-74.

[责任编辑：王楠]