電磁加熱節電技術在塑膠行業加熱系統中的應用

中山市中等專業學校 曾 敏

1.電磁加熱節能原理及特點

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側的熱量才能傳到料筒上，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。

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

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，分子間將發生相互碰撞、摩擦而產生熱量。

本高效加熱節電設備是利用現代電力電子技術、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。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，為企業帶來了經濟效益。傳統加熱系統與電磁加熱系統的區別如圖1所示。

1.2 電磁加熱器組成

電磁加熱器的系統框圖如圖2所示，接線原理如圖3所示。市電交流220V經過整流濾波后變為大約310V直流，在計算機系統的控制下，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

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（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定。

（4）加熱控制輸出簡單：直接從原接觸器或固態繼電器的控制端或輸出端接出。

（5）一體化結構：將節電控制系統與保護系統一體化設計，集成度高，體積小，兼顧節電和旁路功能，可靠性強，便于現場安裝。

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

（7）節電效果顯著：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%，從而節電可達30-80%以上。

（8）降低維護費用

加熱部分采用環形電纜結構，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

據某塑膠行業理事會調查統計：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的重要問題。另外，設備生產時加熱系統所產生的熱量使環境溫度升高3-5℃，又增加了企業為車間降溫的費用。每到用電高峰期，企業是拉閘限電的首要對象，因停電而停產給企業造成了不必要的損失。

下面以注膠機加熱系統節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厚環氧板。（見圖4）

（4）在料筒環氧板外纏繞多組高溫線，每組繞22圈。根據實際計算，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%節電率計算（實際節電率可能更高），注膠機一天可節電177度，一個月可節電5310度，按市電0.85元／度計算，一個月可節省電費4513元。

綜上所述，根據注膠機用電的工作特性、人體在高溫工作環境工作時的生理特點、電網供電情況和對設備長期使用壽命的考慮，在標準工作狀態下，各種不同的注膠機節能效率為30%以上。考慮到電網及其設備工作不標準的因素，經過實踐證明，電磁加熱節能設備節電可達到60%或以上，同時，機器壽命可延長25%或以上，供電網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，因為網絡減載，為供電網絡系統的擴容留出了空間，允許在進行一定規模的電網擴容時不必再投入線路改造等擴容費用，還可降低生產現場環境溫度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能改造技術已引起眾多企業的關注，其實電磁感應加熱技術早就有了，而且在其他行業應用很多，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熱，熱效率能夠達到95%以上，并徹底解決傳統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.感應節能與制造新技術[A].全國第五屆熱處理節能論文集[C].