电磁加热器

用于加热的设备

电磁加热器，是现今工业领域和民用设备中最广泛的一种加热方式，采用电磁加热技术，电磁感应加热技术简称为 IH(Induction Heating)技术，是在法拉第感应定律的基础上发展起来的，是法拉第感应定律的一种应用形式。

介绍

电磁加热器是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。电磁控制器将220V/380V,50/60Hz的交流电经整流电路整流变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成不同频率的电压，电流流过线圈会产生变化的交变磁场，当磁场内的交变磁力线通过导磁性金属（铁、钴、镍）材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料的目的。

电磁加热器的工作原理是：把220V或者380V交流电，整流后转换成直流电，再将直流电进行滤波，利用IGBT或者可控硅再将直流变成交流，在感应线圈内产生高频磁力线，是感应线圈内导体工件表面产生涡流依靠自生内阻发热。

电磁感应加热主要分4种频率的感应加热：低频、中频、超音频、高频。

其中低频加热有几个显著地特性：热量透到工件里面的深度比较深、工件沿径向这方向上温度的差值比较小，因此，在低频加热的条件下，工件的热变形不明显，热应力值小，比较适合容量相对大的炉进行保温和熔炼，也符合大工件的整体透热。现在，大多数传统的工频感应炉是采用低频感应加热原理制成。目前在国外，采用工频感应加热制作的器件，功率可以达到好几百瓦，而且在国外，大量钢水的温度保护和好几十吨工件的透热大多采用工频感应加热装置。市场上目前也有其他一些低频感应加热电源，它们是有固态器件组成，但是，在价格、可靠性和功率等方面还是无法跟工频感应炉相竞争。

中频指频率在150Hz到10KHz之间，在这频率之间，有传统的电磁倍频器和中频发电机，但是这两种装置已经被另一种中频感应加热装置—晶闸管感应加热装置所取代，而且在外国，此装置容量已达数十兆瓦，比如美国日内瓦钢铁公司研制出 42MW 感应电炉。

超音频指频率在10KHz到100KHz，在这频率之内，早些年前的机器基本上不存在，超音频的感应加热装置是在半导体元器件晶闸管出现以后才慢慢的得以发展起来，在刚开始的时候，技术人员做的超音频电源是采用可控硅以倍频电路和时间分割电路组成。到了上个世纪八十年代，随着科技的快速发展，市场上出现了一些新型的半导体功率器件(IGBT、GTO)，以这些元件为器件组成的超音频感应加热电热渐渐占据了市场。由于不同元件的特性不同，其中IGBT 组成的超音频感应加热电源最被市场所接受，这是因为 IGBT 使用起来更加方便。

高频指频率在100KHz 以上，在这频率以上，国外目前正处于过渡阶段。日本目前所研制出来的电子管高频振荡器功率为几千瓦到几千千瓦，频率范围为100KHz到500KHz，而另一种高频感应电源，是采用SIT研发出来，具有更高的功率和频率，其功率可以达到 400 千瓦，频率达到 400KHz，而且在1987年，功率达到1200千瓦，频率为200KHz的此电源也开始研发了。正在此时，欧洲，美洲等各国国家也在研发以晶体管为主的高频感应加热电源，例如西班牙采用MOSFET 的电流型感应加热电源的制造水平可达600KW/200KHz，德国的电子管高频电源水平约为110KW，而其在1989年研制的电流型MOSFET感应加热电源的容量已达480KW/50-200KHz。

电热圈加热的方式是通过接触传导方式把热量传到料筒上，只有紧靠在料筒表面内侧的热量才能传到料筒上，这样外侧的热量大部分散失到空气中，存在着热传导损失，并导致环境温度上升。另外电阻丝加热还有一个缺点就是功率密度低，在一些需要温度较高的加热场合就无法适应了。电磁加热技术是通过电磁感应原理使金属料筒自身发热，并且可以根据具体情况在料筒外部包裹一定厚度的隔热保温材料，这样就大大减少了热量的散失，提高了热效率，因此节电效果十分显著，可达30%～75%。因为电磁加热圈本身并不发热，而且是采用绝缘材料和高温电缆制造，所以不存在着像原电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而缩短使用寿命的问题，具有使用寿命长、升温速率快、无需要维修等优点，减少了维修时间，降低了成本。现已被广大的塑料制品企业使用，大大的降低了企业的生产成本。

原理

电磁加热是利用电磁感应原理将电能转换为热能的能量转换过程，由整流电路将50/60Hz的交流电压转变成直流电压，再经过功率控制电路将直流电压转换成频率为20～40kHz的高频电压，当高速变化的交流电流通过线圈时，线圈会产生高速变化的磁场，磁场内的交变磁力线通过金属管道时（导磁、导电材料），管壁体内产生无数的小涡流，使输油管道的管壁本身自行发热与原油进行热交换，达到加热原油的目的。

变频器是高频电磁加热器的核心部件，是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。目前使用的变频器主要采用交流—直流—交流方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

优势

普通加热圈加热方式

接触式热传递加热。

1、耗电的 30-70% 转化为工作热能。

2、加热必须通过接触方式传递热能。

3、加热及冷却都有惯性现象产生，及升温降温都缓慢。

4、加热有死角，不能完全包裹在料筒外层。

5、加热圈损耗大，寿命短。

电磁感应加热

非接触电磁感应加热。

1、耗电的 95% 转化为工作热能。

线圈损耗 ≈ 2%, 控制单元损耗 ≈ 2%, 绝缘隔热层可以将98%的能量保留在料筒上。

2、只加热料筒，而螺杆保持冷却。

3、消除加热的惯性现象，升温降温迅速高效。

4、加热无死角，整体料筒均匀加热。

5、电磁线圈保持凉爽，因此寿命超长。

原因分析

管径89mm加热器有效加热段长度450mm，有效加热面积为89×3．14×450=1257．57（cm2），则其单位面积做功为7/1．25757=5．57（W/cm2）；管径60mm加热器有效加热段长度600mm，有效加热面积为60×3．14×600=1130．40（cm2），则其单位面积做功为4．5/113．40=3．98（W/cm2）。管径60mm加热器加热面积与管径89mm加热器的加热面积基本相当，管径89mm加热器加热功率7kW左右，比管径60mm加热器加热功率（4．5kW）大，因而管径89mm加热器总换热量较大，这是造成管径89mm加热器加热管结垢较快的原因之一。

管径60mm加热器加热管进油与出油管径相同，而管径89mm加热器加热管是60mm管道进、出油。在加热段位置变径造成2个问题：①原油进入89mm管道后流速降低，经过60mm管道出口时流速相对升高。加热段内产生两次流速变化，利于沉积。②依附管壁的原油不易流动，造成依附管壁原油长时间受热，使其与中间位置原油之间存在温差，原油自身的表面张力降低。加热线圈中间部分是整个加热段的高温区，实验测试，线圈中间部位温度高于出口温度45℃。由此可见，在加热段位置采用变径方式是导致加热管结垢的主要。

应用范围

1、塑料橡胶行业，如：塑料用吹膜机、拉丝机、注塑机，造粒机，橡胶用挤出机、硫化机、电缆生产挤出机等。

2、医药化工行业，如：医药专用输液袋、塑料器材生产线，化工行业液体加热输送管道等等。

3、能源、食品行业，如：原油输送管道的加热；食品机械，如：超货机等需要电加热的设备。

4、大功率商用电磁灶机芯。

5、建材行业，如：燃气管生产线、塑料管材生产线、PE塑料硬质平网、土工网机组、自动中空成型机、PE蜂窝板生产线、单双壁波纹管挤出生产线、复合气垫膜机组、PVC硬管、芯层发泡管生产线、PP挤出透明片材生产线、挤出聚苯乙烯发泡管材、PE缠绕膜机组。

6、印刷设备里的干燥加热。

7、其它类似行业加热。电磁加热器的前景

当前世界经济不景气，企业生存压力大，而塑胶行业竞争激烈。降低生产成本，提高产品的竞争力，是每个企业面临的一个核心问题，而电费在塑胶行业生产成本中占有很大比例，塑料企业对于节省电费，降低生产成本自然非常关心。采用电磁加热方式对于塑料机械来说，可以有明显的节电效果，而且最少可达到30%，有些原来热效率不高的机械更是可达到80%，也正是鉴于这一点，引起全国范围塑料企业和行业人士的关注。

安装步骤

电磁加热器的安装及调试：电磁加热器的安装及调试比较简单

1、改造之前，先把设备接线情况理一下，拍照，做记号（以备恢复原状）

2、确定控制板或电柜安装位置，以便于确定高温线引线长度。一定要跟工厂电工或领班交流，确认。

3、拆线圈测量功率，数据要准。来确定安装功率。可以结合工厂电工，这也要拍照，留原始记录

4、量炮筒周长，确定保温棉尺寸，黄蜡板尺寸，黄蜡板预留探头孔，孔尺寸要准，确定每个温区长度，固定

5、确定高温线长度，绕制。要求美观。整齐。包括间距大小控制，松紧控制。绕完后测量电感量大小。注意仪表量程

6、接线。确认以前断路器电流表量程，过小要换掉。先分别测试，测电压，电流是否正常。有问题一一解决，没问题后在整机测试

7、整理，清理现场。要求利索整洁。

为保证原设备改用电磁加热圈后原生产工艺不变，原操作程序不变，在设计时针对两种加热方式性能上的差别，电磁加热器已降低约 30% 功率使用，并且在电磁加热控制器上设计了功率调整及功率保护功能。所以调试过程相当简单,用户可按说明自行调试。

注意事项

1、主机要定期除尘，一般1个月除一次，可用软毛刷或高压气枪除尘，以保证仪器内部良好的通风环境。

2、如使用环境是带有腐蚀性气体的地方须喷上绝缘清漆。或者用其它的绝缘防腐材料。

3、空气温度不能高于50℃

电感量只是应用的其中一个参数而已，具体要实测工作频率和电流，通过增减线圈匝数来匹配功率

区别

一、家用电磁炉功率相对较小，且是220V交流转变成直流，实现方法简单，家用电磁炉功率一般在2200瓦以内（实际功率1900瓦以内），家用电磁炉要求保证每天工作2-3小时。而电磁加热器则是应用在工业设备上，并且功率达到了60KW，选材和控制模式与家用电磁炉是完全不同的。电磁加热器是属于商用工业级产品。具备家用电磁炉无法比拟的稳定性和耐用性。正常使用，可连续工作10年（10万小时）以上。

二、电磁加热器和家用电磁炉区别之家用电磁炉是为了满足居家生活而设计开发的，而电磁加热器是为了解决塑料加热的问题而设计开发。

日常护理

关于电磁加热器的使用寿命逐步受到大家的关注。电磁加热控制器使用寿命一般平均在三到五年，但是它的使用寿命和几个因素有很大的关系。

1.产品是否正确安装。每一款电磁加热器及电磁加热圈所要求的保温棉的厚道，绕线的粗细长度，电感值，输入电流值都是不同的，一定要按照厂家出厂时安装说明书为标准。以及每一台电磁加热控制板之间的线圈组间隔间距在10cm以上也是非常重要的，因为靠的太近会相互影响。只有电磁加热器安装在正常参数范围内才能保证的长期稳定工作。

2.车间的环境包括粉尘，灰尘，潮湿度有关。一般来讲粉尘灰尘越大，对电磁加热控制主板越不利。如果是粉尘灰尘比较大的情况下，需要定期清理电磁加热器上的风扇，风冷电磁加热器主要是散热，室内通风要好，避免风扇被卡住而起不到主板散热效果从而使得元器件过热而烧坏。

3.产品的质量也有很大关系。如果是已经按说明书上的参数来安装，车间粉尘灰尘也不大的情况下电磁加热器还是经常出故障，那么这就是质量方面的问题了。不排除有的厂家为了降低成本而采用便宜的元器件来做导致产品质量不稳定而经常出现故障，另外一个原因就是虽然用的元器件是好的，但本身电路板设计不合理也会导致易出现故障。如果是质量问题导致的，建议可以换一家了。

4.对产品的爱护程度。对于车间灰尘粉尘比较大的用户，应该定期用毛刷刷一下电磁加热器上的风扇，与电磁加热线圈上的粉尘，对于线圈不用有重物压住，或割破，不要经常有水溅到线圈上或电磁感应加热器上。更不要将电磁加热器暴露在露天环境下，因为露天环境如果遇到下雨天肯定就要淋湿，在未干的情况下开机就会导致坏掉。或者露天环境早晨雨露较多，导致电路板潮湿，未干的情况下开机也会导致里面的线路短路。

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