电磁感应器加热技术的应用与研究

摘 要：从20世纪初开始，电磁感应加热技术就开始应用于工业的生产过程，电磁感应加热具有加热速度快、热损耗小、加热效率高以及容易控制等特点，现在社会对于环境污染的要求更加苛刻，电磁感应对于环境的污染较传统的加热方法减少很多，基于它的各种优点，应用范围更加广泛，得到了迅速的发展，存在于加工行业的各方面，同时在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接、单晶生长、表面热处理以及半导体的区域提纯、外延等热加工工艺中都有应用。就连现在家用的微波炉也是利用电磁感应加热技术。该文通过对传统的加热方法与电磁感应加热的方法进行对比，得出该方法的优势，并进一步说明了电磁感应的温度控制原理。

关键词：电磁感应加热 温度控制 模糊算法

中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0050-02

1 电磁感应加热技术的应用

现在社会需求的增长，电磁感应加热技术越来越广泛地运用到各行各业中。大致可以归类为以下几个领域：第一，食品、医疗、化工、塑机械加热、木材、建筑等节能改造方面都有用，在这些方面使用电磁感应加热代替了传统的电阻加热；第二，机械行业，电磁感应加热中的高频电磁加热可以应用于金属表面的热处理，也可以用于器件在加工前的透热，这种方法与传统的方法相比有很大的优势；第三，纺织印染方面，印染时的原料需要加热，利用电磁感应加热，加热速度快了，就使得原料的利用率提高了，同时可以适应不同燃料的不同温度要求；第四，轻工行业，在轻工行业用于食品或者塑料产品的封口，这种方式的加热大大加大了生产效率，还可以节省生产空间。

电磁感应加热技术的应用，可以提高生产产品的速度同时也能降低生产成本，也提升了设备制造行业的生产水平，在传统行业中越来越广泛地被接受和使用。

2 电磁感应加热的原理

电磁感应技术就是我们通常所说的IH技术，它建立的基础就是法拉第感应定律。电磁感应的加热原理就是利用高频的交变电流在通过线圈时产生磁场，这种交变的磁场在通过金属工件时产生涡流，产生涡流的条件就是金属工件需要是加热后的件，金属的电阻相对较小，这样较低的电动势就可以产生很强的涡电流，这样就在金属件内部产生了很大的焦耳热，这样金属件的温度自己就升高了，完成了一个自发热的过程，这个自发热的速度非常快。电磁感应加热利用的就是电流的做功，将电能转化为被加热体本身的内能，使被加热件的温度升高，从而达到加热的目的。

3 传统加热与电磁感应加热的对比

3.1 传统的加热

用加热注射剂来举例传统加热存在的弊端，传统的注射剂加热一般采用电阻的方式进行加热，电阻加热存在的缺点如下：第一，工作环境恶劣，传统加热利用的是电阻加热，在加热过程中向环境中散发大量的热量，使得操作环境温度升高，尤其在夏季的加热时，现场的工作环境是非常恶劣的，工人需要降温，降温过程又造成了能源的浪费，加大了成本；第二，加热效率低，加热过程中热损大，电阻加热时都是电阻丝绕制成的电阻，这样的电阻外部也散热，造成了热能的损失，在传导的过程中由于过程繁琐，也损耗掉了很大的热量，经过统计只有25%左右的热能得到了利用，热能的效率很低；第三，电阻的使用时间短，电阻发热Φ缱璧乃鸷暮艽螅绕制的电阻线长时间加热很容易发生断裂，这样增加了工人的工作量，需要定时地对电阻进行检查和维护，维修和更换的费用都很大，加热的产品可能由于没有完成固定温度，报废率也增大了，所以各方面的费用都将增大。

3.2 电磁感应加热

第一，与传统的加热方法相比，电磁感应加热是自发热的现象，不会对环境造成很大的影响，工人的工作环境也得到了很大程度的改善，也减少了为环境降温的费用；第二，电磁感应的热损耗小，节能效果好，电磁感应发热过程感应线圈与被加热的金属件之间是没有直接接触的，能量的传递是通过电磁感应进行传递的，在传导的过程中减少了很多热能的损耗，效率提高很多，可以达到85%左右，比传统的加热提高了很多；第三，金属件温度提升速度快，金属件的电阻小，所以较小的电动势就能产生较强的涡电流，焦耳热产生得也多，热量散失得少，所以金属件升温很快；与传统的电阻加热相比，使用寿命增长了，电磁感应的加热工具是特制的线圈和半导体的器件，线圈在工作时的温度并不像电阻丝产生那么高的温度，使用寿命大大提高了。电磁感应加热的加热效率高，所以产品的产量也高，所以无论从损耗还是生产效率上都得到了提高。

综上所述，电磁感应加热具有的优势是非常明显的，加热速度比其他任何的媒介加热速度都快，而且在加热时损耗较小，加热时间较短，启动方便，热能的损耗较小，不用时，也可以切断供电电源，没有任何多余的损耗，电能的利用率又高，是新时期加热的最好选择。

4 电磁感应加热技术的实现

4.1 电磁感应加热系统的组成

电磁加热系统主要由电磁加热控制板和加热线圈两部分组成。加热输出接触器的输出端经过电磁加热控制板将交流电进行整流、滤波、逆变成高频的交流电，再通过链接线圈加到电磁的加热线圈上，高频的交流电通过保温材料作用于被加热体上，从而达到被加热体的自发热过程。还可以用另外一种方式，将电源直接输入到电磁加热控制板，加热输出接触器直接通过电磁加热控制器的方式直接控制电磁加热控制板的工作状态。

4.2 对输出功率的控制

对于电磁感应加热输出功率的控制有很多种方法，其中感应电源有两种控制方法：即负载串联谐振型和负载并联谐振型，串联谐振感应加热电源较并联的有很多优势，比如：启动时比较迅速、可以使用体积相对较小的电感和整流，可以使用不空整流等。加热过程有特定需要达到的目的，所以感应加热电源需要控制输出功率，使功率保持到一个可调节的范围内。串联谐振电源的调功方式有两大类：直流侧调压调功和逆变侧调功，其中直流侧调压调功中又包括两种方式：是采用晶闸管全控整流；另一种是不控整流后用斩波器进行调压。逆变侧调功的方法就比较多，比如：通过脉冲宽度调节、通过电压调节、通过脉冲频率调节、通过脉冲密度调节、通过移相调节、通过改变功率因素调节以及以上各种方法的综合调节法等。通过这些方法的调节都可以达到调节温度的目的。在加热一个物体，整个过程可能需要不同的温度，所以要求在不同的阶段保证不同的温度。现在用调节脉冲密度调功法调节温度的方法是使用较多的一种，这种方法可以直接完成对输出电源的电流幅值进行控制，通过实验既定的模型，通过建立在某一特定电流幅值的基础上，建立T=f（t）即温度与时间的函数关系，实现温度的分段控制，以达到各时间段不同温度的要求。

4.3 温度控制的算法

目前使用较多的一种算法就是模糊控制算法，这种算法具有大惯性、非线性、有滞后、相邻段有较强偶合等特点，这种算法可以模拟人脑进行思维、判断以及推理的过程，可以将人的经验等用语言的方式表达出来，再通过计算机的处理，完成输入和输出的建模过程，是一个智能化的实现过程。模糊算法的数据库录入的是专家的语言信息，并在使用时将这种语言转化为控制策略，可以解决实际使用过程中的各种问题，有些复杂的数据模型需要建立精确的数学模型，这种算法可以解决这些复杂的建模过程。这种方法很好地完成了推理系统与控制系统间以及模糊数据和精确数据的转化问题。温度的控制就是一个不确定的数据模型，通过电磁感应的输出功率和模糊算法的结合就可以完成温度的精确控制，控制精度可以上下不相差1 ℃。

5 结语

传统的加热方式通常是利用电热圈来加热，通过接触传导，实现被加热体的加热过程。但是这个过程有大量的热量是散发到空气中的，热量的利用率较低，而且工作环境也非常恶劣，加热过程的温度也是没法实时控制的。而电磁感应加热的方式实现了节能、加热效率和升温速度快等各方面传统加热方式满足不了的优点。电磁感应在输出的过程可以通过控制功率的方法同模糊算法相结合实现温度的准确可控性。这也满足了现代社会高效、节能、环保等各方面的要求，所以电磁感应加热方式在各行各业都将替代传统的电阻丝加热方式。

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