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电伴热节能最佳解决方案——高效节能换热系统

2  电磁加热节能技术方案

该技术方案主要由电磁加热控制器、感应线圈2部分组成,料筒表面覆盖3cm左右厚的隔热保温材料,然后再绕制感应线圈,如图2所示。其工作过程为:电磁加热控制器先将50Hz交流电流为直流电,再基于串联或关联谐振电路产生20~40kHz的高频交流电流,高频交流电流在感应线圈中流动产生交变磁场,当磁场内的磁力线穿过导磁性金属制成的料筒,从而在料筒表面形成无数小漩涡,该漩涡使得料筒表面快速发热,从而实现电能到料筒热能的转化。

 


该技术方案的节能主要通过二方面实现,一是在料筒表面形成涡流实现加热,即料筒自身直接发热,发热效率能够达到90%,具有较高的电能到热能转换效率,并且相比加热圈方式减少热能从加热圈到料筒的传导环节;二是料筒表面与线圈之间包裹了较厚的隔热保温材料,避免了高温料筒直接暴露在空气中,从而减少了对空气加热导致的能量损失。不难理解,前者更多起到快速加热升温的效果,而后者才是该技术方案节能最根本的原因。

选择某企业的电磁加热产品进行安装及实测,测得数据详见表1。表1中升温阶段指从室温升到220℃,表面平均温度以料筒表面间隔20cm为测温点,多点平均计算得到。测试中使用MA1600G型注塑机、PP料、蚊香盘模具。从测试数据、测试过程、结合节能原理及用户使用情况调查,有以下分析及相关结论。

1)具有输出功率大、料筒直接发料特点,因此升温快速,可以减少一定的升温准备时间。另外,由于料筒表面与线圈之间包裹了较厚的隔热材料,避免了加热空气导致的能量损耗,因此具有较明显的节能效果。但是与红外加热、节能环方案比较,该方案本身存在一定的能量损耗(约几十瓦),包括电磁加热控制器的耗能,特别是该控制器内部的IGBT功率管有非常明显的发热,需要风扇来散热降温;另外感应线圈上流经高频大电流,线圈本身也会产生较大的发热从而损失能量(线圈表面测得较高温度,主要由线圈损耗发热引起),当线圈绕制匹配不佳、线缆内阻较大、引线过长时尤为明显。所以,该方案在中低功率的应用中节能效果略差。



2)加热原理同电磁炉,但工作环境严酷很多、限制条件很多很多,包括:注塑机通常24h连续工作,工作时间长、可靠性要求高;加热通常以10s为周期控温输出,因此需要频繁启停;某些工况下料筒会频繁进退,存在较大的运动冲击和振动;料筒比较长,需要多段温控,多段感应线圈之间存在相互耦合,影响工作稳定性;料筒与其他机械部件之间结构比较紧凑,并且随着座台进退相对位置会发生改变,尤其喷嘴部分,线圈绕制难度很大;车间环境温度较高等。这些不利因素都对该方案产品的工作可靠性带来严重挑战。根据观察,即便设计良好的电磁加热控制器产品,受线圈绕制等使用因素及上述现场客观不利条件的影响,工作可靠性也不尽如人意。

3)安装麻烦、可维护性差。感应线圈通常只能一圈圈在现场绕制,需要专业人员携带专业仪器在现场完成,不仅费时费力(绕制测试样机时2人用了3个多小时),如果绕制不佳,还影响节能效果。某些工况下的机器(如使用腐蚀性原料、增加玻璃纤维辅料等),料筒半年左右就需要更换;另外料筒与感应线圈之间的隔热材料,长时间高温下会有一定的收缩变形,或者受机械振动影响,感应线圈使用一段时间后容易出现松动,影响电磁加热器谐振特性。也就是说感应线圈需要不定期重新绕制,对厂家而言增加售后工作量,对用户而言是停机检修,影像设备使用率,也就是影响了生产效率。部分厂商也在尝试改进线圈工艺,如采用C型开口形式绕制线圈,以节省现场绕制时间,但是这类线圈影响输出功率、效率,并且容易导致涡流,发热部位不均匀进而引起料筒变形等问题,目前暂无较好的解决办法。

4)存在一定的安全隐患和风险。主要有二方面,一是感应线圈上流经大电流(通常10A以上),并且线圈两端存在近千伏高电压,如果线缆破损或者接插件接触不良之类,都可能引发严重后果;再是存在强磁场,向外围辐射可能影响其他设备正常工作和人身健康。综上评估,电磁加热节能技术方案应用于注塑机料筒加热虽然可以获得较好的节能效果,但局限性大,并不是最理想、可以全面推广的方案。




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