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| 电磁感应加热技术在电线机组中挤塑机温度控制系统上的应用 |
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电磁感应加热,正是利用电磁感应现象产生的感应电流对加热体做功,电能转化为金属导体的内能,使得金属导体的 温度升高,达到加热的目的。整个能量转化过程如图2所示。 |
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| 2传统加热与电磁感应加热方式比较 2.1传统加热 传统挤塑机通常采用电阻加热方式,这种加热方式存在以下问题: (1)热损失大,效率低。目前采用的电阻加热器是由电阻丝绕制而成,其内外两面都发热,内面(紧贴料筒部分)的 热传导到料同上,而外面的热量大部分散失到空气中;另外由于传导过程复杂,从电阻丝 绝缘层 料筒外壳 料筒内的塑料 塑化,热损失大,热效率仅为20%~30%左右,能源浪费严重。另外电阻热的发热效率本身就较低。 (2)挤塑机工作环境温度升高。由于加热时向周围环境散发大量的热,从而使周围环境温度上升,特别是夏季对生产 环境影响很大,现场工作温度都超过了45℃,对工人的身体影响很大,有些企业不得不采用空调来降低工作温度,这又造 成能源的第二次浪费。 (3)使用寿命短、维修量大、废品率高。由于采用电阻丝发热,其加热温度高达800℃左右,电阻丝容易因高温氧化 而被烧断,常用电热器使用寿命只有半年左右,因此维修量和维修费用都相对较大。在一段或几段电阻丝烧断的情况下, 难以及时发现,造成料筒温度不均,从而使产品报废,导致其废品率提高。 2.2电磁感应加热 电磁感应加热技术应用于挤塑机的料筒加热上,其特点在于: (1)节能效果好,热损失小,效率高。由于感应线圈与被加热金属并不直接接触,能量通过电磁感应进行传递。与电 阻丝加热方式相比减少了热传导和空气热对流的损耗,热效率很高,达85%以上,比电阻丝加热方式提高2~3倍。与电阻丝 加热相比,节点在30%以上,最大可达75%。 (2)升温快。由于料筒金属壳的电阻很小,所以较小的感应电动势便可产生较强的涡电流。从而可在金属内产生大量 的焦耳热。同时还有热量散失少,热效率高,所以料筒内熔体升温快。 (3)环保效果好。电磁感应加热方法可以显著降低环境温度,同时节能的本身就是环保。 (4)使用寿命长。电磁加热装置采用特制线圈和半导体器件,线圈连续运行温度只有100℃左右,平均无故障时间可 达3年以上,节约了运行成本。 (5)可提高产品产量。由于该加热方式的发热效率高,能显著减少升温时间,因此可提高产品产量。 2.3经济效益 据不完全统计,我国目前共有包括挤出机、注射机在内的各种塑料机械55万台(套),每台(套)功率都在100KW以 上,总耗电310亿KW·h。而三峡水电站6台70万KW机组的发电量仅304亿KW·h。即我国塑料机械全年用量超过了三峡水电 站总的发电量,可见耗电之大。如果所有塑料机械都安装电磁加热装置,按节电30%计算,可省出2台70万kW机组或节约标 准煤300多万t,减排烟尘、废水、二氧化硫450多万t。对缓解国家电力紧张,降低企业生产成本,节约资源,保护环境等 都具有十分重要的意义。 3电磁感应加热的温度控制 3.1输出功率控制 挤塑机的料筒一般分为三段、四段或更多段,每一段的温度不同。在挤塑机开始工作之前,料筒各段温度必须都到达 设定温度,因此为了减少等待时间,要求料筒各段同时到达设定温度。而由于挤塑机料筒温度是一个非线性、大惯性、有 滞后、相邻段有较强偶合的参数,很难建立温度和时间的关系,也就很难实现同时到达设定温度。一般是通过实验和经验 结合,来设定同时到达设定温度,控制效果并不是很理想。而用电磁感应加热技术加热,它可实现对感应加热电源输出电 流幅值的直接控制,并且根据温度模型方程和预期温度,建立在某一恒定电流幅值条件下,实现感应加热电流幅值受控下 的温度间接控制。 3.2温度控制算法 目前新兴一种具有非线性、大惯性、有滞后、相邻段有较强偶合的温度控制算法——模糊控制算法。模糊控制主要是 模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法,它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来,建立一种适用于计算机 处理的输入输出过程模型,是智能控制的一个重要研究领域。 温度控制就属于无法建立精确的数学模型系统的控制问题。用电磁感应加热输出功率控制算法和温度的模糊控制算法 结合的方法可以实现挤塑机料筒温度高精度控制,控制精度在±1℃左右。 4结论 通过对挤塑机传统加热方式与电磁感应加热方式的比较,突出显示了电磁感应加热方式在节能、加热效率和升温速度 等方面的优点,再结合电磁感应加热输出功率控制算法和温度的模糊控制算法,实现对挤塑机温度的高精度控制,体现了 将电磁感应加热技术应用于挤塑机等塑料成型加工设备上的巨大经济价值。预计在不久的将来,电磁感应加热方式将在挤 塑机等塑料成型设备上替代传统的电阻丝加热方式。 |