[

研究・设计

]

收稿日期

: 2005

专利项目

麻红昭

电磁感应烘缸

中国发明专利

CN 1560551,

中国实用新型专利

CN 2720368

作者简介

张　伟

(1982-

) ,

男

河南济源人

浙江大学化工系硕士研究生

研究方向为自动化控制及设备。

基于

IGB T

中频感应加热造纸烘缸

系统的设计与实现

张　伟

麻红昭

张　华

(1. 浙江大学化学工程与生物工程学系, 浙江杭州 310027; 　　

2. 浙江大学智达信息工程有限公司, 浙江杭州 310027) 　　

摘　要

介绍了电磁感应加热的基本原理

详细说明了

PWM

串联型中频感应电源的原理及各部分组成。分析了当前造

纸厂广泛采用的蒸气加热烘缸和油加热烘缸的弊端

首次提出将感应加热原理应用到造纸烘缸加热中

并设计和实现了

一套中型感应加热电磁烘缸及控制系统。 近一年的运行表明电磁烘缸系统稳定可靠

温度控制平稳

有操作简便、节能、

无污染、可自塑化等特点

有很大的市场推广潜力。

关　键　词

感应加热

; IGB T ;

烘缸

;

节能

;

环保

;

串级控制

中图分类号

: T S734

　　文献标志码

: B

　　文章编号

: 1005

2895 (2006) 04

0011

0　前　言

造纸工业中造纸烘缸是最常见的干燥设备。传统

的造纸烘缸, 主要采用蒸气加热或油加热方式, 其热利
用率低, 能源浪费严重, 节能潜力很大。油加热方式中
油加热设备占地大、加热慢、热利用率不高、环境污染

严重。蒸气加热方式虽然可利用工厂公用工程提供的

蒸气, 但也需要铺设管道、蒸气降压、冷凝水回收和保
温设施等投资。

此外, 这 2 种加热方式均是把热质 (蒸气或热油)

经过管道通入烘缸中, 因此烘缸必须符合国家压力容
器标准, 否则容易发生事故。近几年来, 在我国各地多
次发生造纸烘缸爆炸的生产事故

[ 1- 2 ]

, 造成了巨大的

经济损失和不良的社会影响。出于安全和节能 2 方面
考虑, 急需采用全新的加热方式, 对传统的造纸烘缸进
行改造。

感应加热是一种把金属置于交变的电磁场中, 通

过电磁感应, 在金属表面产生交变电流 (称为涡流) , 利
用涡流的焦耳热来加热金属器件的一种加热技术

[ 3 ]

。

感应加热具有能量利用率高、设备简单、加热速度快等

诸多优点, 已广泛应用于机械、炼钢、汽车制造、热加
工、石油开采, 民用电磁罩等各个领域。世界各国也研
制出了很多成熟稳定的感应加热设备。目前感应加热

的研究向大功率、高频率以及新一代电力电子器件方

面发展。

本文首次提出将感应加热原理应用到造纸烘缸

中, 用电磁感应加热来替代传统的蒸气加热和油加热。
近年来, 以绝缘门极双极型晶体管 ( IGB T ) 为代表的功
率器件在越来越多的场合得到广泛的应用

[ 4 ]

。本系统

中就采用了基于 IGB T 的感应加热电源, 选用了串联
式感应电路结构和基于 PWM 的功率调节方式, 以达
到三相不控整流、降低设备复杂性的目的。同时设计制

造了一个直径 1. 2 m、宽 40 cm , 用于感应加热的造纸
烘缸, 开发了整个系统的加热、控温、散热、PL C 控制
系统, 采用 S IEM EN S TD 200 监控和设定整个系统的
温度、电流等关键参数, 实现了系统的自动化、精确化,
减少了设备和厂房投资, 极大提高了能源利用率和安
全可靠性。

1　感应加热电源

在感应加热系统中, 负载可以看作 1 个负载线圈。

感应加热中频电源按照负载线圈的补偿方式可以分为

并联型中频电源和串联型中频电源, 2 者由于其不同
的特性应用于不同的场合。本系统中采用并联型中频

电源, 用 4 只绝缘栅双晶体管 ( IGB T ) 组成逆变电路。

1. 1　主电路组成

图1 为串联型中频电源主电路的原理图。它分为4

个部分

[ 5 ]

: 整流、滤波、逆变和负载电路。

第

卷第

期

2006

年

月

轻工机械

L ight Industry M ach inery

V o l. 24, N o. 4.

D ec. , 2006