此外, 在感应加热过程中, 由于受温度、线圈与缸

体距离等因素的影响, 负载线圈的电感值随时间变化,
为时变值。由式 (1) 可知, 理论谐振频率也会随时间变
化, 若电源以固定频率工作, 则无法保证逆变电路正常
工作。可行的办法是通过频率自动跟踪系统, 使逆变频
率受控于负载端, 始终使电路频率

保持在理论谐振

振荡频率

附近。这样电源工作频率将跟随负载频率

的变化而变化, 保证系统的稳定。

图 6　串级温度控制框图

1. 4　中频感应电源结构

整个中频感应加热电源的系统结构如图 4 所示。

图 4　感应加热电源结构图

2　造纸烘缸及控制系统

有别于传统的蒸气或油加热造纸烘缸, 电磁感应

烘缸没有密封性的要求, 制造简单、造价便宜。我们制
造了一个直径 1. 2 m , 缸体宽 40 cm 的小型烘缸, 置于
中频感应磁场中, 其表面产生涡流, 达到 0～ 400℃ 连
续可调的效果。

2. 1　线圈与烘缸的组构

在蒸气加热和油加热方

式下, 在同一时刻对整个烘缸
表面是均匀加热。在电磁烘缸
的设计中, 由于线圈面积的限
制, 在同一时刻只能对烘缸的
部分表面加热。为此我们将加
热线圈设计成弧形, 置于烘缸罩中

[ 8- 9 ]

, 开始加热时烘

缸罩降下, 线圈紧贴于烘缸表面, 利用烘缸的转动使整
个烘缸表面温度基本均匀。其基本结构图如图 5 所示。

2. 2　串级温度控制

造纸生产中, 烘缸设备最重要的参数是烘缸表面

工作温度

。表面温度

的变化, 直接影响到成品纸的

质量。由于温度

有延迟大、升温慢、惯性大等特点, 较

难控制。由焦耳定律

R t

知, 感应加热功率与涡流

电流有密切关系, 我们可以用负载电路中的电流有效
值来直观衡量感应功率的大小。整个系统采用串级控
制, 外环的控制对象为温度

, 内环控制对象为 IGB T

图 5　线圈与烘缸组构图

桥的输出电流

。其控制框图如图 6 所示。

整个串级控制算法在 PL C 系统中实现

[ 10 ]

, 采用

S IEM EN S 200 系列 PL C。在烘缸座架上安装红外线温
度探头, 将温度信号转化为电信号采集到 PL C 模块
中, 在程序中经过平滑滤波等步骤得到烘缸表面的平
均温度

。

与设定温度

比较, 其差值作为 P ID 模

块的输入, 经过计算后调整负载电路加热电流

的设

定值

。实际加热电流经过互感线圈采集到 PL C 模拟

量模块, 与

比较再作为内环 P ID 模块的输入, 计算

后由 PL C 输出一个 4～ 20 mA 的控制电流来调节功
率输出。整个系统中的各个变化量, 比如温度

、加热

电流大小

、控制信号mA 数、烘缸转速等数据显示在

TD 200 的屏幕上, 操作员可以清楚看到这些变量的实
时变化情况, 并可通过设定温度

的给定值、加热电流

的给定值来自动或半自动的调整加热功率。

2. 3　程序软保护

在 PL C 程序的设计中, 要特别注意以下几个问

题:

(1) 因为线圈在某一时刻只能加热烘缸表面的某

一个部分, 如果烘缸不转动, 则会造成烘缸缸体局部过
热, 严重时还会使缸体变形损坏。因此在程序中要对加
热启动进行保护, 判断烘缸转速大于某一速度, 条件满
足才能启动加热。

(2) 线圈位于烘缸罩内部, 随烘缸罩一起升降。线

圈与缸体的距离影响到线圈电感量

值的大小。生产

中由于卷纸的需要, 经常要抬起烘缸罩, 在程序中要加

・

[

研究

gØ 设计

]

张　伟

等　基于

IGB T

中频感应加热造纸烘缸系统的设计与实现