电磁加热器（精选7篇）
电磁加热器 篇1
滚动轴承装配前加热可使内圈直径胀大，便于轴承套装，但轴承加热温度太高会使轴承退火，一般轴承加热温度应<150℃，一般控制在120℃以下。
使用电磁轴承加热器加热轴承时，由于轴承内外圈、保持架的环形电阻值不同，电阻值小的发热快。一般铜保持架发热最快，其次是内圈，最后才是外圈。所以轴承加热时温度测量以轴承内圈为准，温度控制在100℃左右，温度测量控制方法如下。
加热前准备一杯水放置在加热器附近，加热期间，间隔一段时间，用手触摸轴承内圈感知轴承温度，一般人手摸住轴承，耐受其热仍可不放开时，温度为50℃左右。此后，用非金属小棍棒蘸一些水，滴在轴承内圈内壁观察，如果水滴没动静，说明轴承加热温度还没到100℃，需继续加热。如见水滴内有小气泡快速长大，说明轴承温度已经接近100℃，这时轴承加热温度已经足够了。如果水滴立即汽化，说明温度超过100℃了，应立即停止加热。
表1是轴承加热与内径膨胀对照表，由表1数据可知，轴承加热到100℃，间隙值完全满足热装要求。W09.03-36
防喷器电磁加热保温装置设计 篇2
为了避免在修井过程中发生井喷事故,修井作业时如果发生溢流,要求井控装置中的防喷器能够迅速关闭,防止事态进一步发展[1—3]。由于东北三大油田都处于开发中后期,采油注水井修井工作量很大,需要在寒冬季节继续进行施工。在白天修井施工中,起下油管等工作能保证地下水与地面装置中的水充分循环,不会造成井口设备冰冻[4]。晚上停止施工后,地面装置散热损失大,使防喷器中的水冻结,导致发生溢流时防喷器无法迅速关闭,造成井喷事故。为了保证防喷器内的水不冻结,本文设计了一套电磁加热保温装置,保证防喷器内的水长时间维持液体状态。
本设计采用电磁加热的方式为防喷器提供热源。电磁加热是利用电磁感应原理将电能转换成热能的加热器,由整流电路将50/60 Hz的交流电压变成直流电压,再经过控制电路将直流电压转换成频率为(20—40)kHz的高频电压,高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场,当磁场内的磁力线通过导磁又导电的防喷器时,会在防喷器本体内产生无数的小涡流,使金属材料本身自行高速发热,而此时电磁线圈本体并不发热,因此可见,该加热方式有别于电热管的加热方式,热效率更高,而且不存在高温加热部件,不会对施工人员造成烫伤,安全性更高。
由于电磁加热过程中电磁板本身不产生热量,是通过电磁感应使防喷器温度升高,因此为了确定防喷器的散热量,防喷器的表面温度与散热量的关系至关重要[5,6]。加热功率的确定既要考虑设备达到热稳定状态所需要的时间,确保冻结的防喷器迅速解冻,同时还要以待加热体的整体温度维持零摄氏度以上为目标,因此需要根据防喷器表面温度场的非稳态变化、确定系统达到稳态的时间,以及达到稳态后电磁加热装置的加热功率。为了保证电磁加热器加热量的有效利用,该装置在防喷器外面加设了绝热层(高纯硅酸铝),减小防喷器对环境的散热。
本文在对复杂外形结构(如图1所示)的待保温结构现场精确测绘的基础上,考虑防喷器表面的非稳态温度变化,利用传热学理论确定了装置的加热功率,设计了一套防喷器电磁加热保温系统。所设计制造的加热保温装置不仅升温迅速,加热保温效果好,而且安全、便捷、操作方便。
1 井口保温装置设计思路
为了减少热量损失,降低电力消耗,本装置在精确测绘的基础上,经过详细绘图设计了保温壳体,使保温壳体与防喷器紧密结合,尽量减少防喷器向外部环境散热。根据防喷器结构,设计防喷器保温加热装置如图2所示。同时,为了方便拆装和多次使用,设计了带有锁紧装置固定在防喷器上,使得装置性能牢靠。装置充分考虑防爆的因素,两块电磁加热板直接引线到控制柜,装置在现场不设接线端子,消除了接线打火的情况。为了避免防喷器温度过高,损坏密封元件,本套装置可以任意设置防喷器表面温度值,并利用热电偶监测防喷器表面温度,利用IGBT控制输出功率,从而实现随着室外温度的变化而调节的可视化温度监测,提升了冬季修井施工水平。装置的控制流程图如图2所示。
电磁加热保温装置设计主要分为以下几个步骤:待保温装置测绘、加热功率计算、保温装置设计及加工。其中加热功率计算需要准确的传热学理论知识,如果加热功率过小将导致防喷器里面的水无法解冻,起不到加热保温的效果;如果选择过大将使成本增加、能耗增大,同时功率过大造成的热惯性也给控温带来了难度。因此,本文将重点针对电磁加热的特点,对加热功率进行选择计算。
2 防喷器电磁加热装置的加热功率设计
本套电磁加热保温装置的主要目的有两个:保证防喷器不冻结,同时必要时要对冻结的防喷器快速解冻。因此防喷器电磁加热功率是根据油田实际需要的解冻时间为界定条件来进行计算的。加热功率主要包括以下几部分:防喷器通过保温壳体与外界环境的表面辐射、对流换热;防喷器本体温度升高需要的热能。加热功率的确定对于加热保温结构设计是一个关键环节,本文在考虑防喷器表面温度非稳态变化的情况下,考虑圆肋、环肋的散热损失,给出了防喷器表面温度变化规律的计算公式[7]:
由热力学第一定律:
式(2)中
式(1)、式(2)联立后可列出防喷器温度变化的非稳态数学模型,但由于工艺要求,防喷器两侧需要有液压装置裸露于室外,因此防喷器及保温壳体的散热量需要考虑肋的传热过程。当对防喷器快速解冻时,需要考虑防喷器内液体的相变吸热过程。根据修井现场的要求,本次设计将电磁加热保温装置的控制温度设定为20 ℃,加热功率选取10 kW。根据上述的分析过程,20 ℃后保持恒温的理论解如图所示,由图中可见,在20 ℃以前的瞬态加热过程中,当加热到0 ℃的相变过程时,温度保持在0 ℃不变,直到里面的冰全部融化成水后温度急剧上升。
根据上述原则设计了一套防喷器电磁加热保温装置,为了验证理论计算结果的可靠性及该套加热保温装置的使用效果,在辽河油田修井现场对其进行了现场试验,试验环境温度波动范围为-16℃—-20℃。试验过程中,在防喷器内部布置了四个有代表性温度测点,每隔大约5 min进行一次读数,直到数据稳定。测试结果显示,经历了38 min以后,防喷器的平均温度达到20 ℃左右,并逐渐保持稳定,既满足了修井队对于快速解冻的要求,而且能够保持防喷器不再结冰,保证了修井过程的安全施工。防喷器表面的测试温度随时间的变化情况与理论计算结果吻合较好,误差在8%以内,如图4所示。
3 结论
(1) 修井井口防喷器电磁加热保温装置的开发与应用,使修井冬季施工技术迈上一个新的台阶,在冬季修井施工现场应用,避免冬季施工井控设备的堵冻,提高修井施工成功率和工作效率,为提高修井设备使用质量提供了有效保证,进一步提升了辽河油田修井核心技术和市场竞争能力;
(2) 防喷器电磁加热保温装置设计过程中突破了技术关键,由于电磁加热装置是通过电磁感应原理直接对金属加热,避免了大量的热量损失源,同时也保证了保温加热过程既安全又环保;
(3) 利用温度场瞬态时域数学模型得到的防喷器表面温度数值解与现场实测数据吻合很好,其相对误差在8%以内。该装置升温迅速,试验过程中,在25 min以内就能够完全结冻,大大减少了等待作业时间。
参考文献
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电磁加热采暖壁挂炉技术及其应用 篇3
关键词：电磁加热,壁挂炉,采暖
0 引言
在冬季, 中国北方地区建筑物都需要采暖。通常市区建筑物都有集中供暖, 但在矿山上, 却分布有很多既无集中供暖又未接通天然气的建筑物, 只能采用电加热解决冬季采暖问题。
现有的电加热产品包括电热油汀、石英管红外线取暖器等。这类产品只能用于单个房间采暖, 且存在漏电、烫伤等安全隐患, 不利于安全管理, 因而需开发一种电加热采暖壁挂炉, 解决矿山建筑物多房间小区域采暖问题。
1 电磁加热采暖壁挂炉设计方案
电磁加热技术的基本原理是, 首先将交流市电经整流滤波后转变成直流电源, 然后再将该直流电源逆变为频率为40 k Hz的交变电源, 并由电磁线圈感应出交变磁场, 在金属表面产生涡流而发热;由于电磁加热装置是电磁加热采暖壁挂炉关键, 本文将重点介绍电磁加热装置。
1.1 整机方案
图1是电磁加热采暖壁挂炉的系统原理图, 其原理与燃气壁挂炉[1]大致相同, 主要区别在于加热装置不同。图1中, 点划线框内是电磁加热采暖壁挂炉主机, 箭头方向为循环水流方向。主机包括:热水循环泵、电控模块、膨胀水箱、压力传感器、流量传感器、安全阀、温度传感器、自动排气阀、电磁加热装置[2]。图1中T为温度, ℃;q为流量, L/min;p为压力, MPa。
图2是电磁加热装置的轴向剖视图, 图中箭头方向为循环水流方向。电磁加热装置包括:玻璃钢筒、电磁线圈、金属芯、法兰、密封圈、管道接头、螺钉、铁氧体磁条、温度突跳开关。图2中, A为径向剖面线代号;L1为玻璃钢筒长度, mm;L2为金属芯的轴向长度, mm;L3是为铁氧体磁条长度, mm。
图3是图2的A-A剖视图, 即电磁加热装置的径向剖视图。图3中, D为玻璃钢筒内径, mm;t1为玻璃钢筒壁厚, mm;d为金属芯直径, mm;t2为金属芯上不锈钢板条厚度, mm;b为铁氧体磁条宽度, mm;t3为铁氧体磁条厚度, mm。
图4是金属芯示意图, 包括:圆螺母a、不锈钢板条b。
1.2 工作原理
当接通电源并启动后, 热水循环泵首先运转, 当流量传感器检测到水流量达到设计流量时, 电控模块输出25 k Hz~40 k Hz交变电流, 驱动电磁线圈, 电磁线圈感应出交变磁场并作用于金属芯, 金属芯表面产生涡流而发热, 循环水吸收金属芯表面热量而产生温升;被加热后的循环水从电磁加热装置上部管道接头流出并进入散热器热端, 散热器将热量散发到房间内, 降温后的循环水从散热器冷端流出, 并回到热水循环泵进水口而形成循环。
1.热水循环泵;2.电控模块;3.膨胀水箱;4.压力传感器;5.流量传感器;6.安全阀;7.温度传感器;8.自动排气阀;9.散热器;10.电磁加热装置
1.玻璃钢筒;2.电磁线圈;3.金属芯;4.法兰;5.密封圈;6.管道接头;7.螺钉;8.铁氧体磁条;9.温度突跳开关
膨胀水箱的作用是吸收循环水的热胀冷缩。
压力传感器的作用是监测系统水压。整个循环回路采用闭环设计, 且系统水压保持在0.1 MPa~0.2MPa;当循环回路因漏水等原因使压力低于0.1 MPa时, 则停机并报警, 提醒用户检查管路并补水。
流量传感器的作用是检测水流量。当水流量低于设计流量时, 则停机并报警, 提醒用户检查是否水泵损坏或管路堵塞。
安全阀的作用是当系统水压超过0.2 MPa时, 自动泄放循环水, 使系统水压保持在安全范围内。
温度传感器的作用是检测循环水出水温度。当出水温度高于设定温度时, 电控模块减少功率输出, 当出水温度低于设定温度时, 电控模块2增加功率输出, 从而使循环水出水温度恒定。循环水出水温度可设定在40℃~85℃。
自动排气阀的作用是自动将循环水中逸出的空气排出, 避免形成气塞而影响水路循环。
2 电磁加热装置设计计算
2.1 玻璃钢筒
玻璃钢筒是采用多层玻璃纤维布加酚醛树脂制成的圆筒, 玻璃钢筒长度L1=270 mm, 内壁直径D=60mm, 壁厚t1=4 mm~5 mm。
其热变形温度大于250℃, 具有机械强度高、防火阻燃、绝缘、对电磁无屏蔽等优异特性, 可在内部水压0.5 MPa、温度95℃情况下安全工作。
其作用是:a) 用于冷却电磁线圈。由于电磁线圈直接缠绕在玻璃钢筒外壁上, 因而电磁线圈因铜损而产生的热量可传递到筒内水中, 使电磁线圈温升低于100℃;b) 将电磁线圈与金属芯隔离, 从而实现水电安全隔离, 同时电磁线圈产生的交变磁力线, 又可几乎无损耗地穿透筒壁而作用于筒内金属芯上。
2.2 电磁线圈
众所周知, 当导体中有交流电或交变电磁场时, 导体内部电流分布不均匀, 且电流集中在导体表面, 使导线电阻增加, 相应功率损耗也增加, 这一现象称为趋肤效应。
由于电磁线圈工作频率在25 k Hz~40 k Hz, 其趋肤效应深度为0.1 mm~0.2 mm。
为避免趋肤效应, 电磁线圈是由200股线径为0.15mm的漆包线绞合, 并在外层缠绕纤维丝制作成丝包线, 在玻璃钢筒外壁上密绕40匝, 其最大输出功率可达10 k W, 漆包线耐热等级应选择180℃以上。
2.3 金属芯
2.3.1 材料选择
所选用材料应能同时具有导磁和耐腐蚀性能。奥氏体不锈钢和双相不锈钢虽然耐腐蚀性能好, 但不导磁, 应排除选择;马氏体和铁素体不锈钢既导磁又具有耐腐蚀性能, 经分析比较, 在设计中选用了市场上易购, 且加工性能较好的马氏体不锈钢2Cr13。
2.3.2 结构设计
金属芯结构设计是电磁加热装置的关键, 要求其既有足够大电磁感应面积, 又不会使电磁线圈电感量过大。
金属芯如图4所示, 该设计采用6片厚度t2=2 mm的2Cr13不锈钢板条b, 呈放射状均布成360°结构, 在板条上下两端各有1个圆形不锈钢螺母a, 与不锈钢板条b焊接成一体, 金属芯的轴向长度L2=200 mm, 外径d=50 mm~55 mm。
经试验, 该结构完全达到了设计要求, 工作稳定可靠。这种结构的优点是:a) 电磁线圈产生的交变磁力线可同时作用在不锈钢板条b两面, 增大了不锈钢板条b与循环水的换热面积, 避免了因表面高温而使水汽化;b可通过增加或减少不锈钢板条b的数量, 对电磁线圈电感量进行调节, 使电磁振荡电路的匹配更容易实现。
2.4 法兰及管道接头
为避免电磁线圈产生的交变磁力线将法兰及管道接头加热, 法兰采用不导磁的铝合金材料, 管道接头采用不导磁的奥氏体不锈钢或双相不锈钢材料。
2.5 铁氧体磁条
在电磁线圈外侧设置有锰锌铁氧体磁条, 其作用是聚集线圈外侧磁力线, 防止磁力线泄漏。尺寸为L3×b×t3=180 mm×15 mm×5 mm。
2.6 温度突跳开关
在法兰上设置有温度突跳开关, 其作用是当因缺水或水流量不足而产生干烧时, 自动强行切断电力供应, 确保系统安全, 其突跳温度为90℃。
3 结语
由于该产品采用电磁加热技术将水与电完全隔离, 且采暖系统的循环水采用闭环, 因而该产品既安全可靠又便于管理;该产品既可用于市区内尚未接通集中供暖的办公楼或住宅采暖, 也可用于郊区或山区的别墅采暖。上述电磁加热采暖壁挂炉已成功应用于矿山建筑物中采暖, 1台主机可以通过循环热水为多个房间供暖, 取得了很好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]郭全.燃气壁挂锅炉及其应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
电磁加热器 篇4
科技越来越发达, 交通的快速发展使世界的距离在缩短, 近几年世界各地的公路建设事业不断上新的台阶, 从以前的水泥路面到如今具有消音、吸水、防水漂、改善路面可见度的沥青路面, 让汽车的行驶越来越安全, 也越来越舒服。但是有利必有弊, 没有任何的事物是完美的, 在不断的使用中, 人们发现高速公路沥青路面的破损问题, 已经成为公路健康发展的主要突出矛盾。沥青路面由于具有表面平整无接缝、行车舒适和噪音小, 以及施工便捷、养护时间短和易维护等优点, 越来越被重视, 日益成为国内外高等级公路的主要路面形式, 被广泛用于修建高速公路、机场跑道和桥面铺装等路面上[1,2]。但是, 沥青路面在受长期行车荷载、温度应力以及半刚性基层的反射裂缝等其他因素的作用, 会产生裂缝、松散等病害。且现有的沥青路面养护和修复聚合物材料如防水剂、沥青再生剂等, 会不同程度地影响路面的养护费用和使用性能。所以, 利用沥青本身的自愈合、温度敏感性等性能, 通过电磁感应加热掺导电材料的沥青混凝土以提高其裂缝愈合性能是是现阶段沥青路面修复方法中可行且较先进的技术。本研究项目拟设计并开发一种施工装置可以利用电磁感应加热技术, 使掺有导电材料的沥青路面裂缝自愈合以达到简化沥青路面养护程序的目的, 提高沥青路面的服务寿命, 大幅减少养护费用和时间。另外, 本装置的电磁感应加热技术相比传统加热方法还具有能耗低、加热速度快、加热均匀、操作简单和对环境友好等优势。本研究开发的密实型沥青混凝土电磁感应加热自修复装置具有创新性、方便性和实用性等优点, 具有很大的市场潜力, 是新一代路面养护的领先技术。
2 加热诱导沥青路面自愈合课题研究背景
为了增加沥青路面的使用寿命, 沥青公路的养护和维修是不可忽视的, 养护工作一般分为:预防性养护和修复性养护。关于沥青路面的维修包括根据维修设计进行施工前的准备工作、路面的铣刨、路面基层的施工、封层和黏层施工等几个重要方面, 可见沥青的路面修复问题十分复杂。对复杂的施工工序和严重的沥青路面养护问题, 现在世界范围也没有特别完善和先进的沥青路面修复方案可以完美解决。
现阶段国内外学者从沥青材料本身和沥青混合料两方面研究沥青混凝土路面自愈合的先进技术方法——聚合物材料愈合方法和感应加热愈合方法。这两种方法均可以有效地增加沥青混凝土的愈合率, 修复沥青混凝土路面的裂缝和松散等病害, 提高沥青混凝土路面的整体性和使用性能, 从而解决沥青混凝土路面现阶段的修复问题, 并为以后沥青混凝土路面修复技术的研究提供技术基础, 因此有关沥青混凝土自愈合技术的研究是必不可少的。
2.1 加热诱导沥青路面愈合技术国外研究现状
国外荷兰代尔夫特理工大学、瑞典皇家理工学院、瑞士EMPA研究所、英国诺丁汉大学、美国密歇根科技大学等回研究机构对自愈合沥青混凝土这种智能自修复的材料开展了研究。Jun-Feng Su提出了沥青混合料的自愈合特性[3], 其中对比室内连续加载实验和室外实际使用中沥青混凝土路面的疲劳寿命与加载时间关系以及对两者间转移系数进行研究时发现, 在一定的间歇期下, 沥青混凝土路而的性能会有所恢复, 疲劳寿命有所延长, 这都表明沥青材料具有自愈合性能, 但其自愈合能力很弱, 目前研究人员己提出两种较创新的增强沥青混合料愈合性能的方法:聚合物材料愈合方法和加热诱导愈合方法。Q.T.Liu等通过建立简单模型评价掺导电材料的沥青胶浆在电磁感应加热下的愈合性能[4,5], 研究了掺钢纤维对密实型沥青混凝土的加热性能和力学性能的影响, 以及沥青混凝土在电磁感应加热诱导下的愈合效率, 研究表明掺钢纤维会提高密实型沥青混凝土的加热性, 但对力学性能的影响不大且若钢纤维分散不均会带来负而影响, 以及钢纤维的含量和直径对愈合效率影响很大, 因此钢纤维的选择设计可以增强沥青混凝土的愈合效率, 以此证实沥青材料可以通过感应加热愈合。
2.2 加热诱导沥青路面愈合技术国内研究现状
国内加热诱导沥青路面自愈合主要研究机构是武汉理工大学、重庆交通大学、东南大学、哈尔滨工业大学、同济大学、长安大学、郑州大学等高校。刘全涛在荷兰期间深入参与了荷兰自愈合沥青混凝土科学研究[4], 回国后在武汉理工大学又开展了卓有成效的研究, 主要研究用电磁感应对掺钢丝绒的多孔的沥青混凝土加热, 取得了显著成功。研究成果主要有:掺加钢丝绒可以增强沥青路面, 从而延缓裂纹和掉粒的产生。感应加热可以有效修复微裂纹, 阻止其扩展成宏观裂缝等病害。上述两个原因均能提高沥青混凝土的耐久性和修复性。现在国内对自愈合混凝土技术的研究比较重视, 已经有多项国家基金资助此方向的研究。
3 电磁感应加热诱导沥青路面自愈合机械装置
装置的关键问题是如何利用电磁感应加热技术最大化地通过能量供给的方法利用沥青的自愈合能力修复其力学性质, 消除沥青路面的裂缝、松散等病害。为了达到效果最大化, 我们需要解决如何用最简单有效的布置方案使装置轻便高效, 通过计算得到加热沥青所需要的热量对应的电磁感应强度和对应的电源输出电压, 以确保选择可靠有效的电源 (电磁感应加热原理见图1) 。最后, 需要制定一个PLC控制电磁感应加热系统的方案, PLC控制器要具备严密的控制性能, 能协调各部分工作, 合理控制整个电磁感应加热装置的运行, 按照设定的过程使装置处于最佳工作状态, 使工作状态可直观展示, 加强人机互动。
通过大量资料收集, 本课题组设计并开发一种施工装置可以利用电磁感应加热技术 (见图2) , 使掺有导电材料的沥青路面裂缝自愈合, 以达到简化沥青路面养护程序的目的, 提高沥青路面的服务寿命, 大幅减少养护费用和时间。另外, 本装置的电磁感应加热技术相比传统加热方法还具有能耗低、加热速度快、加热均匀、操作简单和对环境友好等优势。本研究开发的密实型沥青混凝土电磁感应加热自修复装置具有创新性、方便性和实用性等优点, 具有很大的市场潜力, 是新一代路面养护的领先技术。
4 结语
利用沥青本身的自愈合、温度敏感性等性能, 通过电磁感应加热掺导电材料的沥青混凝土, 以提高其裂缝愈合性能, 是现阶段沥青路面修复方法中可行且较先进的技术。因此, 设计并开发一种施工装置可以利用电磁感应加热技术, 使掺有导电材料的沥青路面裂缝自愈合, 以达到简化沥青路面养护程序的目的, 提高沥青路面的服务寿命, 大幅减少养护费用和时间。本装置的电磁感应加热技术相比传统加热方法还具有能耗低、加热速度快、加热均匀、操作简单和对环境友好等优势。本研究开发的密实型沥青混凝土电磁感应加热自修复装置具有创新性、方便性和实用性等优点, 具有很大的市场潜力, 是新一代路面养护的领先技术。
参考文献
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散热器的电磁辐射和散热特性分析 篇5
1 散热器模型
在实际电路中,散热器安装在PCB的集成电路上方,散热器耦合的电磁能量来源包括与散热器临近器件的电磁能量、PCB与散热器相邻的走线上的电磁能量和装有散热器的大功率微电子芯片的电磁能量,其中起主要作用的还是需要散热的微电子芯片本身。这些耦合的电磁能量会导致散热器的电磁辐射增大,引起电磁兼容的问题。在IEEE学会EMC分会的第9技术委员会(TC-9)研究的标准问题中,已经把散热器作为其中的问题之一进行研究[4]。其中,对散热器的分析模型是把PCB板看作理想导电面,把散热器周围的电磁干扰用等效的电压源来代替[4],如图1所示,散热器用理想导电体代替实际中的金属材料。在文献[6]中已经提出了使用结构优化的方法来抑制散热器的辐射,所以文中将以两种不同结构的散热器进行对比研究。
由于散热器结构的不同可能会导致它们具有不同的电磁辐射和散热性能,这就需要对这两方面的特性进行分析,为散热器的选取提供必要的依据。基于此本文对集成电路中常用的片状散热器和针状散热器进行分析,明确散热器结构对电磁辐射和散热特性的影响。研究的两种散热器具有相同的底板形状和高度,只是在用于散热的鳍结构上有所不同,片状散热器的鳍是长条状,针状散热器的鳍是横截面积较小的柱状。两种散热器模型的尺寸,如图1所示。参数为:h=5 mm,t=3 mm,m=2 mm,n=2 mm;L=58 mm,W=58 mm,H=20 mm。文中在电磁辐射和散热特性研究中使用相同尺寸的模型。
2 电磁特性分析
由于散热器结构的复杂性,很难通过传统的电磁场理论来研究散热器的电磁辐射。从对散热器研究的文献中可以看出散热器的研究大都采用数值计算方法,而矩量法可以作为频域研究的一种较好的方法[7]。文中采用基于矩量法的电磁场数值计算软件Feko分析了两种散热器的电磁辐射特性。在分析时散热器的激励源采用单位电压源,并对散热器进行表面剖分。由于现在芯片的工作频率能达到1 GHz以上,所以通过仿真计算了两种散热器频率在16 GHz的端口反射特性。反射参数代表激励源端口反射回来的能量与入射能量之比,反射参数值越小则通过散热器辐射的能量就越大,所以从端口反射参数可以反映散热器电磁辐射的大小[9],即反射越小辐射越大。
图2为片状散热器和针状散热器的端口反射参数曲线,从图中可以看出针状散热器的反射特性在较低的频段(3.5 GHz以下)时的波动大于片状散热器,并在2.9 GHz时会产生一个较小的反射,此时辐射稍增大。更高频率时,针状散热器在最大的辐射频率处(5 GHz)其辐射值大于片状散热器的最大辐射值,但在其它频率上针状散热器的辐射会小一些。当工作频率在3.5 GHz以下时,两种散热器的电磁辐射都是较小的,虽然有一定差别,但区别不大。
为了说明散热器电磁恶化时的情况,分析了散热器在产生较大辐射的频率上的辐射特性。图3和图4是片状散热器在频率为5.2 GHz时的近场和远场的辐射特性。可以看出散热器在这个频率处产生的电磁干扰是相当大的,会给系统带来严重的电磁兼容问题。
3 散热器的散热特性分析
散热器在实际应用中需要考虑散热特性。使用Flotherm软件仿真了底面积大小相等高度相同的片状散热器与针状散热器的散热特性,如图5所示。在外界环境35 ℃、热源5 W、自然冷却时,片状散热器的最高温度为72.8 ℃,针状散热器的最高温度为68.1 ℃,针状散热器比片状散热器低4.7 ℃。可以看出针状散热器比片状散热器散热效果好。散热器的尺寸如图1所示,片状散热器为10个翅片,针状散热器为100针。
用散热器的底面最高温度与环境温度的差来定义散热器的热阻[10]
其中,RH为散热器热阻,Th为散热器底面最高温度,Tc为环境温度,W为散热功率。
上述两种散热器的底面最高温度分别为72.1 ℃和67.4 ℃,则它们在自然冷却情况下的热阻分别是7.4 ℃/W和6.5 ℃/W,针状散热器的热阻小于片状散热器,其散热性能优于片状散热器。
4 结束语
对散热器的分析要兼顾电磁特性和散热特性。从散热器的S11参数中可以看出,针状散热器的电磁辐射在低于3.5 GHz频率时与片状散热器的电磁辐射差别不大。但从散热分析中看出,自然冷却状态下针状散热器的散热性能比片状散热器好,针状散热器每瓦的散热性能要比片状散热器使器件多降低0.9 ℃,所以在同等情况下优选针状散热器。
摘要：利用Feko软件分析对比了两种集成电路散热器的电磁辐射特性,再用Flotherm软件分析了它们的散热特性。结果表明,散热器在某些频率产生较大辐射,针状散热器的辐射与片状散热器,在一定频率范围内差别不大,但针状散热器散热性能要好于片状散热器。
电磁加热器 篇6
基于电磁加热技术设计的餐厨垃圾处理设备的优势在于没有二次污染、占地小、运行成本低、操作方便, 可用于饭店、单位餐厅、居民厨房汇集在垃圾站等餐厨垃圾产生量比较大的单位部门。
本文对采用电磁加热方式的餐厨垃圾处理设备的结构、加热方式、自动控制以及对餐厨垃圾加热烘干减量化、无害化处理技术与设备的应用情况进行了论述。
1 工作原理及处理工艺
将餐厅、饭店或小区等收集到的餐厨垃圾 (含水量90%以上) 加入到有过滤网的桶中进行滤水, 一般可以滤掉自由水分20%左右。滤水的作用是减少烘干时间、节省电能。再将滤水后的餐厨垃圾从设备的入料口输送到双轴搅拌器的干燥箱内, 在不断正反转动的刮板的搅拌下, 物料轴向来回移动、翻动, 不断地与电加热器的加热干燥箱内壁接触, 物料受热后体积增大使得水分更有利地排出, 被气化的蒸汽通过除味净化器消除异味, 由抽气风机抽到水箱中冷凝消除蒸汽, 可以消除蒸汽90%以上。设备自动运行, 在设定的时间后被干燥的餐厨垃圾就可以出料。餐厨垃圾的处理工艺如图1所示。
在加热干燥过程中根据物料状态的不同, 加热功率不同, 加热温度随物料状态的不同而变化, 使得物料在规定的时间内达到干燥要求, 物料不会出现焦糊现象。其物料温度与烘干时间的变化如图2所示。
2 总体结构及功能
餐厨垃圾处理设备的总体结构如图3所示, 主要有干燥处理设备、气体处理器和电气控制箱3部分组成。
干燥处理设备主要包括干燥箱体、搅拌器和电磁感应加热器3部分。
2.1 干燥处理设备
2.1.1 干燥箱体
干燥箱体采用双筒结构, 容量大, 占地面积小。入料口在设备上方, 设备运行时应将入料口盖好。出料口在下方, 运行时出料口盖被锁紧, 防止水流出。
2.1.2 搅拌器
干燥处理设备采用双轴搅拌, 在搅拌臂的顶端装有带斜度的刮板, 双电机驱动。在运行时搅拌轴不断正反转动, 刮板拨动物料沿轴向前后运动, 同时不断翻滚, 使被干燥物料搅拌均匀, 避免了物料局部过热, 水分容易溢出。当入料门打开时, 搅拌器停止运转, 确保安全。
2.1.3 电磁感应加热器
餐厨垃圾设备电磁加热器装在干燥箱的下面, 由双线圈组成。电磁加热采用磁场感应涡流加热原理。加热过程由电流通过电磁感应线圈而产生的磁力场, 而磁力场内磁力线作用在铁磁性干燥箱体上, 致铁磁分子产生剧烈有序的共振和高速运动, 生成数以万计的磁滞涡流, 涡流产生巨大循环能量转换成有效热能直接加热作用于干燥箱内, 热效率达95%以上, 加热速度快, 热效率高。
2.2 气体处理器
气体处理器包括抽气风机、除味器和水箱3部分。
抽气风机采用漩涡风机, 它把干燥时产生的蒸汽抽到水箱中。
干燥时产生的蒸汽异味通过除味器消除。除味器是采用高压静电原理, 当有异味蒸汽或烟尘通过高压静电场时被电离, 强电场使微粒荷电, 成为带电微粒, 这些带电微粒再被收集电极吸附, 且部分炭化。因此, 高压静电场能有效地扑集烟尘粒子, 降解有害成分, 起到消除烟尘, 消除异味作用。
水箱大小根据蒸汽量的多少和消除蒸汽情况而定。将干燥时产生的蒸汽由抽气风机抽到水箱中, 蒸汽与冷却水混合, 可以把蒸汽消除90%以上, 其余的气体由水箱排气口排出。水箱中的水温过高时适当补充自来水。
2.3 电气控制箱
电气控制主要由设备上安装的与物料接触的温度传感器、可编程智能仪表、PLC可编程控制器和电磁感应加热控制器等组成。该设备的PLC控制流程图如图4所示。
当设备运行加热干燥时, 由温度传感器采集的温度信号传输到可编程智能仪表, 再由智能仪表设定的温度控制程序控制电磁感应加热控制器和PLC对设备加热, 对搅拌器正反转控制, 整个烘干过程无需人员看护, 实现了全自动控制自动将餐厨垃圾烘干。
3 餐厨垃圾处理效果分析
3.1 餐厨垃圾处理设备烘干数据记录
餐厨垃圾处理设备烘干。
餐厨垃圾数据见表1、表2和表3。
3.2 餐厨垃圾处理效果分析
经过烘干处理后的减重数据和含水量、物质成分等测量数据见表4。
由表1、表2、表3和表4可知:采用电磁加热变温脱水技术在餐厨垃圾处理设备各种机型上处理餐厨垃圾完全能满足减重的要求。烘干后的产物含水量都可以小于15%, 经过高温加热后, 已经进行了杀菌, 可在室温下短期保存, 便于统一收集, 再利用。
4 结论
餐厨垃圾处理设备采用变温脱水技术可以减少生活垃圾量, 降低生活垃圾含水量, 便于垃圾收运、储存及后处理。设备完全满足餐厨垃圾的处理要求。而且该设备体积小, 处理迅速, 适应性强, 自动化程度高, 适合人口集中的餐厅、饭店或小区等场所及时处理餐厨垃圾, 具有很好推广应用前景。
参考文献
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[3]张显辉, 张波, 衣晓红.餐厨垃圾处理方式的探讨[J].环境科学与管理, 2006, 31 (1) :141.
电磁加热器 篇7
电磁感应加热技术作为一种新型的加热技术,具有污染小、加热效率高、非接触式加热等一系列优点,因此得到了广泛的应用。
本文设计的系统主要由三部分组成,依次为控制部分、功率部分和反馈部分。控制部分针对用户的要求以及系统的工作状态通过AT89S52微控制器调整输出方波的频率,从而控制系统输出功率的大小。功率部分的主要部件为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、励磁线圈、补偿电容等等,是逆变电路的主要构成部分。反馈端通过温度传感器,电压、电流传感器向控制单元提供实时受控参数,是控制单元选择控制策略的依据。由于负载的实际电感量包括线圈自身的电感量和较大的漏电感量,故电感值很大,所以功率因数一般很低,负载吸收的有功功率很小,很不经济。其解决方法是采用电容补偿来提高负载的功率因数。按补偿电容与负载的连接方式,可分为串联补偿(串联谐振)负载电路和并联补偿(并联谐振)负载电路,本文采用串联补偿方式,如图1所示。
2 PWM控制电路
SG3524是美国SILICON公司最早研制的集成电路,广泛用于电机控制与开关电源设计中,图2为SG3524封装图。一般用法有2种情况:一是把从主电路输出反馈回来的信号加到芯片内部的误差比较器的反相输入端,其同相输入端接给定信号,取芯片自身的稳压输出,这是一个负反馈过程;另一种情况是把芯片内部的误差比较放大器本身接成跟随器的形式,即用芯片9脚直接与1脚相连,2脚再输入反馈信号。
SG3524包括电压基准源、误差放大器、可外设频率的振荡器、脉冲调制比较器、触发器、两个输出晶体管VA和VB、限流比较器和输出关断电路等。采用16脚双列直插式塑料封装形式,使用电压VIN为8～40 V,电流小于10 mA。一般情况下,SG3524应用于定频PWM电路,振荡器频率由接引脚6和7的RT和CT决定,参考公式为
需要注意的是,本文系统设计的CT取值为560 pF,因此频率f的计算不能应用前面所提到的参考公式。,本文设计的调频电阻、调频电容均为经验数据。该条件下,系统频率在20 kHz～50 kHz能够连续变化。
IGBT在集电极电流较大、集电极电压较高或关断过程过快(使结电容放电电流过大)等情况下,均会出现撤去控制极电压后仍然处于通态的现象。在逆变电路等中,为了防止上下支路的短路,需要在开通、关断切换时设定“死区”时间。如图4所示,在“死区”时间中,上下支路均变成“关断”状态。死区时间原则上要设定为比IGBT的关断时间(toff max)长。
另外,由于加大IGBT栅极驱动电阻会使交换时间变长,因此空载时间也有必要加长。此外,还必须考虑其他驱动条件和元件本身的特性、温度特性等(如达到高温,toff也就变长)。当空载时间偏短时,由上下支路短路时发生的短路电流引起的发热,可能导致元件破坏。即使空载时间充分,会有微小的脉冲状电流(经元件密勒电容而流过的
DUTY端由1置0时,SG3524的2脚有一个缓慢爬升的过程。在这段时间内,由于占空比的不断变化,输出方波较为紊乱,加载时会对IGBT及驱动芯片造成不良影响甚至损坏,尤其是系统处于开关状态的小功率输出模式中。本文采用比较器LM293对系统启动过程中输出的紊乱方波进行规避。如下图所示。LM293D反相输入端通过R64采样N.I(2脚),只有当N.I电压超过1.4 V时,Ctrl AB为低电平,SG3524输出方波有效;当N.I低于1.4 V时,Ctrl AB置高,SG3524输出方波被屏蔽。
3 实验结果
系统实验结果见图1～图4。
4 结论
本文采用SG3524作为脉冲产生电路,通过对调频电阻的设置,频率在20 kHz～50 kHz内连续变化,使电磁感应加热系统输入功率连续可调。给出了系统启动瞬间如何规避SG3524输出紊乱脉冲的有效方法。本系统在220 V市电输入条件下,额定电流为15 A。系统控制方式简单,非常适合于工程应用。不足之处在于小功率输出的频繁开关工作状态下,输入电压在220 V以上时,对于被加热物件的材料要求较为严格。
摘要：感应加热是一种新型的加热技术。简要介绍了电磁感应加热系统的基本构成和工作原理。在此基础上,应用SG3524组建了连续频率特性的振荡电路,并对相关问题进行了探讨。
关键词：感应加热,单片机,SG3524,振荡器
参考文献
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[5]AT89S52Microcontroller Data Sheet,Atmel Corpration,2001