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一、什么是電磁感應加熱輥？

 是一種用于工業(yè)用材料連續加工生產(chǎn)中，可自身發(fā)熱圓柱形輥體。其加熱的基本原理是采用輥體內部的線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁場(chǎng),通過(guò)磁力線(xiàn)切割金屬表面產(chǎn)生焦耳熱而達到輥體自身發(fā)熱的效果，輥面再與被加工對象材料進(jìn)行熱交換，并通過(guò)閉環(huán)回路的溫度控制系統維持輥體設定的工作溫度。

自該產(chǎn)品的問(wèn)世以來(lái)，被廣泛應用于各類(lèi)高分子材料的深加工工藝，如PVC片材加工、化纖紡絲加工、復合材料加工、各類(lèi)材料的烘干、無(wú)機材料的延展等領(lǐng)域。電磁加熱輥具有良好的溫度性能及傳統導熱油所不具備的環(huán)保及安全等方面的優(yōu)勢，特別是部分高溫、高精度材料工藝生產(chǎn)中，是必不可少加熱源，電磁感應加熱輥發(fā)明以來(lái)很快得到各行業(yè)的認可。因電磁加熱輥目前成本相對導熱油輥或其它加熱方式的輥體成本較高，當前市場(chǎng)的普及率并不高。

(一般電磁加熱輥外形圖樣)

二、電磁加熱輥結構

電磁感應加熱輥內部結構較為復雜，本文只作一些大體結構的介紹。按照不同的生產(chǎn)工藝需要，電磁加熱輥分為單軸形及雙軸形兩種結構形式。即輥體是由單端支撐還是雙端支撐。單軸形一般應用化學(xué)纖維紡絲工藝較為多見(jiàn)，其次有應用于特種塑膜的烘干、牽伸等。雙軸形輥體的應用更為廣泛，如材料的壓延、壓光、壓整、烘干、復合、模壓、熱定型、熱轉移等。

單軸型電磁加熱輥按不同生產(chǎn)工藝分為一體式、分體式結構。也有與電機傳動(dòng)合為一體式結構。但主體結構都是由線(xiàn)圈裝置、輥殼體、傳動(dòng)支撐機構、測溫機構組成。

（單軸型電磁加熱輥圖樣）

   雙軸型電磁加熱輥結構由左端蓋、右端蓋、內軸加熱線(xiàn)圈、溫度測測裝置等組成。

(雙軸型電磁加熱輥圖樣)

關(guān)于電磁加熱輥內部結構由金屬輥體、支撐軸、感應線(xiàn)圈、溫度傳感器等組成，下面我們以雙軸形電磁加熱輥內部結構來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明：

（一般雙軸型電磁加熱輥內部結構示意圖）

感應發(fā)熱方式：

電磁加熱輥按感應發(fā)熱方式分類(lèi)，分為內置式線(xiàn)圈發(fā)熱及外置式線(xiàn)圈發(fā)熱兩種方式。通常，內置式加熱方式較為多見(jiàn)，因其加熱的效率、安全因素及溫度可控制程度要比外置式好太多。典型代表企業(yè)有日本t0kuden、上海聯(lián)凈等。

外置式加熱

（外置線(xiàn)圈式電磁感應加熱輥）

電磁感應加熱輥采用外置式感應線(xiàn)圈加熱輥,就是將一個(gè)或多個(gè)電磁感應線(xiàn)圈放置輥體周?chē)欢ň嚯x的位置，當線(xiàn)圈通入交變電流時(shí)，磁力線(xiàn)切割輥體表面，從而產(chǎn)生熱量。輥體感應發(fā)熱時(shí)，通過(guò)不停旋轉輥體，來(lái)讓輥體外表面相對均勻的來(lái)接受電磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)的切割。

采用此方案的電磁加熱輥并不多見(jiàn)，限于一些特定的應用場(chǎng)景。外置線(xiàn)圈可以是一個(gè)或多個(gè)。此方案在日本及加拿大有應用，主要應用于導熱油超大寬幅紙張（通常４米以上寬幅）烘干整形的輥面溫度補償。通常采用多個(gè)單線(xiàn)圈對不同部位進(jìn)行熱補償，一般輥體分為99段，即在輥體的外圓周上分布距離可以調節的99個(gè)感應線(xiàn)圈，紙張經(jīng)過(guò)輥體后加X(jué)射線(xiàn)掃描，檢測紙張厚度，通過(guò)此數據的分析，再以由閉環(huán)系統進(jìn)行每個(gè)線(xiàn)圈電流大小的調節。

關(guān)于內置線(xiàn)圈的電磁加熱輥，電磁加熱輥99%以上的內部線(xiàn)圈采用單線(xiàn)圈結構形式。極少情況會(huì )用多線(xiàn)圈結構形式。典型代表企業(yè)有日本tokuden、上海聯(lián)凈等。

通過(guò)單線(xiàn)圈，輥體內部磁場(chǎng)不存在多線(xiàn)圈結構的線(xiàn)圈與線(xiàn)圈之間相互干擾問(wèn)題。制作時(shí)對于線(xiàn)圈磁密度分布也更好的調節，更利于溫度均勻性的控制；

單線(xiàn)圈對于電路控制及現場(chǎng)線(xiàn)路的施工也更加簡(jiǎn)潔。操作簡(jiǎn)單、維護方便。所以，除非是溫度均勻控制技術(shù)水平無(wú)法做到生產(chǎn)工藝要求，否則不會(huì )采用多線(xiàn)圈方案。

三、電磁感應加熱輥的溫度調節控制

    1.測溫方式分：按測溫方式，可分為直接測溫和間接測溫方式。

    a.直接測溫，就是采用感溫元件直接在輥體的表面或是輥壁內部進(jìn)行測溫。通常是采用在輥體內壁敷設感溫元器件進(jìn)行溫度的采集。一般采用K型熱電偶或PT100，K型熱電偶測溫方式，成本較為低廉，連接線(xiàn)需要采用專(zhuān)用補償導線(xiàn)（變送通信傳輸的則不需要），相對熱電阻，穩定性會(huì )更好些，不過(guò)相對感溫元件成本會(huì )偏高。市場(chǎng)代表性企業(yè)有日本TOKUDEN、上海聯(lián)凈;

    b.間接性測溫，一般分紅外測溫或空氣測溫。

紅外測溫：是利用黑體輻射定律進(jìn)行測溫。但對于不同的材質(zhì)及輥面粗糙度不同，對應的反射率會(huì )不同，加上紅外接收器的檢測角度、檢測距離、輥面的干潔程度（不同程度的清潔會(huì )對反射率有較大影響）、使用環(huán)境等因素，會(huì )存在測量較大偏差或錯誤的風(fēng)險性較高。

因此，紅外測溫較少用于電磁加熱輥在線(xiàn)的測溫系統中。如干凈直空環(huán)境、高等級的無(wú)塵室，可以考慮采用紅外探頭方案來(lái)進(jìn)行溫度的測量。紅外探頭測溫技術(shù)發(fā)展到今天也是十分成熟了，并可以將檢回信號進(jìn)行4~20mA輸出，基于485通信的輸出等。也有紅外測量一條線(xiàn)溫度或紅外成像測量整個(gè)溫度場(chǎng)溫度，但都是基于工藝分析，較少有用于輥體的生產(chǎn)控溫檢測方式。

　　空氣測溫方式一般常用于化學(xué)纖維生產(chǎn)的電磁加熱輥，多為分體式結構采用。既在輥體壁靠傳動(dòng)側的端面選取合適位置進(jìn)行開(kāi)槽處理。將感溫探頭放置于該槽空間中部，當輥壁發(fā)熱后，槽內空氣被加熱，輥體在高速度旋轉中，會(huì )保持一個(gè)相對溫度，控溫系統對采樣溫度做PID運算，再控制感應線(xiàn)圈子電流大小進(jìn)行調節。

  ２.測溫位置：

  a.測空氣溫度，既間接測溫的常用方式，多見(jiàn)于部分化學(xué)纖維生產(chǎn)。代表性企業(yè)有日本特電、上海聯(lián)凈。

  b.測輥壁，即在輥壁內按需要開(kāi)設不同數量及長(cháng)度的測溫小孔，進(jìn)行溫度的檢測，代表性企業(yè)如tokuden、上海聯(lián)凈。

  c.測輥表面,一般采用紅外測溫或接觸式滾輪熱電偶測溫。此方法可靠性較差，一般不采用。

  3.溫度傳送方式

  a.信號直接傳送：將熱電偶或熱電阻信號直接向溫度控制單元傳送;

  b.信號變送:將熱電偶或熱電阻信號先進(jìn)行信號轉換處理，再向溫度控制單元傳送。轉變后的信號如4~20mA等工業(yè)常用控制信號，也可按需求，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸或有線(xiàn)通信傳輸。無(wú)線(xiàn)傳輸需要提供獨立干電池供電電源，在旋轉的輥體使用中，不是一種很好的方式。有線(xiàn)的通信傳輸則要來(lái)得可靠得多，通常，以工業(yè)常用的RS485形式，有較好的性?xún)r(jià)比及通用性，也可以按生產(chǎn)線(xiàn)通信實(shí)際的現場(chǎng)情況，選取MOBUS TCP、EtherNet/IP等工業(yè)通信協(xié)議。這類(lèi)產(chǎn)品，最早是美國人發(fā)明，該技術(shù)在日本也較為成熟。性能及通信方面，歐州部分企業(yè)會(huì )更加有優(yōu)勢，同時(shí)價(jià)格適中，最主要看應用需求。因為成本關(guān)系，采用率較為低一些。國內也有這方面的產(chǎn)品，不過(guò)只限于小部分的應用。

聯(lián)凈電磁加熱輥側面

　　在上述溫度檢測手端的基礎上，感溫探頭將輥體的溫度實(shí)時(shí)采樣后，送回溫度控制單元進(jìn)行PID過(guò)算，輸信號源對電源調節模塊進(jìn)行控制，從而改變勵磁線(xiàn)圈的電流大小，通過(guò)此閉環(huán)控制，達到溫度高低控制的目的。