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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)
选择最佳电磁频率为 22 kHz，按公式（1）推算涡流
的透入深度已接近钢丝半径，基本上为全饱和感应加
热状态，温度高低取决于钢丝通过加热线圈的加热时
间。由于加热温度远低于居里温度点，钢丝镀层表面
温度是由每根钢丝感应加热后传导上来的，钢丝温度
图 1 双调控变流控制的电磁加热器框图 与加热功率和时间成正比，设计一定长度的加热感应
线圈，就可以适应钢丝高速运行时在线圈出口处得到
1.2 感应加热过程的电磁效应
要求的温度。
电磁加热器采用电磁感应原理，首先，通过内部
感应线圈长度是按照覆胶线最高线速度需要得到
整流滤波电路将市电（50 Hz/220 V/380 V）的交流电
的最高温度来设计，线圈直径设计取决于电磁频率并
变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成频率为
兼顾方便穿线空间。线圈直径较大 , 电效率低下 ；直
20~50 kHz 的高频脉冲电流，导体（加热器线圈）通
径较小，电效率较好，但需要综合考虑加热钢丝的数
过电流时 , 在其周围就同时产生磁场，当感应加热器
量和直径，在集肤效应和加热体积上达到一个最佳平
线圈中通过交变电流时 , 在线圈内部和其周围就产生
衡，这样就能实现加热效率最高。
一个交变磁场。如图 2 所示，在感应加热时 , 钢丝（导
磁导电物体）就被这个交变磁场的磁力线所切割 , 根
2 电磁加热器调功方法
据电磁场理论，变化的磁场就产生感应电动势 , 感应
为了保证子午胎钢丝冠带条生产线在覆胶速度
电动势在钢丝表面将形成封闭的电流回路涡流，无数的
小涡流在钢丝内部产生热量 , 使钢丝得到快速发热 [2] 。 1~100 m/min 范围内都能被加热到理想覆胶效果的设
定温度（70~80℃），电磁加热器就需要随线速度进行
同步调功，速度慢时输出功率要小，速度高时输出功
率要大。
电磁加热器功率输出级一般采用半桥或全桥近谐
振电路，工作在最大功率时功率管应工作在零电压开
关和近似零电流开关状态，有些场合即根据负载温度
大小来调节功率大小，比如 PID 温控功能。调节电磁
图 2 钢丝感应加热线圈示意图
加热器功率大小的方式如下。
集肤效应 ：从钢丝的表面到中心 , 感应电流的大
2.1 整流电压法
小是按指数规律下降和变化的。感应电流高度集中在
三相整流模块改用可控整流模块，用 0~10 V 的
钢丝表面的一定深度内（此深度定义为集肤深度）, 感
操控电压改动可控整流模块整流后的直流输出电压来
应加热的热量主要由这部分电流提供。在此深度以外 ,
改动电磁加热器的输出功率。在额定输入电压下，整
感应电流及其产生的热量都很小。涡流的理论透入深
流模块全导通，取得额外最大功率，在非额外最大功
度为 :
率下由于整流输出的直流电压降低，功率呈现出与电
2ρ
△ = ρuf （m） （1） 压的平方关系下降。此调功法缺点是电磁兼容性差。
式中 , ρ 为电阻率（Ω·m）； u 为磁导率 (H/m)； f 2.2 调频法
为频率 (Hz) 在最大功率时使电路工作在近谐振频率状况下，
实际上，钢丝在加热时 , 它的电阻率 ρ 和相对磁 提高频率，电路工作在失谐状况下，功率减小。缺点
导率 u 都在发生变化。变化规律为 ：加热时随着钢丝 是失谐状况下 IGBT 功率管管耗较大。这样即使散热
温度的升高，电阻率 ρ 升高，磁导率 u 逐渐减小。当 器上的温升并没有显着增加，也有管芯已过热而损坏
钢在热态达到居里温度（约 700℃）时会失去磁性。 ICBT 功率模块。
本文研究的是钢帘线的加热，每条钢帘线由若干 2.3 间隙加热法
根（常用 6~18 根）Φ0.10~Φ0.35 mm 的镀黄铜细钢 间隙施加激励脉冲，使电磁炉断续加热，操控断
丝捻制而成，需要加热的钢丝体积小。实测谐振电路， 续加热时刻距离来调理电磁炉的功率。缺点是有通断
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