橫向磁通加熱的電暖鞋墊技術(shù)探討劉江濤蘭世平黃泰坤鐘康周禹辰（西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院730030）場(chǎng)中的電暖鞋蟄大多數(shù)都是利用電阻絲進(jìn)行加熱的，其模式為直熱加溫模式，此外，電阻絲的加熱主要是利用直接供電模式，在使用中暴露出大量的缺點(diǎn)，例如：安全性能不高、外表不美觀等。本文主要對(duì)橫向磁通加熱的電暖鞋墊進(jìn)行了深入的探討和分析，對(duì)鞋體加熱既安全又方便，因此，具有良好的發(fā)展前景。

　　自上世紀(jì)80年代初，英國(guó)一位**的科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，這位感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展提供了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

　　而且，在其發(fā)展過(guò)程中，按照頻率范圍主要有四種加熱方式，即：中源、超高頻電源等。但是，如果按照器件種類分，主要包含傳統(tǒng)加熱技術(shù)、固態(tài)半導(dǎo)體感應(yīng)加熱技術(shù)。

　　在20世紀(jì)50年代前，并沒(méi)有出現(xiàn)電力半導(dǎo)體器件，而此時(shí)的感應(yīng)加熱是利用其他方法所實(shí)現(xiàn)的。特別是對(duì)于500Hz以下的磁性靜止變頻器來(lái)說(shuō)，中頻段采用的是中頻發(fā)電機(jī)組，而高頻率則采用的是電子管振蕩器。

　　20世紀(jì)50年代之后，出現(xiàn)的SCR和高性能的半導(dǎo)體器件給感應(yīng)加熱技術(shù)今后的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。zui初，感應(yīng)加熱技術(shù)采用的是半導(dǎo)體固態(tài)器件作為開(kāi)關(guān)器件，同時(shí)，在每一個(gè)頻率范圍內(nèi)都會(huì)使用不同固態(tài)半導(dǎo)體器件所匹配，從而為感應(yīng)加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供較為**的設(shè)計(jì)方案。隨后，DSP等其他高端處理集成芯片的出現(xiàn)和大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，又為感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展大量巨大挑戰(zhàn)。這主要是因?yàn)楦袘?yīng)加熱電源數(shù)字化控制的方法在控制上相對(duì)精確而且又十分的簡(jiǎn)單，因此，使得感應(yīng)加熱技術(shù)正朝著智能化方向迅速發(fā)展。

　　2國(guó)內(nèi)外感應(yīng)加熱技術(shù)和電力電子技術(shù)發(fā)展分析在20世紀(jì)50年代，美國(guó)所研制出的新型晶閘管標(biāo)志著以固態(tài)半導(dǎo)體器件為核心的電子學(xué)開(kāi)始迅速發(fā)展，引發(fā)感應(yīng)加熱技術(shù)在整個(gè)電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展的場(chǎng)革命，而且感應(yīng)加熱技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和使用。直到156 0190 2607年，西德與瑞士首次研制出以晶閘管為開(kāi)關(guān)器件的感應(yīng)加熱設(shè)備，這樣一來(lái)，感應(yīng)加熱技術(shù)得到快速發(fā)展。而我國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展相對(duì)較晚，因此，感應(yīng)加熱技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。然而，由于感應(yīng)技術(shù)在市場(chǎng)中發(fā)展前景十分廣泛，因此，感應(yīng)加熱技術(shù)的研究人員越來(lái)越多，從整體上來(lái)分析，我國(guó)和國(guó)外的感應(yīng)發(fā)展技術(shù)依然存在較大的差距。

　　感應(yīng)加熱技術(shù)主要包含以下三個(gè)優(yōu)勢(shì)：第有十分明確加熱區(qū)域，而且便于控制；第二，加熱的速度相對(duì)較快，而且工作效率十分高，同時(shí)能耗相對(duì)較小；第三，加熱方式主要為非接觸式，而且在進(jìn)行加熱時(shí)也不會(huì)有其他雜質(zhì)進(jìn)入。然而，根據(jù)有關(guān)的記載，利用電阻產(chǎn)生熱量，加熱效率通常在50%55%范圍內(nèi)；但是，如果是感應(yīng)加熱效率則達(dá)到80%，由此看來(lái)，加熱速度相對(duì)較快。

　　此外，由于電磁感應(yīng)加熱慣性相對(duì)較小，這樣一來(lái)，在斷電之后，便會(huì)斷磁，快速停止加熱，這樣一來(lái)，便于對(duì)加熱系統(tǒng)的控制。除此之外，電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)不會(huì)有明火出現(xiàn)，更不會(huì)產(chǎn)生廢氣，因此，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

　　4電暖鞋墊加熱力量和渦流式電暖鞋加熱機(jī)理1感應(yīng)加熱原理分析電磁感應(yīng)加熱指的是充分利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象對(duì)金屬物件進(jìn)行加熱的一種方式。而此原理應(yīng)用較多的就是變壓器。對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，其次側(cè)和二次側(cè)都會(huì)有組線圈，其中，次側(cè)輸入電力電壓能夠使線圈產(chǎn)生正負(fù)交替變化的磁場(chǎng)，同時(shí)，又會(huì)和二次側(cè)線圈產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，這樣一來(lái)，便會(huì)在變壓器的二次側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電壓，以便為負(fù)載提供電流。然而，為進(jìn)一步提高耦合效果，通常使用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料，而鐵芯會(huì)產(chǎn)生鐵損，這樣一來(lái)，會(huì)導(dǎo)致變壓器溫度持續(xù)上升。出現(xiàn)鐵孫的主要原因包含兩方面：一方面，和鐵芯材料磁滯現(xiàn)象是有關(guān)聯(lián)的；另一方面，和變壓器鐵芯產(chǎn)生渦流現(xiàn)象相關(guān)。結(jié)合電磁感應(yīng)定律，如果導(dǎo)體回路磁通量在隨著時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，便會(huì)在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此，便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。事實(shí)上，磁通量發(fā)生變化zui終是由磁場(chǎng)變化而引起的，此外，如果導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或者切割磁力線，也會(huì)引起磁場(chǎng)的變化。

　　2電暖鞋墊發(fā)熱原理分析假設(shè)將金屬放置在變化的磁場(chǎng)當(dāng)中，抑或是在非均勻磁場(chǎng)中發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，那么會(huì)在金屬體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果金屬電阻較小，盡管感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不是非常大，也會(huì)出現(xiàn)較大的電流。此電流會(huì)在金屬體會(huì)在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)，由于流動(dòng)時(shí)類似水中的漩渦，所以，通常稱之為是渦流。可以說(shuō)，渦流不僅能產(chǎn)生熱效應(yīng)，而且又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)，事實(shí)上，渦流式感應(yīng)加熱技術(shù)電暖鞋墊都是采用渦流效應(yīng)所制成的。

　　5渦流式電暖鞋加熱裝置拓?fù)涞姆治?電暖鞋總體結(jié)構(gòu)分析5.1.1整流部分整流器的主要作用是將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿囊环N裝置。如果是在感應(yīng)加熱裝置當(dāng)中，整流器負(fù)載則是逆變器。

　　1.2濾波部分因整流器，尤其是可控整流器的輸出波形通常會(huì)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)電壓，所以，我們通常是要是有平滑濾波器，以便減小脈動(dòng)電壓，這樣一來(lái)，其輸出的電壓會(huì)更平滑。其中，平滑濾波器只能輸出直流電壓，阻礙交流電力的通過(guò)。然而，若使平滑濾波后的電壓只含有直流成分卻不包含交流成分是完全不能做到的，而只可以使交流成分達(dá)到一個(gè)合適的要求程度。

　　1.3逆變器部分逆變器的主要功能是利用功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行有規(guī)律切換，當(dāng)負(fù)載得到所需交流電流時(shí)，頻率是由開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率所zui終決定的，感應(yīng)加熱系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)便會(huì)產(chǎn)生較大無(wú)功功率，所以，我們必須采取一定的措施對(duì)負(fù)載加以補(bǔ)償，結(jié)合補(bǔ)償電容和感應(yīng)線圈連接方式不同，通常主要包含兩種逆變器，即串聯(lián)型與并聯(lián)型。

　　本論文主要利用微電子技術(shù)、電路原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)渦流式電暖鞋墊的加熱系統(tǒng)進(jìn)行了深入的探討和分析，進(jìn)而從根本上有效解決快速加熱以及安全方面等對(duì)溫度控制方面的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)小型感應(yīng)加熱系統(tǒng)與應(yīng)用領(lǐng)域的研究，希望在今后工程方面的應(yīng)用產(chǎn)生巨大的應(yīng)用價(jià)值。

　　項(xiàng)目：西北民族大學(xué)基于壓電材料的電暖鞋墊項(xiàng)目