佳木斯大学 Jiamusi University

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课

论

文

题目：电磁感应加热技术在包装工程中的应用 班级：工业设计一班

组长：李明达

组员：张炳睿 冯健超 周霄 周飞帆 赵宏伟

电磁感应加热技术在包装工程中的应用

摘要：阐述包装工程中电磁感应加热技术的应用现状，介绍磁感应加热技术的原理和特点。结合实际工程情况，说明磁感应加热技术在包装工程中所具有的适用性和广泛性以及在某些特定场合的优越性。

关键词：包装工程；电磁感应加热；高频/超音频

随着我国经济建设的快速发展，以及生活水平不断提高，人们对包装业的需求也越来越大，质量要求也越来越高，无论是工业包装还是民用商业包装。包装工业逐渐成为我国国民经济中一大新兴产业 J。伴随而来的将是包装技术和工艺的不断变革和进步。电磁感应加热技术自上世纪7O年代在我国得到应用实践以来，逐渐在各行各业得到了广泛应用，特别是在冶金、机械、电力、铁道、交通和国防工业等部门得到比较多的应用，并日趋成熟 J，但在包装行业的应用相对比较滞后。直到上世纪末，才见到与包装工程密切相关的一些行业如药品、食品、化妆品和农药等行业，在瓶装方面有少数相关应用 j。而国外，早在上世纪6O年代就已经开始研究将电磁感应加热技术应用于包装工业。上世纪8O年代初，英国GLAXO公司首先发表铝箔感应封口技术并通过美国ENERCOM(艾乐康)公司提供的设备成功走向市场 J。随着上世纪后期，超大规模集成电路和电力电子器件的迅猛发展，感应加热技术在我国工业中的应用越来越广泛，单机功率也越来越大(目前单机功率已达到3000kW)，应用频带也越来越宽(从工频到超音频)。从电磁感应技术的角度而言，已基本能满足包装行业的各种使用场合。对于包装行业而言，更多的是要接受并应用这种新技术，

在工艺流程方面做科学地设计和改造。由于电磁感应加热与其他一般加热方式相比有其独特的固有特性，相信感应加热技术在包装领域将有着更为广泛的应用前景。

1 电磁感应加热技术原理及特点

所谓 电磁感应加热技术 ，就是以电磁感应为机理(即交变的电流产生交变的磁场、交变的磁场又感生交变的电势的原理)，对某些特定材料或工件进行非接触式加热的一种技术。通俗地讲，也就是利用感应器导电线圈(一般为通水铜管)内交变的电流在感应器内(或周围)产生交变的磁场，对置于感应器内(或周围)的金属部件所实施的涡流加热技术 J。它所加热的对象，一般是导电的金属材料，因此它的加热具有良好的选择性。正是由于它的这种选择性，在一些特殊场合，有着其他加热方式不可替代的优越性。目前在包装工程中所应用的电磁感应瓶封技术也正是利用了它的这种选择性。当然，除了选择性，电磁感应加热技术还有其他一系列特点。

例如，在包装工程应用中，表现为操作简单，高效节能，非接触式，有良好的防伪性、密封性、均匀性、产品稳定性等，三相工频交流电源经过整流装置(一般由可控硅或IGBT组成)转变为脉动的直流电，又经滤波装置将脉动的直流电变为平稳的直流电，再经过逆变装置把平稳的直流电转变为单相高频的交流电。该单相高频交流电经负载变压器阻抗匹配后以相同的频率向感应器输出。高频大电流 型的感应工作电流。感应器和补偿电容联合作为逆变装置的电路负载。感应器属于感性负载，且它的品质因数很高，功率因数很低(一般小

于0．2)。为了减轻逆变装置功率负担，在感应器负载回路里并联或串联负载补偿电容，以提高逆变装置负载的功率因数。

由于感应器的工作电流很大且频率很高，在设计和应用时，必须考虑电磁感应的三个基本效应，即集肤效应、邻近效应和圆环效应 。

所谓 集肤效应”—— 当变化的电流在导体中流动时，它周围的磁场也随着变化。这变化的磁场也要在导体中产生感应电流，因而影响导体中电流的分布，使电流趋向导体表面。也就是说，愈靠近导体的表面，电流的密度就越大。频率越高，集肤效应就越明显。因此，在高频状态下，常采用中空导线，或用若干股并列的细导线作为输出馈线。

“邻近效应 ——就是导体的邻近还有其他载有变化电流的导体时，每一导体中的电流将要重新分布，和孤立时不一样，其分布是不均匀的。不均匀的程度，则视导体的形状、尺寸、相对位置以及交变电流的频率而定m]。

圆环效应 ——是指环形导体的电流分布有集中于内表面的趋势，而且其程度也受频率的影响。频率越高，圆环效应就越明显。

2 电磁感应加热技术在包装工程中的应用

由于电磁感应技术具有高效节能、稳定性好、加热均匀、有选择性等特点，它有着其他加热方式不可替代的一面。因此。它能在很多场合有出色的表现。由于电磁感应加热技术应用于包装工程中，在国内尚属于起步阶段，有很多工艺问题有待我们包装工作者去不断研

究和探索。目前，国内包装工程领域，电磁感应加热技术应用相对较多的是“瓶封 方面。电磁感应封口是一种非接触的加热方式。它的整个系统由高频发生装置、工作感应器、冷却水循环系统以及其他配套装置(如流水线传送装置等)组成。被包装瓶子(或容器)的瓶盖内衬，由纸板、蜡层、铝箔、黏合剂(聚合物)等组成

在封盖以前，先将模切后的内封衬材料置于瓶盖内，然后捻紧瓶盖。待封口的瓶子(或容器)，通过流水线传输带输送到感应器(一个导电的感应圈)的下方。感应器所产生的强变化磁场穿越瓶盖内衬时，会使金属的铝箔产生密度足够大的涡流，并使之得到迅速升温。受电磁感应而得到加热的铝箔将使其上的蜡层融化，蜡层随即被纸板吸收，铝箔也因此得以从纸板中分离出来。与此同时，铝箔将其下面的黏合剂融化。等容器离开感应加热器后，又会迅速降温，从而使金属铝箔均匀牢固等黏附在容器上，从而达到良好的密封效果。

这里需要特别指出的是，整个瓶子(或容器)内，除了内封中铝箔是金属 外，其他不应该有金属成份。也就是说，瓶子(或容器)的材料不能是金属的，它可以是金属除夕 的其他任何合适材料，如玻璃、陶瓷、塑料等材料。特别是瓶盖，假如它是金属盖子，就会对其内部的铝箔产生磁屏蔽作用。那样的话，被加热的不是铝箔而将是夕 面的盖子了。

在瓶封的场合，电磁感应也被俗称为密封头。通常，在感应器(通有冷却水的导电体)的夕 层套有绝缘保护套。目前常用的密封头有两种，分别是扁平型密封头和隧道型密封头。隧道型密封头能将电

磁感应集中在瓶盖周边和上方，产生一个更为均匀的电磁场，从而可获得更为牢固的密封效果；而扁平密封头，则能把电磁引向更广阔的范围，可使更大范围的面积得到受热而密封，特别适合于尺码较大的瓶口或其他容器。

由于电磁感应加热所具有的一些特点，它在包装工程的其他方面也将有着广阔的应用前景。

当前在我国，与包装工程紧密相关的行业如制药、食品、化妆品、生物、化学等的迅猛发展，包装技术和工艺也必须与相关产业的发展相适应。电磁感应加热技术在我国的机械、冶金、军工等领域应用相对比较广泛，技术和工艺也日趋成熟。而对于我国的包装行业应用还不是很广， 可以认为是刚刚起步，有待我们进一步研究探索并利用采用电磁感应加热技术进行产品包装是产品保证质量、提高档次的重要标志， 也是产品防伪的重要手段之一。电磁感应技术应用于包装工程，还可以给消费者在产品纯度和完美性上提供信心，并能为制造商提供产品的质量信誉。