横向磁通加热的电暖鞋垫技术探讨

　　横向磁通加热的电暖鞋垫技术探讨刘江涛兰世平黄泰坤钟康周禹辰（西北民族大学电气工程学院730030）场中的电暖鞋蛰大多数都是利用电阻丝进行加热的，其模式为直热加温模式，此外，电阻丝的加热主要是利用直接供电模式，在使用中暴露出大量的缺点，例如：安全性能不高、外表不美观等。本文主要对横向磁通加热的电暖鞋垫进行了深入的探讨和分析，对鞋体加热既安全又方便，因此，具有良好的发展前景。

　　自上世纪80年代初，英国一位**的科学家法拉第发现了电磁感应定律，这位感应加热技术的发展提供了相应的理论基础。

　　而且，在其发展过程中，按照频率范围主要有四种加热方式，即：中源、超高频电源等。但是，如果按照器件种类分，主要包含传统加热技术、固态半导体感应加热技术。

　　在20世纪50年代前，并没有出现电力半导体器件，而此时的感应加热是利用其他方法所实现的。特别是对于500Hz以下的磁性静止变频器来说，中频段采用的是中频发电机组，而高频率则采用的是电子管振荡器。

　　20世纪50年代之后，出现的SCR和高性能的半导体器件给感应加热技术今后的发展产生了巨大影响。zui初，感应加热技术采用的是半导体固态器件作为开关器件，同时，在每一个频率范围内都会使用不同固态半导体器件所匹配，从而为感应加热系统设计提供较为**的设计方案。随后，DSP等其他高端处理集成芯片的出现和大规模集成电路的快速发展，又为感应加热技术的发展大量巨大挑战。这主要是因为感应加热电源数字化控制的方法在控制上相对精确而且又十分的简单，因此，使得感应加热技术正朝着智能化方向迅速发展。

　　2国内外感应加热技术和电力电子技术发展分析在20世纪50年代，美国所研制出的新型晶闸管标志着以固态半导体器件为核心的电子学开始迅速发展，引发感应加热技术在整个电子学领域的发展的场革命，而且感应加热技术在各个领域得到了广泛的推广和使用。直到156 0190 2607年，西德与瑞士首次研制出以晶闸管为开关器件的感应加热设备，这样一来，感应加热技术得到快速发展。而我国电子技术的发展相对较晚，因此，感应加热技术远远落后于国外。然而，由于感应技术在市场中发展前景十分广泛，因此，感应加热技术的研究人员越来越多，从整体上来分析，我国和国外的感应发展技术依然存在较大的差距。

　　感应加热技术主要包含以下三个优势：第有十分明确加热区域，而且便于控制；第二，加热的速度相对较快，而且工作效率十分高，同时能耗相对较小；第三，加热方式主要为非接触式，而且在进行加热时也不会有其他杂质进入。然而，根据有关的记载，利用电阻产生热量，加热效率通常在50%55%范围内；但是，如果是感应加热效率则达到80%，由此看来，加热速度相对较快。

　　此外，由于电磁感应加热惯性相对较小，这样一来，在断电之后，便会断磁，快速停止加热，这样一来，便于对加热系统的控制。除此之外，电磁感应加热系统不会有明火出现，更不会产生废气，因此，对环境不会产生任何影响。

　　4电暖鞋垫加热力量和涡流式电暖鞋加热机理1感应加热原理分析电磁感应加热指的是充分利用电磁感应现象对金属物件进行加热的一种方式。而此原理应用较多的就是变压器。对于变压器来说，其次侧和二次侧都会有组线圈，其中，次侧输入电力电压能够使线圈产生正负交替变化的磁场，同时，又会和二次侧线圈产生耦合现象，这样一来，便会在变压器的二次侧出现感应电压，以便为负载提供电流。然而，为进一步提高耦合效果，通常使用高磁导率的铁磁材料，而铁芯会产生铁损，这样一来，会导致变压器温度持续上升。出现铁孙的主要原因包含两方面：一方面，和铁芯材料磁滞现象是有关联的；另一方面，和变压器铁芯产生涡流现象相关。结合电磁感应定律，如果导体回路磁通量在随着时间发生变化时，便会在回路中产生感应电动势，因此，便会产生感应电流。事实上，磁通量发生变化zui终是由磁场变化而引起的，此外，如果导体在磁场中产生运动或者切割磁力线，也会引起磁场的变化。

　　2电暖鞋垫发热原理分析假设将金属放置在变化的磁场当中，抑或是在非均匀磁场中发生运动时，那么会在金属体中产生感应电动势，如果金属电阻较小，尽管感应电动势不是非常大，也会出现较大的电流。此电流会在金属体会在一个闭合回路中流动，由于流动时类似水中的漩涡，所以，通常称之为是涡流。可以说，涡流不仅能产生热效应，而且又会产生机械效应，事实上，涡流式感应加热技术电暖鞋垫都是采用涡流效应所制成的。

　　5涡流式电暖鞋加热装置拓扑的分析1电暖鞋总体结构分析5.1.1整流部分整流器的主要作用是将交流电能转变为直流电能的一种装置。如果是在感应加热装置当中，整流器负载则是逆变器。

　　1.2滤波部分因整流器，尤其是可控整流器的输出波形通常会产生较大的脉动电压，所以，我们通常是要是有平滑滤波器，以便减小脉动电压，这样一来，其输出的电压会更平滑。其中，平滑滤波器只能输出直流电压，阻碍交流电力的通过。然而，若使平滑滤波后的电压只含有直流成分却不包含交流成分是完全不能做到的，而只可以使交流成分达到一个合适的要求程度。

　　1.3逆变器部分逆变器的主要功能是利用功率半导体开关进行有规律切换，当负载得到所需交流电流时，频率是由开关动作频率所zui终决定的，感应加热系统在运行时便会产生较大无功功率，所以，我们必须采取一定的措施对负载加以补偿，结合补偿电容和感应线圈连接方式不同，通常主要包含两种逆变器，即串联型与并联型。

　　本论文主要利用微电子技术、电路原理以及计算机技术等基础知识，对涡流式电暖鞋垫的加热系统进行了深入的探讨和分析，进而从根本上有效解决快速加热以及安全方面等对温度控制方面的问题。通过对小型感应加热系统与应用领域的研究，希望在今后工程方面的应用产生巨大的应用价值。

　　项目：西北民族大学基于压电材料的电暖鞋垫项目