Încălzirea rezistenței
Efectul Joule al curentului este utilizat pentru a converti energia electrică în energie termică pentru a încălzi obiecte. [1] De obicei împărțit în încălzire cu rezistență directă și încălzire cu rezistență indirectă. Tensiunea de alimentare a primului este aplicată direct obiectului care trebuie încălzit. Când curge curent, obiectul în sine este încălzit. Mașina de călcat este încălzită.
Va avea febră. Obiectul care poate fi încălzit direct cu rezistență trebuie să fie un conductor, dar trebuie să aibă o rezistivitate mai mare. Deoarece căldura este generată chiar de obiectul încălzit, aparține încălzirii interne, iar eficiența termică este foarte mare. Încălzirea cu rezistență indirectă necesită materiale speciale din aliaj sau materiale nemetalice pentru realizarea elementelor de încălzire. Elementele de încălzire generează căldură, care este transmisă către obiectul care urmează să fie încălzit prin intermediul radiației, convecției și conducției. Deoarece obiectul încălzit și elementul încălzitor sunt împărțite în două părți, tipul obiectului încălzit nu este în general limitat, iar funcționarea este simplă.
Materialele utilizate pentru elementele de încălzire ale încălzirii cu rezistență indirectă necesită, în general, o rezistivitate ridicată, un coeficient de rezistență la temperatură scăzută, o deformare mică la temperaturi ridicate și nu sunt ușor de fragilizat. Utilizate în mod obișnuit sunt materialele metalice precum aliajul de fier-aluminiu, aliajul de nichel-crom și materialele nemetalice precum carbură de siliciu și disilicid de molibden. Temperatura maximă de lucru a elementelor de încălzire metalice poate ajunge la 1000 ～ 1500 ℃ în funcție de tipul de material; cea mai ridicată temperatură de lucru a componentelor de încălzire nemetalice poate atinge 1500 ～ 1700 ℃. Acesta din urmă este ușor de instalat și poate fi înlocuit de cuptorul de încălzire, dar are nevoie de un dispozitiv de reglare a tensiunii atunci când funcționează, iar durata de viață a acestuia este mai scurtă decât cea a elementelor de încălzire din aliaj. Este utilizat în general în cuptoare cu temperatură ridicată, locuri în care temperatura depășește temperatura maximă admisă de lucru a elementelor de încălzire metalice și în unele ocazii speciale.
Încălzire prin inducție
Conductorul în sine este încălzit de efectul termic format de curentul de inducție (curent turbionar) generat de conductor în câmpul electromagnetic alternativ. Conform diferitelor cerințe ale procesului de încălzire, frecvența sursei de curent alternativ utilizată la încălzirea prin inducție include frecvența de putere (50-60 Hz), frecvența intermediară (60-10000 Hz) și frecvența înaltă (mai mare de 10000 Hz). Alimentarea cu frecvență de alimentare este de obicei sursa de curent alternativ utilizată în industrie. Frecvența de putere a majorității țărilor din lume este de 50 Hz. Tensiunea aplicată dispozitivului de inducție de către sursa de alimentare cu frecvență industrială pentru încălzirea prin inducție trebuie să fie reglabilă. În funcție de puterea echipamentelor de încălzire și de capacitatea rețelei de alimentare, o sursă de alimentare de înaltă tensiune (6-10 kV) poate fi utilizată pentru alimentarea cu energie printr-un transformator; echipamentul de încălzire poate fi, de asemenea, conectat direct la o rețea electrică de joasă tensiune de 380 volți.
Sursele de alimentare cu frecvență intermediară au folosit de mult timp seturi de generatoare de frecvență intermediară. Se compune dintr-un generator de frecvență intermediar și un motor asincron de acționare. Puterea de ieșire a acestei unități este în general cuprinsă între 50 și 1000 kilowați. Odată cu dezvoltarea tehnologiei electronice de putere, sunt utilizate acum surse de alimentare cu frecvență intermediară a invertorului tiristor. Această sursă de alimentare cu frecvență intermediară utilizează un tiristor pentru a converti mai întâi curentul alternativ de frecvență de putere într-un curent continuu, iar apoi convertește curentul continuu într-un curent alternativ cu frecvența necesară. Datorită dimensiunilor reduse, greutății ușoare, funcționării fără zgomot și fiabilă a acestui tip de echipament cu frecvență variabilă, acesta a înlocuit treptat seturile de generatoare de frecvență intermediare.
Sursele de alimentare de înaltă frecvență utilizează de obicei un transformator pentru a crește tensiunea trifazată de 380 volți la o tensiune ridicată de aproximativ 20.000 volți, apoi utilizează un tiristor sau redresor de siliciu de înaltă tensiune pentru a rectifica frecvența de alimentare CA la CC și apoi utilizează un oscilator electronic Curentul continuu este transformat într-un curent alternativ de înaltă frecvență și înaltă tensiune. Puterea de ieșire a echipamentelor de alimentare cu frecvență înaltă variază de la zeci de kilowați la sute de kilowați.
Obiectul încălzit prin inducție trebuie să fie un conductor. Când un curent alternativ de înaltă frecvență trece printr-un conductor, acesta produce un efect de piele, adică densitatea de curent de pe suprafața conductorului este mare, iar densitatea de curent din centrul conductorului este mică.
Încălzirea prin inducție poate încălzi în mod uniform obiectul ca întreg și încălzirea suprafeței; poate mirosi metal; la frecvență ridicată, poate schimba forma bobinei de încălzire (cunoscută și sub numele de inductor) și poate efectua, de asemenea, încălzire locală arbitrară.
Incalzire cu arc
Folosiți temperatura ridicată generată de arc pentru a încălzi obiectul. Arcul este fenomenul descărcării gazului între doi electrozi. Tensiunea arcului nu este mare, dar curentul este mare. Curentul său puternic este menținut de un număr mare de ioni evaporați pe electrod, astfel încât arcul este ușor afectat de câmpul magnetic înconjurător. Când se formează un arc între electrozi, temperatura coloanei de arc poate ajunge la 3000-6000K, ceea ce este potrivit pentru topirea metalelor la temperaturi ridicate.
Există două tipuri de încălzire cu arc, încălzire directă și indirectă cu arc. Curentul de arc al încălzirii directe a arcului trece direct prin obiectul care trebuie încălzit, iar obiectul care trebuie încălzit trebuie să fie un electrod sau un mediu al arcului. Curentul de arc al încălzirii indirecte a arcului nu trece prin obiectul care trebuie încălzit și este încălzit în principal de căldura radiată de arc. Caracteristicile încălzirii cu arc sunt: temperatura ridicată a arcului, energia concentrată și puterea de suprafață a bazinului topit al cuptorului electric cu arc electric de oțel poate ajunge la 560-1200 kilowați pe metru pătrat. Cu toate acestea, zgomotul arcului este mare, iar caracteristicile sale volt-ampere sunt caracteristici de rezistență negativă (caracteristici de coborâre). Pentru a menține stabilitatea arcului în timpul încălzirii arcului, valoarea instantanee a tensiunii circuitului este mai mare decât valoarea tensiunii arcului atunci când curentul arcului traversează instantaneu zero și pentru a limita curentul de scurtcircuit, o anumită rezistență de valoare trebuie să fie conectat în serie în circuitul de alimentare.
Încălzirea cu fascicul de electroni
Suprafața obiectului este bombardată de electroni care se mișcă cu o viteză mare sub acțiunea unui câmp electric pentru a-l încălzi. Componenta principală pentru încălzirea cu fascicul de electroni este generatorul de fascicule de electroni, cunoscut și sub numele de pistol de electroni. Pistolul cu electroni este compus în principal dintr-un catod, un electrod de focalizare, un anod, o lentilă electromagnetică și o bobină de deviere. Anodul este împământat, iar catodul este conectat la poziția înaltă negativă. Fasciculul focalizat este de obicei la același potențial ca și catodul, iar între catod și anod se formează un câmp electric accelerat. Electronii emiși de catod sunt accelerați la o viteză mare sub acțiunea unui câmp electric accelerat, focalizați de o lentilă electromagnetică și apoi controlați de o bobină de deviere, astfel încât fasciculul de electroni să fie direcționat către obiectul care trebuie încălzit într-un anumită direcție.
Avantajele încălzirii cu fascicul de electroni sunt: ①Controlați valoarea curentă Ie a fasciculului de electroni, care poate schimba ușor și rapid puterea de încălzire; LensLentila electromagnetică poate fi utilizată pentru a schimba în mod liber partea încălzită sau pentru a regla liber zona părții de bombardament cu fascicul de electroni; ③Poate crește densitatea de putere, astfel încât materialul din punctul bombardat să se evapore instantaneu.
Încălzire cu infraroșu
Utilizați radiații infraroșii pentru a radia un obiect. După ce obiectul absoarbe infraroșii, acesta transformă energia radiantă în căldură și este încălzit.
Infraroșul este o undă electromagnetică. În spectrul solar, în afara capătului roșu al luminii vizibile, este o energie radiantă invizibilă. În spectrul electromagnetic, gama de lungimi de undă a infraroșu este între 0,75 și 1000 microni, iar gama de frecvență este între 3 × 10 și 4 × 10 Hz. În aplicațiile industriale, spectrul infraroșu este adesea împărțit în mai multe benzi: 0,75 ~ 3,0 microni este regiunea infraroșu apropiat; 3,0 ~ 6,0 microni este regiunea infraroșu mediu; 6,0 ~ 15,0 microni este regiunea infraroșie îndepărtată; 15,0 ~ 1000 microni este zona extremă cu infraroșu îndepărtat. Diferite obiecte au capacitatea diferită de a absorbi lumina infraroșie. Chiar și același obiect are o capacitate diferită de a absorbi lumina infraroșie de diferite lungimi de undă. Prin urmare, în aplicarea încălzirii în infraroșu, trebuie selectată o sursă de radiație infraroșie adecvată în funcție de tipul de obiect care trebuie încălzit, astfel încât energia radiației să fie concentrată în intervalul de lungime de undă de absorbție a obiectului care urmează să fie încălzit, pentru a obține un bun efect de încălzire.
Încălzirea electrică cu infraroșu este de fapt o formă specială de încălzire prin rezistență, care folosește materiale precum tungsten, fier-nichel sau aliaj de nichel-crom ca radiator pentru a produce o sursă de radiații. După ce este energizat, generează radiații de căldură datorită căldurii generate de rezistența sa. Sursele de radiații electrice cu încălzire în infraroșu utilizate în mod obișnuit sunt tipul de lampă (tip reflectorizant), tip tub (tip tub cuarț) și tip placă (tip plat). Tipul de lampă este un bec cu infraroșu, care folosește un fir de tungsten ca radiator, care este sigilat într-o carcasă de sticlă umplută cu gaz inert, la fel ca un bec de iluminat general. Radiatorul generează căldură după ce este energizat (temperatura este mai mică decât cea a becurilor de iluminat general), care emite o cantitate mare de raze infraroșii cu o lungime de undă de aproximativ 1,2 microni. Dacă peretele interior al învelișului de sticlă este acoperit cu un strat reflectorizant, razele infraroșii pot fi concentrate într-o singură direcție, astfel încât sursa de radiație infraroșie de tip lampă este numită și radiator cu infraroșu reflectorizant. Tubul sursei de radiații infraroșii de tip tub este realizat din sticlă de cuarț cu un fir de tungsten în mijloc, deci este numit și radiator cu infraroșu de tip tub de cuarț. Lungimea de undă a luminii infraroșii emise de tipul lămpii și a tipului de tub este în intervalul de 0,7 până la 3 microni, iar temperatura de lucru este relativ scăzută. Este utilizat în general pentru încălzire, coacere, uscare în industria ușoară și textilă și fizioterapie cu infraroșu în tratamentul medical. Suprafața de radiație a sursei de radiații infraroșii de tip placă este o suprafață plană compusă dintr-o placă rezistivă plată. Partea frontală a plăcii rezistive este acoperită cu un material cu un coeficient mare de reflexie, iar partea din spate este acoperită cu un material cu un coeficient de reflexie scăzut, astfel încât cea mai mare parte a energiei termice este radiată din față. Temperatura de lucru a tipului de placă poate depăși 1000 ℃ și poate fi utilizată pentru recoacerea sudurilor materialelor din oțel și a țevilor și containerelor cu diametru mare.
Deoarece infraroșul are o capacitate puternică de penetrare, este ușor de absorbit de obiecte și, odată absorbit de obiecte, este imediat transformat în energie termică; pierderea de energie înainte și după încălzirea cu infraroșu este mică, temperatura este ușor de controlat, iar calitatea încălzirii este ridicată. Prin urmare, aplicarea încălzirii în infraroșu se dezvoltă rapid.
Încălzire medie
Utilizați un câmp electric de înaltă frecvență pentru a încălzi materialul izolant. Obiectul principal de încălzire este dielectric. Când dielectricul este plasat într-un câmp electric alternativ, acesta va fi polarizat în mod repetat (sub acțiunea câmpului electric, o cantitate egală de încărcare de polaritate opusă apare pe suprafața sau în interiorul dielectricului), transformând astfel energia electrică în câmpul electric în căldură.
Frecvența câmpului electric utilizat pentru încălzirea medie este foarte mare. În benzile de unde medii, scurte și ultra-scurte, frecvența este de sute de kiloherți până la 300 MHz, ceea ce se numește încălzire dielectrică de înaltă frecvență. Dacă este mai mare de 300 MHz și ajunge la banda cu microunde, se numește încălzire dielectrică cu microunde. De obicei, încălzirea dielectrică de înaltă frecvență se efectuează în câmpul electric dintre cele două plăci; în timp ce încălzirea dielectrică cu microunde se efectuează sub câmpul de radiații al ghidului de undă, cavității rezonante sau antenei cu microunde.
Când dielectricul este încălzit într-un câmp electric de înaltă frecvență, puterea electrică consumată în volumul său unitar este P=0,566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
Dacă este exprimat în căldură, este:
H=1,33fEεrtgδ × 10 (cal / sec · cm)
Unde f este frecvența câmpului electric de înaltă frecvență, εr este permitivitatea relativă a dielectricului, δ este unghiul de pierdere dielectric și E este puterea câmpului electric. Se poate vedea din formula că puterea electrică extrasă de dielectric din câmpul electric de înaltă frecvență este proporțională cu pătratul puterii câmpului electric E, frecvența f a câmpului electric și unghiul de pierdere δ al dielectric . E și f sunt determinate de câmpul electric aplicat, iar εr depinde de natura dielectricului însuși. Prin urmare, obiectul încălzirii medii este în principal materialul cu pierderi medii mari.
Încălzire medie, deoarece căldura este generată în interiorul dielectricului (obiect de încălzit), în comparație cu alte încălziri externe, viteza de încălzire este rapidă, eficiența termică este ridicată și încălzirea este uniformă.
Încălzirea mediului poate încălzi gelul termic în industrie, cereale uscate, hârtie, lemn și alte materiale fibroase; de asemenea, poate preîncălzi plasticul înainte de turnare și poate lega vulcanizarea cauciucului și lemnului, plasticului etc. Alegerea unei frecvențe și a unui dispozitiv electric adecvate poate încălzi numai adezivul adeziv la încălzirea placajului fără a afecta placajul în sine. Pentru materiale omogene, încălzirea poate fi efectuată în ansamblu.