Jouleův jev elektrického proudu se používá k přeměně elektrické energie na teplo k ohřevu předmětů. Obvykle se dělí na přímý odporový ohřev a nepřímý odporový ohřev. Napájecí napětí prvního je přímo přivedeno na vyhřívaný předmět a při protékání proudu se zahřívá samotný vyhřívaný předmět (např. elektricky vyhřívaná žehlička). Předmět, který lze zahřívat přímo odporově, musí být vodič, ale s vysokým odporem. Protože teplo vzniká ze samotného vytápěného objektu, patří k vnitřnímu vytápění a tepelná účinnost je vysoká. Nepřímý odporový ohřev musí být vyroben ze speciálních slitinových materiálů nebo nekovových materiálů, aby se vyrobily topné prvky, které generují tepelnou energii a přenášejí ji do ohřívaného předmětu sáláním, prouděním a vedením. Vzhledem k tomu, že vytápěný objekt a topné těleso jsou rozděleny na dvě části, není typ vytápěného objektu obecně omezen a je snadno ovladatelný.
Materiály používané v topném článku nepřímého odporového ohřevu obecně vyžadují velký odpor, malý teplotní koeficient odporu, malou deformaci při vysoké teplotě a nesnadno zkřehnou. Běžně se používají slitiny železa a hliníku, slitiny niklu a chrómu a další kovové materiály a karbid křemíku, disilicid molybdenu a další nekovové materiály. Maximální pracovní teplota kovových topných prvků může dosáhnout 1000 ~ 1500 stupňů podle typu materiálu; Maximální pracovní teplota nekovových topných prvků může dosáhnout 1500 ~ 1700 stupňů. Ten se snadno instaluje a může být nahrazen horkou pecí, ale při práci potřebuje zařízení pro regulaci tlaku a jeho životnost je kratší než u slitinových topných těles a obecně se používá ve vysokoteplotních pecích, kde teplota překračuje maximální provozní teplotu povolenou topnými články z kovových materiálů a při některých zvláštních příležitostech. Tepelný účinek samotného vodiče je ohříván indukovaným proudem (vířivým proudem) generovaným vodičem ve střídavém elektromagnetickém poli. Podle různých požadavků na proces ohřevu je frekvence zdroje střídavého proudu používaného při indukčním ohřevu výkonová frekvence (50~60 kHz), střední frekvence (60~10000 Hz) a vysoká frekvence (vyšší než 10000 Hz). Napájecí frekvenční zdroj se obvykle používá v průmyslovém střídavém napájení, většina zemí světa je 50 Hz. Napětí aplikované na indukční zařízení napájecím zdrojem pro indukční ohřev musí být nastavitelné. Podle výkonu topného zařízení a kapacity napájecí sítě lze použít napájecí zdroj (6~10 kV) k napájení přes transformátor; Topné zařízení lze také připojit přímo k 380V nízkonapěťové síti.
Středofrekvenční napájecí zdroj používá již dlouhou dobu středofrekvenční generátorové soustrojí. Skládá se ze středofrekvenčního generátoru a hnacího asynchronního motoru. Výstupní výkon této jednotky je obecně v rozmezí 50~1000 kilowattů. S rozvojem technologie výkonové elektroniky se začaly používat středofrekvenční napájecí zdroje s tyristorovým invertorem. Tento středofrekvenční zdroj pomocí tyristorů převádí střídavý proud o výkonové frekvenci na stejnosměrný proud a následně stejnosměrný proud převádí na střídavý proud požadované frekvence. Vzhledem k malým rozměrům, nízké hmotnosti, žádné hlučnosti, spolehlivému provozu atd. tohoto zařízení frekvenčního měniče postupně nahradilo středofrekvenční generátorovou soupravu.
Vysokofrekvenční napájecí zdroj obvykle používá transformátor ke zvýšení třífázového napětí 380 voltů na vysoké napětí asi 20,000 voltů a poté používá tyristor nebo vysokonapěťový křemíkový usměrňovač k usměrnění napájecí frekvence střídavý proud na stejnosměrný proud a poté pomocí elektronického oscilátoru převádí stejnosměrný proud na vysokofrekvenční, vysokonapěťový střídavý proud. Výstupní výkon vysokofrekvenčních napájecích zařízení se pohybuje od desítek kilowattů do stovek kilowattů.
Předměty, které jsou indukčně ohřívány, musí být vodiče. Když vodičem prochází vysokofrekvenční střídavý proud, vodič vytváří kožní efekt, to znamená, že hustota povrchového proudu vodiče je velká a hustota proudu ve středu vodiče je malá.
Indukční ohřev dokáže zahřát předmět rovnoměrně a povrch jako celek; Dokáže roztavit kovy; Ve vysokofrekvenčních pásmech lze změnu tvaru topné spirály (také známé jako induktor) využít i pro libovolné lokální vytápění. Ohřev objektů pomocí vysokých teplot generovaných elektrickým obloukem. Jiskření je výboj plynu mezi dvěma elektrodami. Napětí oblouku není vysoké, ale proud je velký a jeho silný proud je udržován velkým množstvím iontů odpařených na elektrodě, takže oblouk je snadno ovlivněn okolním magnetickým polem. Když se mezi elektrodami vytvoří oblouk, teplota sloupce oblouku může dosáhnout 3000~6000K, což je vhodné pro vysokoteplotní tavení kovů.
Existují dva typy obloukového ohřevu: přímý a nepřímý obloukový ohřev. Proud oblouku ohřátý přímým obloukem prochází přímo ohřívaným předmětem, který musí být elektrodou nebo médiem oblouku. Proud oblouku ohřátý nepřímým obloukem neprochází ohřívaným předmětem, ale je ohříván především teplem vyzařovaným obloukem. Charakteristiky obloukového ohřevu jsou: vysoká teplota oblouku, koncentrace energie a povrchový výkon bazénu ocelářské obloukové pece může dosáhnout 560~1200 kW/metr čtvereční. Hluk oblouku je však velký a jeho voltampérová charakteristika je záporná odporová charakteristika (pádová charakteristika). Aby byla zachována stabilita oblouku při zahřátí oblouku, je okamžitá hodnota napětí obvodu větší než hodnota počátečního napětí, když proud oblouku překročí nulu, a aby se omezil zkratový proud, odpor určitá hodnota musí být zapojena do série v napájecím obvodu. Elektrony pohybující se vysokou rychlostí působením elektrického pole se používají k bombardování povrchu předmětu a jeho zahřívání. Hlavní komponentou pro ohřev elektronovým paprskem je generátor elektronového paprsku, také známý jako elektronové dělo. Elektronové dělo se skládá hlavně z katody, paprskové polyelektrody, anody, elektromagnetické čočky a vychylovací cívky. Anoda je uzemněna, katoda je připojena k záporné vysoké poloze, zaostřovací paprsek má obvykle stejný potenciál jako katoda a mezi katodou a anodou se vytváří urychlené elektrické pole. Elektrony emitované katodou jsou působením zrychlujícího se elektrického pole urychleny na velmi vysokou rychlost, zaostřeny elektromagnetickou čočkou a poté řízeny vychylovací cívkou, takže paprsek elektronů vystřelí směrem k ohřívanému předmětu v určitém směru. .
Výhody ohřevu elektronovým paprskem jsou: (1) řídit aktuální hodnotu Ie elektronového paprsku, což může snadno a rychle měnit topný výkon; (2) Elektromagnetickou čočkou lze volně měnit vyhřívanou část nebo lze libovolně upravovat plochu části ostřelující elektronovým paprskem; (3) Hustotu výkonu lze zvýšit tak, aby se látka v místě ostřelování okamžitě vypařila. Pomocí objektů infračerveného záření objekt absorbuje infračervené paprsky, přeměňuje vyzařovanou energii na tepelnou energii a ohřívá ji.
Infračervené záření je elektromagnetické vlnění. Ve slunečním spektru je za červeným koncem viditelného světla neviditelná forma zářivé energie. V elektromagnetickém spektru je rozsah vlnových délek infračerveného záření mezi {{0}},75~1{{10}}00 mikronů a frekvencí rozsah je mezi 3×1{{20}}~4×10 kHz. V průmyslových aplikacích je infračervené spektrum často rozděleno do několika pásem: 0,75~3,0 mikronů pro blízkou infračervenou oblast; 3,0~6,0 mikronů pro střední infračervenou oblast; 6,0~15,0 mikronů pro vzdálenou infračervenou oblast; 15,0~1000 mikronů pro extrémně vzdálenou infračervenou oblast. Různé objekty mají různou schopnost absorbovat infračervené paprsky, i když stejný objekt má různou schopnost absorbovat infračervené paprsky různých vlnových délek. Proto při aplikaci infračerveného ohřevu dle typu vytápěného objektu zvolte vhodný zdroj infračerveného záření tak, aby se energie záření koncentrovala v absorpčním rozsahu vlnových délek vyhřívaného objektu pro dosažení dobrého topného účinku.
Elektrické infračervené vytápění je vlastně speciální forma odporového vytápění, to znamená, že materiály jako wolfram, železo-nikl nebo slitina nikl-chrom se používají jako zářiče pro výrobu zdrojů záření. Když je pod napětím, vzniká tepelné záření v důsledku tepla generovaného jeho odporem. Běžně používané elektrické zdroje infračerveného topného záření jsou lampového typu (reflexní), trubicového (křemenného trubkového typu) a deskového typu (plochý typ). Typ lampy je infračervená žárovka s wolframovým vláknem jako zářičem a wolframové vlákno je utěsněno ve skleněném plášti naplněném inertním plynem, stejně jako běžné žárovky. Když je zářič pod napětím, zahřívá se (teplota je nižší než u běžné žárovky), a tak vyzařuje velké množství infračervených paprsků o vlnové délce asi 1,2 mikronu. Pokud je vnitřní stěna skleněného pláště potažena reflexní vrstvou, infračervené paprsky se mohou koncentrovat v jednom směru, proto se zdroje infračerveného záření lampového typu nazývají také reflexní infračervené zářiče. Trubice trubicového zdroje infračerveného záření je vyrobena z křemenného skla a uprostřed je wolframový drát, proto se také nazývá křemenný trubicový infračervený zářič. Vlnová délka infračerveného záření emitovaného typem lampy a typem trubice je v rozsahu 0,7~3 mikronů a pracovní teplota je nízká, což se obecně používá pro ohřev, pečení, sušení a infračervenou fyzioterapii ve světle. a textilním průmyslu. Vyzařovací plocha deskového zdroje infračerveného záření je rovinná, složená z ploché odporové desky, přední strana odporové desky je potažena materiálem s velkým koeficientem odrazu a zadní strana je potažena materiálem s malý koeficient odrazu, takže většina tepelné energie je vyzařována přední stranou. Pracovní teplota deskového typu může dosáhnout více než 1000 stupňů, což lze použít pro žíhání svarů ocelových materiálů a velkých průměrů trubek a nádob.
Protože infračervené záření má silnou penetrační schopnost, je snadné jej pohltit předměty, a jakmile je pohlceno předměty, je okamžitě přeměněno na tepelnou energii; Ztráta energie před a po infračerveném ohřevu je malá, teplota se snadno ovládá a kvalita ohřevu je vysoká, proto se aplikace infračerveného ohřevu rychle rozvíjí. K ohřevu izolačních materiálů se používají vysokofrekvenční elektrická pole. Hlavním předmětem vytápění je dielektrikum. Když je dielektrikum umístěno ve střídavém elektrickém poli, bude opakovaně polarizováno (fenomén, že dielektrikum má stejné množství náboje opačné polarity na svém povrchu nebo uvnitř působením elektrického pole), čímž dojde k přeměně elektrické energie na elektrické pole na tepelnou energii.
Frekvence elektrického pole použitá pro střední ohřev je vysoká. V pásmech středních, krátkých a ultrakrátkých vln je frekvence několik set kilohertzů až 300 MHz, což se nazývá vysokofrekvenční střední ohřev, a pokud je vyšší než 300 MHz a dosáhne mikrovlnného pásma, nazývá se mikrovlnná trouba. střední ohřev. Obvykle se vysokofrekvenční ohřev média provádí v elektrickém poli mezi dvěma deskami; Ohřev mikrovlnného média se provádí pod radiačním polem vlnovodů, rezonátorů nebo mikrovlnných antén.
Když se dielektrikum zahřeje ve vysokofrekvenčním elektrickém poli, elektrický výkon odebraný v jednotkovém objemu je P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Pokud je vyjádřeno v teple, je to:
H=1,33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
kde f je frekvence vysokofrekvenčního elektrického pole, εr je relativní permitivita dielektrika, δ je úhel dielektrické ztráty a E je síla elektrického pole. Ze vzorce je vidět, že elektrický výkon odebíraný dielektrikem z vysokofrekvenčního elektrického pole je úměrný druhé mocnině síly elektrického pole E, frekvenci f elektrického pole a ztrátovému úhlu δ dielektrika. . E a f jsou určeny aplikovaným elektrickým polem, zatímco εr závisí na vlastnostech samotného dielektrika. Předmětem středního ohřevu je proto především látka s velkými dielektrickými ztrátami.
Protože teplo vzniká uvnitř dielektrika (ohřívaný předmět), rychlost ohřevu je vysoká, tepelná účinnost je vysoká a ohřev je rovnoměrný ve srovnání s jiným externím ohřevem.
Zahřívání média lze průmyslově použít k ohřevu termogelů k sušení obilí, papíru, dřeva a dalších vláknitých materiálů; Je také možné předehřívat plasty před lisováním, stejně jako vulkanizaci pryže a lepení dřeva, plastů atd. Volbou vhodné frekvence elektrického pole a zařízení lze zahřát lepidlo pouze při ohřevu překližky, aniž by to ovlivnilo samotnou překližku. U homogenních materiálů je možný integrovaný ohřev.
