Odporové topení
Jouleův efekt proudu se používá k přeměně elektrické energie na tepelnou energii k ohřevu předmětů. [1] Obvykle se dělí na přímý odporový ohřev a nepřímý odporový ohřev. Napájecí napětí formovače je přímo aplikováno na ohřívaný objekt. Když protéká proud, samotný objekt se zahřívá. Žehlicí stroj je vyhřívaný.
Bude mít horečku. Objekt, který může být přímo odporově ohříván, musí být vodič, ale musí mít vyšší měrný odpor. Vzhledem k tomu, že teplo je generováno samotným ohřívaným předmětem, patří k vnitřnímu vytápění a tepelná účinnost je velmi vysoká. Nepřímý odporový ohřev vyžaduje pro výrobu topných prvků speciální slitinové materiály nebo nekovové materiály. Topné články generují teplo, které je přenášeno na ohřívaný objekt pomocí záření, konvekce a vedení. Protože vyhřívaný objekt a topný prvek jsou rozděleny na dvě části, typ vyhřívaného objektu není obecně omezen a operace je jednoduchá.
Materiály použité pro topné prvky nepřímého odporového ohřevu obecně vyžadují vysoký odpor, nízký teplotní koeficient odporu, malou deformaci při vysokých teplotách a není snadné křehnutí. Běžně se používají kovové materiály, jako je slitina železo-hliník, slitina nikl-chrom a nekovové materiály, jako je karbid křemíku a disilicid molybdenu. Maximální pracovní teplota kovových topných článků může podle typu materiálu dosáhnout 1 000 ～ 1 500;; nejvyšší pracovní teplota nekovových topných komponent může dosáhnout 1 500 ～ 1 700 ℃. Ten se snadno instaluje a může být nahrazen topnou pecí, ale když pracuje, potřebuje zařízení pro regulaci napětí a jeho životnost je kratší než životnost slitinových topných prvků. Obvykle se používá ve vysokoteplotních pecích, v místech, kde teplota překračuje přípustnou maximální pracovní teplotu kovových topných těles a při zvláštních příležitostech.
Indukční ohřev
Samotný vodič je ohříván tepelným účinkem vytvářeným indukčním proudem (vířivým proudem) generovaným vodičem ve střídavém elektromagnetickém poli. Podle různých požadavků na proces ohřevu zahrnuje frekvence napájecího zdroje střídavého proudu používaného při indukčním ohřevu výkonovou frekvenci (50-60 Hz), střední frekvenci (60-10000 Hz) a vysokofrekvenční (vyšší než 10 000 Hz). Frekvenční napájecí zdroj je obvykle střídavý napájecí zdroj používaný v průmyslu. Frekvence napájení většiny zemí světa je 50 Hz. Napětí přivedené na indukční zařízení průmyslovým frekvenčním zdrojem pro indukční ohřev musí být nastavitelné. Podle výkonu topného zařízení a kapacity napájecí sítě lze k napájení přes transformátor použít vysokonapěťový napájecí zdroj (6-10 kV); topné zařízení lze také přímo připojit k 380voltové nízkonapěťové rozvodné síti.
Mezifrekvenční napájecí zdroje již dlouho používají sady generátorů mezifrekvenčního proudu. Skládá se z mezifrekvenčního generátoru a asynchronního motoru pohonu. Výstupní výkon této jednotky je obecně v rozmezí 50 až 1 000 kilowattů. S rozvojem technologie výkonové elektroniky se nyní používají tyristorové invertorové mezifrekvenční napájecí zdroje. Tento mezifrekvenční napájecí zdroj používá tyristor k prvnímu převodu střídavého proudu s frekvencí na stejnosměrný proud a poté převede stejnosměrný proud na střídavý proud s požadovanou frekvencí. Vzhledem k malé velikosti, nízké hmotnosti, bezhlučnému a spolehlivému provozu tohoto druhu zařízení s proměnnou frekvencí postupně nahradil generátorové soustavy středofrekvenčních.
Vysokofrekvenční napájecí zdroje obvykle používají transformátor ke zvýšení třífázového napětí 380 voltů na vysoké napětí přibližně 20 000 voltů a poté pomocí tyristoru nebo vysokonapěťového křemíkového usměrňovače usměrňují frekvenci střídavého proudu na stejnosměrný proud a poté používají elektronický oscilátor Stejnosměrný proud se transformuje na vysokofrekvenční a vysokonapěťový střídavý proud. Výstupní výkon vysokofrekvenčních napájecích zařízení se pohybuje od desítek kilowattů až po stovky kilowattů.
Objekt zahřívaný indukcí musí být vodič. Když vysokofrekvenční střídavý proud prochází vodičem, vodič vytváří kožní efekt, to znamená, že hustota proudu na povrchu vodiče je velká a hustota proudu ve středu vodiče je malá.
Indukční ohřev může rovnoměrně ohřívat objekt jako celek a povrchové ohřev; může cítit kov; při vysoké frekvenci může změnit tvar topné spirály (také známé jako induktor) a může také provádět libovolné lokální topení.
Obloukové topení
K ohřátí objektu použijte vysokou teplotu generovanou obloukem. Oblouk je jev výboje plynu mezi dvěma elektrodami. Napětí oblouku není vysoké, ale proud je velký. Jeho silný proud je udržován velkým počtem 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 elektrického oblouku, přímé a nepřímé elektrické oblouky. Proud oblouku přímého ohřevu oblouku prochází přímo skrz ohřívaný objekt a ohřívaný objekt musí být elektroda nebo médium oblouku. Proud oblouku nepřímého ohřevu oblouku neprochází ohřívaným objektem a je ohříván hlavně teplem vyzařovaným obloukem. Vlastnosti obloukového ohřevu jsou: vysoká teplota oblouku, koncentrovaná energie a povrchový výkon roztaveného bazénu ocelové elektrické obloukové pece může dosáhnout 560-1200 kilowattů na metr čtvereční. Šum oblouku je však velký a jeho voltampérové charakteristiky jsou záporné charakteristiky odporu (sestupné charakteristiky). Aby byla zachována stabilita oblouku během ohřevu oblouku, je okamžitá hodnota napětí obvodu větší než hodnota napětí oblouku, když proud oblouku okamžitě překročí nulu, a aby se omezil zkratový proud, musí být určitý odpor zapojeny do série v silovém obvodu.
Ohřev elektronovým paprskem
Povrch objektu je bombardován elektrony pohybujícími se vysokou rychlostí působením elektrického pole, které jej zahřívá. Hlavní složkou pro ohřev elektronového paprsku je generátor elektronového paprsku, známý také jako elektronové dělo. Elektronová tryska se skládá hlavně z katody, zaostřovací elektrody, anody, elektromagnetické čočky a vychylovací cívky. Anoda je uzemněna a katoda je připojena k záporné vysoké poloze. Zaostřený paprsek je obvykle na stejném potenciálu jako katoda a mezi katodou a anodou se vytváří zrychlující se elektrické pole. Elektrony emitované katodou jsou akcelerovány na vysokou rychlost působením zrychlujícího se elektrického pole, zaostřeného elektromagnetickou čočkou a poté řízeny vychylovací cívkou, takže elektronový paprsek je směrován k objektu, který má být ohříván v určitým směrem.
Výhody ohřevu elektronovým paprskem jsou: rolKontrola aktuální hodnoty Ie elektronového paprsku, která může snadno a rychle změnit topný výkon; ② Elektromagnetickou čočku lze použít k volné výměně vyhřívané části nebo k volnému nastavení oblasti části bombardování elektronovým paprskem; An Může zvýšit hustotu energie tak, aby se materiál v bombardovaném bodě okamžitě odpařil.
Infračervené topení
K vyzařování předmětů použijte infračervené záření. Poté, co objekt absorbuje infračervené záření, přeměňuje sálavou energii na teplo a zahřívá se.
Infračervené záření je elektromagnetické vlnění. Ve slunečním spektru, mimo červený konec viditelného světla, je to neviditelná zářivá energie. V elektromagnetickém spektru je rozsah vlnových délek infračerveného záření mezi 0,75 a 1000 mikrony a frekvenční rozsah mezi 3 × 10 a 4 × 10 Hz. V průmyslových aplikacích je infračervené spektrum často rozděleno do několika pásem: 0,75 ~ 3,0 mikronů je blízká infračervená oblast; 3,0 ~ 6,0 mikronů je střední infračervená oblast; 6,0 ~ 15,0 mikronů je vzdálená infračervená oblast; 15,0 ~ 1 000 mikronů je extrémně vzdálená infračervená oblast. Různé objekty mají odlišnou schopnost absorbovat infračervené světlo. I tentýž objekt má odlišnou schopnost absorbovat infračervené světlo různých vlnových délek. Proto při použití infračerveného ohřevu musí být zvolen vhodný zdroj infračerveného záření podle typu ohřívaného objektu, aby se energie záření soustředila v rozsahu absorpčních vlnových délek ohřívaného objektu, aby se získalo dobrý topný efekt.
Elektrické infračervené topení je ve skutečnosti speciální forma odporového ohřevu, který k výrobě zdroje záření využívá materiály jako wolfram, železo-nikl nebo slitinu nikl-chrom. Po zapnutí generuje tepelné záření v důsledku tepla generovaného jeho odporem. Běžně používané elektrické infračervené zdroje vytápění jsou lampové (reflexní), trubkové (křemenné) a deskové (ploché). Typ žárovky je infračervená žárovka, která jako radiátor používá wolframový drát, který je utěsněn ve skleněné skořápce naplněné inertním plynem, stejně jako běžná žárovka. Radiátor po zapnutí generuje teplo (teplota je nižší než u běžných žárovek), které vyzařuje velké množství infračervených paprsků s vlnovou délkou asi 1,2 mikronu. Pokud je vnitřní stěna skleněného pláště potažena reflexní vrstvou, mohou být infračervené paprsky koncentrovány v jednom směru, takže zdroj infračerveného záření typu lampy se také nazývá reflexní infračervený zářič. Trubice zdroje infračerveného záření trubicového typu je vyrobena z křemenného skla s wolframovým drátem uprostřed, proto se jí také říká infračervený zářič křemenné trubice. Vlnová délka infračerveného světla vyzařovaného typem lampy a typem trubice je v rozmezí 0,7 až 3 mikrony a pracovní teplota je relativně nízká. Obvykle se používá k vytápění, pečení, sušení v lehkém a textilním průmyslu a infračervené fyzioterapii v lékařství. Povrch záření zdroje deskového infračerveného záření je plochý povrch složený z ploché odporové desky. Přední strana odporové desky je potažena materiálem s velkým koeficientem odrazu a zadní strana je potažena materiálem s nízkým koeficientem odrazu, takže většina tepelné energie je vyzařována zepředu. Pracovní teplota deskového typu může dosáhnout více než 1 000 ° C a lze ji použít k žíhání svarů ocelových materiálů a trubek a nádob o velkém průměru.
Protože infračervené záření má silnou penetrační schopnost, je snadné jej absorbovat objekty a jakmile je objekty absorbovány, okamžitě se přemění na tepelnou energii; ztráta energie před a po infračerveném ohřevu je malá, teplota je snadno ovladatelná a kvalita ohřevu je vysoká. Aplikace infračerveného ohřevu se proto rychle rozvíjí.
Střední ohřev
K ohřátí izolačního materiálu použijte vysokofrekvenční elektrické pole. Hlavní topný objekt je dielektrický. Když je dielektrikum umístěno ve střídavém elektrickém poli, bude opakovaně polarizováno (působením elektrického pole se na povrchu nebo uvnitř dielektrika objeví stejné množství náboje s opačnou polaritou), čímž se elektrická energie přemění v elektrické pole do tepla.
Frekvence elektrického pole používaného pro střední ohřev je velmi vysoká. Ve středních, krátkých vlnách a ultrakrátkých vlnách je frekvence stovky kilohertzů až 300 MHz, což se nazývá vysokofrekvenční dielektrické zahřívání. Pokud je vyšší než 300 MHz a dosáhne mikrovlnného pásma, nazývá se to mikrovlnné dielektrické ohřívání. Obvykle se vysokofrekvenční dielektrický ohřev provádí v elektrickém poli mezi dvěma deskami; zatímco mikrovlnné dielektrické zahřívání se provádí pod radiačním polem vlnovodu, rezonanční dutiny nebo mikrovlnné antény.
Když se dielektrikum zahřívá ve vysokofrekvenčním elektrickém poli, je elektrický výkon odebíraný v jeho jednotkovém objemu 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 ztráty dielektrika a E je síla elektrického pole. Ze vzorce je patrné, že elektrická energie čerpaná dielektrikem z vysokofrekvenčního elektrického pole je úměrná druhé mocnině intenzity elektrického pole E, frekvenci f elektrického pole a úhlu ztráty δ dielektrika . E a f jsou určeny aplikovaným elektrickým polem a εr závisí na povaze samotného dielektrika. Předmětem středního ohřevu je proto hlavně materiál s velkými středními ztrátami.
Střední ohřev, protože teplo se vytváří uvnitř dielektrika (předmět, který má být ohříván), ve srovnání s jiným externím ohřevem je rychlost ohřevu rychlá, tepelná účinnost je vysoká a ohřev je rovnoměrný.
Ohřev médií může ohřát termální gel v průmyslu, suché zrno, papír, dřevo a jiné vláknité materiály; může také před formováním předehřát plast a spojit vulkanizaci gumy a dřevo, plast atd. Volba vhodné frekvence a zařízení elektrického pole může při zahřívání překližky zahřívat pouze lepicí lepidlo, aniž by to ovlivnilo samotnou překližku. U homogenních materiálů lze ohřev provádět jako celek.