Joulov učinek električnega toka se uporablja za pretvorbo električne energije v toploto za ogrevanje predmetov. Običajno ga delimo na neposredno uporovno ogrevanje in posredno uporovno ogrevanje. Napajalna napetost prvega se napaja neposredno na segreti predmet in ko tok teče, se sam segreti predmet (na primer električno ogrevan likalnik) segreje. Predmet, ki ga je mogoče neposredno uporovno segreti, mora biti prevodnik, vendar z visoko upornostjo. Ker toplota nastaja iz samega ogrevanega predmeta, spada med notranje ogrevanje, toplotni izkoristek pa je visok. Posredno uporovno ogrevanje mora biti izdelano iz posebnih zlitin ali nekovinskih materialov za izdelavo grelnih elementov, ki ustvarjajo toplotno energijo in jo prenašajo na segreti predmet s sevanjem, konvekcijo in prevodnostjo. Ker sta ogrevan predmet in grelni element razdeljena na dva dela, tip ogrevanega predmeta na splošno ni omejen in enostaven za uporabo.
Materiali, uporabljeni v grelnem elementu posrednega uporovnega ogrevanja, običajno zahtevajo veliko upornost, majhen temperaturni koeficient upora, majhne deformacije pri visoki temperaturi in jih ni enostavno krhko. Običajno se uporabljajo zlitine železa in aluminija, zlitine nikelj-krom in drugi kovinski materiali ter silicijev karbid, molibdenov disilicid in drugi nekovinski materiali. Največja delovna temperatura kovinskih grelnih elementov lahko doseže 1000 ~ 1500 stopinj glede na vrsto materiala; Najvišja delovna temperatura nekovinskih grelnih elementov lahko doseže 1500 ~ 1700 stopinj. Slednjega je enostavno namestiti in ga je mogoče nadomestiti z vročo pečjo, vendar pri delu potrebuje napravo za uravnavanje tlaka, njegova življenjska doba pa je krajša od življenjske dobe legiranih grelnih elementov in se običajno uporablja v visokotemperaturnih pečeh, kjer se temperatura presega najvišjo delovno temperaturo, ki jo dovoljujejo grelni elementi iz kovinskega materiala in nekatere posebne priložnosti. Toplotni učinek samega prevodnika segreje z induciranim tokom (vrtinčni tok), ki ga ustvarja prevodnik v izmeničnem elektromagnetnem polju. Glede na različne zahteve postopka ogrevanja je frekvenca napajanja izmeničnega toka, ki se uporablja pri indukcijskem ogrevanju, močna frekvenca (50~60 kHz), srednja frekvenca (60~10000 Hz) in visoka frekvenca (višja od 10000 Hz). Napajalna frekvenca napajanja se običajno uporablja v industrijskih napajalnikih z izmeničnim tokom, večina držav na svetu pa je frekvenca napajanja 50 Hz. Napetost, ki jo na indukcijsko napravo napaja frekvenčno napajanje za indukcijsko ogrevanje, mora biti nastavljiva. Glede na moč ogrevalne opreme in zmogljivost napajalnega omrežja se lahko napajalnik (6 ~ 10 kV) uporabi za napajanje prek transformatorja; Kurilno napravo lahko priključite tudi direktno na 380 voltno nizkonapetostno omrežje.
Srednjefrekvenčno napajanje že dolgo uporablja srednjefrekvenčne generatorje. Sestavljen je iz srednjefrekvenčnega generatorja in pogonskega asinhronskega motorja. Izhodna moč te enote je običajno v razponu od 50 do 1000 kilovatov. Z razvojem tehnologije močnostne elektronike so se začeli uporabljati tiristorski inverterski srednjefrekvenčni napajalniki. Ta srednjefrekvenčni napajalnik uporablja tiristorje za pretvorbo izmeničnega toka močnostne frekvence v enosmerni tok in nato pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok zahtevane frekvence. Zaradi majhnosti, majhne teže, brez hrupa, zanesljivega delovanja itd. te opreme za pretvorbo frekvence je postopoma nadomestil srednjefrekvenčni generator.
Visokofrekvenčno napajanje običajno uporablja transformator za dvig trifazne 380-voltne napetosti na visoko napetost okoli 20,000 voltov, nato pa uporablja tiristor ali visokonapetostni silicijev usmerniški element za popravljanje električne frekvence izmenični tok v enosmerni, nato pa z elektronskim oscilatorjem pretvori enosmerni tok v visokofrekvenčni visokonapetostni izmenični tok. Izhodna moč opreme za visokofrekvenčno napajanje se giblje od deset kilovatov do sto kilovatov.
Predmeti, ki se segrevajo induktivno, morajo biti prevodniki. Ko visokofrekvenčni izmenični tok prehaja skozi prevodnik, vodnik povzroči učinek kože, to je, da je površinska gostota toka prevodnika velika, gostota toka v središču prevodnika pa majhna.
Indukcijsko ogrevanje lahko enakomerno segreje predmet in površino kot celoto; Lahko tali kovine; V visokofrekvenčnih pasovih lahko spreminjanje oblike grelne tuljave (znane tudi kot induktor) uporabimo tudi za poljubno lokalno ogrevanje. Ogrevanje predmetov z uporabo visokih temperatur, ki jih ustvarja električni oblok. Oblok je plinska razelektritev med dvema elektrodama. Napetost obloka ni visoka, vendar je tok velik, njegov močan tok pa vzdržuje veliko število ionov, izhlapenih na elektrodi, zato na oblok zlahka vpliva okoliško magnetno polje. Ko med elektrodama nastane oblok, lahko temperatura stebra obloka doseže 3000 ~ 6000 K, kar je primerno za visokotemperaturno taljenje kovin.
Obstajata dve vrsti obločnega ogrevanja: neposredno in posredno obločno ogrevanje. Obločni tok, segret z direktnim oblokom, gre neposredno skozi segreti predmet, ki mora biti elektroda ali medij obloka. Tok obloka, ogret z indirektnim oblokom, ne prehaja skozi segreti predmet, ampak se v glavnem segreva s toploto, ki jo oddaja oblok. Značilnosti obločnega ogrevanja so: visoka temperatura obloka, koncentracija energije in površinska moč bazena obločne peči za proizvodnjo jekla lahko doseže 560 ~ 1200 kW/kvadratni meter. Vendar pa je hrup obloka velik in njegova volt-amperska karakteristika je negativna upornost (padajoča karakteristika). Da bi ohranili stabilnost obloka, ko je oblok segret, je trenutna vrednost napetosti tokokroga večja od vrednosti začetne napetosti, ko tok obloka preseže ničlo, in da bi omejili tok kratkega stika, je upor določena vrednost mora biti v napajalnem krogu zaporedno povezana. Elektroni, ki se gibljejo z veliko hitrostjo pod delovanjem električnega polja, se uporabljajo za bombardiranje površine predmeta in njegovo segrevanje. Glavna komponenta za ogrevanje z elektronskim žarkom je generator elektronskega žarka, znan tudi kot elektronska pištola. Elektronska pištola je v glavnem sestavljena iz katode, žarkovne polielektrode, anode, elektromagnetne leče in odklonske tuljave. Anoda je ozemljena, katoda je povezana z negativnim visokim položajem, fokusni žarek ima običajno enak potencial kot katoda, med katodo in anodo pa se oblikuje pospešeno električno polje. Elektroni, ki jih oddaja katoda, se pospešijo do zelo visoke hitrosti pod delovanjem pospeševalnega električnega polja, ki ga fokusira elektromagnetna leča in nato krmili odklonska tuljava, tako da elektronski žarek ustreli proti segretemu predmetu v določeni smeri. .
Prednosti ogrevanja z elektronskim žarkom so: (1) nadzor trenutne vrednosti Ie elektronskega žarka, ki lahko enostavno in hitro spremeni moč ogrevanja; (2) Elektromagnetno lečo je mogoče uporabiti za prosto spreminjanje ogrevanega dela ali območje dela za obstreljevanje z elektronskim žarkom lahko prosto prilagodite; (3) Gostoto moči je mogoče povečati tako, da snov na mestu obstreljevanja v trenutku izhlapi. S pomočjo infrardečih sevalnih objektov objekt absorbira infrardeče žarke, pretvarja sevalno energijo v toplotno energijo in jo segreva.
Infrardeče je elektromagnetno valovanje. V sončnem spektru je onkraj rdečega konca vidne svetlobe nevidna oblika sevalne energije. V elektromagnetnem spektru je infrardeča valovna dolžina med {{0}}.75~1{{10}}00 mikronov in frekvenca obseg je med 3×1{{20}}~4×10 kHz. V industrijskih aplikacijah je infrardeči spekter pogosto razdeljen na več pasov: 0,75~3,0 mikronov za bližnje infrardeče območje; 3,0~6,0 mikronov za srednje infrardeče območje; 6,0~15,0 mikronov za daljno infrardečo območje; 15,0~1000 mikronov za izjemno daleč infrardečo območje. Različni predmeti imajo različno sposobnost absorbiranja infrardečih žarkov, tudi če ima isti predmet različno sposobnost absorbiranja infrardečih žarkov različnih valovnih dolžin. Zato pri uporabi infrardečega ogrevanja glede na vrsto ogrevanega predmeta izberite ustrezen vir infrardečega sevanja, tako da je energija sevanja koncentrirana v območju absorpcijske valovne dolžine ogrevanega predmeta, da se doseže dober učinek ogrevanja.
Električno infrardeče ogrevanje je pravzaprav posebna oblika uporovnega ogrevanja, to pomeni, da se kot radiatorji za izdelavo virov sevanja uporabljajo materiali, kot so volfram, železo-nikelj ali nikelj-krom zlitine. Ko je pod napetostjo, nastane toplotno sevanje zaradi toplote, ki jo ustvari njegov upor. Običajno uporabljeni viri električnega infrardečega ogrevalnega sevanja so tip svetilke (odsevni), tip cevi (tip kvarčne cevi) in tip plošče (tip tipa). Vrsta svetilke je infrardeča žarnica z volframovo žarilno nitko kot radiatorjem, volframovo žarilno nitko pa je zaprta v stekleno lupino, napolnjeno z inertnim plinom, tako kot običajne žarnice. Ko je radiator pod napetostjo, se segreje (temperatura je nižja od normalne žarnice) in tako oddaja veliko količino infrardečih žarkov z valovno dolžino približno 1,2 mikrona. Če je notranja stena steklene lupine prevlečena z odbojno plastjo, se lahko infrardeči žarki koncentrirajo v eno smer, zato vire infrardečega sevanja v obliki svetilke imenujemo tudi odsevni infrardeči oddajniki. Cev cevnega vira infrardečega sevanja je izdelana iz kremenčevega stekla, v sredini pa je volframova žica, zato ga imenujemo tudi kvarčni cevni infrardeči oddajnik. Valovna dolžina infrardečega sevanja, ki ga oddajata tip svetilke in tip cevi, je v območju 0.7~3 mikronov, delovna temperatura pa je nizka, kar se običajno uporablja za ogrevanje, pečenje, sušenje in infrardečo fizioterapijo v svetlobi in tekstilna industrija. Sevalna površina ploščastega vira infrardečega sevanja je ravnina, sestavljena iz ravne uporovne plošče, sprednja stran uporovne plošče je prevlečena z materialom z velikim odbojnim koeficientom, hrbtna stran pa je prevlečena z materialom z majhen odbojni koeficient, zato večino toplotne energije oddaja sprednja stran. Delovna temperatura plošče lahko doseže več kot 1000 stopinj, kar se lahko uporablja za žarjenje zvarov jeklenih materialov in cevi in posod velikega premera.
Ker ima infrardeča moč močan prodor, jo zlahka absorbirajo predmeti in ko jo predmeti absorbirajo, se takoj pretvori v toplotno energijo; Izguba energije pred in po infrardečem ogrevanju je majhna, temperaturo je enostavno nadzorovati, kakovost ogrevanja pa je visoka, zato se uporaba infrardečega ogrevanja hitro razvija. Visokofrekvenčna električna polja se uporabljajo za ogrevanje izolacijskih materialov. Glavni predmet ogrevanja je dielektrik. Ko je dielektrik postavljen v izmenično električno polje, bo večkrat polariziran (pojav, da ima dielektrik enako količino naboja nasprotne polarnosti na svoji površini ali v notranjosti pod delovanjem električnega polja), s čimer se pretvori električna energija v električno polje v toplotno energijo.
Frekvenca električnega polja, ki se uporablja za srednje ogrevanje, je visoka. V srednjem, kratkovalovnem in ultrakratkovalovnem pasu je frekvenca nekaj sto kilohercev do 300 MHz, kar imenujemo visokofrekvenčno srednje segrevanje, če pa je višja od 300 MHz in doseže mikrovalovni pas, se imenuje mikrovalovno. srednje ogrevanje. Običajno se visokofrekvenčno segrevanje medija izvaja v električnem polju med obema ploščama; Mikrovalovno segrevanje medija se izvaja pod sevalnim poljem valovodov, resonatorjev ali mikrovalovnih anten.
Ko se dielektrik segreje v visokofrekvenčnem električnem polju, je električna moč, ki jo porabi prostornina enote, P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Če je izraženo v toploti, je:
H=1,33fEεrtgδ×10 (kal/s·cm)
kjer je f frekvenca visokofrekvenčnega električnega polja, εr relativna prepustnost dielektrika, δ kot dielektrične izgube in E je električna poljska jakost. Iz formule je razvidno, da je električna moč, ki jo črpa dielektrik iz visokofrekvenčnega električnega polja, sorazmerna s kvadratom električne poljske jakosti E, frekvence f električnega polja in izgubnega kota δ dielektrika. . E in f sta določena z uporabljenim električnim poljem, medtem ko je εr odvisna od lastnosti samega dielektrika. Zato je predmet srednjega segrevanja predvsem snov z veliko dielektrično izgubo.
Ker toplota nastaja znotraj dielektrika (objekta, ki se segreva), je hitrost segrevanja hitra, toplotna učinkovitost visoka, ogrevanje pa enakomerno v primerjavi z drugim zunanjim ogrevanjem.
Ogrevanje medijev se lahko uporablja industrijsko za ogrevanje termogelov za sušenje žita, papirja, lesa in drugih vlaknatih materialov; Možno je tudi predgrevanje plastike pred oblikovanjem, kot tudi vulkanizacija gume in lepljenje lesa, plastike itd. Z izbiro ustrezne frekvence električnega polja in naprave lahko le segrejemo lepilo pri segrevanju vezane plošče, ne da bi vplivali na samo vezano ploščo. Za homogene materiale je možno integralno ogrevanje.
