Odporno ogrevanje
Joulov učinek toka se uporablja za pretvorbo električne energije v toplotno energijo za ogrevanje predmetov. [1] Običajno je razdeljen na ogrevanje z neposrednim uporom in posredno ogrevanje z uporom. Napajalna napetost prvega se neposredno nanaša na ogrevani predmet. Ko tok teče, se objekt sam segreje. Likalni stroj je ogrevan.
Imela bo vročino. Predmet, ki je lahko neposredno uporno ogrevan, mora biti prevodnik, vendar mora imeti večjo upornost. Ker toploto ustvarja ogrevan predmet sam, ta spada v notranje ogrevanje, toplotni izkoristek pa je zelo visok. Posredno odporno ogrevanje za izdelavo grelnih elementov zahteva posebne zlitine ali nekovinske materiale. Grelni elementi ustvarjajo toploto, ki se s sevanjem, konvekcijo in prevodnostjo prenaša na objekt, ki ga grejemo. Ker sta ogrevan predmet in grelni element razdeljena na dva dela, vrsta ogrevanega predmeta na splošno ni omejena in postopek je preprost.
Materiali, ki se uporabljajo za grelne elemente posrednega upornega ogrevanja, na splošno zahtevajo visoko upornost, nizkotemperaturni koeficient upora, majhne deformacije pri visokih temperaturah in jih ni enostavno krčiti. Pogosto se uporabljajo kovinski materiali, kot so železo-aluminijeva zlitina, nikelj-kromova zlitina in nekovinski materiali, kot so silicijev karbid in molibdenov dizilicid. Najvišja delovna temperatura kovinskih grelnih elementov lahko glede na vrsto materiala doseže 1000 ～ 1500 ℃; najvišja delovna temperatura nekovinskih grelnih komponent lahko doseže 1500 ～ 1700 ℃. Slednjega je enostavno namestiti in ga lahko nadomesti ogrevalna peč, vendar pri delu potrebuje napravo za uravnavanje napetosti, ki ima krajšo življenjsko dobo kot legirani grelni elementi. Običajno se uporablja v visokotemperaturnih pečeh, kjer temperatura presega dovoljeno najvišjo delovno temperaturo kovinskih grelnih elementov in ob nekaterih posebnih priložnostih.
Indukcijsko ogrevanje
Sam prevodnik se ogreva s toplotnim učinkom, ki ga tvori indukcijski tok (vrtinčni tok), ki ga ustvari vodnik v izmeničnem elektromagnetnem polju. V skladu z različnimi zahtevami postopka ogrevanja frekvenca napajalnika z izmeničnim tokom, ki se uporablja pri indukcijskem ogrevanju, vključuje frekvenco moči (50-60 Hz), vmesno frekvenco (60-10000 Hz) in visoko frekvenco (več kot 10000 Hz). Napajanje s frekvenčno napetostjo je običajno napajalnik z izmeničnim tokom, ki se uporablja v industriji. Frekvenca napajanja večine držav na svetu je 50 Hz. Napetost, ki jo na indukcijsko napravo napaja industrijsko frekvenčno napajanje za indukcijsko ogrevanje, mora biti nastavljiva. Glede na moč ogrevalne opreme in zmogljivosti napajalnega omrežja se lahko za napajanje prek transformatorja uporablja visokonapetostno napajanje (6-10 kV); ogrevalna oprema je lahko tudi neposredno priključena na 380-voltno nizkonapetostno omrežje.
Napajalniki z vmesno frekvenco že dolgo uporabljajo vmesniške generatorje. Sestavljen je iz vmesnega frekvenčnega generatorja in pogonskega asinhronega motorja. Izhodna moč te enote je običajno v območju od 50 do 1000 kilovatov. Z razvojem tehnologije energetske elektronike se zdaj uporabljajo vmesni napajalniki tiristorskega pretvornika. Ta vmesna frekvenčna oskrba s tiristorjem najprej pretvori izmenični tok močnostne frekvence v enosmerni tok in nato pretvori enosmerni tok v izmenični tok zahtevane frekvence. Zaradi majhnosti, majhne teže, neslišnega in zanesljivega delovanja tovrstne spremenljivo frekvenčne opreme je postopoma nadomestil vmesne frekvenčne agregate.
Visokofrekvenčni napajalniki običajno uporabljajo transformator za povečanje trifazne 380-voltne napetosti na visoko napetost približno 20.000 voltov, nato pa s tiristorjem ali visokonapetostnim silicijevim usmernikom popravijo frekvenco napajanja izmeničnega v enosmerni tok in nato uporabijo elektronski oscilator Neposredni tok se pretvori v visokofrekvenčni, visokonapetostni izmenični tok. Izhodna moč visokofrekvenčne napajalne opreme se giblje od deset kilovatov do stotin kilovatov.
Predmet, ogrevan z indukcijo, mora biti vodnik. Ko visokofrekvenčni izmenični tok prehaja skozi vodnik, ta povzroči kožni učinek, to je gostota toka na površini vodnika je velika, trenutna gostota v središču vodnika pa majhna.
Indukcijsko ogrevanje lahko enakomerno ogreva predmet kot celoto in površinsko ogrevanje; lahko tali kovino; pri visoki frekvenci lahko spremeni obliko ogrevalne tuljave (znane tudi kot induktor), lahko pa tudi poljubno lokalno ogrevanje.
Obločno ogrevanje
Za ogrevanje predmeta uporabite visoko temperaturo, ki jo ustvarja lok. Oblok je pojav praznjenja plina med dvema elektrodama. Napetost loka ni visoka, tok pa je velik. Njegov močan tok vzdržuje veliko število ionov, ki izhlapijo na elektrodi, zato na lok zlahka vpliva okoliško magnetno polje. Ko med elektrodama nastane oblok, lahko temperatura obločnega stolpca doseže 3000-6000K, kar je primerno za visokotemperaturno taljenje kovin.
Obstajata dve vrsti obločnega ogrevanja, neposredno in posredno obločno ogrevanje. Obločni tok neposrednega loka segreva neposredno skozi objekt, ki ga grejemo, in objekt, ki ga grejemo, mora biti elektroda ali medij loka. Lokni tok posrednega ločnega segrevanja ne gre skozi objekt, ki ga grejemo, ogreva pa ga predvsem toplota, ki jo seva lok. Značilnosti obločnega ogrevanja so: visoka temperatura obloka, koncentrirana energija in površinska moč staljenega bazena jeklarne električne obločne peči lahko doseže 560-1200 kilovatov na kvadratni meter. Vendar je obločni šum velik, njegove volt-amperske značilnosti pa so negativne odporne lastnosti (značilnosti spuščanja). Da bi ohranili stabilnost obloka med ogrevanjem obloka, je trenutna vrednost napetosti vezja večja od vrednosti napetosti obloka, ko tok obloka v trenutku preide nič, za omejitev toka kratkega stika pa mora biti upor določene vrednosti serijsko priključeni v napajalni tokokrog.
Ogrevanje z elektronskim žarkom
Površino predmeta bombardirajo elektroni, ki se gibljejo z veliko hitrostjo pod vplivom električnega polja, da ga segrejejo. Glavna komponenta za ogrevanje z elektronskim žarkom je generator elektronskih žarkov, znan tudi kot elektronska pištola. Elektronska pištola je v glavnem sestavljena iz katode, fokusne elektrode, anode, elektromagnetne leče in odklonske tuljave. Anoda je ozemljena in katoda je povezana z negativnim visokim položajem. Usmerjeni žarek ima običajno enak potencial kot katoda, med katodo in anodo pa nastane pospešeno električno polje. Elektroni, ki jih oddaja katoda, se pospešijo do visoke hitrosti pod vplivom pospeševalnega električnega polja, usmerjene z elektromagnetno lečo in nato nadzorovane z odklonsko tuljavo, tako da je elektronski žarek usmerjen proti predmetu, ki se segreva v določeno smer.
Prednosti ogrevanja z elektronskim žarkom so: ①Uravnavanje trenutne vrednosti Ie elektronskega žarka, ki lahko enostavno in hitro spremeni moč ogrevanja; ② Elektromagnetna leča se lahko uporablja za prosto spreminjanje ogrevanega dela ali prosto prilagoditev območja bombardiranja dela z elektronskim žarkom; ③Can lahko poveča gostoto moči, tako da bo material na bombardirani točki takoj izhlapel.
Infrardeče ogrevanje
Za sevanje predmeta uporabite infrardeče sevanje. Ko objekt absorbira infrardečo svetlobo, pretvori sevalno energijo v toploto in se segreje.
Infrardeči je elektromagnetno valovanje. V sončnem spektru je zunaj rdečega konca vidne svetlobe nevidna sevalna energija. V elektromagnetnem spektru je območje valovnih dolžin infrardečega območja med 0,75 in 1000 mikronov, frekvenčno območje pa med 3 × 10 in 4 × 10 Hz. V industrijski uporabi je infrardeči spekter pogosto razdeljen na več pasov: 0,75 ~ 3,0 mikrona je bližnje infrardeče območje; 3,0 ~ 6,0 mikronov je srednja infrardeča regija; 6,0 ~ 15,0 mikronov je daleč infrardeča regija; 15,0 ~ 1000 mikronov je skrajno daleč infrardeče območje. Različni predmeti imajo različno sposobnost absorpcije infrardeče svetlobe. Tudi isti predmet ima različno sposobnost absorbiranja infrardeče svetlobe različnih valovnih dolžin. Zato je treba pri uporabi infrardečega ogrevanja izbrati ustrezen vir infrardečega sevanja glede na vrsto predmeta, ki se segreva, tako da se energija sevanja koncentrira v območju absorpcijske valovne dolžine predmeta, ki ga segrevamo, da dobimo dober grelni učinek.
Električno infrardeče ogrevanje je pravzaprav posebna oblika odpornega ogrevanja, ki za izdelavo vira sevanja uporablja materiale, kot so volfram, železo-nikljeva ali nikelj-kromova zlitina. Ko je pod napetostjo, ustvarja toplotno sevanje zaradi toplote, ki jo ustvarja njegov upor. Pogosto uporabljeni električni infrardeči viri ogrevalnega sevanja so tip svetilke (odsevni tip), cevni tip (tip kremenčeve cevi) in ploščni tip (ploščati tip). Tip žarnice je infrardeča žarnica, ki kot radiator uporablja volframovo žico, ki je zaprta v stekleno lupino, napolnjeno z inertnim plinom, tako kot žarnica za splošno razsvetljavo. Radiator ustvarja toploto, ko je pod napetostjo (temperatura je nižja od temperature žarnic za splošno razsvetljavo), ki oddaja veliko količino infrardečih žarkov z valovno dolžino približno 1,2 mikrona. Če je notranja stena steklene lupine prevlečena z odsevno plastjo, se lahko infrardeči žarki koncentrirajo v eno smer, zato se vir žarnice z infrardečim žarkom tipa žarnice imenuje tudi odsevni infrardeči sevalnik. Cev vira infrardečega sevanja cevnega tipa je izdelana iz kremenčevega stekla z volframovo žico na sredini, zato ga imenujemo tudi infrardeči sevalnik tipa kremenčeve cevi. Valovna dolžina infrardeče svetlobe, ki jo oddaja tip žarnice in cev, je v območju od 0,7 do 3 mikrona, delovna temperatura pa je razmeroma nizka. Običajno se uporablja za ogrevanje, pečenje, sušenje v lahki in tekstilni industriji ter infrardečo fizioterapijo pri zdravljenju. Sevalna površina ploščatega vira infrardečega sevanja je ravna površina, sestavljena iz ravne uporovne plošče. Sprednja stran uporovne plošče je prevlečena z materialom z velikim odbojnim koeficientom, hrbtna stran pa z materialom z nizkim odbojnim koeficientom, zato večina toplotne energije seva od spredaj. Delovna temperatura vrste plošče lahko doseže nad 1000 ℃ in se lahko uporablja za žarjenje zvarov jeklenih materialov ter cevi in posod z velikim premerom.
Ker ima infrardeča moč močno prodorno sposobnost, jo predmeti zlahka absorbirajo in ko jo predmeti absorbirajo, se takoj pretvori v toplotno energijo; izguba energije pred in po infrardečem ogrevanju je majhna, temperaturo je enostavno nadzorovati in kakovost ogrevanja je visoka. Zato se uporaba infrardečega ogrevanja hitro razvija.
Srednje ogrevanje
Za ogrevanje izolacijskega materiala uporabite visokofrekvenčno električno polje. Glavni ogrevalni objekt je dielektrik. Ko je dielektrik postavljen v izmenično električno polje, bo večkrat polariziran (pod delovanjem električnega polja se na površini ali znotraj dielektrika pojavi enaka količina naboja nasprotne polarnosti), s čimer se električna energija pretvori v električno polje v toploto.
Frekvenca električnega polja, ki se uporablja za srednje ogrevanje, je zelo velika. V srednjih, kratkovalovnih in ultra kratkih valovnih pasovih je frekvenca na stotine kilohercev do 300 MHz, kar imenujemo visokofrekvenčno dielektrično ogrevanje. Če je višji od 300 MHz in doseže mikrovalovni pas, se imenuje mikrovalovno dielektrično ogrevanje. Običajno se visokofrekvenčno dielektrično ogrevanje izvaja v električnem polju med obema ploščama; medtem ko se mikrovalovno dielektrično ogrevanje izvaja pod sevalnim poljem valovoda, resonančne votline ali mikrovalovne antene.
Ko se dielektrik segreje v visokofrekvenčnem električnem polju, je porabljena električna moč v njegovi enoti 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 propustnost dielektrika, δ kot dielektrične izgube in E jakost električnega polja. Iz formule je razvidno, da je električna moč dielektrika iz visokofrekvenčnega električnega polja sorazmerna kvadratu jakosti električnega polja E, frekvenci f električnega polja in kotu izgube dielektrika δ . E in f določamo z uporabljenim električnim poljem, εr pa je odvisno od narave samega dielektrika. Zato je predmet srednjega ogrevanja predvsem material z velikimi srednjimi izgubami.
Srednje ogrevanje, ker se v dielektriku (predmet, ki ga je treba ogrevati) ustvarja toplota, je v primerjavi z drugim zunanjim ogrevanjem hitrost ogrevanja hitra, toplotna učinkovitost visoka in ogrevanje enakomerno.
Medijsko ogrevanje lahko ogreva termični gel v industriji, suhih zrnih, papirju, lesu in drugih vlaknastih materialih; lahko tudi predhodno segreje plastiko in nalepi vulkanizacijo gume ter les, plastiko itd. Izbira ustrezne frekvence električnega polja in naprave lahko pri segrevanju vezanega lesa segreje le lepilo, ne da bi to vplivalo na vezan les. Za homogene materiale lahko ogrevanje izvedemo kot celoto.