Riscaldamento a resistenza
L'effetto Joule della corrente viene utilizzato per convertire l'energia elettrica in energia termica per riscaldare gli oggetti. [1] Solitamente suddiviso in riscaldamento a resistenza diretta e riscaldamento a resistenza indiretta. La tensione di alimentazione del primo viene applicata direttamente all'oggetto da riscaldare. Quando la corrente scorre, l'oggetto stesso viene riscaldato. La macchina da stiro è riscaldata.
Avrà la febbre. L'oggetto che può essere riscaldato a resistenza direttamente deve essere un conduttore, ma deve avere una resistività maggiore. Poiché il calore è generato dall'oggetto riscaldato stesso, appartiene al riscaldamento interno e l'efficienza termica è molto alta. Il riscaldamento a resistenza indiretta richiede materiali in lega speciale o materiali non metallici per realizzare elementi riscaldanti. Gli elementi riscaldanti generano calore, che viene trasmesso all'oggetto da riscaldare per irraggiamento, convezione e conduzione. Poiché l'oggetto riscaldato e l'elemento riscaldante sono divisi in due parti, il tipo di oggetto riscaldato generalmente non è limitato e il funzionamento è semplice.
I materiali utilizzati per gli elementi riscaldanti del riscaldamento a resistenza indiretta richiedono generalmente elevata resistività, coefficiente di resistenza a bassa temperatura, piccole deformazioni alle alte temperature e non facilmente infragilibili. Sono comunemente usati materiali metallici come lega ferro-alluminio, lega nichel-cromo e materiali non metallici come carburo di silicio e disiliciuro di molibdeno. La temperatura massima di esercizio degli elementi riscaldanti metallici può raggiungere i 1000 ～ 1500 ℃ a seconda del tipo di materiale; la massima temperatura di esercizio dei componenti riscaldanti non metallici può raggiungere 1500 ～ 1700 ℃. Quest'ultimo è di facile installazione e può essere sostituito dal forno di riscaldamento, ma ha bisogno di un dispositivo di regolazione della tensione quando funziona, e la sua vita è inferiore a quella degli elementi riscaldanti in lega. Viene generalmente utilizzato in forni ad alta temperatura, luoghi in cui la temperatura supera la temperatura massima di esercizio consentita degli elementi riscaldanti in metallo e alcune occasioni speciali.
Riscaldamento a induzione
Il conduttore stesso viene riscaldato dall'effetto termico formato dalla corrente di induzione (correnti parassite) generata dal conduttore nel campo elettromagnetico alternato. In base ai diversi requisiti del processo di riscaldamento, la frequenza dell'alimentazione CA utilizzata nel riscaldamento a induzione include la frequenza di alimentazione (50-60 Hz), la frequenza intermedia (60-10000 Hz) e l'alta frequenza (superiore a 10000 Hz). L'alimentatore a frequenza di rete è solitamente l'alimentatore CA utilizzato nell'industria. La frequenza di rete della maggior parte dei paesi del mondo è di 50 Hz. La tensione applicata al dispositivo a induzione dall'alimentatore a frequenza industriale per il riscaldamento a induzione deve essere regolabile. In base alla potenza dell'apparecchiatura di riscaldamento e alla capacità della rete di alimentazione, è possibile utilizzare un alimentatore ad alta tensione (6-10 kV) per fornire energia tramite un trasformatore; l'impianto di riscaldamento può anche essere collegato direttamente a una rete elettrica a bassa tensione da 380 volt.
Gli alimentatori a frequenza intermedia utilizzano da molto tempo gruppi elettrogeni a frequenza intermedia. È costituito da un generatore di frequenze intermedie e da un motore asincrono di azionamento. La potenza di uscita di questa unità è generalmente compresa tra 50 e 1000 kilowatt. Con lo sviluppo della tecnologia dell'elettronica di potenza, vengono ora utilizzati alimentatori a frequenza intermedia con inverter a tiristori. Questo alimentatore a frequenza intermedia utilizza un tiristore per convertire prima la corrente alternata a frequenza di rete in una corrente continua, quindi convertire la corrente continua in una corrente alternata della frequenza richiesta. A causa delle dimensioni ridotte, del peso leggero, del funzionamento silenzioso e affidabile di questo tipo di apparecchiatura a frequenza variabile, ha gradualmente sostituito i gruppi elettrogeni a frequenza intermedia.
Gli alimentatori ad alta frequenza di solito utilizzano un trasformatore per aumentare la tensione trifase di 380 volt a un'alta tensione di circa 20.000 volt, quindi utilizzare un tiristore o un raddrizzatore al silicio ad alta tensione per rettificare la frequenza di alimentazione da CA a CC, quindi utilizzare un oscillatore elettronico La corrente continua viene trasformata in una corrente alternata ad alta frequenza e ad alta tensione. La potenza di uscita delle apparecchiature di alimentazione ad alta frequenza varia da decine di kilowatt a centinaia di kilowatt.
L'oggetto riscaldato per induzione deve essere un conduttore. Quando una corrente alternata ad alta frequenza passa attraverso un conduttore, il conduttore produce un effetto pelle, ovvero la densità di corrente sulla superficie del conduttore è grande e la densità di corrente al centro del conduttore è piccola.
Il riscaldamento a induzione può riscaldare uniformemente l'oggetto nel suo insieme e il riscaldamento superficiale; può annusare il metallo; ad alta frequenza, può cambiare la forma della bobina di riscaldamento (nota anche come induttore) e può anche eseguire un riscaldamento locale arbitrario.
Riscaldamento ad arco
Usa l'alta temperatura generata dall'arco per riscaldare l'oggetto. L'arco è il fenomeno della scarica di gas tra due elettrodi. La tensione dell'arco non è alta ma la corrente è grande. La sua forte corrente è mantenuta da un gran numero di ioni evaporati sull'elettrodo, quindi l'arco è facilmente influenzato dal campo magnetico circostante. Quando si forma un arco tra gli elettrodi, la temperatura della colonna dell'arco può raggiungere 3000-6000 K, che è adatta per la fusione ad alta temperatura dei metalli.
Esistono due tipi di riscaldamento ad arco, riscaldamento ad arco diretto e indiretto. La corrente dell'arco del riscaldamento ad arco diretto passa direttamente attraverso l'oggetto da riscaldare e l'oggetto da riscaldare deve essere un elettrodo o un mezzo dell'arco. La corrente d'arco del riscaldamento ad arco indiretto non attraversa l'oggetto da riscaldare ed è riscaldata principalmente dal calore irradiato dall'arco. Le caratteristiche del riscaldamento ad arco sono: alta temperatura dell'arco, energia concentrata e la potenza superficiale della vasca fusa del forno elettrico ad arco per la produzione dell'acciaio può raggiungere i 560-1200 kilowatt per metro quadrato. Tuttavia, il rumore dell'arco è elevato e le sue caratteristiche volt-ampere sono caratteristiche di resistenza negativa (caratteristiche di discesa). Per mantenere la stabilità dell'arco durante il riscaldamento dell'arco, il valore istantaneo della tensione del circuito è maggiore del valore della tensione dell'arco quando la corrente dell'arco attraversa istantaneamente lo zero e per limitare la corrente di cortocircuito, è necessario un certo valore di resistenza collegato in serie nel circuito di potenza.
Riscaldamento a fascio di elettroni
La superficie dell'oggetto è bombardata da elettroni che si muovono ad alta velocità sotto l'azione di un campo elettrico per riscaldarlo. Il componente principale per il riscaldamento del fascio di elettroni è il generatore di fascio di elettroni, noto anche come cannone elettronico. Il cannone elettronico è composto principalmente da un catodo, un elettrodo di focalizzazione, un anodo, una lente elettromagnetica e una bobina di deflessione. L'anodo è messo a terra e il catodo è collegato alla posizione alta negativa. Il fascio focalizzato è solitamente allo stesso potenziale del catodo e un campo elettrico di accelerazione si forma tra il catodo e l'anodo. Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati ad alta velocità sotto l'azione di un campo elettrico in accelerazione, focalizzato da una lente elettromagnetica, e quindi controllato da una bobina di deflessione, in modo che il fascio di elettroni sia diretto verso l'oggetto da riscaldare in un certa direzione.
I vantaggi del riscaldamento a fascio di elettroni sono: ①Controllare il valore corrente Ie del fascio di elettroni, che può modificare facilmente e rapidamente la potenza di riscaldamento; ②La lente elettromagnetica può essere utilizzata per cambiare liberamente la parte riscaldata o regolare liberamente l'area della parte di bombardamento del fascio di elettroni; ③ Può aumentare la densità di potenza in modo che il materiale nel punto bombardato evapori istantaneamente.
Riscaldamento a raggi infrarossi
Usa la radiazione infrarossa per irradiare un oggetto. Dopo che l'oggetto ha assorbito gli infrarossi, converte l'energia radiante in calore e viene riscaldato.
L'infrarosso è un'onda elettromagnetica. Nello spettro solare, al di fuori dell'estremità rossa della luce visibile, è un'energia radiante invisibile. Nello spettro elettromagnetico, la gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso è compresa tra 0,75 e 1000 micron e la gamma di frequenza è compresa tra 3 × 10 e 4 × 10 Hz. Nelle applicazioni industriali, lo spettro dell'infrarosso è spesso suddiviso in diverse bande: 0,75 ~ 3,0 micron è la regione del vicino infrarosso; 3.0 ~ 6.0 micron è la regione del medio infrarosso; 6.0 ~ 15.0 micron è la regione dell'infrarosso lontano; 15.0 ~ 1000 micron è l'area del lontano infrarosso estremo. Oggetti diversi hanno capacità diverse di assorbire la luce infrarossa. Anche lo stesso oggetto ha una capacità diversa di assorbire la luce infrarossa di diverse lunghezze d'onda. Pertanto, nell'applicazione del riscaldamento a infrarossi, è necessario selezionare una sorgente di radiazione infrarossa adatta in base al tipo di oggetto da riscaldare, in modo che l'energia della radiazione sia concentrata all'interno dell'intervallo di lunghezze d'onda di assorbimento dell'oggetto da riscaldare, al fine di ottenere un buon effetto riscaldante.
Il riscaldamento elettrico a infrarossi è in realtà una forma speciale di riscaldamento a resistenza, che utilizza materiali come tungsteno, ferro-nichel o lega di nichel-cromo come radiatore per creare una sorgente di radiazioni. Dopo essere stato eccitato, genera una radiazione termica dovuta al calore generato dalla sua resistenza. Le sorgenti di radiazioni di riscaldamento elettrico a infrarossi comunemente utilizzate sono il tipo di lampada (tipo riflettente), il tipo di tubo (tipo di tubo al quarzo) e il tipo di piastra (tipo piatto). Il tipo di lampada è una lampadina a infrarossi, che utilizza un filo di tungsteno come radiatore, che è sigillato in un guscio di vetro riempito di gas inerte, proprio come una lampadina di illuminazione generale. Il radiatore genera calore dopo essere stato alimentato (la temperatura è inferiore a quella delle lampadine per illuminazione generale), che emette una grande quantità di raggi infrarossi con una lunghezza d'onda di circa 1,2 micron. Se la parete interna del guscio di vetro è rivestita con uno strato riflettente, i raggi infrarossi possono essere concentrati in una direzione, quindi la sorgente di radiazione infrarossa di tipo lampada è anche chiamata radiatore a infrarossi riflettente. Il tubo della sorgente di radiazione infrarossa a tubo è realizzato in vetro al quarzo con un filo di tungsteno al centro, quindi è anche chiamato radiatore a infrarossi a tubo al quarzo. La lunghezza d'onda della luce infrarossa emessa dal tipo di lampada e dal tipo di tubo è compresa tra 0,7 e 3 micron e la temperatura di lavoro è relativamente bassa. Viene generalmente utilizzato per il riscaldamento, la cottura al forno, l'essiccazione nell'industria leggera e tessile e la fisioterapia a infrarossi nelle cure mediche. La superficie di radiazione della sorgente di radiazione infrarossa a piastra è una superficie piana composta da una piastra resistiva piatta. La parte anteriore della piastra resistiva è rivestita con un materiale con un grande coefficiente di riflessione e il retro è rivestito con un materiale con un basso coefficiente di riflessione, quindi la maggior parte dell'energia termica viene irradiata dalla parte anteriore. La temperatura di esercizio del tipo a piastra può raggiungere oltre 1000 ℃, e può essere utilizzata per la ricottura di saldature di materiali in acciaio e tubi e contenitori di grande diametro.
Poiché l'infrarosso ha una forte capacità di penetrazione, è facile da essere assorbito dagli oggetti e, una volta assorbito dagli oggetti, viene immediatamente convertito in energia termica; la perdita di energia prima e dopo il riscaldamento a infrarossi è piccola, la temperatura è facile da controllare e la qualità del riscaldamento è alta. Pertanto, l'applicazione del riscaldamento a infrarossi si sta sviluppando rapidamente.
Riscaldamento medio
Utilizzare un campo elettrico ad alta frequenza per riscaldare il materiale isolante. L'oggetto riscaldante principale è dielettrico. Quando il dielettrico è posto in un campo elettrico alternato, sarà ripetutamente polarizzato (sotto l'azione del campo elettrico, una pari quantità di carica di polarità opposta appare sulla superficie o all'interno del dielettrico), convertendo così l'energia elettrica in il campo elettrico in calore.
La frequenza del campo elettrico utilizzato per il riscaldamento medio è molto alta. Nelle bande a onde medie, corte e ultra corte, la frequenza è compresa tra centinaia di kilohertz e 300 MHz, che è chiamata riscaldamento dielettrico ad alta frequenza. Se è superiore a 300 MHz e raggiunge la banda delle microonde, si parla di riscaldamento dielettrico a microonde. Solitamente il riscaldamento dielettrico ad alta frequenza viene effettuato nel campo elettrico tra le due piastre; mentre il riscaldamento dielettrico a microonde viene effettuato sotto il campo di radiazione della guida d'onda, della cavità risonante o dell'antenna a microonde.
Quando il dielettrico viene riscaldato in un campo elettrico ad alta frequenza, la potenza elettrica assorbita nel suo volume unitario è P=0,566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
Se espresso in calore, è:
H=1,33fEεrtgδ × 10 (cal / sec · cm)
Dove f è la frequenza del campo elettrico ad alta frequenza, εr è la permittività relativa del dielettrico, δ è l'angolo di perdita dielettrica ed E è l'intensità del campo elettrico. Si può vedere dalla formula che la potenza elettrica assorbita dal dielettrico dal campo elettrico ad alta frequenza è proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico E, alla frequenza f del campo elettrico e all'angolo di perdita δ del dielettrico . E ed f sono determinati dal campo elettrico applicato e εr dipende dalla natura del dielettrico stesso. Pertanto, l'oggetto del riscaldamento medio è principalmente il materiale con grandi perdite medie.
Riscaldamento medio perché il calore viene generato all'interno del dielettrico (oggetto da riscaldare), rispetto ad altri riscaldamenti esterni, la velocità di riscaldamento è veloce, l'efficienza termica è alta e il riscaldamento è uniforme.
Il riscaldamento dei supporti può riscaldare gel termico nell'industria, grano secco, carta, legno e altri materiali fibrosi; può anche preriscaldare la plastica prima dello stampaggio e incollare la vulcanizzazione della gomma e il legno, la plastica, ecc. La scelta di una frequenza di campo elettrico e di un dispositivo appropriati può riscaldare solo la colla adesiva quando si riscalda il compensato senza influire sul compensato stesso. Per materiali omogenei, il riscaldamento può essere effettuato nel suo insieme.