Dirençli ısıtma
Akımın Joule etkisi, elektrik enerjisini termal enerjiye, nesneleri ısıtmak için dönüştürmek için kullanılır. [1] Genellikle doğrudan dirençli ısıtma ve dolaylı dirençli ısıtma olarak ikiye ayrılır. Birincinin güç kaynağı voltajı doğrudan ısıtılacak nesneye uygulanır. Akım aktığında, nesnenin kendisi ısınır. Ütü makinesi ısıtılır.
Ateşi çıkacak. Direkt olarak dirençle ısıtılabilen nesne bir iletken olmalı, ancak daha yüksek bir dirence sahip olmalıdır. Isı, ısıtılmış nesnenin kendisi tarafından üretildiği için iç ısıtmaya aittir ve ısıl verim çok yüksektir. Dolaylı dirençli ısıtma, ısıtma elemanları yapmak için özel alaşımlı malzemeler veya metal olmayan malzemeler gerektirir. Isıtma elemanları, ısıtılacak nesneye radyasyon, konveksiyon ve iletim yoluyla iletilen ısı üretir. Isıtılmış nesne ve ısıtma elemanı iki parçaya bölündüğünden, ısıtılan nesnenin türü genellikle sınırlı değildir ve işlem basittir.
Dolaylı direnç ısıtmanın ısıtma elemanları için kullanılan malzemeler genellikle yüksek direnç, düşük sıcaklık direnç katsayısı, yüksek sıcaklıklarda küçük deformasyon gerektirir ve gevrekleşmesi kolay değildir. Yaygın olarak kullanılanlar, demir-alüminyum alaşımı, nikel-krom alaşımı gibi metal malzemeler ve silikon karbür ve molibden disilisit gibi metal olmayan malzemelerdir. Metal rezistansların maksimum çalışma sıcaklığı malzemenin cinsine göre 1000 ～ 1500 ℃ değerine ulaşabilir; Metal olmayan ısıtma bileşenlerinin en yüksek çalışma sıcaklığı 1500 ～ 1700 ℃ değerine ulaşabilir. İkincisinin kurulumu kolaydır ve ısıtma fırını ile değiştirilebilir, ancak çalışırken bir voltaj düzenleme cihazına ihtiyaç duyar ve ömrü alaşımlı ısıtma elemanlarından daha kısadır. Genellikle yüksek sıcaklık fırınlarında, sıcaklığın metal ısıtma elemanlarının izin verilen maksimum çalışma sıcaklığını aştığı yerlerde ve bazı özel durumlarda kullanılır.
İndüksiyonla ısıtma
İletkenin kendisi, alternatif elektromanyetik alanda iletken tarafından üretilen indüksiyon akımının (girdap akımı) oluşturduğu termal etki ile ısıtılır. Farklı ısıtma işlemi gereksinimlerine göre, indüksiyonla ısıtmada kullanılan AC güç kaynağının frekansı, güç frekansını (50-60 Hz), ara frekansı (60-10000 Hz) ve yüksek frekansı (10000 Hz'den yüksek) içerir. Güç frekansı güç kaynağı genellikle endüstride kullanılan AC güç kaynağıdır. Dünyadaki çoğu ülkenin güç frekansı 50 Hz'dir. Endüksiyonla ısıtma için endüstriyel frekans güç kaynağı tarafından endüksiyon cihazına uygulanan voltaj ayarlanabilir olmalıdır. Isıtma ekipmanının gücüne ve güç kaynağı şebekesinin kapasitesine göre, bir transformatör aracılığıyla güç sağlamak için yüksek voltajlı bir güç kaynağı (6-10 kV) kullanılabilir; ısıtma ekipmanı ayrıca doğrudan 380 voltluk düşük voltajlı bir elektrik şebekesine bağlanabilir.
Orta frekanslı güç kaynakları, uzun süredir ara frekans jeneratör setlerini kullanmaktadır. Bir ara frekans üreteci ve bir asenkron sürücü motorundan oluşur. Bu birimin çıkış gücü genellikle 50 ila 1000 kilovat arasındadır. Güç elektroniği teknolojisinin gelişmesiyle birlikte artık tristör inverter ara frekanslı güç kaynakları kullanılmaktadır. Bu ara frekanslı güç kaynağı, önce güç frekansı alternatif akımını bir doğru akıma dönüştürmek için bir tristör kullanır ve ardından doğru akımı, gerekli frekansta alternatif bir akıma dönüştürür. Bu tür değişken frekanslı ekipmanın küçük boyutu, hafifliği, gürültüsüz ve güvenilir çalışması nedeniyle, ara frekans jeneratör setlerini kademeli olarak değiştirmiştir.
Yüksek frekanslı güç kaynakları genellikle üç fazlı 380 volt voltajı yaklaşık 20.000 volt yüksek voltaja yükseltmek için bir transformatör kullanır ve ardından AC güç frekansını DC'ye doğrultmak için bir tristör veya yüksek voltajlı silikon doğrultucu kullanır ve ardından kullanın. bir elektronik osilatör Doğru akım, yüksek frekanslı, yüksek voltajlı bir alternatif akıma dönüştürülür. Yüksek frekanslı güç kaynağı ekipmanının çıkış gücü onlarca kilovattan yüzlerce kilovata kadar değişir.
Endüksiyonla ısıtılan nesne bir iletken olmalıdır. Yüksek frekanslı bir alternatif akım bir iletkenden geçtiğinde, iletken bir yüzey etkisi oluşturur, yani iletkenin yüzeyindeki akım yoğunluğu büyüktür ve iletkenin merkezindeki akım yoğunluğu küçüktür.
İndüksiyonla ısıtma, nesneyi bir bütün olarak ve yüzey ısıtması olarak eşit şekilde ısıtabilir; metali koklayabilir; yüksek frekansta ısıtma bobininin şeklini değiştirebilir (indüktör olarak da bilinir) ve ayrıca isteğe bağlı yerel ısıtma da gerçekleştirebilir.
Ark ısıtma
Nesneyi ısıtmak için arkın oluşturduğu yüksek sıcaklığı kullanın. Ark, iki elektrot arasındaki gaz boşalması olgusudur. Arkın voltajı yüksek değil ama akım büyük. Güçlü akımı, elektrot üzerinde buharlaşan çok sayıda iyonla korunur, böylece ark, çevredeki manyetik alandan kolayca etkilenir. Elektrotlar arasında bir ark oluştuğunda, ark kolonunun sıcaklığı, metallerin yüksek sıcaklıkta eritilmesi için uygun olan 3000-6000K'ya ulaşabilir.
Doğrudan ve dolaylı arklı ısıtma olmak üzere iki tür ark ısıtma vardır. Direkt ark ısıtmanın ark akımı doğrudan ısıtılacak nesnenin içinden geçer ve ısıtılacak nesne arkın bir elektrotu veya ortamı olmalıdır. Dolaylı ark ısıtmanın ark akımı ısıtılacak nesneden geçmez ve esas olarak ark tarafından yayılan ısı ile ısıtılır. Ark ısıtmanın özellikleri şunlardır: yüksek ark sıcaklığı, konsantre enerji ve çelik yapımı elektrik ark ocağının erimiş havuzunun yüzey gücü metrekare başına 560-1200 kilovata ulaşabilir. Bununla birlikte, ark gürültüsü büyüktür ve volt-amper özellikleri negatif direnç özellikleridir (alçalma özellikleri). Ark ısınması sırasında arkın stabilitesini korumak için devre voltajının anlık değeri ark akımı anlık olarak sıfırı geçtiğinde ark voltajı değerinden daha büyüktür ve kısa devre akımını sınırlandırmak için belli bir direnç değeri olmalıdır güç devresine seri olarak bağlanmıştır.
Elektron ışınlı ısıtma
Nesnenin yüzeyi, onu ısıtmak için bir elektrik alanın etkisi altında yüksek hızda hareket eden elektronlar tarafından bombalanır. Elektron ışını ısıtmanın ana bileşeni, elektron tabancası olarak da bilinen elektron ışını üretecidir. Elektron tabancası esas olarak bir katot, bir odaklama elektrotu, bir anot, bir elektromanyetik mercek ve bir saptırma bobininden oluşur. Anot topraklanır ve katot, negatif yüksek konuma bağlanır. Odaklanmış ışın genellikle katot ile aynı potansiyeldedir ve katot ile anot arasında hızlanan bir elektrik alanı oluşur. Katot tarafından yayılan elektronlar, hızlanan bir elektrik alanının etkisi altında yüksek bir hıza çıkarılır, bir elektromanyetik mercekle odaklanır ve daha sonra bir saptırma bobini ile kontrol edilir, böylece elektron ışını ısıtılacak nesneye doğru yönlendirilir. belirli yön.
Elektron ışını ısıtmanın avantajları şunlardır: • Isıtma gücünü kolayca ve hızlı bir şekilde değiştirebilen elektron ışınının akım değeri Ie'yi kontrol edin; ②Elektromanyetik mercek, ısıtılmış parçayı serbestçe değiştirmek veya elektron ışını bombardımanı parçasının alanını serbestçe ayarlamak için kullanılabilir; ③Bombalama noktasındaki malzemenin anında buharlaşması için güç yoğunluğunu artırabilir.
Kızılötesi ısıtma
Bir nesneyi yaymak için kızılötesi radyasyon kullanın. Nesne kızılötesini soğurduktan sonra radyan enerjiyi ısıya dönüştürür ve ısıtılır.
Kızılötesi, elektromanyetik bir dalgadır. Güneş spektrumunda, görünür ışığın kırmızı ucunun dışında, görünmez bir ışıma enerjisidir. Elektromanyetik spektrumda kızılötesinin dalga boyu aralığı 0.75 ile 1000 mikron arasında ve frekans aralığı 3 × 10 ile 4 × 10 Hz arasındadır. Endüstriyel uygulamalarda, kızılötesi spektrum genellikle birkaç banda bölünür: 0.75 ~ 3.0 mikron yakın kızılötesi bölgedir; 3.0 ~ 6.0 mikron orta kızılötesi bölgedir; 6.0 ~ 15.0 mikron uzak kızılötesi bölgedir; 15.0 ~ 1000 mikron aşırı uzak kızılötesi alandır. Farklı nesnelerin kızılötesi ışığı emme konusunda farklı yetenekleri vardır. Aynı nesnenin bile farklı dalga boylarındaki kızılötesi ışığı absorbe etme yeteneği farklıdır. Bu nedenle, kızılötesi ısıtma uygulamasında, radyasyon enerjisi elde etmek için ısıtılacak nesnenin soğurma dalga boyu aralığında yoğunlaşması için ısıtılacak nesnenin türüne göre uygun bir kızılötesi radyasyon kaynağı seçilmelidir. iyi bir ısıtma etkisi.
Elektrikli kızılötesi ısıtma aslında bir radyasyon kaynağı yapmak için radyatör olarak tungsten, demir-nikel veya nikel-krom alaşımı gibi malzemeleri kullanan özel bir dirençli ısıtma şeklidir. Enerji verildikten sonra, direncinin oluşturduğu ısı nedeniyle ısı radyasyonu üretir. Yaygın olarak kullanılan elektrikli kızılötesi ısıtma radyasyon kaynakları, lamba tipi (yansıtıcı tip), tüp tipi (kuvars tüp tipi) ve plaka tipidir (düz tip). Lamba türü, radyatör olarak tungsten tel kullanan ve genel bir aydınlatma ampulü gibi inert gazla doldurulmuş bir cam kabuk içinde kapatılan kızılötesi bir ampuldür. Radyatör, enerji verildikten sonra ısı üretir (sıcaklık, genel aydınlatma ampullerinden daha düşüktür) ve dalga boyu yaklaşık 1,2 mikron olan büyük miktarda kızılötesi ışın yayar. Cam kabuğun iç duvarı bir yansıtıcı katmanla kaplanmışsa, kızılötesi ışınlar tek yönde yoğunlaştırılabilir, bu nedenle lamba tipi kızılötesi radyasyon kaynağına yansıtıcı kızılötesi radyatör de denir. Tüp tipi kızılötesi radyasyon kaynağının tüpü, ortasında bir tungsten tel bulunan kuvars camdan yapılmıştır, bu nedenle aynı zamanda bir kuvars tüp tipi kızılötesi radyatör olarak da adlandırılır. Lamba tipi ve tüp tipi tarafından yayılan kızılötesi ışığın dalga boyu 0.7-3 mikron aralığındadır ve çalışma sıcaklığı nispeten düşüktür. Genellikle ışık ve tekstil endüstrilerinde ısıtma, pişirme, kurutma, medikal tedavide infrared fizyoterapi amaçlı kullanılır. Plaka tipi kızılötesi radyasyon kaynağının radyasyon yüzeyi, düz dirençli bir levhadan oluşan düz bir yüzeydir. Dirençli levhanın önü büyük yansıma katsayısına sahip bir malzeme ile kaplanır ve arka yüzü düşük yansıma katsayısına sahip bir malzeme ile kaplanır, böylece ısı enerjisinin çoğu önden yayılır. Plakalı tipin çalışma sıcaklığı 1000 ℃'un üzerine çıkabilmekte olup, çelik malzeme ve büyük çaplı boru ve konteyner kaynaklarının tavlanmasında kullanılabilir.
Kızılötesi güçlü nüfuz etme kabiliyetine sahip olduğundan, nesneler tarafından absorbe edilmesi kolaydır ve nesneler tarafından absorbe edildiğinde anında ısı enerjisine dönüştürülür; Kızılötesi ısıtmadan önceki ve sonraki enerji kaybı azdır, sıcaklığın kontrol edilmesi kolaydır ve ısıtma kalitesi yüksektir. Bu nedenle, kızılötesi ısıtma uygulaması hızla gelişmektedir.
Orta ısıtma
Yalıtım malzemesini ısıtmak için yüksek frekanslı bir elektrik alanı kullanın. Ana ısıtma nesnesi dielektriktir. Dielektrik alternatif bir elektrik alanına yerleştirildiğinde, tekrar tekrar polarize edilecektir (elektrik alanın etkisi altında, eşit miktarda zıt kutup yükü dielektriğin yüzeyinde veya içinde görünür), böylece elektrik enerjisini elektrik alanı ısıya dönüşür.
Orta ısıtma için kullanılan elektrik alanın frekansı çok yüksektir. Orta, kısa dalga ve ultra kısa dalga bantlarında frekans, yüksek frekanslı dielektrik ısıtma olarak adlandırılan yüzlerce kilohertz ila 300 MHz arasındadır. 300 MHz'den yüksekse ve mikrodalga bandına ulaşırsa, buna mikrodalga dielektrik ısıtma denir. Genellikle yüksek frekanslı dielektrik ısıtma, iki plaka arasındaki elektrik alanında gerçekleştirilir; mikrodalga dielektrik ısıtma, dalga kılavuzunun, rezonans boşluğunun veya mikrodalga anteninin radyasyon alanı altında gerçekleştirilir.
Dielektrik, yüksek frekanslı bir elektrik alanında ısıtıldığında, birim hacminde çekilen elektrik gücü P=0.566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
Isı ile ifade edilirse:
H=1.33fEεrtgδ × 10 (cal / sn · cm)
F yüksek frekanslı elektrik alanının frekansı olduğunda, εr dielektriğin göreceli geçirgenliğidir, δ dielektrik kayıp açısıdır ve E elektrik alan kuvvetidir. Formülden, yüksek frekanslı elektrik alanından dielektrik tarafından çekilen elektrik gücünün, elektrik alan kuvveti E'nin karesi, elektrik alanın frekansı f ve dielektriğin kayıp açısı δ ile orantılı olduğu görülebilir. . E ve f, uygulanan elektrik alanı tarafından belirlenir ve εr, dielektriğin kendisinin doğasına bağlıdır. Bu nedenle, orta ısıtmanın amacı esas olarak büyük orta kayıplı malzemedir.
Orta ısıtma, çünkü ısı dielektrik (ısıtılacak nesne) içinde üretilir, diğer harici ısıtma ile karşılaştırıldığında, ısıtma hızı hızlıdır, termal verimlilik yüksektir ve ısıtma üniformdur.
Ortam ısıtması, endüstride, kuru tahılda, kağıtta, odunda ve diğer lifli malzemelerdeki termal jeli ısıtabilir; aynı zamanda, kalıplamadan önce plastiği önceden ısıtabilir ve kauçuk vulkanizasyonunu ve ahşap, plastiği, vb. birleştirebilir. Uygun bir elektrik alanı frekansı ve cihazı seçmek, kontrplağın kendisini etkilemeden, kontrplağı ısıtırken yalnızca yapışkan tutkalı ısıtabilir. Homojen malzemeler için ısıtma bir bütün olarak yapılabilir.