Il riscaldatore elettrico è un apparecchio di riscaldamento elettrico popolare a livello internazionale.Viene utilizzato per il riscaldamento, la conservazione del calore e il riscaldamento di fluidi liquidi e gassosi.Quando il mezzo riscaldante passa attraverso la camera di riscaldamento del riscaldatore elettrico sotto l'azione della pressione, il principio della termodinamica dei fluidi viene utilizzato per eliminare uniformemente l'enorme calore generato dall'elemento riscaldante elettrico, in modo che la temperatura del mezzo riscaldato possa soddisfare le esigenze tecnologiche dell’utente.
Riscaldamento a resistenza
Utilizza l'effetto Joule della corrente elettrica per convertire l'energia elettrica in energia termica per riscaldare gli oggetti.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 e, quando scorre corrente, l'oggetto da riscaldare (come un ferro da stiro elettrico) si riscalderà.Gli oggetti che possono essere riscaldati direttamente resistivamente devono essere conduttori con elevata resistività.Poiché il calore viene generato dall'oggetto riscaldato stesso, appartiene al riscaldamento interno e l'efficienza termica è molto elevata.Il riscaldamento a resistenza indiretta richiede materiali in lega speciale o materiali non metallici per realizzare elementi riscaldanti, che generano energia termica e la trasmettono all'oggetto riscaldato attraverso irraggiamento, convezione e conduzione.Poiché l'oggetto da riscaldare e l'elemento riscaldante sono divisi in due parti, i tipi di oggetti da riscaldare generalmente non sono limitati e l'operazione è semplice.
Il materiale utilizzato per l'elemento riscaldante del riscaldamento a resistenza indiretto richiede generalmente un'elevata resistività, un piccolo coefficiente di resistenza alla temperatura, una piccola deformazione ad alta temperatura e non è facile da infragilire.Comunemente utilizzati sono materiali metallici come leghe ferro-alluminio, leghe nichel-cromo e materiali non metallici come carburo di silicio e disiliciuro di molibdeno.La temperatura di esercizio degli elementi riscaldanti metallici può raggiungere 1000～1500℃ a seconda del tipo di materiale;la temperatura di esercizio degli elementi riscaldanti non metallici può raggiungere 1500 ~ 1700 ℃.Quest'ultimo è di facile installazione e può essere sostituito da un forno caldo, ma necessita di un regolatore di tensione durante il funzionamento e ha una durata inferiore a quella degli elementi riscaldanti in lega.Viene generalmente utilizzato in forni ad alta temperatura, luoghi in cui la temperatura supera la temperatura di esercizio consentita degli elementi riscaldanti metallici e in alcune occasioni speciali.
Riscaldamento a induzione
Il conduttore stesso viene riscaldato dall'effetto termico formato dalla corrente indotta (corrente parassita) 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 comprende la frequenza industriale (50-60 Hz), la frequenza intermedia (60-10.000 Hz) e l'alta frequenza (superiore a 10.000 Hz).L'alimentatore a frequenza di rete è un alimentatore CA comunemente utilizzato nell'industria e la maggior parte della frequenza di rete nel mondo è 50 Hz.La tensione applicata al dispositivo a induzione dall'alimentatore a frequenza industriale per il riscaldamento a induzione deve essere regolabile.A seconda della potenza dell'apparecchio di riscaldamento e della capacità della rete di alimentazione, è possibile utilizzare un alimentatore ad alta tensione (6-10 kV) per fornire energia attraverso un trasformatore;l'apparecchio di riscaldamento può anche essere collegato direttamente ad una rete elettrica a bassa tensione a 380 volt.
L'alimentatore a frequenza intermedia utilizza da molto tempo il gruppo elettrogeno a frequenza intermedia.È costituito da un generatore di frequenza intermedia e da un motore asincrono di guida.La potenza di uscita di tali unità è generalmente compresa tra 50 e 1000 kilowatt.Con lo sviluppo della tecnologia elettronica di potenza, è stata utilizzata l'alimentazione a frequenza intermedia con inverter a tiristori.Questo alimentatore a frequenza intermedia utilizza un tiristore per convertire prima la corrente alternata della frequenza industriale in corrente continua, quindi convertire la corrente continua in corrente alternata della frequenza richiesta.A causa delle dimensioni ridotte, del peso leggero, dell'assenza di rumore, del funzionamento affidabile, ecc. di questa apparecchiatura di conversione di frequenza, ha gradualmente sostituito il gruppo elettrogeno a frequenza intermedia.
L'alimentatore ad alta frequenza utilizza solitamente un trasformatore per aumentare la tensione trifase da 380 volt a un'alta tensione di circa 20.000 volt, quindi utilizza un tiristore o un raddrizzatore al silicio ad alta tensione per rettificare la corrente alternata della frequenza di alimentazione in corrente continua, e quindi utilizzare un tubo oscillatore elettronico per rettificare la frequenza di alimentazione.La corrente continua viene convertita in corrente alternata ad alta frequenza e alta tensione.La potenza di uscita delle apparecchiature di alimentazione ad alta frequenza varia da decine di kilowatt a centinaia di kilowatt.
Gli oggetti riscaldati per induzione devono essere conduttori.Quando la corrente alternata ad alta frequenza passa attraverso il conduttore, il conduttore produce un effetto pelle, ovvero la densità di corrente sulla superficie del conduttore è elevata e la densità di corrente al centro del conduttore è ridotta.
Il riscaldamento a induzione può riscaldare uniformemente l'oggetto nel suo insieme e lo strato superficiale;può sentire l'odore del metallo;ad alta frequenza, modifica la forma della bobina di riscaldamento (nota anche come induttore) e può anche eseguire un riscaldamento locale arbitrario.
Riscaldamento ad arco
Utilizzare 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 elevata ma la corrente è molto elevata e la sua forte corrente è mantenuta da un gran numero di ioni evaporati sull'elettrodo, quindi l'arco viene 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 dei metalli ad alta temperatura.
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 dell'arco del riscaldamento ad arco indiretto non passa attraverso l'oggetto riscaldato e viene riscaldata principalmente dal calore irradiato dall'arco.Le caratteristiche del riscaldamento ad arco sono: elevata temperatura dell'arco ed energia concentrata.Tuttavia, il rumore dell'arco è elevato e le sue caratteristiche volt-ampere sono caratteristiche di resistenza negativa (caratteristiche di caduta).Per mantenere la stabilità dell'arco quando l'arco viene riscaldato, il valore istantaneo della tensione del circuito è maggiore del valore della tensione di inizio arco quando la corrente dell'arco attraversa istantaneamente lo zero e per limitare la corrente di cortocircuito, una resistenza di un certo valore deve essere collegata in serie nel circuito di potenza.
Riscaldamento con fascio di elettroni
La superficie dell'oggetto viene riscaldata bombardando la superficie dell'oggetto con elettroni che si muovono ad alta velocità sotto l'azione di un campo elettrico.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 catodo, condensatore, anodo, lente elettromagnetica e bobina di deflessione.L'anodo è messo a terra, il catodo è collegato alla posizione negativa alta, il raggio focalizzato è solitamente allo stesso potenziale del catodo e tra il catodo e l'anodo si forma un campo elettrico accelerazione.Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati ad una velocità molto elevata sotto l'azione del campo elettrico accelerante, focalizzato dalla lente elettromagnetica, e quindi controllato dalla bobina di deflessione, in modo che il fascio di elettroni sia diretto verso l'oggetto riscaldato in un certo direzione.
I vantaggi del riscaldamento con fascio di elettroni sono: (1) Controllando il valore corrente Ie del fascio di elettroni, la potenza di riscaldamento può essere modificata facilmente e rapidamente;(2) La parte riscaldata può essere cambiata liberamente oppure l'area della parte bombardata dal fascio di elettroni può essere regolata liberamente utilizzando la lente elettromagnetica;Aumentare la densità di potenza in modo che il materiale nel punto bombardato evapori istantaneamente.
Riscaldamento a infrarossi
Utilizzando la radiazione infrarossa per irradiare oggetti, dopo che l'oggetto ha assorbito i raggi infrarossi, converte l'energia radiante in energia termica 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 dei raggi infrarossi 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 infrarosso è spesso suddiviso in più bande: 0,75-3,0 micron sono regioni del vicino infrarosso;3,0-6,0 micron sono regioni del medio infrarosso;6,0-15,0 micron sono regioni del lontano infrarosso;15,0-1000 micron sono aree di regioni a infrarossi estremamente lontani.Oggetti diversi hanno capacità diverse di assorbire i raggi infrarossi e anche lo stesso oggetto ha capacità diverse di assorbire raggi infrarossi di diverse lunghezze d'onda.Pertanto, nell'applicazione del riscaldamento a infrarossi, è necessario selezionare un'adeguata sorgente di radiazione infrarossa in base al tipo di oggetto riscaldato, in modo che l'energia di radiazione sia concentrata nell'intervallo di lunghezze d'onda di assorbimento dell'oggetto riscaldato, in modo da ottenere un buon riscaldamento effetto.
Il riscaldamento elettrico a infrarossi è in realtà una forma speciale di riscaldamento a resistenza, ovvero una fonte di radiazione è costituita da materiali come tungsteno, ferro-nichel o lega di nichel-cromo come radiatore.Quando energizzato, genera radiazioni di calore grazie al riscaldamento della resistenza.Le sorgenti di radiazione elettrica di riscaldamento a infrarossi comunemente utilizzate sono del tipo a lampada (tipo a riflessione), del tipo a tubo (tipo a tubo al quarzo) e del tipo a piastra (tipo planare).Il tipo di lampada è una lampadina a infrarossi con un filamento di tungsteno come radiatore e il filamento di tungsteno è sigillato in un guscio di vetro riempito di gas inerte, proprio come una normale lampadina.Dopo che il radiatore è acceso, genera calore (la temperatura è inferiore a quella delle normali lampadine di illuminazione), emettendo così una grande quantità di raggi infrarossi con una lunghezza d'onda di circa 1,2 micron.Se uno strato riflettente è rivestito sulla parete interna del guscio di vetro, i raggi infrarossi possono essere concentrati e irradiati in una direzione, quindi la sorgente di radiazione infrarossa del tipo a lampada è anche chiamata radiatore infrarosso riflettente.Il tubo della sorgente di radiazioni a infrarossi a tubo è realizzato in vetro di quarzo con un filo di tungsteno al centro, quindi è anche chiamato radiatore a infrarossi a tubo di 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 funzionamento è relativamente bassa.La superficie di radiazione della sorgente di radiazioni infrarosse a piastra è una superficie piana, composta da una piastra di resistenza piatta.La parte anteriore della piastra di resistenza è rivestita con un materiale con un coefficiente di riflessione elevato, mentre il lato posteriore è rivestito con un materiale con un coefficiente di riflessione ridotto, quindi la maggior parte dell'energia termica viene irradiata dalla parte anteriore.La temperatura di esercizio del tipo a piastra può raggiungere più di 1000 ℃ e può essere utilizzata per la ricottura di materiali in acciaio e saldature di tubi e contenitori di grande diametro.
Poiché i raggi infrarossi hanno una forte capacità di penetrazione, vengono facilmente assorbiti dagli oggetti e, una volta assorbiti dagli oggetti, vengono immediatamente convertiti in energia termica;la perdita di energia prima e dopo il riscaldamento a infrarossi è ridotta, la temperatura è facile da controllare e la qualità del riscaldamento è elevata.Pertanto, l'applicazione del riscaldamento a infrarossi si è sviluppata rapidamente.
Riscaldamento medio
Il materiale isolante viene riscaldato da un campo elettrico ad alta frequenza.L'oggetto riscaldante principale è il dielettrico.Quando il dielettrico è posto in un campo elettrico alternato, verrà polarizzato ripetutamente (sotto l'azione del campo elettrico, la superficie o l'interno del dielettrico avrà cariche uguali e opposte), convertendo così l'energia elettrica nel campo elettrico in energia termica.
La frequenza del campo elettrico utilizzato per il riscaldamento dielettrico è molto elevata.Nelle bande a onde medie, corte e ultracorte, la frequenza va da diverse centinaia di kilohertz a 300 MHz, che è chiamato riscaldamento del mezzo ad alta frequenza.Se è superiore a 300 MHz e raggiunge la banda delle microonde, si parla di riscaldamento medio a microonde.Solitamente il riscaldamento dielettrico ad alta frequenza viene effettuato nel campo elettrico tra le due piastre polari;mentre il riscaldamento dielettrico a microonde viene effettuato in una guida d'onda, in una cavità risonante o sotto l'irradiazione del campo di radiazione di un'antenna a microonde.
Quando il dielettrico viene riscaldato in un campo elettrico ad alta frequenza, la potenza elettrica assorbita per unità di volume è P=0,566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Se espresso in termini di calore, sarebbe:
H=1.33fEεrtgδ×10 (cal/sec·cm)
dove f è la frequenza del campo elettrico ad alta frequenza, εr è la permettività relativa del dielettrico, δ è l'angolo di perdita dielettrico ed E è l'intensità del campo elettrico.Dalla formula si può vedere 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, mentre εr dipende dalle proprietà del dielettrico stesso.Pertanto, gli oggetti di riscaldamento medio sono principalmente sostanze con grandi perdite medie.
Nel riscaldamento dielettrico, poiché il calore viene generato all'interno del dielettrico (l'oggetto da riscaldare), la velocità di riscaldamento è elevata, l'efficienza termica è elevata e il riscaldamento è uniforme rispetto ad altri riscaldamenti esterni.
Il riscaldamento dei media può essere utilizzato nell'industria per riscaldare gel termici, grano secco, carta, legno e altri materiali fibrosi;può anche preriscaldare la plastica prima dello stampaggio, così come la vulcanizzazione della gomma e l'incollaggio di legno, plastica, ecc. Scegliendo la frequenza e il dispositivo del campo elettrico appropriati, è possibile riscaldare solo l'adesivo durante il riscaldamento del compensato, senza influenzare il compensato stesso .Per materiali omogenei è possibile il riscaldamento in massa.
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Orario di pubblicazione: 11 marzo 2022