L'efecte Joule del corrent elèctric s'utilitza per convertir l'energia elèctrica en calor per escalfar objectes. Normalment es divideix en calefacció per resistència directa i calefacció per resistència indirecta. La tensió d'alimentació del primer s'aplica directament a l'objecte escalfat i, quan flueix el corrent, el propi objecte escalfat (com ara un ferro escalfat elèctricament) s'escalfa. Un objecte que es pot escalfar directament resistivament ha de ser un conductor, però amb una resistivitat elevada. Com que la calor es genera a partir del propi objecte escalfat, pertany a la calefacció interna i l'eficiència tèrmica és alta. L'escalfament de resistència indirecta ha d'estar fet de materials d'aliatge especials o materials no metàl·lics per fer elements de calefacció, que generen energia tèrmica i es transmeten a l'objecte escalfat mitjançant radiació, convecció i conducció. Com que l'objecte escalfat i l'element calefactor es divideixen en dues parts, el tipus d'objecte escalfat generalment no es limita i és fàcil d'utilitzar.
Els materials utilitzats en l'element de calefacció de la calefacció per resistència indirecta generalment requereixen una gran resistivitat, un petit coeficient de temperatura de resistència, una petita deformació a alta temperatura i no fàcil de fragilitzar. Els més utilitzats són l'aliatge de ferro-alumini, l'aliatge de níquel-crom i altres materials metàl·lics i el carbur de silici, el disilicid de molibdè i altres materials no metàl·lics. La temperatura màxima de treball dels elements de calefacció metàl·lics pot arribar als 1000 ~ 1500 graus segons el tipus de material; La temperatura màxima de treball dels elements de calefacció no metàl·lics pot arribar als 1500 ~ 1700 graus. Aquest últim és fàcil d'instal·lar i es pot substituir per un forn calent, però necessita un dispositiu de regulació de pressió quan es treballa, i la seva vida útil és més curta que la dels elements de calefacció d'aliatge, i s'utilitza generalment en forns d'alta temperatura, llocs on el la temperatura supera la temperatura màxima de funcionament permesa pels elements de calefacció de material metàl·lic i algunes ocasions especials. L'efecte tèrmic del propi conductor s'escalfa pel corrent induït (corrent de Foucault) generat pel conductor en un camp electromagnètic altern. Segons els diferents requisits del procés de calefacció, la freqüència de la font d'alimentació de CA utilitzada en la calefacció per inducció és la freqüència d'alimentació (50 ~ 60 kHz), la freqüència mitjana (60 ~ 10000 Hz) i l'alta freqüència (superior a 10000 Hz). La font d'alimentació de freqüència d'alimentació s'utilitza generalment a la font d'alimentació de CA de la indústria, la majoria dels països del món la freqüència d'alimentació és de 50 Hz. La tensió aplicada al dispositiu d'inducció per la font d'alimentació de freqüència elèctrica per a la calefacció per inducció ha de ser ajustable. Segons la potència de l'equip de calefacció i la capacitat de la xarxa d'alimentació, la font d'alimentació (6 ~ 10 kV) es pot utilitzar per subministrar energia a través del transformador; El dispositiu de calefacció també es pot connectar directament a la xarxa de baixa tensió de 380 volts.
La font d'alimentació de freqüència mitjana ha utilitzat grups electrògens de freqüència mitjana durant molt de temps. Consta d'un generador de freqüència mitjana i un motor asíncron d'accionament. La potència de sortida d'aquesta unitat és generalment en el rang de 50 ~ 1000 quilowatts. Amb el desenvolupament de la tecnologia d'electrònica de potència, s'han utilitzat fonts d'alimentació de mitjana freqüència inversora de tiristor. Aquesta font d'alimentació de freqüència mitjana utilitza tiristors per convertir el corrent altern de freqüència d'alimentació en corrent continu i després convertir el corrent continu en corrent altern de la freqüència requerida. A causa de la petita mida, pes lleuger, sense soroll, funcionament fiable, etc. d'aquest equip de conversió de freqüència, ha substituït gradualment el grup electrògen de freqüència mitjana.
La font d'alimentació d'alta freqüència utilitza normalment un transformador per elevar la tensió trifàsica de 380 volts a una alta tensió d'uns 20,000 volts, i després utilitza un tiristor o un element rectificador de silici d'alta tensió per rectificar la freqüència d'alimentació. corrent altern en corrent continu, i després utilitza un oscil·lador electrònic per convertir el corrent continu en corrent altern d'alta freqüència i alt voltatge. La potència de sortida dels equips d'alimentació d'alta freqüència oscil·la entre desenes de quilowatts i centenars de quilowatts.
Els objectes que s'escalfen de manera inductiva han de ser conductors. Quan el corrent alterna d'alta freqüència passa pel conductor, el conductor produeix un efecte pell, és a dir, la densitat de corrent superficial del conductor és gran i la densitat de corrent del centre del conductor és petita.
La calefacció per inducció pot escalfar l'objecte de manera uniforme i la superfície en conjunt; Pot fondre metalls; A les bandes d'alta freqüència, canviar la forma de la bobina de calefacció (també coneguda com a inductor) també es pot utilitzar per a l'escalfament local arbitrari. Escalfar objectes mitjançant les altes temperatures generades per un arc elèctric. L'arc és una descàrrega de gas entre dos elèctrodes. La tensió de l'arc no és alta, però el corrent és gran i el seu fort corrent es manté per un gran nombre d'ions evaporats a l'elèctrode, de manera que l'arc es veu fàcilment afectat pel camp magnètic circumdant. Quan es forma un arc entre els elèctrodes, la temperatura de la columna d'arc pot arribar als 3000 ~ 6000K, la qual cosa és adequada per a la fusió de metalls a alta temperatura.
Hi ha dos tipus d'escalfament d'arc: escalfament d'arc directe i indirecte. El corrent d'arc escalfat per l'arc directe passa directament a través de l'objecte escalfat, que ha de ser un elèctrode o mitjà de l'arc. El corrent d'arc escalfat per arc indirecte no travessa l'objecte escalfat, sinó que s'escalfa principalment per la calor irradiada per l'arc. Les característiques de l'escalfament d'arc són: alta temperatura de l'arc, concentració d'energia i la potència superficial de la piscina del forn d'arc de fabricació d'acer pot arribar a 560 ~ 1200 kW / metre quadrat. No obstant això, el soroll de l'arc és gran i la seva característica volt-amper és una característica de resistència negativa (característica de caiguda). Per mantenir l'estabilitat de l'arc quan l'arc s'escalfa, el valor instantani de la tensió del circuit és més gran que el valor de la tensió inicial quan el corrent d'arc creua zero, i per limitar el corrent de curtcircuit, una resistència de un determinat valor s'ha de connectar en sèrie al circuit d'alimentació. Els electrons que es mouen a gran velocitat sota l'acció d'un camp elèctric s'utilitzen per bombardejar la superfície d'un objecte i escalfar-lo. El component principal per a l'escalfament del feix d'electrons és el generador de feix d'electrons, també conegut com el canó d'electrons. El canó d'electrons es compon principalment de càtode, polielèctrode de feix, ànode, lent electromagnètica i bobina de deflexió. L'ànode està connectat a terra, el càtode està connectat a la posició alta negativa, el feix d'enfocament sol tenir el mateix potencial que el càtode i es forma un camp elèctric accelerat entre el càtode i l'ànode. Els electrons emesos pel càtode s'acceleren a una velocitat molt alta sota l'acció del camp elèctric accelerador, enfocat per la lent electromagnètica, i després controlats per la bobina de deflexió, de manera que el feix d'electrons dispara cap a l'objecte escalfat en una direcció determinada. .
Els avantatges de l'escalfament del feix d'electrons són: (1) controlar el valor actual, és a dir, del feix d'electrons, que pot canviar fàcilment i ràpidament la potència de calefacció; (2) La lent electromagnètica es pot utilitzar per canviar lliurement la part escalfada o l'àrea de la part de bombardeig del feix d'electrons es pot ajustar lliurement; (3) La densitat de potència es pot augmentar de manera que la substància al punt de bombardeig s'evapori en un instant. Utilitzant objectes de radiació infraroja, l'objecte absorbeix els raigs infrarojos, converteix l'energia radiant en energia tèrmica i l'escalfa.
L'infrarojo és una ona electromagnètica. A l'espectre solar, més enllà de l'extrem vermell de la llum visible, hi ha una forma invisible d'energia radiant. A l'espectre electromagnètic, el rang de longitud d'ona de l'infraroig està entre {{0}},75~1{{10}}00 micres i la freqüència l'interval està entre 3×1{{20}}~4×10 kHz. En aplicacions industrials, l'espectre infraroig sovint es divideix en diverses bandes: 0,75 ~ 3,0 micres per a la regió de l'infraroig proper; 3,0 ~ 6,0 micres per a la regió d'infraroig mitjà; 6,0 ~ 15,0 micres per a la regió infraroja llunyana; 15,0 ~ 1000 micres per a la regió infraroja extremadament llunyana. Diferents objectes tenen diferents capacitats per absorbir raigs infrarojos, fins i tot si el mateix objecte té diferents capacitats per absorbir raigs infrarojos de diferents longituds d'ona. Per tant, l'aplicació de calefacció infraroja, segons el tipus d'objecte escalfat, seleccioneu la font de radiació infraroja adequada, de manera que l'energia de radiació es concentri en el rang de longitud d'ona d'absorció de l'objecte escalfat per obtenir un bon efecte de calefacció.
La calefacció elèctrica per infrarojos és en realitat una forma especial d'escalfament per resistència, és a dir, materials com el tungstè, el ferro-níquel o l'aliatge de níquel-crom s'utilitzen com a radiadors per fer fonts de radiació. Quan s'activa, es genera radiació tèrmica a causa de la calor generada per la seva resistència. Les fonts de radiació de calefacció infraroja elèctrica que s'utilitzen habitualment són el tipus de làmpada (reflectant), el tipus de tub (tipus de tub de quars) i el tipus de placa (tipus pla). El tipus de làmpada és una bombeta d'infrarojos, amb un filament de tungstè com a radiador, i el filament de tungstè està segellat en una carcassa de vidre plena de gas inert, igual que les bombetes d'il·luminació normals. Quan el radiador s'activa, s'escalfa (la temperatura és inferior a la d'una bombeta normal), emetent així una gran quantitat de raigs infrarojos amb una longitud d'ona d'unes 1,2 micres. Si la paret interior de la carcassa de vidre està coberta amb una capa reflectant, els raigs infrarojos es poden concentrar en una direcció, de manera que les fonts de radiació infraroja de tipus làmpada també s'anomenen emissors infrarojos reflectants. El tub de la font de radiació infraroja tubular està fet de vidre de quars i un cable de tungstè es troba al mig, per la qual cosa també s'anomena emissor d'infrarojos tubulars de quars. La longitud d'ona de l'infraroig emesa pel tipus de làmpada i el tipus de tub està en el rang de 0.7 ~ 3 micres, i la temperatura de treball és baixa, que s'utilitza generalment per escalfar, coure, assecar i fisioteràpia infraroja a la llum. i indústria tèxtil. La superfície de radiació de la font de radiació infraroja de tipus placa és un pla, compost per una placa de resistència plana, la part frontal de la placa de resistència està recoberta amb un material amb un gran coeficient de reflexió i el revers està recobert amb un material amb un petit coeficient de reflexió, de manera que la major part de l'energia tèrmica s'irradia pel davant. La temperatura de treball del tipus de placa pot arribar a més de 1.000 graus, que es pot utilitzar per al recuit de soldadures de materials d'acer i canonades i contenidors de gran diàmetre.
Com que l'infrarojo té una forta capacitat de penetració, és fàcil de ser absorbit pels objectes, i un cop absorbit pels objectes, es converteix immediatament en energia tèrmica; La pèrdua d'energia abans i després de la calefacció per infrarojos és petita, la temperatura és fàcil de controlar i la qualitat de la calefacció és alta, per tant, l'aplicació de la calefacció per infrarojos s'està desenvolupant ràpidament. Els camps elèctrics d'alta freqüència s'utilitzen per escalfar materials aïllants. El principal objecte de calefacció és el dielèctric. Quan el dielèctric es col·loca en un camp elèctric altern, es polaritzarà repetidament (el fenomen que el dielèctric té una quantitat igual de càrrega de polaritat oposada a la seva superfície o a l'interior sota l'acció del camp elèctric), convertint així l'energia elèctrica en el camp elèctric en energia tèrmica.
La freqüència de camp elèctric utilitzada per a la calefacció mitjana és alta. A les bandes d'ona mitjana, curta i ultracurta, la freqüència és de diversos centenars de quilohertzs a 300 MHz, que s'anomena escalfament mitjà d'alta freqüència, i si és superior a 300 MHz i arriba a la banda de microones, s'anomena microones. escalfament mitjà. Normalment l'escalfament mitjà d'alta freqüència es realitza en el camp elèctric entre les dues plaques; L'escalfament mitjà de microones es realitza sota el camp de radiació de guies d'ones, ressonadors o antenes de microones.
Quan el dielèctric s'escalfa en un camp elèctric d'alta freqüència, la potència elèctrica extreta en la unitat de volum és P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Si s'expressa en calor, és:
H=1,33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
on f és la freqüència del camp elèctric d'alta freqüència, εr és la permitivitat relativa del dielèctric, δ és l'angle de pèrdua dielèctrica i E és la intensitat del camp elèctric. Es pot veure a partir de la fórmula que l'energia elèctrica extreta pel dielèctric del camp elèctric d'alta freqüència és proporcional al quadrat de la intensitat del camp elèctric E, la freqüència f del camp elèctric i l'angle de pèrdua δ del dielèctric. . E i f estan determinats pel camp elèctric aplicat, mentre que εr depèn de les propietats del propi dielèctric. Per tant, l'objecte d'escalfament mitjà és principalment la substància amb gran pèrdua dielèctrica.
Com que la calor es genera dins del dielèctric (l'objecte que s'escalfa), la velocitat d'escalfament és ràpida, l'eficiència tèrmica és alta i l'escalfament és uniforme en comparació amb altres escalfaments externs.
La calefacció de mitjans es pot utilitzar industrialment per escalfar termogels per assecar gra, paper, fusta i altres materials fibrosos; També és possible preescalfar els plàstics abans de l'emmotllament, així com la vulcanització del cautxú i l'enllaç de fusta, plàstics, etc. Escollint la freqüència de camp elèctric i el dispositiu adequats només pot escalfar l'adhesiu quan s'escalfa la fusta contraxapada, sense afectar la pròpia fusta contraxapada. Per a materials homogenis, és possible la calefacció integral.
