Az elektromos áram Joule-effektusát arra használják, hogy az elektromos energiát hővé alakítsák, és tárgyakat melegítsenek. Általában közvetlen ellenállásfűtésre és közvetett ellenállásfűtésre osztják. Az előbbi tápfeszültsége közvetlenül a fűtött tárgyra kerül, és amikor áram folyik, maga a felmelegített tárgy (például egy elektromos fűtésű vasaló) felmelegszik. A közvetlenül rezisztíven fűthető tárgynak vezetőnek kell lennie, de nagy ellenállással. Mivel a hő magából a fűtött tárgyból keletkezik, ez a belső fűtéshez tartozik, és a hőhatékonyság magas. A közvetett ellenállásfűtést speciális ötvözött anyagokból vagy nem fémes anyagokból kell készíteni, hogy fűtőelemeket állítsanak elő, amelyek hőenergiát termelnek, és sugárzással, konvekcióval és vezetéssel továbbítják a felmelegített tárgyhoz. Mivel a fűtött tárgy és a fűtőelem két részre van osztva, a fűtött tárgy típusa általában nem korlátozott és könnyen kezelhető.
A közvetett ellenállásfűtés fűtőelemében használt anyagok általában nagy fajlagos ellenállást, kis ellenállási hőmérsékleti együtthatót, magas hőmérsékleten kis deformációt igényelnek, és nem könnyen töredeznek. Általában a vas-alumínium ötvözet, a nikkel-króm ötvözet és más fémanyagok, valamint a szilícium-karbid, molibdén-diszilicid és egyéb nemfémes anyagok. A fém fűtőelemek maximális üzemi hőmérséklete az anyag típusától függően elérheti az 1000-1500 fokot; A nem fém fűtőelemek maximális üzemi hőmérséklete elérheti az 1500-1700 fokot. Ez utóbbi könnyen beépíthető, forró kemencével helyettesíthető, de működése során nyomásszabályozó berendezésre van szüksége, élettartama pedig rövidebb, mint az ötvözött fűtőelemeké, és általában magas hőmérsékletű kemencékben használják, olyan helyeken, ahol a hőmérséklet meghaladja a fémből készült fűtőelemek és néhány különleges alkalom által megengedett maximális üzemi hőmérsékletet. Magának a vezetőnek a termikus hatását a vezető által váltakozó elektromágneses térben keltett indukált áram (örvényáram) melegíti fel. A különböző fűtési folyamat követelményeinek megfelelően az indukciós fűtésben használt váltakozó áramú tápegység frekvenciája teljesítményfrekvencia (50–60 kHz), közepes frekvencia (60–10000 Hz) és magas frekvencia (10000 Hz-nél nagyobb). A tápfrekvenciás tápegységet általában az ipari váltóáramú tápegységben használják, a világ legtöbb országában az áramfrekvencia 50 Hz. Az indukciós fűtéshez az indukciós eszközre adott feszültségnek állíthatónak kell lennie. A fűtőberendezés teljesítményétől és az áramellátó hálózat kapacitásától függően a tápegység (6~10 kV) a transzformátoron keresztül áramellátásra használható; A fűtőberendezés közvetlenül a 380 voltos kisfeszültségű hálózatra is csatlakoztatható.
A középfrekvenciás tápegység hosszú ideig használt közepes frekvenciájú generátorkészleteket. Egy középfrekvenciás generátorból és egy meghajtó aszinkron motorból áll. Ennek az egységnek a kimenő teljesítménye általában 50-1000 kilowatt tartományba esik. A teljesítményelektronikai technológia fejlődésével a tirisztoros inverteres középfrekvenciás tápegységeket alkalmazták. Ez a közepes frekvenciájú tápegység tirisztorokkal alakítja át a teljesítményfrekvenciás váltóáramot egyenárammá, majd az egyenáramot alakítja át a szükséges frekvenciájú váltakozó árammá. Ennek a frekvenciaváltó berendezésnek a kis mérete, könnyű súlya, zajmentessége, megbízható működése stb. miatt fokozatosan felváltotta a középfrekvenciás generátorkészletet.
A nagyfrekvenciás tápegység általában transzformátor segítségével emeli fel a háromfázisú 380 voltos feszültséget körülbelül 20, 000 voltos nagyfeszültségre, majd tirisztort vagy nagyfeszültségű szilícium egyenirányító elemet használ a tápfrekvencia egyenirányításához. váltóáramot egyenárammá, majd elektronikus oszcillátor segítségével alakítja át az egyenáramot nagyfrekvenciás, nagyfeszültségű váltakozó árammá. A nagyfrekvenciás tápegységek kimenő teljesítménye több tíz kilowatttól több száz kilowattig terjed.
Az induktív fűtésű tárgyaknak vezetőknek kell lenniük. Amikor nagyfrekvenciás váltóáram halad át a vezetőn, a vezető bőrhatást vált ki, vagyis a vezető felületi áramsűrűsége nagy, a vezető középpontjának áramsűrűsége kicsi.
Az indukciós fűtés egyenletesen melegítheti a tárgyat és a felület egészét; Megolvaszthatja a fémeket; A nagyfrekvenciás sávokban a fűtőtekercs (más néven induktor) alakjának megváltoztatása tetszőleges helyi fűtésre is használható. Tárgyak felmelegítése elektromos ív által generált magas hőmérséklettel. Az ívelés két elektróda közötti gázkisülés. Az ív feszültsége nem nagy, de az áramerőssége nagy, erős áramát az elektródán elpárolgott nagyszámú ion tartja fenn, így az ívet könnyen befolyásolja a környező mágneses tér. Amikor az elektródák között ív képződik, az ívoszlop hőmérséklete elérheti a 3000-6000 K-t, ami alkalmas fémek magas hőmérsékletű olvasztására.
Kétféle ívfűtés létezik: közvetlen és közvetett ívfűtés. A közvetlen ív által felmelegített íváram közvetlenül áthalad a fűtött tárgyon, amely az ív elektródája vagy közege kell, hogy legyen. A közvetett ív által felmelegített íváram nem halad át a fűtött tárgyon, hanem főként az ív által kisugárzott hő által melegszik fel. Az ívfűtés jellemzői: magas ívhőmérséklet, energiakoncentráció, és az acélgyártó ívkemence medence felületi teljesítménye elérheti az 560-1200 kW/négyzetmétert. Az ív zaja azonban nagy, volt-amper karakterisztikája pedig negatív ellenálláskarakterisztika (esési karakterisztika). Az ív felmelegedésekor az ív stabilitásának megőrzése érdekében az áramköri feszültség pillanatnyi értéke nagyobb, mint az indító feszültség értéke, amikor az íváram átlépi a nullát, és a rövidzárlati áram korlátozása érdekében egy ellenállást egy bizonyos értéket sorba kell kötni a tápáramkörben. Az elektromos tér hatására nagy sebességgel mozgó elektronokat egy tárgy felületének bombázására és felmelegítésére használják. Az elektronsugaras fűtés fő alkatrésze az elektronsugár generátor, más néven elektronágyú. Az elektronágyú főként katódból, nyaláb polielektródából, anódból, elektromágneses lencséből és eltérítő tekercsből áll. Az anód földelve van, a katód a negatív magas pozícióba van kötve, a fókuszáló nyaláb általában azonos potenciállal rendelkezik a katóddal, a katód és az anód között gyorsított elektromos tér jön létre. A katód által kibocsátott elektronok a gyorsuló elektromos tér hatására nagyon nagy sebességre felgyorsulnak, az elektromágneses lencse fókuszálja, majd az eltérítő tekercs vezérli, így az elektronsugár a felhevült tárgy felé egy bizonyos irányba lő. .
Az elektronsugaras fűtés előnyei a következők: (1) szabályozza az elektronsugár áramértékét Ie, amellyel könnyen és gyorsan változtatható a fűtési teljesítmény; (2) Az elektromágneses lencse használható a fűtött rész szabad megváltoztatására, vagy az elektronsugaras bombázási rész területe szabadon beállítható; (3) A teljesítménysűrűség növelhető úgy, hogy a bombázási ponton lévő anyag egy pillanat alatt elpárolog. Az infravörös sugárzást sugárzó tárgyak segítségével a tárgy elnyeli az infravörös sugarakat, a sugárzó energiát hőenergiává alakítja és felmelegíti.
Az infravörös egy elektromágneses hullám. A nap spektrumában, a látható fény vörös végén túl, a sugárzó energia egy láthatatlan formája található. Az elektromágneses spektrumban az infravörös hullámhossz-tartománya {{0}},75-1{{10}}00 mikron és a frekvencia között van. tartomány 3×1{{20}}~4×10 kHz. Ipari alkalmazásokban az infravörös spektrumot gyakran több sávra osztják: 0,75-3,0 mikron a közeli infravörös tartományban; 3,0-6,0 mikron a középső infravörös tartományhoz; 6,0-15,0 mikron a távoli infravörös tartományhoz; 15,0-1000 mikron a rendkívül távoli infravörös tartományhoz. A különböző objektumok eltérő módon képesek elnyelni az infravörös sugarakat, még akkor is, ha ugyanaz az objektum eltérő módon képes elnyelni a különböző hullámhosszúságú infravörös sugarakat. Ezért az infravörös fűtés alkalmazásakor a fűtött tárgy típusának megfelelően válassza ki a megfelelő infravörös sugárforrást, hogy a sugárzási energia a fűtött tárgy abszorpciós hullámhossz-tartományában koncentrálódjon a jó fűtőhatás elérése érdekében.
Az elektromos infrafűtés tulajdonképpen az ellenállásfűtés egy speciális formája, vagyis olyan anyagokat, mint a wolfram, a vas-nikkel vagy a nikkel-króm ötvözet, sugárzóként használnak sugárforrások előállítására. Bekapcsolt állapotban az ellenállása által termelt hő miatt hősugárzás keletkezik. Az általánosan használt elektromos infravörös fűtősugárforrások a lámpa típusú (visszaverő), a cső típusú (kvarccső típusú) és a lemezes típusú (lapos típusúak). A lámpa típusa infravörös izzó, wolfram izzószál a radiátor, a wolfram izzószál pedig inert gázzal töltött üveghéjba van zárva, akárcsak a hagyományos izzók. Amikor a radiátor feszültség alá kerül, felmelegszik (a hőmérséklete alacsonyabb, mint egy normál izzóé), így nagy mennyiségű, körülbelül 1,2 mikron hullámhosszú infravörös sugarat bocsát ki. Ha az üveghéj belső falát visszaverő réteggel vonják be, az infravörös sugarak egy irányba koncentrálhatók, ezért a lámpa típusú infravörös sugárforrásokat visszaverő infravörös sugárzóknak is nevezik. A cső alakú infravörös sugárforrás csöve kvarcüvegből készült, középen pedig volfrámhuzal található, ezért kvarccső alakú infrasugárzónak is nevezik. A lámpatípusok és csőtípusok által kibocsátott infravörös hullámhossz a 0,7-3 mikron tartományba esik, az üzemi hőmérséklet pedig alacsony, amelyet általában melegítésre, sütésre, szárításra és fényben végzett infrafizioterápiára használnak. és textilipar. A lemezes infravörös sugárforrás sugárzási felülete egy sík, amely lapos ellenálláslemezből áll, az ellenálláslemez elülső oldala nagy visszaverődési együtthatójú anyaggal, a hátoldala pedig olyan anyaggal van bevonva, kis reflexiós együttható, így a hőenergia nagy részét a front sugározza ki. A lemeztípus üzemi hőmérséklete elérheti az 1000 fokot, amely felhasználható acélanyagok és nagy átmérőjű csövek és tartályok hegesztésére.
Mivel az infravörös erős behatolási képességgel rendelkezik, könnyen elnyeli a tárgyak, és amint elnyeli a tárgyak, azonnal hőenergiává alakul; Az infrafűtés előtti és utáni energiaveszteség kicsi, a hőmérséklet könnyen szabályozható, a fűtés minősége magas, ezért az infrafűtés alkalmazása rohamosan fejlődik. A szigetelő anyagok melegítésére nagyfrekvenciás elektromos mezőket használnak. A fő fűtési tárgy a dielektrikum. Amikor a dielektrikum váltakozó elektromos térbe kerül, ismételten polarizálódik (az a jelenség, hogy a dielektrikum felületén vagy belsejében azonos mennyiségű, ellentétes polaritású töltés van az elektromos tér hatására), ezáltal az elektromos energiát az elektromos mezőt hőenergiává.
A közepes fűtéshez használt elektromos térfrekvencia magas. A közép-, rövidhullámú és ultrarövid hullámsávban a frekvencia több száz kilohertz-től 300 MHz-ig terjed, amit nagyfrekvenciás középfűtésnek nevezünk, ha pedig 300 MHz-nél nagyobb és eléri a mikrohullámú sávot, akkor mikrohullámú sávnak nevezzük. közepes fűtés. Általában a nagyfrekvenciás közegmelegítést a két lemez közötti elektromos térben hajtják végre; A mikrohullámú közeg melegítése hullámvezetők, rezonátorok vagy mikrohullámú antennák sugárzási mezője alatt történik.
Ha a dielektrikumot nagyfrekvenciás elektromos térben hevítik, az egységnyi térfogatban felvett elektromos teljesítmény P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Ha hőben fejezzük ki, akkor ez:
H=1.33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
ahol f a nagyfrekvenciás elektromos tér frekvenciája, εr a dielektrikum relatív permittivitása, δ a dielektromos veszteségszög, E pedig az elektromos térerősség. A képletből látható, hogy a dielektrikum által a nagyfrekvenciás elektromos térből felvett elektromos teljesítmény arányos az E elektromos térerősség négyzetével, az elektromos tér f frekvenciájával és a dielektrikum δ veszteségi szögével. . E-t és f-et az alkalmazott elektromos tér határozza meg, míg εr magának a dielektrikumnak a tulajdonságaitól függ. Ezért a közepes melegítés tárgya elsősorban a nagy dielektromos veszteséggel rendelkező anyag.
Mivel a hő a dielektrikumon belül keletkezik (a fűtött tárgy), a fűtési sebesség gyors, a termikus hatásfok magas, és a fűtés egyenletes a többi külső fűtéshez képest.
A közegmelegítés iparilag használható termegélek melegítésére gabona, papír, fa és más rostos anyagok szárítására; Lehetőség van a műanyagok fröccsöntés előtti előmelegítésére, valamint a gumi vulkanizálására és a fa, műanyagok stb. ragasztására is. A megfelelő elektromos térfrekvencia és eszköz megválasztásával a ragasztó csak a rétegelt lemez hevítésekor melegszik fel, magát a rétegelt lemezt nem érintve. Homogén anyagok esetén integrált fűtés is lehetséges.
