مقاومة التسخين
يستخدم تأثير جول للتيار لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية لأجسام حرارية. [1] تنقسم عادةً إلى تسخين بمقاومة مباشرة وتسخين بمقاومة غير مباشرة. يتم تطبيق جهد مصدر الطاقة في السابق مباشرة على الجسم المراد تسخينه. عندما يتدفق التيار ، يسخن الجسم نفسه. يتم تسخين آلة الكي.
سوف تصاب بالحمى. يجب أن يكون الجسم الذي يمكن تسخينه بشكل مباشر مقاومًا موصلًا ، ولكن يجب أن يتمتع بمقاومة أعلى. نظرًا لأن الحرارة تتولد من الجسم المسخن نفسه ، فإنها تنتمي إلى التسخين الداخلي ، وتكون الكفاءة الحرارية عالية جدًا. يتطلب التسخين بالمقاومة غير المباشرة مواد سبائك خاصة أو مواد غير معدنية لصنع عناصر تسخين. تولد عناصر التسخين الحرارة ، والتي تنتقل إلى الجسم ليتم تسخينها عن طريق الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل. نظرًا لأن الجسم المسخن وعنصر التسخين ينقسمان إلى جزأين ، فإن نوع الجسم المسخن غير محدود عمومًا ، والعملية بسيطة.
تتطلب المواد المستخدمة لعناصر التسخين للمقاومة غير المباشرة عمومًا مقاومة عالية ، ومعامل حرارة منخفض للمقاومة ، وتشوه صغير في درجات حرارة عالية وليس من السهل التقصف. يشيع استخدام المواد المعدنية مثل سبائك الحديد والألمنيوم وسبائك النيكل والكروم والمواد غير المعدنية مثل كربيد السيليكون ومبيد الموليبدينوم. يمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى لعناصر التسخين المعدنية إلى 1000 1500 ℃ وفقًا لنوع المادة ؛ أعلى درجة حرارة تشغيل لمكونات التسخين غير المعدنية يمكن أن تصل إلى 1500 1700 ℃. هذا الأخير سهل التركيب ويمكن استبداله بفرن التسخين ، لكنه يحتاج إلى جهاز تنظيم الجهد عندما يعمل ، وعمره أقصر من عناصر تسخين السبائك. يتم استخدامه بشكل عام في الأفران ذات درجة الحرارة العالية ، الأماكن التي تتجاوز فيها درجة الحرارة الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة العمل لعناصر التسخين المعدنية وبعض المناسبات الخاصة.
التدفئة التعريفي
يتم تسخين الموصل نفسه عن طريق التأثير الحراري الناتج عن تيار الحث (تيار إيدي) الناتج عن الموصل في المجال الكهرومغناطيسي المتناوب. وفقًا لمتطلبات عملية التسخين المختلفة ، فإن تردد مصدر طاقة التيار المتردد المستخدم في التسخين التعريفي يشمل تردد الطاقة (50-60 هرتز) ، والتردد المتوسط (60-10000 هرتز) والتردد العالي (أعلى من 10000 هرتز). عادةً ما يكون مصدر طاقة تردد الطاقة هو مصدر طاقة التيار المتردد المستخدم في الصناعة. تردد الطاقة لمعظم دول العالم هو 50 هرتز. يجب أن يكون الجهد المطبق على جهاز الحث بواسطة مصدر طاقة التردد الصناعي للتسخين التعريفي قابل للتعديل. وفقًا لقدرة معدات التدفئة وسعة شبكة إمداد الطاقة ، يمكن استخدام مصدر طاقة عالي الجهد (6-10 كيلو فولت) لتزويد الطاقة من خلال محول ؛ يمكن أيضًا توصيل معدات التسخين مباشرة بشبكة طاقة منخفضة الجهد بجهد 380 فولت.
تستخدم إمدادات الطاقة ذات التردد المتوسط مجموعات مولدات التردد المتوسط لفترة طويلة. يتكون من مولد تردد وسيط ومحرك غير متزامن. تتراوح طاقة الخرج لهذه الوحدة بشكل عام بين 50 إلى 1000 كيلووات. مع تطور تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة ، يتم الآن استخدام مزودات طاقة التردد المتوسط العاكس الثايرستور. يستخدم مصدر طاقة التردد المتوسط هذا الثايرستور لتحويل التيار المتردد لتردد الطاقة أولاً إلى تيار مباشر ، ثم تحويل التيار المباشر إلى تيار متردد بالتردد المطلوب. نظرًا للحجم الصغير والوزن الخفيف والتشغيل الموثوق به والصامت لهذا النوع من معدات التردد المتغير ، فقد استبدلت بالتدريج مجموعات المولدات ذات التردد المتوسط.
عادةً ما تستخدم مصادر الطاقة عالية التردد محولًا لزيادة الجهد ثلاثي الأطوار 380 فولت إلى جهد عالٍ يبلغ حوالي 20000 فولت ، ثم استخدم الثايرستور أو مقوم السيليكون عالي الجهد لتصحيح تردد الطاقة من التيار المتردد إلى التيار المستمر ، ثم استخدم مذبذب إلكتروني يتم تحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب عالي التردد وعالي الجهد. تتراوح الطاقة الناتجة لمعدات إمداد الطاقة عالية التردد من عشرات الكيلوواط إلى مئات الكيلوواط.
يجب أن يكون الكائن المسخن بالحث موصلًا. عندما يمر تيار متناوب عالي التردد عبر موصل ، ينتج الموصل تأثيرًا جلديًا ، أي أن كثافة التيار على سطح الموصل كبيرة ، وكثافة التيار في مركز الموصل صغيرة.
يمكن للتدفئة التعريفي تسخين الجسم بشكل موحد وتسخين السطح ؛ يمكن أن تصهر المعدن عند التردد العالي ، يمكنه تغيير شكل ملف التسخين (المعروف أيضًا باسم الحث) ، ويمكنه أيضًا إجراء التسخين المحلي التعسفي.
تسخين القوس
استخدم درجة الحرارة العالية الناتجة عن القوس لتسخين الجسم. القوس هو ظاهرة تفريغ الغاز بين قطبين. جهد القوس ليس مرتفعًا لكن التيار كبير. يتم الحفاظ على تيارها القوي بواسطة عدد كبير من الأيونات التي تتبخر على القطب ، لذلك يتأثر القوس بسهولة بالحقل المغناطيسي المحيط. عندما يتشكل قوس بين الأقطاب الكهربائية ، يمكن أن تصل درجة حرارة عمود القوس إلى 3000-6000 كلفن ، وهو مناسب لصهر المعادن بدرجة حرارة عالية.
هناك نوعان من تسخين القوس ، التسخين المباشر وغير المباشر للقوس. يمر تيار القوس لتسخين القوس المباشر مباشرة عبر الكائن المراد تسخينه ، ويجب أن يكون الكائن المراد تسخينه قطبًا أو وسطًا للقوس. لا يمر تيار القوس لتسخين القوس غير المباشر من خلال الجسم المراد تسخينه ، ويتم تسخينه بشكل أساسي بواسطة الحرارة التي يشعها القوس. خصائص تسخين القوس هي: ارتفاع درجة حرارة القوس ، والطاقة المركزة ، والقوة السطحية للبركة المنصهرة لفرن القوس الكهربائي المصنوع من الفولاذ يمكن أن تصل إلى 560-1200 كيلوواط لكل متر مربع. ومع ذلك ، فإن ضوضاء القوس كبيرة ، وخصائصها الفولت أمبير هي خصائص مقاومة سلبية (خصائص النسب). من أجل الحفاظ على استقرار القوس أثناء تسخين القوس ، تكون القيمة اللحظية لجهد الدائرة أكبر من قيمة جهد القوس عندما يتجاوز تيار القوس الصفر على الفور ، وللحد من تيار الدائرة القصيرة ، يجب أن يكون المقاوم ذو قيمة معينة متصل في سلسلة في دائرة الطاقة.
تسخين شعاع الإلكترون
يتم قصف سطح الجسم بواسطة إلكترونات تتحرك بسرعة عالية تحت تأثير مجال كهربائي لتسخينه. المكون الرئيسي لتسخين الحزمة الإلكترونية هو مولد شعاع الإلكترون ، المعروف أيضًا باسم مسدس الإلكترون. يتكون مسدس الإلكترون بشكل أساسي من كاثود وإلكترود تركيز وأنود وعدسة كهرومغناطيسية وملف انحراف. القطب الموجب مؤرض ، والكاثود متصل بالموضع العالي السلبي. عادة ما تكون الحزمة المركزة في نفس إمكانات الكاثود ، ويتكون مجال كهربائي متسارع بين الكاثود والأنود. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى سرعة عالية تحت تأثير مجال كهربائي متسارع ، يتم التركيز عليه بواسطة عدسة كهرومغناطيسية ، ثم يتم التحكم فيها بواسطة ملف انحراف ، بحيث يتم توجيه شعاع الإلكترون نحو الجسم المراد تسخينه في اتجاه محدد.
مزايا تسخين شعاع الإلكترون هي: التحكم في القيمة الحالية لشعاع الإلكترون ، والتي يمكنها بسهولة وبسرعة تغيير طاقة التسخين ؛ ② يمكن استخدام العدسة الكهرومغناطيسية لتغيير الجزء المسخن بحرية أو ضبط منطقة جزء قصف الحزمة الإلكترونية بحرية ؛ ③يمكن زيادة كثافة الطاقة بحيث تتبخر المادة عند نقطة القصف على الفور.
تدفئة بالأشعة تحت الحمراء
استخدم الأشعة تحت الحمراء لإشعاع جسم ما. بعد أن يمتص الجسم الأشعة تحت الحمراء ، فإنه يحول الطاقة المشعة إلى حرارة ويتم تسخينه.
الأشعة تحت الحمراء هي موجة كهرومغناطيسية. في الطيف الشمسي ، خارج النهاية الحمراء للضوء المرئي ، إنها طاقة مشعة غير مرئية. في الطيف الكهرومغناطيسي ، يتراوح مدى الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء بين 0.75 و 1000 ميكرون ، ومدى التردد بين 3 × 10 و 4 × 10 هرتز. في التطبيقات الصناعية ، غالبًا ما ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء إلى عدة نطاقات: 0.75 ~ 3.0 ميكرون هي منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة ؛ 3.0 ~ 6.0 ميكرون هي منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء ؛ 6.0 ~ 15.0 ميكرون هي منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة ؛ 15.0 ~ 1000 ميكرون هي منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة القصوى. الأجسام المختلفة لها قدرة مختلفة على امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء. حتى نفس الجسم لديه قدرة مختلفة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية المختلفة. لذلك ، في تطبيق التسخين بالأشعة تحت الحمراء ، يجب اختيار مصدر إشعاع تحت أحمر مناسب وفقًا لنوع الجسم المراد تسخينه ، بحيث تتركز طاقة الإشعاع ضمن نطاق الطول الموجي الممتص للكائن المراد تسخينه ، من أجل الحصول على تأثير تسخين جيد.
التسخين الكهربائي بالأشعة تحت الحمراء هو في الواقع شكل خاص من أشكال التسخين بالمقاومة ، والذي يستخدم مواد مثل التنجستن أو الحديد والنيكل أو سبائك النيكل والكروم كمبرد لصنع مصدر إشعاع. بعد أن يتم تنشيطه ، فإنه يولد إشعاعًا حراريًا بسبب الحرارة الناتجة عن مقاومته. مصادر إشعاع التسخين بالأشعة تحت الحمراء الكهربائية شائعة الاستخدام هي نوع المصباح (النوع العاكس) ونوع الأنبوب (نوع أنبوب الكوارتز) ونوع اللوحة (النوع المسطح). نوع المصباح هو لمبة الأشعة تحت الحمراء ، والتي تستخدم سلكًا من التنجستن كمبرد ، وهو محكم في غلاف زجاجي مملوء بغاز خامل ، تمامًا مثل مصباح الإضاءة العام. يولد الرادياتير الحرارة بعد تنشيطه (درجة الحرارة أقل من تلك الخاصة بمصابيح الإضاءة العامة) ، والتي تصدر كمية كبيرة من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يبلغ حوالي 1.2 ميكرون. إذا كان الجدار الداخلي للغلاف الزجاجي مغطى بطبقة عاكسة ، فيمكن أن تتركز الأشعة تحت الحمراء في اتجاه واحد ، لذلك يُطلق على مصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء من نوع المصباح أيضًا مشعاع الأشعة تحت الحمراء العاكس. أنبوب مصدر الأشعة تحت الحمراء من النوع الأنبوبي مصنوع من زجاج الكوارتز مع سلك تنجستن في المنتصف ، لذلك يطلق عليه أيضًا مشعاع الأشعة تحت الحمراء من نوع أنبوب الكوارتز. يتراوح الطول الموجي لضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من نوع المصباح ونوع الأنبوب من 0.7 إلى 3 ميكرون ، ودرجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا. يستخدم بشكل عام للتدفئة والخبز والتجفيف في الصناعات الخفيفة والمنسوجات والعلاج الطبيعي بالأشعة تحت الحمراء في العلاج الطبي. السطح الإشعاعي لمصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء من نوع اللوحة هو سطح مستو يتكون من لوحة مقاومة مسطحة. الجزء الأمامي من الصفيحة المقاومة مغطى بمادة ذات معامل انعكاس كبير ، والجانب العكسي مغطى بمادة ذات معامل انعكاس منخفض ، لذا فإن معظم الطاقة الحرارية تشع من الأمام. يمكن أن تصل درجة حرارة العمل لنوع اللوحة إلى ما يزيد عن 1000 ، ويمكن استخدامها لتليين اللحامات من المواد الفولاذية والأنابيب والحاويات ذات القطر الكبير.
نظرًا لأن الأشعة تحت الحمراء لها قدرة اختراق قوية ، فمن السهل أن تمتصها الأجسام ، وبمجرد امتصاصها من قبل الأشياء ، يتم تحويلها على الفور إلى طاقة حرارية ؛ فقدان الطاقة قبل وبعد التسخين بالأشعة تحت الحمراء صغير ، ومن السهل التحكم في درجة الحرارة ، كما أن جودة التسخين عالية. لذلك ، فإن تطبيق التسخين بالأشعة تحت الحمراء يتطور بسرعة.
تدفئة متوسطة
استخدم مجالًا كهربائيًا عالي التردد لتسخين المادة العازلة. جسم التسخين الرئيسي عازل. عندما يتم وضع العازل في مجال كهربائي متناوب ، فسيتم استقطابه بشكل متكرر (تحت تأثير المجال الكهربائي ، تظهر كمية متساوية من الشحنة للقطبية المعاكسة على سطح أو داخل العازل) ، وبالتالي تحويل الطاقة الكهربائية في المجال الكهربائي في حرارة.
تردد المجال الكهربائي المستخدم للتدفئة المتوسطة مرتفع للغاية. في نطاقات الموجة المتوسطة والقصيرة والقصيرة للغاية ، يكون التردد من مئات الكيلوهرتز إلى 300 ميجاهرتز ، وهو ما يسمى التسخين العازل عالي التردد. إذا كان أعلى من 300 ميجا هرتز ووصل إلى نطاق الميكروويف ، فإنه يسمى تسخين الميكروويف العازل. عادة ما يتم إجراء تسخين عازل عالي التردد في المجال الكهربائي بين الصفيحتين ؛ بينما يتم إجراء التسخين العازل بالميكروويف تحت مجال إشعاع الدليل الموجي أو تجويف الرنين أو هوائي الميكروويف.
عندما يتم تسخين العازل في مجال كهربائي عالي التردد ، فإن الطاقة الكهربائية المسحوبة في حجم وحدته هي P=0.566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
إذا تم التعبير عنها بالحرارة ، فهي:
H=1.33fEεrtgδ × 10 (كال / ثانية · سم)
حيث f هو تردد المجال الكهربائي عالي التردد ، εr هي السماحية النسبية للعزل الكهربائي ، هي زاوية فقدان العزل الكهربائي ، و E هي شدة المجال الكهربائي. يمكن أن نرى من الصيغة أن الطاقة الكهربائية التي يسحبها العازل من المجال الكهربائي عالي التردد تتناسب مع مربع شدة المجال الكهربائي E ، والتردد f للمجال الكهربائي ، وزاوية الخسارة δ للعزل الكهربائي . يتم تحديد E و f بواسطة المجال الكهربائي المطبق ، وتعتمد εr على طبيعة العازل نفسه. لذلك ، فإن هدف التسخين المتوسط هو بشكل أساسي المادة ذات الخسارة المتوسطة الكبيرة.
تسخين متوسط لأن الحرارة تتولد داخل العازل (الشيء المراد تسخينه) ، مقارنة بالتدفئة الخارجية الأخرى ، وسرعة التسخين سريعة ، والكفاءة الحرارية عالية ، والتسخين منتظم.
يمكن لتسخين الوسائط تسخين الهلام الحراري في الصناعة ، والحبوب الجافة ، والورق ، والخشب ، والمواد الليفية الأخرى ؛ يمكنها أيضًا تسخين البلاستيك مسبقًا قبل الصب ، وربط المطاط بالكبريت والخشب ، والبلاستيك ، وما إلى ذلك. اختيار تردد المجال الكهربائي المناسب والجهاز يمكن أن يسخن فقط الغراء اللاصق عند تسخين الخشب الرقائقي دون التأثير على الخشب الرقائقي نفسه. بالنسبة للمواد المتجانسة ، يمكن إجراء التسخين ككل.