Het Joule-effect van elektrische stroom wordt gebruikt om elektrische energie om te zetten in warmte om objecten te verwarmen. Het wordt meestal verdeeld in directe weerstandsverwarming en indirecte weerstandsverwarming. De voedingsspanning van de eerste wordt rechtstreeks op het verwarmde object toegepast en wanneer er stroom vloeit, warmt het verwarmde object zelf (zoals een elektrisch verwarmd strijkijzer) op. Een object dat direct resistief kan worden verwarmd, moet een geleider zijn, maar met een hoge soortelijke weerstand. Aangezien de warmte wordt gegenereerd door het verwarmde object zelf, behoort deze tot de interne verwarming en is het thermisch rendement hoog. Indirecte weerstandsverwarming moet worden gemaakt van speciale legeringsmaterialen of niet-metalen materialen om verwarmingselementen te maken, die warmte-energie opwekken en doorgeven aan het verwarmde object door straling, convectie en geleiding. Aangezien het verwarmde object en het verwarmingselement in twee delen zijn verdeeld, is het type verwarmd object over het algemeen niet beperkt en eenvoudig te bedienen.
De materialen die worden gebruikt in het verwarmingselement van indirecte weerstandsverwarming vereisen over het algemeen een grote soortelijke weerstand, een kleine weerstandstemperatuurcoëfficiënt, kleine vervorming bij hoge temperatuur en niet gemakkelijk bros te maken. Algemeen gebruikt zijn ijzer-aluminiumlegering, nikkel-chroomlegering en andere metalen materialen en siliciumcarbide, molybdeendisilicide en andere niet-metalen materialen. De maximale werktemperatuur van metalen verwarmingselementen kan 1000 ~ 1500 graden bedragen, afhankelijk van het type materiaal; De maximale werktemperatuur van niet-metalen verwarmingselementen kan oplopen tot 1500 ~ 1700 graden. De laatste is eenvoudig te installeren en kan worden vervangen door een hete oven, maar heeft tijdens het werken een drukregelapparaat nodig, en de levensduur is korter dan die van gelegeerde verwarmingselementen, en wordt over het algemeen gebruikt in ovens op hoge temperatuur, plaatsen waar de temperatuur de maximale bedrijfstemperatuur overschrijdt die is toegestaan door metalen verwarmingselementen en bij sommige speciale gelegenheden. Het thermische effect van de geleider zelf wordt verwarmd door de geïnduceerde stroom (wervelstroom) die door de geleider wordt gegenereerd in een wisselend elektromagnetisch veld. Volgens verschillende verwarmingsprocesvereisten is de frequentie van de AC-voeding die wordt gebruikt bij inductieverwarming de voedingsfrequentie (50 ~ 60 kHz), gemiddelde frequentie (60 ~ 10000 Hz) en hoge frequentie (hoger dan 10000 Hz). Voeding met voedingsfrequentie wordt meestal gebruikt in de AC-voeding in de industrie, de meeste landen ter wereld hebben een voedingsfrequentie van 50 Hz. De spanning die wordt toegepast op het inductieapparaat door de stroomfrequentievoeding voor inductieverwarming moet instelbaar zijn. Afhankelijk van het vermogen van de verwarmingsapparatuur en de capaciteit van het voedingsnetwerk, kan de voeding (6 ~ 10 kV) worden gebruikt om stroom te leveren via de transformator; Het verwarmingsapparaat kan ook rechtstreeks op het 380 volt laagspanningsnet worden aangesloten.
Middenfrequente stroomvoorziening maakt al geruime tijd gebruik van middenfrequente generatorsets. Het bestaat uit een middenfrequente generator en een asynchrone aandrijfmotor. Het uitgangsvermogen van dit apparaat ligt over het algemeen in het bereik van 50~1000 kilowatt. Met de ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie zijn thyristoromvormers met middenfrequentievoedingen gebruikt. Deze middenfrequente voeding gebruikt thyristors om de wisselstroom van de netfrequentie om te zetten in gelijkstroom en vervolgens gelijkstroom om te zetten in wisselstroom van de vereiste frequentie. Vanwege het kleine formaat, lichte gewicht, geen geluid, betrouwbare werking, enz. Van deze frequentieomzettingsapparatuur heeft het geleidelijk de middenfrequentiegeneratorset vervangen.
Hoogfrequente voeding gebruikt meestal een transformator om de driefasige spanning van 380 volt te verhogen tot een hoge spanning van ongeveer 20,{4} volt, en gebruikt vervolgens een thyristor of hoogspanningssiliciumgelijkrichter om de voedingsfrequentie te corrigeren wisselstroom in gelijkstroom en gebruikt vervolgens een elektronische oscillator om gelijkstroom om te zetten in hoogfrequente wisselstroom met hoog voltage. Het uitgangsvermogen van hoogfrequente voedingsapparatuur varieert van tientallen kilowatts tot honderden kilowatts.
Objecten die inductief worden verwarmd, moeten geleiders zijn. Wanneer hoogfrequente wisselstroom door de geleider gaat, produceert de geleider een huideffect, dat wil zeggen dat de oppervlaktestroomdichtheid van de geleider groot is en de stroomdichtheid van het midden van de geleider klein.
Inductieverwarming kan het object en het oppervlak als geheel gelijkmatig verwarmen; Kan metalen smelten; In hoge frequentiebanden kan het veranderen van de vorm van de verwarmingsspiraal (ook wel de inductor genoemd) ook worden gebruikt voor willekeurige lokale verwarming. Objecten verwarmen met behulp van de hoge temperaturen die worden gegenereerd door een elektrische boog. Arcing is een gasontlading tussen twee elektroden. De spanning van de boog is niet hoog, maar de stroom is groot en de sterke stroom wordt in stand gehouden door een groot aantal ionen die op de elektrode verdampen, zodat de boog gemakkelijk wordt beïnvloed door het omringende magnetische veld. Wanneer een boog wordt gevormd tussen de elektroden, kan de temperatuur van de boogkolom 3000 ~ 6000K bereiken, wat geschikt is voor het smelten van metalen bij hoge temperatuur.
Er zijn twee soorten boogverwarming: directe en indirecte boogverwarming. De door de directe boog verwarmde boogstroom gaat rechtstreeks door het verwarmde object, dat een elektrode of medium van de boog moet zijn. De door indirecte boog verwarmde boogstroom gaat niet door het verwarmde object, maar wordt voornamelijk verwarmd door de warmte die door de boog wordt uitgestraald. De kenmerken van boogverwarming zijn: hoge boogtemperatuur, energieconcentratie en het oppervlaktevermogen van de boogovenpool voor staalproductie kan 560 ~ 1200 kW / vierkante meter bereiken. Het geluid van de boog is echter groot en de voltampère-karakteristiek is een negatieve weerstandskarakteristiek (dalende karakteristiek). Om de stabiliteit van de boog te behouden wanneer de boog wordt verwarmd, is de momentane waarde van de circuitspanning groter dan de startspanningswaarde wanneer de boogstroom nul overschrijdt, en om de kortsluitstroom te beperken, een weerstand van een bepaalde waarde moet in serie worden geschakeld in het voedingscircuit. Elektronen die met hoge snelheid bewegen onder invloed van een elektrisch veld, worden gebruikt om het oppervlak van een object te bombarderen en te verwarmen. Het belangrijkste onderdeel van elektronenbundelverwarming is de elektronenbundelgenerator, ook wel bekend als het elektronenkanon. Het elektronenkanon bestaat hoofdzakelijk uit kathode, bundelpolyelektrode, anode, elektromagnetische lens en afbuigspoel. De anode is geaard, de kathode is verbonden met de negatieve hoge positie, de focusseerbundel heeft meestal dezelfde potentiaal als de kathode en er wordt een versneld elektrisch veld gevormd tussen de kathode en de anode. De elektronen die door de kathode worden uitgezonden, worden versneld tot een zeer hoge snelheid onder invloed van het versnellende elektrische veld, gefocusseerd door de elektromagnetische lens en vervolgens bestuurd door de afbuigspoel, zodat de elektronenstraal in een bepaalde richting naar het verwarmde object schiet .
De voordelen van elektronenstraalverwarming zijn: (1) controle van de huidige waarde Ie van de elektronenstraal, die het verwarmingsvermogen gemakkelijk en snel kan veranderen; (2) De elektromagnetische lens kan worden gebruikt om het verwarmde deel vrij te veranderen of het gebied van het elektronenbundelbombardement kan vrij worden aangepast; (3) De vermogensdichtheid kan worden verhoogd zodat de stof op het punt van bombardement in een oogwenk verdampt. Met behulp van objecten met infraroodstraling absorbeert het object infraroodstralen, zet de stralingsenergie om in warmte-energie en verwarmt het.
Infrarood is een elektromagnetische golf. In het zonnespectrum, voorbij het rode uiteinde van zichtbaar licht, bevindt zich een onzichtbare vorm van stralingsenergie. In het elektromagnetische spectrum ligt het golflengtebereik van infrarood tussen {{0}}.75~1{{10}}00 micron en de frequentie bereik ligt tussen 3×1{{20}}~4×10 kHz. In industriële toepassingen wordt het infraroodspectrum vaak verdeeld in verschillende banden: 0,75 ~ 3,0 micron voor het nabij-infraroodgebied; 3,0 ~ 6,0 micron voor het midden-infraroodgebied; 6,0 ~ 15,0 micron voor het verre infraroodgebied; 15,0 ~ 1000 micron voor het extreem verre infraroodgebied. Verschillende objecten hebben een verschillend vermogen om infraroodstralen te absorberen, zelfs als hetzelfde object een verschillend vermogen heeft om infraroodstralen van verschillende golflengten te absorberen. Daarom selecteert de toepassing van infraroodverwarming, afhankelijk van het type verwarmd object, de juiste infraroodstralingsbron, zodat de stralingsenergie wordt geconcentreerd in het absorptiegolflengtebereik van het verwarmde object om een goed verwarmingseffect te verkrijgen.
Elektrische infraroodverwarming is eigenlijk een speciale vorm van weerstandsverwarming, dat wil zeggen dat materialen zoals wolfraam, ijzer-nikkel- of nikkel-chroomlegeringen worden gebruikt als radiatoren om stralingsbronnen te maken. Wanneer geactiveerd, wordt thermische straling gegenereerd vanwege de warmte die wordt gegenereerd door de weerstand. Veelgebruikte elektrische infrarood verwarmingsstralingsbronnen zijn lamptype (reflecterend), buistype (kwartsbuistype) en plaattype (plat type). Het lamptype is een infraroodlamp, met wolfraamgloeidraad als straler, en de wolfraamgloeidraad is verzegeld in een glazen omhulsel gevuld met inert gas, net als gewone gloeilampen. Wanneer de straler onder spanning staat, warmt hij op (de temperatuur is lager dan die van een normale gloeilamp), waardoor een grote hoeveelheid infraroodstralen wordt uitgezonden met een golflengte van ongeveer 1,2 micron. Als de binnenwand van de glazen schaal is bedekt met een reflecterende laag, kunnen infraroodstralen in één richting worden geconcentreerd, daarom worden infraroodstralingsbronnen van het lamptype ook wel reflecterende infraroodstralers genoemd. De buis van de buisvormige infraroodstralingsbron is gemaakt van kwartsglas en in het midden zit een wolfraamdraad, daarom wordt het ook wel een kwarts buisvormige infraroodstraler genoemd. De golflengte van infrarood uitgezonden door lamptype en buistype ligt in het bereik van 0.7 ~ 3 micron, en de werktemperatuur is laag, wat over het algemeen wordt gebruikt voor verwarmen, bakken, drogen en infraroodfysiotherapie in het licht en textielindustrie. Het stralingsoppervlak van de infraroodstralingsbron van het plaattype is een vlak, bestaande uit een vlakke weerstandsplaat, de voorkant van de weerstandsplaat is bedekt met een materiaal met een grote reflectiecoëfficiënt en de achterkant is bedekt met een materiaal met een kleine reflectiecoëfficiënt, zodat de meeste warmte-energie door de voorkant wordt uitgestraald. De werktemperatuur van het plaattype kan oplopen tot meer dan 1000 graden, wat kan worden gebruikt voor het uitgloeien van lassen van stalen materialen en buizen en containers met een grote diameter.
Omdat infrarood een sterk penetratievermogen heeft, wordt het gemakkelijk door objecten geabsorbeerd en zodra het door objecten wordt geabsorbeerd, wordt het onmiddellijk omgezet in warmte-energie; Het energieverlies voor en na infraroodverwarming is klein, de temperatuur is eenvoudig te regelen en de verwarmingskwaliteit is hoog, daarom ontwikkelt de toepassing van infraroodverwarming zich snel. Hoogfrequente elektrische velden worden gebruikt om isolatiematerialen te verwarmen. Het belangrijkste verwarmingsobject is het diëlektricum. Wanneer het diëlektricum in een wisselend elektrisch veld wordt geplaatst, zal het herhaaldelijk worden gepolariseerd (het fenomeen dat het diëlektricum een gelijke hoeveelheid tegengestelde polariteit heeft op het oppervlak of binnenin onder invloed van het elektrische veld), waardoor de elektrische energie wordt omgezet in het elektrische veld in warmte-energie.
De elektrische veldfrequentie die wordt gebruikt voor gemiddelde verwarming is hoog. In de midden-, kortegolf- en ultrakortegolfbanden is de frequentie enkele honderden kilohertz tot 300 MHz, wat hoogfrequente mediumverwarming wordt genoemd, en als deze hoger is dan 300 MHz en de microgolfband bereikt, wordt dit microgolf genoemd gemiddelde verwarming. Meestal wordt hoogfrequente mediumverwarming uitgevoerd in het elektrische veld tussen de twee platen; Microgolfmediumverwarming wordt uitgevoerd onder het stralingsveld van golfgeleiders, resonatoren of microgolfantennes.
Wanneer het diëlektricum wordt verwarmd in een hoogfrequent elektrisch veld, is het elektrische vermogen dat wordt opgenomen in het volume van de eenheid P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Uitgedrukt in warmte, is het:
H=1.33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
waarbij f de frequentie is van het hoogfrequente elektrische veld, εr de relatieve permittiviteit van het diëlektricum is, δ de diëlektrische verlieshoek is en E de elektrische veldsterkte is. Uit de formule blijkt dat het elektrische vermogen dat door het diëlektricum uit het hoogfrequente elektrische veld wordt getrokken, evenredig is met het kwadraat van de elektrische veldsterkte E, de frequentie f van het elektrische veld en de verlieshoek δ van het diëlektricum . E en f worden bepaald door het aangelegde elektrische veld, terwijl εr afhangt van de eigenschappen van het diëlektricum zelf. Daarom is het doel van gemiddelde verwarming voornamelijk de stof met een groot diëlektrisch verlies.
Omdat de warmte wordt gegenereerd in het diëlektricum (het object dat wordt verwarmd), is de verwarmingssnelheid snel, is het thermisch rendement hoog en is de verwarming uniform in vergelijking met andere externe verwarming.
Mediaverwarming kan industrieel worden gebruikt om thermogels te verwarmen tot droog graan, papier, hout en andere vezelachtige materialen; Het is ook mogelijk om kunststoffen voor het gieten voor te verwarmen, evenals het vulkaniseren van rubber en het verlijmen van hout, kunststoffen, enz. Door de juiste elektrische veldfrequentie en het juiste apparaat te kiezen, kan de lijm alleen worden verwarmd wanneer het triplex wordt verwarmd, zonder het triplex zelf te beïnvloeden. Bij homogene materialen is integrale verwarming mogelijk.
