Chauffage par résistance
L'effet Joule du courant est utilisé pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique pour chauffer des objets. [1] Habituellement divisé en chauffage par résistance directe et chauffage indirect par résistance. La tension d'alimentation du premier est directement appliquée à l'objet à chauffer. Lorsque le courant circule, l'objet lui-même est chauffé. La machine à repasser est chauffée.
Il aura de la fièvre. L'objet qui peut être directement chauffé par résistance doit être un conducteur, mais il doit avoir une résistivité plus élevée. Étant donné que la chaleur est générée par l'objet chauffé lui-même, elle appartient au chauffage interne et le rendement thermique est très élevé. Le chauffage par résistance indirecte nécessite des alliages spéciaux ou des matériaux non métalliques pour fabriquer des éléments chauffants. Les éléments chauffants génèrent de la chaleur qui est transmise à l'objet à chauffer par rayonnement, convection et conduction. Puisque l'objet chauffé et l'élément chauffant sont divisés en deux parties, le type de l'objet chauffé n'est généralement pas limité et le fonctionnement est simple.
Les matériaux utilisés pour les éléments chauffants de chauffage indirect par résistance nécessitent généralement une résistivité élevée, un coefficient de résistance à basse température, une petite déformation à haute température et une fragilisation difficile. Les matériaux métalliques tels que l'alliage fer-aluminium, l'alliage nickel-chrome et les matériaux non métalliques tels que le carbure de silicium et le disiliciure de molybdène sont couramment utilisés. La température de fonctionnement maximale des éléments chauffants métalliques peut atteindre 1000 ～ 1500 ℃ selon le type de matériau; la température de fonctionnement la plus élevée des composants chauffants non métalliques peut atteindre 1500 ～ 1700 ℃. Ce dernier est facile à installer et peut être remplacé par le four de chauffage, mais il a besoin d'un dispositif de régulation de tension lorsqu'il fonctionne, et sa durée de vie est plus courte que celle des éléments chauffants en alliage. Il est généralement utilisé dans les fours à haute température, les endroits où la température dépasse la température de travail maximale autorisée des éléments chauffants métalliques et certaines occasions spéciales.
Chauffage par induction
Le conducteur lui-même est chauffé par l'effet thermique formé par le courant d'induction (courant de Foucault) généré par le conducteur dans le champ électromagnétique alternatif. Selon les différentes exigences du processus de chauffage, la fréquence de l'alimentation CA utilisée dans le chauffage par induction comprend la fréquence du réseau (50-60 Hz), la fréquence intermédiaire (60-10000 Hz) et la haute fréquence (supérieure à 10000 Hz). L'alimentation à fréquence industrielle est généralement l'alimentation CA utilisée dans l'industrie. La fréquence d'alimentation de la plupart des pays du monde est de 50 Hz. La tension appliquée au dispositif à induction par l'alimentation à fréquence industrielle pour le chauffage par induction doit être réglable. En fonction de la puissance de l'équipement de chauffage et de la capacité du réseau d'alimentation, une alimentation haute tension (6-10 kV) peut être utilisée pour fournir de l'énergie via un transformateur; l'équipement de chauffage peut également être directement connecté à un réseau électrique basse tension de 380 volts.
Les alimentations à fréquence intermédiaire utilisent depuis longtemps des groupes électrogènes à fréquence intermédiaire. Il se compose d'un générateur de fréquence intermédiaire et d'un moteur asynchrone d'entraînement. La puissance de sortie de cet appareil est généralement comprise entre 50 et 1000 kilowatts. Avec le développement de la technologie de l'électronique de puissance, les alimentations à fréquence intermédiaire des onduleurs à thyristors sont désormais utilisées. Cette alimentation à fréquence intermédiaire utilise un thyristor pour d'abord convertir le courant alternatif à fréquence industrielle en un courant continu, puis convertir le courant continu en un courant alternatif de la fréquence requise. En raison de la petite taille, de la légèreté, du fonctionnement silencieux et fiable de ce type d'équipement à fréquence variable, il a progressivement remplacé les groupes électrogènes à fréquence intermédiaire.
Les alimentations haute fréquence utilisent généralement un transformateur pour augmenter la tension triphasée de 380 volts à une tension élevée d'environ 20000 volts, puis utilisent un thyristor ou un redresseur au silicium haute tension pour redresser la fréquence d'alimentation CA en CC, puis utilisez un oscillateur électronique Le courant continu se transforme en un courant alternatif haute fréquence et haute tension. La puissance de sortie des équipements d'alimentation haute fréquence va de dizaines de kilowatts à des centaines de kilowatts.
L'objet chauffé par induction doit être un conducteur. Lorsqu'un courant alternatif haute fréquence traverse un conducteur, le conducteur produit un effet de peau, c'est-à-dire que la densité de courant à la surface du conducteur est grande et la densité de courant au centre du conducteur est petite.
Le chauffage par induction peut chauffer uniformément l'objet dans son ensemble et le chauffage de surface; il peut fondre le métal; à haute fréquence, il peut changer la forme de la bobine de chauffage (également appelée inductance), et il peut également effectuer un chauffage local arbitraire.
Chauffage à l'arc
Utilisez la température élevée générée par l'arc pour chauffer l'objet. L'arc est le phénomène de décharge de gaz entre deux électrodes. La tension de l'arc n'est pas élevée mais le courant est important. Son fort courant est maintenu par un grand nombre d'ions évaporés sur l'électrode, de sorte que l'arc est facilement affecté par le champ magnétique environnant. Lorsqu'un arc se forme entre les électrodes, la température de la colonne d'arc peut atteindre 3000-6000K, ce qui convient à la fusion à haute température des métaux.
Il existe deux types de chauffage à l'arc, le chauffage à l'arc direct et indirect. Le courant d'arc du chauffage à l'arc direct passe directement à travers l'objet à chauffer, et l'objet à chauffer doit être une électrode ou un milieu de l'arc. Le courant d'arc du chauffage indirect à l'arc ne traverse pas l'objet à chauffer et est principalement chauffé par la chaleur rayonnée par l'arc. Les caractéristiques du chauffage à l'arc sont: une température d'arc élevée, une énergie concentrée et la puissance de surface du bain fondu du four à arc électrique de fabrication de l'acier peut atteindre 560-1200 kilowatts par mètre carré. Cependant, le bruit de l'arc est important et ses caractéristiques voltampères sont des caractéristiques de résistance négative (caractéristiques de descente). Afin de maintenir la stabilité de l'arc pendant le chauffage de l'arc, la valeur instantanée de la tension du circuit est supérieure à la valeur de la tension de l'arc lorsque le courant d'arc passe instantanément à zéro, et pour limiter le courant de court-circuit, une certaine valeur de résistance doit être connectés en série dans le circuit de puissance.
Chauffage par faisceau d'électrons
La surface de l'objet est bombardée par des électrons se déplaçant à grande vitesse sous l'action d'un champ électrique pour le chauffer. Le principal composant du chauffage par faisceau d'électrons est le générateur de faisceau d'électrons, également connu sous le nom de canon à électrons. Le canon à électrons est principalement composé d'une cathode, d'une électrode de focalisation, d'une anode, d'une lentille électromagnétique et d'une bobine de déviation. L'anode est mise à la terre et la cathode est connectée à la position haute négative. Le faisceau focalisé est généralement au même potentiel que la cathode, et un champ électrique accélérateur se forme entre la cathode et l'anode. Les électrons émis par la cathode sont accélérés à une vitesse élevée sous l'action d'un champ électrique accélérateur, focalisé par une lentille électromagnétique, puis contrôlés par une bobine de déviation, de sorte que le faisceau d'électrons est dirigé vers l'objet à chauffer dans un certaine direction.
Les avantages du chauffage par faisceau d'électrons sont: ①Contrôler la valeur de courant Ie du faisceau d'électrons, qui peut facilement et rapidement modifier la puissance de chauffage; ②La lentille électromagnétique peut être utilisée pour changer librement la partie chauffée ou ajuster librement la zone de la partie de bombardement par faisceau d'électrons; ③Peut augmenter la densité de puissance afin que le matériau au point bombardé s'évapore instantanément.
Chauffage infrarouge
Utilisez le rayonnement infrarouge pour rayonner un objet. Une fois que l'objet a absorbé l'infrarouge, il convertit l'énergie radiante en chaleur et est chauffé.
L'infrarouge est une onde électromagnétique. Dans le spectre solaire, en dehors de l'extrémité rouge de la lumière visible, c'est une énergie radiante invisible. Dans le spectre électromagnétique, la gamme de longueurs d'onde de l'infrarouge est comprise entre 0,75 et 1000 microns, et la gamme de fréquences est comprise entre 3 × 10 et 4 × 10 Hz. Dans les applications industrielles, le spectre infrarouge est souvent divisé en plusieurs bandes: 0,75 ~ 3,0 microns est la région du proche infrarouge; 3,0 ~ 6,0 microns est la région infrarouge moyen; 6,0 ~ 15,0 microns est la région infrarouge lointaine; 15,0 ~ 1000 microns est la zone infrarouge extrême. Différents objets ont une capacité différente à absorber la lumière infrarouge. Même le même objet a une capacité différente à absorber la lumière infrarouge de différentes longueurs d'onde. Par conséquent, dans l'application du chauffage infrarouge, une source de rayonnement infrarouge appropriée doit être sélectionnée en fonction du type d'objet à chauffer, de sorte que l'énergie de rayonnement soit concentrée dans la plage de longueurs d'onde d'absorption de l'objet à chauffer, afin d'obtenir un bon effet chauffant.
Le chauffage infrarouge électrique est en fait une forme spéciale de chauffage par résistance, qui utilise des matériaux tels que le tungstène, le fer-nickel ou l'alliage nickel-chrome comme radiateur pour créer une source de rayonnement. Après avoir été alimenté, il génère un rayonnement thermique dû à la chaleur générée par sa résistance. Les sources de rayonnement de chauffage infrarouge électrique couramment utilisées sont le type de lampe (type réfléchissant), le type de tube (type tube de quartz) et le type de plaque (type plat). Le type de lampe est une ampoule infrarouge, qui utilise un fil de tungstène comme radiateur, qui est scellé dans une coque en verre remplie de gaz inerte, tout comme une ampoule d'éclairage général. Le radiateur génère de la chaleur après avoir été alimenté (la température est inférieure à celle des ampoules d'éclairage général), qui émet une grande quantité de rayons infrarouges d'une longueur d'onde d'environ 1,2 microns. Si la paroi intérieure de la coque en verre est recouverte d'une couche réfléchissante, les rayons infrarouges peuvent être concentrés dans une direction, de sorte que la source de rayonnement infrarouge de type lampe est également appelée radiateur infrarouge réfléchissant. Le tube de la source de rayonnement infrarouge de type tube est fait de verre de quartz avec un fil de tungstène au milieu, il est donc également appelé radiateur infrarouge de type tube de quartz. La longueur d'onde de la lumière infrarouge émise par le type de lampe et le type de tube est de l'ordre de 0,7 à 3 microns, et la température de travail est relativement basse. Il est généralement utilisé pour le chauffage, la cuisson, le séchage dans les industries légère et textile et la physiothérapie infrarouge dans les traitements médicaux. La surface de rayonnement de la source de rayonnement infrarouge de type plaque est une surface plane composée d'une plaque résistive plate. La face avant de la plaque résistive est revêtue d'un matériau à fort coefficient de réflexion et la face arrière est revêtue d'un matériau à faible coefficient de réflexion, de sorte que la majeure partie de l'énergie thermique est rayonnée par l'avant. La température de travail du type à plaque peut atteindre plus de 1000 ℃ et peut être utilisée pour le recuit des soudures de matériaux en acier et de tuyaux et conteneurs de grand diamètre.
Parce que l'infrarouge a une forte capacité de pénétration, il est facile d'être absorbé par les objets, et une fois absorbé par les objets, il est immédiatement converti en énergie thermique; la perte d'énergie avant et après le chauffage infrarouge est faible, la température est facile à contrôler et la qualité du chauffage est élevée. Par conséquent, l'application du chauffage infrarouge se développe rapidement.
Chauffage moyen
Utilisez un champ électrique haute fréquence pour chauffer le matériau isolant. L'objet chauffant principal est le diélectrique. Lorsque le diélectrique est placé dans un champ électrique alternatif, il sera polarisé à plusieurs reprises (sous l'action du champ électrique, une quantité égale de charge de polarité opposée apparaît sur la surface ou à l'intérieur du diélectrique), convertissant ainsi l'énergie électrique en le champ électrique en chaleur.
La fréquence du champ électrique utilisé pour le chauffage moyen est très élevée. Dans les bandes d'ondes moyennes, courtes et ultra-courtes, la fréquence est de centaines de kilohertz à 300 MHz, ce qui est appelé chauffage diélectrique à haute fréquence. S'il est supérieur à 300 MHz et atteint la bande hyperfréquence, on parle de chauffage diélectrique hyperfréquence. Le chauffage diélectrique à haute fréquence est généralement effectué dans le champ électrique entre les deux plaques; tandis que le chauffage diélectrique par micro-ondes est effectué sous le champ de rayonnement d'un guide d'ondes, d'une cavité résonnante ou d'une antenne micro-ondes.
Lorsque le diélectrique est chauffé dans un champ électrique à haute fréquence, la puissance électrique consommée dans son volume unitaire est P=0,566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
S'il est exprimé en chaleur, il est:
H=1,33fEεrtgδ × 10 (cal / sec · cm)
Où f est la fréquence du champ électrique haute fréquence, εr est la permittivité relative du diélectrique, δ est l'angle de perte diélectrique et E est la force du champ électrique. On peut voir à partir de la formule que la puissance électrique tirée par le diélectrique du champ électrique haute fréquence est proportionnelle au carré de l'intensité du champ électrique E, à la fréquence f du champ électrique et à l'angle de perte δ du diélectrique. . E et f sont déterminés par le champ électrique appliqué, et εr dépend de la nature du diélectrique lui-même. Par conséquent, l'objet du chauffage moyen est principalement le matériau avec une perte moyenne importante.
Chauffage moyen car la chaleur est générée à l'intérieur du diélectrique (objet à chauffer), par rapport à d'autres chauffages externes, la vitesse de chauffage est rapide, l'efficacité thermique est élevée et le chauffage est uniforme.
Le chauffage des médias peut chauffer le gel thermique dans l'industrie, le grain sec, le papier, le bois et d'autres matériaux fibreux; il peut également préchauffer le plastique avant le moulage et coller la vulcanisation du caoutchouc et du bois, du plastique, etc. Pour des matériaux homogènes, le chauffage peut être réalisé dans son ensemble.