Jouleov efekt elektrického prúdu sa používa na premenu elektrickej energie na teplo na zahrievanie predmetov. Zvyčajne sa delí na priamy odporový ohrev a nepriamy odporový ohrev. Napájacie napätie prvého je priamo privedené na vyhrievaný predmet a pri prúdení prúdu sa zahrieva samotný vyhrievaný predmet (napríklad elektricky vyhrievaná žehlička). Predmet, ktorý sa môže ohriať priamo odporovo, musí byť vodič, ale s vysokým odporom. Keďže teplo vzniká zo samotného vykurovaného objektu, patrí k vnútornému vykurovaniu a tepelná účinnosť je vysoká. Nepriamy odporový ohrev je potrebné vyrobiť zo špeciálnych zliatinových materiálov alebo nekovových materiálov na výrobu vykurovacích telies, ktoré generujú tepelnú energiu a odovzdávajú ohrievanému objektu sálaním, prúdením a vedením. Keďže vykurovaný objekt a vykurovacie teleso sú rozdelené na dve časti, typ vykurovaného objektu nie je vo všeobecnosti obmedzený a jednoducho sa obsluhuje.
Materiály používané vo vykurovacom telese nepriameho odporového ohrevu vo všeobecnosti vyžadujú veľký odpor, malý teplotný koeficient odporu, malú deformáciu pri vysokej teplote a nie je ľahké skrehnúť. Bežne používané sú zliatiny železa a hliníka, zliatiny niklu a chrómu a iné kovové materiály a karbid kremíka, disilicid molybdénu a iné nekovové materiály. Maximálna pracovná teplota kovových vykurovacích telies môže dosiahnuť 1000 ~ 1500 stupňov podľa typu materiálu; Maximálna pracovná teplota nekovových vykurovacích telies môže dosiahnuť 1500 ~ 1700 stupňov. Ten sa ľahko inštaluje a môže byť nahradený horúcou pecou, ale pri práci potrebuje zariadenie na reguláciu tlaku a jeho životnosť je kratšia ako životnosť zliatinových vykurovacích telies a vo všeobecnosti sa používa vo vysokoteplotných peciach, kde teplota presahuje maximálnu prevádzkovú teplotu povolenú vykurovacími prvkami z kovového materiálu a pri niektorých špeciálnych príležitostiach. Tepelný účinok samotného vodiča je ohrievaný indukovaným prúdom (vírivým prúdom) generovaným vodičom v striedavom elektromagnetickom poli. Podľa rôznych požiadaviek na proces ohrevu je frekvencia striedavého napájania používaná pri indukčnom ohreve výkonová frekvencia (50 ~ 60 kHz), stredná frekvencia (60 ~ 10 000 Hz) a vysoká frekvencia (vyššia ako 10 000 Hz). Napájanie s frekvenciou napájania sa zvyčajne používa v priemyselnom napájaní striedavým prúdom, väčšina krajín na svete má frekvenciu napájania 50 Hz. Napätie aplikované na indukčné zariadenie napájacím frekvenčným zdrojom pre indukčný ohrev musí byť nastaviteľné. Podľa výkonu vykurovacieho zariadenia a kapacity napájacej siete môže byť napájací zdroj (6~10 kV) použitý na napájanie cez transformátor; Vykurovacie zariadenie je možné pripojiť aj priamo na 380 V nízkonapäťovú sieť.
Stredofrekvenčný napájací zdroj používa stredofrekvenčné generátorové súpravy už dlhú dobu. Pozostáva zo stredofrekvenčného generátora a hnacieho asynchrónneho motora. Výstupný výkon tejto jednotky je všeobecne v rozsahu 50~1000 kilowattov. S rozvojom technológie výkonovej elektroniky sa začali používať stredofrekvenčné napájacie zdroje s tyristorovým invertorom. Tento strednofrekvenčný napájací zdroj využíva tyristory na premenu striedavého prúdu s výkonovou frekvenciou na jednosmerný prúd a následne na premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd požadovanej frekvencie. Kvôli malým rozmerom, nízkej hmotnosti, žiadnemu hluku, spoľahlivej prevádzke atď. tohto zariadenia na konverziu frekvencie postupne nahradilo súpravu stredofrekvenčného generátora.
Vysokofrekvenčné napájanie zvyčajne používa transformátor na zvýšenie trojfázového 380 voltového napätia na vysoké napätie približne 20,000 voltov a potom používa tyristor alebo vysokonapäťový kremíkový usmerňovač na usmernenie napájacej frekvencie striedavý prúd na jednosmerný prúd a potom pomocou elektronického oscilátora premieňa jednosmerný prúd na vysokofrekvenčný, vysokonapäťový striedavý prúd. Výstupný výkon vysokofrekvenčných napájacích zariadení sa pohybuje od desiatok kilowattov až po stovky kilowattov.
Predmety, ktoré sú indukčne ohrievané, musia byť vodičmi. Keď vodičom prechádza vysokofrekvenčný striedavý prúd, vodič vytvára efekt kože, to znamená, že hustota povrchového prúdu vodiča je veľká a hustota prúdu v strede vodiča je malá.
Indukčný ohrev dokáže zohriať predmet rovnomerne a povrchovo ako celok; Dokáže roztaviť kovy; Vo vysokofrekvenčných pásmach možno zmenu tvaru vykurovacej špirály (známej aj ako tlmivka) využiť aj na ľubovoľný lokálny ohrev. Ohrievanie predmetov pomocou vysokých teplôt generovaných elektrickým oblúkom. Oblúkový oblúk je výboj plynu medzi dvoma elektródami. Napätie oblúka nie je vysoké, ale prúd je veľký a jeho silný prúd je udržiavaný veľkým množstvom iónov odparených na elektróde, takže oblúk je ľahko ovplyvnený okolitým magnetickým poľom. Keď sa medzi elektródami vytvorí oblúk, teplota stĺpca oblúka môže dosiahnuť 3000 ~ 6000 K, čo je vhodné na vysokoteplotné tavenie kovov.
Existujú dva typy oblúkového ohrevu: priamy a nepriamy oblúkový ohrev. Prúd oblúka ohrievaný priamym oblúkom prechádza priamo cez vyhrievaný predmet, ktorý musí byť elektródou alebo médiom oblúka. Oblúkový prúd ohrievaný nepriamym oblúkom neprechádza vyhrievaným predmetom, ale je ohrievaný hlavne teplom vyžarovaným oblúkom. Charakteristiky oblúkového ohrevu sú: vysoká teplota oblúka, koncentrácia energie a povrchový výkon bazénovej oblúkovej pece na výrobu ocele môže dosiahnuť 560 ~ 1200 kW / meter štvorcový. Hluk oblúka je však veľký a jeho voltampérová charakteristika je záporná odporová charakteristika (pádová charakteristika). Aby sa zachovala stabilita oblúka pri zahrievaní oblúka, okamžitá hodnota napätia obvodu je väčšia ako hodnota počiatočného napätia, keď prúd oblúka prekročí nulu, a aby sa obmedzil skratový prúd, odpor určitá hodnota musí byť zapojená do série v napájacom obvode. Elektróny pohybujúce sa vysokou rýchlosťou pôsobením elektrického poľa sa používajú na bombardovanie povrchu objektu a jeho zahrievanie. Hlavnou súčasťou ohrevu elektrónovým lúčom je generátor elektrónového lúča, tiež známy ako elektrónové delo. Elektrónové delo sa skladá hlavne z katódy, lúčovej polyelektródy, anódy, elektromagnetickej šošovky a vychyľovacej cievky. Anóda je uzemnená, katóda je pripojená k negatívnej vysokej polohe, zaostrovací lúč má zvyčajne rovnaký potenciál ako katóda a medzi katódou a anódou sa vytvára zrýchlené elektrické pole. Elektróny emitované katódou sú pôsobením zrýchľujúceho sa elektrického poľa zrýchlené na veľmi vysokú rýchlosť, zaostrené elektromagnetickou šošovkou a následne riadené vychyľovacou cievkou, takže elektrónový lúč vystrelí smerom k ohrievanému objektu v určitom smere. .
Výhody ohrevu elektrónovým lúčom sú: (1) regulácia aktuálnej hodnoty Ie elektrónového lúča, ktorá môže ľahko a rýchlo meniť vykurovací výkon; (2) Elektromagnetická šošovka môže byť použitá na voľnú výmenu vyhrievanej časti alebo môže byť voľne nastavená plocha časti bombardovanej elektrónovým lúčom; (3) Hustotu výkonu možno zvýšiť tak, aby sa látka v bode bombardovania v okamihu vyparila. Pomocou objektov infračerveného žiarenia objekt absorbuje infračervené lúče, premieňa energiu žiarenia na tepelnú energiu a ohrieva ju.
Infračervené je elektromagnetické vlnenie. V slnečnom spektre, za červeným koncom viditeľného svetla, je neviditeľná forma žiarivej energie. V elektromagnetickom spektre je rozsah vlnových dĺžok infračerveného žiarenia medzi {{0}},75~1{{10}}00 mikrónov a frekvenciou rozsah je medzi 3×1{{20}}~4×10 kHz. V priemyselných aplikáciách je infračervené spektrum často rozdelené do niekoľkých pásiem: 0,75~3,0 mikrónov pre oblasť blízkej infračervenej oblasti; 3,0 až 6,0 mikrónov pre strednú infračervenú oblasť; 6,0~15,0 mikrónov pre vzdialenú infračervenú oblasť; 15,0 ~ 1000 mikrónov pre extrémne vzdialenú infračervenú oblasť. Rôzne objekty majú rôznu schopnosť absorbovať infračervené lúče, aj keď ten istý objekt má rôznu schopnosť absorbovať infračervené lúče rôznych vlnových dĺžok. Preto pri aplikácii infračerveného vykurovania podľa typu vykurovaného predmetu zvoľte vhodný zdroj infračerveného žiarenia, aby sa energia žiarenia koncentrovala v rozsahu absorpčných vlnových dĺžok vyhrievaného predmetu, aby sa dosiahol dobrý vykurovací efekt.
Elektrické infračervené vykurovanie je vlastne špeciálna forma odporového ohrevu, to znamená, že materiály ako volfrám, železo-nikel alebo zliatina niklu a chrómu sa používajú ako žiariče na výrobu zdrojov žiarenia. Pri napájaní vzniká tepelné žiarenie v dôsledku tepla generovaného jeho odporom. Bežne používané elektrické infračervené vykurovacie zdroje žiarenia sú lampový typ (reflexný), trubicový (kremenný trubicový typ) a doskový typ (plochý typ). Typ lampy je infračervená žiarovka s volfrámovým vláknom ako žiaričom a volfrámové vlákno je utesnené v sklenenom obale naplnenom inertným plynom, rovnako ako bežné žiarovky. Keď je žiarič pod napätím, zahrieva sa (teplota je nižšia ako u bežnej žiarovky), čím sa vyžaruje veľké množstvo infračervených lúčov s vlnovou dĺžkou asi 1,2 mikrónu. Ak je vnútorná stena skleneného obalu pokrytá reflexnou vrstvou, infračervené lúče sa môžu koncentrovať v jednom smere, preto sa zdroje infračerveného žiarenia lampového typu nazývajú aj reflexné infračervené žiariče. Rúrka trubicového zdroja infračerveného žiarenia je vyrobená z kremenného skla a v strede je volfrámový drôt, preto sa nazýva aj kremenný trubicový infračervený žiarič. Vlnová dĺžka infračerveného žiarenia vyžarovaného typom lampy a typom trubice je v rozsahu 0.7~3 mikrónov a pracovná teplota je nízka, čo sa vo všeobecnosti používa na zahrievanie, pečenie, sušenie a infračervenú fyzioterapiu vo svetle. a textilný priemysel. Radiačná plocha doskového zdroja infračerveného žiarenia je rovinná, zložená z plochej odporovej dosky, predná strana odporovej dosky je potiahnutá materiálom s veľkým koeficientom odrazu a zadná strana je potiahnutá materiálom s malý koeficient odrazu, takže väčšina tepelnej energie je vyžarovaná prednou stranou. Pracovná teplota doskového typu môže dosiahnuť viac ako 1000 stupňov, čo sa dá použiť na žíhanie zvarov oceľových materiálov a rúr a nádob s veľkým priemerom.
Pretože infračervené žiarenie má silnú penetračnú schopnosť, je ľahké ho absorbovať predmetmi a akonáhle je absorbované predmetmi, okamžite sa premení na tepelnú energiu; Strata energie pred a po infračervenom ohreve je malá, teplota sa dá ľahko regulovať a kvalita vykurovania je vysoká, preto sa aplikácia infračerveného vykurovania rýchlo rozvíja. Vysokofrekvenčné elektrické polia sa používajú na ohrev izolačných materiálov. Hlavným vykurovacím objektom je dielektrikum. Keď je dielektrikum umiestnené v striedavom elektrickom poli, bude opakovane polarizované (jav, že dielektrikum má rovnaké množstvo náboja opačnej polarity na svojom povrchu alebo vo vnútri pod pôsobením elektrického poľa), čím sa premieňa elektrická energia na elektrické pole na tepelnú energiu.
Frekvencia elektrického poľa používaná pri strednom ohreve je vysoká. V pásmach stredných, krátkych a ultrakrátkych vĺn je frekvencia niekoľko stoviek kilohertzov až 300 MHz, čo sa nazýva vysokofrekvenčný stredný ohrev, a ak je vyššia ako 300 MHz a dosiahne mikrovlnné pásmo, nazýva sa mikrovlnná rúra. stredný ohrev. Zvyčajne sa vysokofrekvenčný ohrev média uskutočňuje v elektrickom poli medzi dvoma doskami; Ohrev mikrovlnného média sa vykonáva pod radiačným poľom vlnovodov, rezonátorov alebo mikrovlnných antén.
Keď sa dielektrikum zahrieva vo vysokofrekvenčnom elektrickom poli, elektrická energia odoberaná v jednotkovom objeme je P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Ak je vyjadrený v teple, je to:
H=1,33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
kde f je frekvencia vysokofrekvenčného elektrického poľa, εr je relatívna permitivita dielektrika, δ je uhol dielektrickej straty a E je intenzita elektrického poľa. Zo vzorca je zrejmé, že elektrická energia odoberaná dielektrikom z vysokofrekvenčného elektrického poľa je úmerná druhej mocnine sily elektrického poľa E, frekvencii f elektrického poľa a stratovému uhlu δ dielektrika. . E a f sú určené aplikovaným elektrickým poľom, zatiaľ čo εr závisí od vlastností samotného dielektrika. Preto je predmetom stredného ohrevu hlavne látka s veľkými dielektrickými stratami.
Pretože teplo vzniká vo vnútri dielektrika (ohrievaného predmetu), rýchlosť ohrevu je vysoká, tepelná účinnosť je vysoká a ohrev je rovnomerný v porovnaní s iným vonkajším ohrevom.
Ohrev média sa môže priemyselne použiť na zahrievanie termogélov na sušenie obilia, papiera, dreva a iných vláknitých materiálov; Je tiež možné predhriať plasty pred lisovaním, ako aj vulkanizáciu gumy a lepenie dreva, plastov atď. Voľba vhodnej frekvencie elektrického poľa a zariadenia môže zahriať lepidlo iba pri zahrievaní preglejky, bez toho, aby to ovplyvnilo samotnú preglejku. Pri homogénnych materiáloch je možný integrovaný ohrev.
