Sähkölämmityselementit, lämmityselementit, tyypit, mallit, kytkentä ja testaus

Sähkölämmityselementtejä käytetään kotitalous- ja teollisuuslaitteissa. Eri lämmittimien käyttö on kaikkien tiedossa. Ne ovat sähköuuneja, uuneja ja uuneja, kahvinkeittimiä, vedenkeittimiä ja erityislämmityslaitteita.

Sähköiset vedenlämmittimet, yleisesti nimeltään kattilat, sisältävät myös lämmityselementit. Monien lämmityselementtien perusta on lanka, jolla on korkea sähkövastus. Ja useimmiten tämä lanka on valmistettu nikroomista.

Avoin nikroom-kierre

Vanhin lämmityselementti on ehkä tavallinen nikroomikierre. Kerran kotitekoiset sähköuunit, vesikattilat ja vuohenlämmittimet olivat käytössä. Koska kädessä nikroomlanka, joka voisi “tarttua” tuotantoon, tarvittavan tehon kierre tekeminen ei aiheuttanut ongelmia.

Tarvittavan pituisen langan pää työnnetään vinssin leikkaukseen, itse lanka johdetaan kahden puupohjan väliin. Ruuvat on kiinnitettävä niin, että koko rakenne pysyy kuvan osoittamalla tavalla. Puristusvoiman on oltava sellainen, että vaijeri kulkee tangon läpi jollain vaivalla. Jos puristusvoima on suuri, lanka katkeaa yksinkertaisesti.

Kuva 1. Nikromikierre

Kaulua kiertämällä, vaijeri vedetään puupalkkien läpi ja asetetaan varovasti, käännä kääntyä, metallitangolle. Sähköasentaja-arsenaalissa oli koko joukko jakoavaimia, joiden halkaisija oli 1,5 - 10 mm, mikä mahdollisti spiraalien käämityksen kaikissa tilanteissa.

Oli tiedossa, mikä halkaisija lanka on ja mikä pituus vaaditaan vaaditun tehon kierteen kiertämiseen. Nämä maagiset numerot löytyvät edelleen Internetistä. Kuvio 2 esittää taulukkoa, joka näyttää tietoja eri kapasiteetin spiraaleista 220 V syöttöjännitteellä.

Kuva 2. Lämmityselementin sähkökierukan laskeminen (klikkaa kuvaa suurentaaksesi)

Kaikki on täällä yksinkertaista ja selkeää. Tarvittavan tehon ja käsillä olevan nikromilangan halkaisijan huomioon ottaen on vain leikattava halutun pituinen kappale ja kelattava se vastaavan halkaisijan omaan tuuriin. Samaan aikaan taulukko näyttää tuloksena olevan spiraalin pituuden. Entä jos on johto, jonka halkaisijaa ei ole määritelty taulukossa? Tässä tapauksessa spiraali on vain laskettava.

Kuinka laskea nikromispiraali

Tarvittaessa laske spiraali on melko yksinkertainen. Esimerkiksi laskenta nichromilangasta, jonka halkaisija on 0,45 mm (taulukossa ei ole sellaista halkaisijaa), kierre, jonka teho on 600 W 220 V jännitteelle. Kaikki laskelmat suoritetaan Ohmin lain mukaan.

Tietoja kuinka muuntaa ampeereita watteiksi ja päinvastoin, watteina ampeereiksi:

Kuinka monta ampeeria ampeereissa on, kuinka muuntaa ampeereita watteiksi ja kilowatteiksi

Ensin sinun pitäisi laskea spiraalin kuluttama virta.

I = P / U = 600/220 = 2,72 A

Tämän tekemiseksi riittää jakaa asetettu teho jännitteellä ja saadaan spiraalin läpi kulkeva virran määrä. Teho watteina, jännite volteissa, johtaa ampeereihin. Kaikki SI-järjestelmän mukaan.

Nyt tunnetun virran avulla spiraalin vaadittavan resistanssin laskeminen on melko yksinkertaista: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 ohmia

Kaava johtimen resistanssin laskemiseksi on R = ρ * L / S,

missä ρ on johtimen ominaisvastus (nikromilla 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L on johtimen pituus metreinä, S on johtimen poikkileikkaus neliö millimetreinä. Johtimella, jonka halkaisija on 0,45 mm, poikkileikkaus on 0,159 mm2.

Siksi L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm tai 11,7 m.

Laskenta ei yleensä ole niin monimutkaista.Itse asiassa spiraalin valmistus ei ole niin vaikeaa, mikä on epäilemättä etuna tavallisille nikroomikierteille. Mutta tämän edun estävät monet avoimille spiraaleille ominaiset puutteet.

Ensinnäkin tämä on melko korkea lämmityslämpötila - 700 ... 800˚C. Kuumennetussa spiraalissa on heikko punainen hehku, vahingossa sen koskettaminen voi aiheuttaa palovamman. Lisäksi sähköisku on mahdollinen. Punainen kuuma kierre polttaa ilman hapen, houkuttelee pölyhiukkasia itseensä, mikä palaessaan antaa erittäin epämiellyttävän aromin.

Mutta avoimien spiraalien pääasiallisena haittana tulisi pitää niiden suurta palovaaraa. Siksi palokunta yksinkertaisesti kieltää lämmittimien käytön avoimella spiraalilla. Tällaisia ​​lämmittimiä ovat ensinnäkin niin kutsuttu "vuohi", jonka rakenne on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Kotitekoinen vuohenlämmitin

Näin villi "vuohi" osoittautui: se tehtiin tarkoituksella huolimattomasti, yksinkertaisesti, jopa erittäin pahasti. Tällaisen lämmittimen aiheuttaman tulipalon ei tarvitse odottaa kauan. Tällaisen lämmittimen edistyneempi rakenne on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. "vuohen" koti

On helppo nähdä, että spiraali suljetaan metallikotelolla, tämä estää koskettamasta jännitteisten osien kuumennettuja osia. Tällaisen laitteen palovaara on paljon pienempi kuin edellisessä kuvassa.

Katso tämä aihe:Miksi "vuohi" ja kotitekoinen kattila ovat vaarallisia?

Kerran Neuvostoliitossa tuotettiin lämmittimiä heijastimia. Nikkelillä päällystetyn heijastimen keskellä oli keraaminen patruuna, johon 500 W lämmitin oli kiinnitetty, kuten E27-korkilla varustettu polttimo. Tällaisen heijastimen palovaara on myös erittäin korkea. No, en jotenkin ajatellut noina aikoina, mihin tällaisten lämmittimien käyttö voisi johtaa.

Kuva 5. Heijastava lämmitin

On aivan selvää, että erilaisia ​​avoimen kierrelämmittimiä voidaan vastoin palotarkastuksen vaatimuksia käyttää vain valppaassa valvonnassa: jos poistut huoneesta - sammuta lämmitin! Parempi vielä, yksinkertaisesti luopua tämän tyyppisten lämmittimien käytöstä.

Suljetut kierrelämmityselementit

Avoimesta spiraalista pääsemiseksi keksittiin putkimaiset sähkölämmittimet - TEN. Lämmittimen rakenne on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. Lämmittimen suunnittelu

Nikromikierre 1 on piilotettu ohutseinäisen metalliputken 2 sisään. Kierre on eristetty putkesta täyteaineella 3, jolla on korkea lämmönjohtavuus ja korkea sähkövastus. Periklaasia (kiteinen magnesiumoksidin MgO-seos, joskus muiden oksidien epäpuhtauksien kanssa) käytetään yleisimmin täyteaineena.

Täyttämisen jälkeen eristävällä koostumuksella putki puristetaan ja korkeassa paineessa periklaasi muuttuu monoliitiksi. Tällaisen toimenpiteen jälkeen kierre on kiinteästi kiinni, joten sähköinen kosketus rungon putkeen on täysin poissuljettu. Suunnittelu on niin vahva, että mitä tahansa lämmitintä voidaan taivuttaa, jos lämmittimen suunnittelu sitä edellyttää. Joillakin lämmityseleillä on hyvin omituinen muoto.

Kierre on kytketty metallijohtimiin 4, jotka poistuvat eristimien 5 läpi. Lyijylangat on kytketty johtimien 4 kierteisiin päihin muttereilla ja aluslevyillä 7. Lämmityselementit kiinnitetään laitekoteloon muttereilla ja aluslevyillä 6, jotka varmistavat tarvittaessa liitoksen tiiviyden.

Käyttöolosuhteita huomioiden tällainen malli on melko luotettava ja kestävä. Juuri tämä johti lämmityselementtien erittäin laajaan käyttöön laitteissa eri tarkoituksiin ja malleihin.

Käyttöolosuhteiden mukaan lämmityselementit jaetaan kahteen suureen ryhmään: ilma ja vesi. Mutta se on vain tuo nimi. Itse asiassa ilmanlämmityselementit on suunniteltu toimimaan erilaisissa kaasuympäristöissä.Jopa tavallinen ilmailma on sekoitus useista kaasuista: happea, typpeä, hiilidioksidia, on jopa epäpuhtauksia argonista, neonista, kryptonista jne.

Ilmaympäristö on hyvin monimuotoinen. Se voi olla rauhallista ilmailmaa tai ilmavirtaa, joka liikkuu nopeudella useita metrejä sekunnissa, kuten puhaltimen lämmittimissä tai lämpöpistooleissa.

Lämmittimen kuoren lämmitys voi olla jopa 450 ° C. Siksi ulkomaisen putkimaisen kuoren valmistukseen käytetään erilaisia ​​materiaaleja. Se voi olla tavallista hiiliterästä, ruostumatonta terästä tai kuumuutta kestävää, kuumuutta kestävää terästä. Kaikki riippuu ympäristöstä.

Lämmönsiirron parantamiseksi jotkut lämmityselementit on varustettu putkilla olevilla kylkillä haavan metallinauhan muodossa. Tällaisia ​​lämmittimiä kutsutaan ohuiksi. Tällaisten elementtien käyttö on sopivinta liikkuvassa ilmaympäristössä, esimerkiksi puhaltimen lämmittimissä ja lämpöpistooleissa.

Vesilämmityselementtejä ei myöskään välttämättä käytetä vedessä, tämä on yleinen nimi erilaisille nestemäisille väliaineille. Se voi olla öljyä, polttoöljyä ja jopa erilaisia ​​aggressiivisia nesteitä. Nestemäinen TENY käytetään sähkökattiloissa, tislaajat, sähköiset suolanpoistolaitokset ja vain titaanit juomaveden kiehuttamiseen.

Veden lämmönjohtavuus ja lämpökapasiteetti ovat paljon korkeammat kuin ilman ja muiden kaasumaisten aineiden, mikä tarjoaa verrattuna ilmaan paremman, nopeamman lämmönpoiston lämmittimestä. Siksi samalla sähkövoimalla vedenlämmittimellä on pienemmät geometriset mitat.

Tässä voimme antaa yksinkertaisen esimerkin: kun kiehuu vettä tavallisessa vedenkeittimessä, lämmitin voi olla punainen ja palaa sitten reikiin. Sama kuva on havaittavissa tavallisilla kattiloilla, jotka on suunniteltu keittämään vettä lasissa tai ämpäri.

Annettu esimerkki osoittaa selvästi, että vesilämmityselementtejä ei tule koskaan käyttää ilmatyöhön. Voit käyttää ilmanlämmityselementtejä veden lämmittämiseen, mutta sinun on vain odotettava kauan, kunnes vesi kiehuu.

Vedenlämmityselementtien etuna ei ole käytön aikana muodostettu mittakerros. Vaaka on yleensä huokoinen ja sen lämmönjohtavuus on pieni. Siksi spiraalin tuottama lämpö menee nesteeseen huonosti, mutta lämmittimen sisällä oleva spiraali lämpenee erittäin korkeaan lämpötilaan, mikä ennemmin tai myöhemmin johtaa sen palamiseen.

Tämän estämiseksi on suositeltavaa puhdistaa lämmityselementit määräajoin eri kemikaaleilla. Esimerkiksi televisiomainoksessa Calgonia suositellaan pesukonelämmittimien suojaamiseksi. Vaikka tästä työkalusta on mielipiteitä paljon.

Kuinka päästä eroon mittakaavasta

Asteikolta suojaavien kemikaalien lisäksi käytetään erilaisia ​​laitteita. Ensinnäkin nämä ovat magneettisiä vedenmuuntajia. Voimakkaassa magneettikentässä "kovien" suolojen kiteet muuttavat rakennettaan, muuttuvat hiutaleiksi, pienenevät. Vaa'at ovat vähemmän aktiivisia tällaisista hiutaleista; suurin osa hiutaleista pestään yksinkertaisesti vesivirralla. Tämä varmistaa lämmittimien ja putkistojen suojan mittakaavalta. Monia ulkomaisia ​​yrityksiä tuottaa magneettisuodattimia, sellaisia ​​on Venäjällä. Tällaisia ​​suodattimia on saatavana sekä asunto- että yläpuolella.

Elektroniset vedenpehmennykset

Viime aikoina elektroniset vedenpehmennykset ovat yhä suosittuja. Ulkoisesti kaikki näyttää hyvin yksinkertaiselta. Putkeen on asennettu pieni laatikko, josta antennijohdot tulevat ulos. Johdot on kierretty putken ympärille, eikä sinun tarvitse edes irrottaa maalia. Laite voidaan asentaa mihin tahansa saavutettavissa olevaan paikkaan, kuten kuvassa 7 näytetään.

Kuva 7. Elektroninen vedenpehmennin

Ainoa asia, joka tarvitset laitteen kytkemiseen, on 220 V: n pistorasia.Laite on suunniteltu pitkäaikaiseen päällekytkemiseen, sitä ei tarvitse sammuttaa säännöllisin väliajoin, koska sammuttaminen aiheuttaa veden uudelleen kovan kovettumisen, vaaka muodostuu uudelleen.

Laitteen toimintaperiaate alennetaan värähtelyjen säteilyyn ultraäänitaajuuksien alueella, joka voi olla jopa 50 KHz. Värähtelytaajuutta ohjataan laitteen ohjauspaneelilla. Säteily tuotetaan erissä useita kertoja sekunnissa, mikä saavutetaan sisäänrakennetulla mikro-ohjaimella. Vaihteluiden voima on pieni, joten tällaiset laitteet eivät aiheuta vaaraa ihmisten terveydelle.

Tällaisten laitteiden asentamisen tarkoituksenmukaisuus on helppo määrittää. Kaikki riippuu siitä, kuinka kovaa vesi virtaa vesiputkesta. Täällä ei tarvitse edes mitään "hajottavia" laitteita: jos iho kuivataan pesun jälkeen, laattaan ilmestyy valkoisia tahroja vesiroiskeista, kattilassa näkyy kattilassa, pesukone poistuu hitaammin kuin toiminnan alussa - kova vesi virtaa ehdottomasti hanasta. Kaikki tämä voi johtaa lämmityselementtien ja siten itse kattiloiden tai pesukoneiden vioittumiseen.

Kova vesi ei liukena erilaisia ​​pesuaineita - tavallisista saippuista supermuotoisiin pyykinpesuaineisiin. Seurauksena on, että joudut laittamaan lisää jauheita, mutta tämä auttaa vähän, koska kovuussuolojen kiteet säilyvät kudoksissa, pesun laatu jättää paljon toivomisen varaa. Kaikki luetellut veden kovuuden merkit osoittavat kaunopuheisesti, että vedenpehmentimien asennus on välttämätöntä.

Lämmityselementtien kytkentä ja varmentaminen

Kytkettäessä lämmitintä on käytettävä sopivan poikkileikkausjohtoa. Kaikki riippuu lämmittimen läpi kulkevasta virrasta. Useimmiten tunnetaan kaksi parametria. Tämä on itse lämmittimen teho ja syöttöjännite. Virran määrittämiseksi riittää jakaa teho syöttöjännitteellä.

Yksinkertainen esimerkki. Olkoon lämmitinelementti, jonka teho on 1 kW (1000 W) syöttöjännitteelle 220V. Tällaiselle lämmittimelle käy ilmi, että virta on

I = P / U = 1000/220 = 4.545A.

PUE: hen sijoitettujen taulukoiden mukaan sellainen virta voi aikaansaada vaijerin, jonka poikkileikkaus on 0,5 mm2 (11A), mutta mekaanisen lujuuden varmistamiseksi on parempi käyttää lankaa, jonka poikkileikkaus on vähintään 2,5 mm2. Juuri tällainen johto toimitetaan useimmiten sähköllä pistorasioihin.

Mutta ennen yhteyden muodostamista, sinun tulee varmistaa, että myös uusi, juuri ostettu TEN on hyvässä kunnossa. Ensinnäkin on tarpeen mitata sen vastus ja tarkistaa eristyksen eheys. Lämmityselementin vastus on melko yksinkertainen laskea. Tätä varten on tarpeen syöttöjännite neliöida ja jakaa voimalla. Esimerkiksi 1000 W: n lämmittimessä tämä laskelma näyttää tältä:

220 * 220/1000 = 48,4ohm.

Tällainen vastus tulisi osoittaa yleismittarilla kytkettäessä se lämmittimen napoihin. Jos kierre on rikki, yleismittari näyttää luonnollisesti tauon. Jos otamme lämmityselementin, jolla on eri teho, silloin vastus on tietysti erilainen.

Tarkasta eristyksen eheys mittaamalla minkä tahansa liittimen ja lämmittimen metallikotelon välinen vastus. Täyteaineeristimen resistanssi on sellainen, että yleismittarin tulisi näyttää katkeaminen missä tahansa mittausrajassa. Jos käy ilmi, että vastus on nolla, spiraalilla on kosketus lämmittimen metallikoteloon. Näin voi tapahtua jopa uudella, vain lämmityselementin ostamalla.

Käytetään yleensä eristyksen testaamiseen erityinen megaohmmeter-laite, mutta ei aina, eikä kaikilla ole sitä käsillä. Joten normaali yleismittari on myös varsin sopiva. Ainakin tällainen tarkistus on tehtävä.

Kuten jo mainittiin, lämmityselementit voidaan taivuttaa myös eristeellä täyttöä jälkeen. Lämmittimiä on erityyppisiä: suora, U-muotoisen putken muodossa, valssattu renkaaseen, käärmeeseen tai spiraaliin.Kaikki riippuu lämmityslaitteen laitteesta, johon lämmitin on tarkoitus asentaa. Esimerkiksi pesukoneen virtaavassa vedenlämmittimessä TEN on kierretty spiraaliksi.

Joillakin TENY-laitteilla on suojauselementtejä. Yksinkertaisin suoja on lämpövaroke. No, jos se palai, sinun on vaihdettava koko lämmitin, mutta se ei pääse tuleen. On monimutkaisempi suojajärjestelmä, joka mahdollistaa lämmittimen käytön sen käytön jälkeen.

Yksi sellaisista suojauksista on bimetallilevyyn perustuva suojaus: ylikuumentuneesta lämmityselementistä tuleva lämpö taivuttaa bimetallilevyä, joka avaa koskettimen ja poistaa lämmityselementin virran. Kun lämpötila laskee hyväksyttävään arvoon, bimetallilevy jatkuu, kosketin sulkeutuu ja lämmitin on jälleen käyttövalmis.

TENY lämpötilansäätimellä

Kuumaa vettä ei tarvitse käyttää kattiloita. Kattiloiden suunnittelu on melko yksinkertainen. Tämä on metallisäiliö, joka on piilotettu lämpöeristeen "turkkiin", jonka päällä on koristeellinen metallikotelo. Koteloon on upotettu lämpömittari, joka näyttää veden lämpötilan. Kattilan rakenne on esitetty kuvassa 8.

Kuva 8. Säilytyskattila

Jotkut kattilat sisältävät magnesiumanodin. Sen tarkoituksena on suojaus lämmittimen ja kattilan sisäisen säiliön korroosiolta. Magnesiumanodi on kuluva, se on vaihdettava ajoittain kattilan huollon aikana. Mutta joissakin kattiloissa, jotka ovat ilmeisesti halpoja hintaluokkia, tällaista suojaa ei tarjota.

Kattiloiden lämmityselementtinä käytetään lämmitintä, jossa on lämpötilansäädin, yhden rakenne on esitetty kuvassa 9.

Kuva 9. TEN lämpötilansäätimellä

Muovikotelossa on mikrokytkin, jonka laukaisee nesteen lämpötila-anturi (suora putki lämmittimen vieressä). Itse lämmittimen muoto voi olla monipuolisin, kuvassa yksinkertaisin. Kaikki riippuu kattilan tehosta ja suunnittelusta. Kuumennusastetta säätelee mekaanisen koskettimen sijainti, jota säätelee laatikon pohjassa oleva valkoinen pyöreä kahva. On myös päätteitä sähkövirran syöttämistä varten. Lämmitin kiinnitetään kierteellä.

Märät ja kuivat lämmittimet

Tällainen lämmitin on suorassa kosketuksessa veden kanssa, joten sitä kutsutaan "märäksi". Märän lämmityselementin käyttöikä on 2 ... 5 vuotta, jonka jälkeen se on muutettava. Yleensä käyttöikä on lyhyt.

Lämmityselementin ja koko kattilan käyttöiän pidentämiseksi ranskalainen yritys Atlantic kehitti viime vuosisadan 90-luvulla ”kuiva” lämmityselementti. Yksinkertaisesti sanottuna lämmitin piilotettiin metallisuojakolviin, joka sulki pois suoran kosketuksen veteen: lämmityselementti kuumennetaan pullon sisällä, joka siirtää lämpöä veteen.

Pullon lämpötila on luonnollisesti paljon alhaisempi kuin itse kuumennuselementti, minkä vuoksi vaa'an muodostuminen samalla vesikovuudella ei ole niin voimakasta, enemmän lämpöä siirtyy veteen. Tällaisten lämmittimien käyttöikä on 10 ... 15 vuotta. Edellä oleva pätee hyviin käyttöolosuhteisiin, erityisesti syöttöjännitteen vakauteen. Mutta jopa hyvissä olosuhteissa ”kuivat” lämmityselementit tuottavat myös omat resurssinsa, ja ne on vaihdettava.

Tässä paljastuu vielä yksi "kuiva" lämmityselementtitekniikan etu: lämmittimen vaihtamisen yhteydessä ei tarvitse tyhjentää vettä kattilasta, jota varten se on irrotettava putkilinjasta. Yksinkertaisesti sammuta lämmitin ja vaihda se uuteen.

Atlantic tietysti patentoi keksintönsä, minkä jälkeen se alkoi myydä lisenssiä muille yrityksille. Tällä hetkellä muut yritykset, esimerkiksi Electrolux ja Gorenje, valmistavat myös kattiloita, joissa on ”kuiva” lämmityselementti. Kattilan, jossa on ”kuiva” lämmityselementti, rakenne on esitetty kuvassa 10.

Kuva 10. Kattila, jossa on ”kuiva” lämmitin

Muuten, kuvassa on kattila, jossa on keraaminen steatiittikiuas. Tällaisen lämmittimen laite on esitetty kuvassa 11.

Kuva 11. Keraaminen lämmitin

Keraamiselle pohjalle on kiinnitetty tavanomainen avoin kierre, jolla on korkea vastuslanka. Kierrelämpötila saavuttaa 800 astetta ja siirtyy ympäristöön (suojakuoren alla oleva ilma) konvektiolla ja lämmön säteilyllä. Luonnollisesti sellainen lämmitin, jota käytetään kattiloihin, voi toimia vain suojakuoressa, ilmassa, suora kosketus veden kanssa on yksinkertaisesti poissuljettu.

Kierre voidaan kääriä useisiin osiin, mikä ilmenee useiden liitäntänapojen läsnäolosta. Tämän avulla voit muuttaa lämmittimen tehoa. Tällaisten lämmittimien suurin ominaisteho ei ylitä 9W / cm².

Tällaisen lämmittimen normaalin toiminnan edellytys on mekaanisten kuormitusten, mutkien ja tärinän puuttuminen. Pinta ei saa saastuttaa ruostetta tai öljy tahroja. Ja tietysti, mitä vakaampi syöttöjännite on ilman ylijännitteitä, sitä kestävämpi lämmitin on.

Sähkötekniikka ei kuitenkaan ole paikallaan. Teknologiat kehittyvät, paranevat, joten lämmityselementtien lisäksi kehitetään ja käytetään menestyksekkäästi monenlaisia ​​lämmityselementtejä. Nämä ovat keraamisia lämmityselementtejä, hiilen lämmityselementtejä, infrapuna-lämmityselementtejä, mutta tästä tulee aihe toisessa artikkelissa.

Artikkelin jatko:Nykyaikaiset lämmityselementit