Resistenze elettriche, resistenze, tipi, design, connessioni e prove

Gli elementi riscaldanti elettrici sono utilizzati nelle apparecchiature domestiche e industriali. L'uso di vari riscaldatori è noto a tutti. Queste sono stufe elettriche, forni e forni, caffettiere elettriche, bollitori elettrici e apparecchi di riscaldamento di vari design.

Scaldacqua elettrici, comunemente indicati come caldaie, contengono anche elementi riscaldanti. La base di molti elementi riscaldanti è un filo con elevata resistenza elettrica. E molto spesso questo filo è fatto di nicromo.

Aprire la spirale del nicromo

L'elemento riscaldante più antico è forse la solita spirale di nicromo. C'erano una volta stufe elettriche, caldaie e scaldabagni fatti in casa. Avere a portata di mano un filo di nicromo che potrebbe "impadronirsi" della produzione, fare una spirale della potenza richiesta non ha presentato problemi.

L'estremità del filo della lunghezza richiesta viene inserita nel taglio dell'argano, il filo stesso viene passato tra due blocchi di legno. La morsa deve essere bloccata in modo che l'intera struttura sia trattenuta come mostrato in figura. La forza di serraggio deve essere tale che il filo passi attraverso le barre con un certo sforzo. Se la forza di serraggio è grande, il filo si romperà semplicemente.

Figura 1. Avvolgimento a spirale di Nichrome

Ruotando il collare, il filo viene tirato attraverso le barre di legno e con attenzione, girando per girare, viene posato su un'asta di metallo. Nell'arsenale di elettricisti c'era un intero set di chiavi di vari diametri da 1,5 a 10 mm, che permettevano di avvolgere spirali per tutte le occasioni.

Era noto quale diametro fosse il filo e quale lunghezza fosse necessaria per avvolgere la spirale della potenza richiesta. Questi numeri magici possono ancora essere trovati su Internet. La Figura 2 mostra una tabella che mostra i dati su spirali di varie capacità con una tensione di alimentazione di 220 V.

Figura 2. Calcolo della spirale elettrica dell'elemento riscaldante (fare clic sull'immagine per ingrandirla)

Qui è tutto semplice e chiaro. Data la potenza richiesta e il diametro del filo di nicromo disponibile a portata di mano, non resta che tagliare un pezzo della lunghezza desiderata e avvolgerlo su un mandrino del diametro corrispondente. Allo stesso tempo, la tabella mostra la lunghezza della spirale risultante. E se ci fosse un filo con un diametro non specificato nella tabella? In questo caso, la spirale dovrà solo essere calcolata.

Come calcolare una spirale di nicromo

Se necessario, calcolare la spirale è abbastanza semplice. Ad esempio, il calcolo di una spirale fatta di filo di nicromo con un diametro di 0,45 mm (non esiste un tale diametro nella tabella) con una potenza di 600 W per una tensione di 220 V. Tutti i calcoli vengono eseguiti secondo la legge di Ohm.

Informazioni su come convertire ampere in watt e, al contrario, watt in ampere:

Quanti ampere sono in ampere, come convertire ampere in watt e kilowatt

Innanzitutto, dovresti calcolare la corrente consumata dalla spirale.

I = P / U = 600/220 = 2.72 A

Per fare ciò, è sufficiente dividere la potenza impostata per tensione e ottenere la quantità di corrente che passa attraverso la spirale. Potenza in watt, tensione in volt, si traducono in ampere. Tutto secondo il sistema SI.

Usando la corrente nota ora, è abbastanza semplice calcolare la resistenza richiesta della spirale: R = U / I = 220 / 2.72 = 81 Ohm

La formula per calcolare la resistenza di un conduttore è R = ρ * L / S,

dove ρ è la resistenza specifica del conduttore (per nicromo 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L è la lunghezza del conduttore in metri, S è la sezione trasversale del conduttore in millimetri quadrati. Per un conduttore con un diametro di 0,45 mm, la sezione trasversale è di 0,159 mm2.

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

In generale, il calcolo non è così complicato.In effetti, la fabbricazione di una spirale non è così difficile, il che, senza dubbio, è il vantaggio delle normali spirali di nicromo. Ma questo vantaggio è bloccato da molte carenze insite nelle spirali aperte.

Prima di tutto, questa è una temperatura di riscaldamento piuttosto alta - 700 ... 800˚C. La spirale riscaldata ha un debole bagliore rosso, toccarla accidentalmente può causare ustioni. Inoltre, sono possibili scosse elettriche. Una spirale rovente brucia l'ossigeno dell'aria, attira le particelle di polvere su se stessa che, una volta bruciate, danno un aroma molto spiacevole.

Ma il principale svantaggio delle spirali aperte dovrebbe essere considerato il loro alto rischio di incendio. Pertanto, i vigili del fuoco proibiscono semplicemente l'uso di stufe a spirale aperta. Tali riscaldatori, prima di tutto, includono la cosiddetta "capra", il cui disegno è mostrato nella Figura 3.

Figura 3. Riscaldatore di capra fatto in casa

È così che è venuta fuori la “capra” selvaggia: è stata deliberatamente creata con noncuranza, semplicemente, anche molto male. Un incendio con un tale riscaldatore non dovrà aspettare a lungo. Un disegno più avanzato di tale riscaldatore è mostrato nella Figura 4.

Figura 4. Casa "Capra"

È facile vedere che la spirale è chiusa da un involucro metallico, questo è ciò che impedisce di toccare parti riscaldate di parti in tensione. Il pericolo di incendio di un tale dispositivo è molto inferiore a quello mostrato nella figura precedente.

Vedi questo argomento:Perché la "capra" e una caldaia fatta in casa sono pericolose?

C'erano una volta in URSS i riscaldatori-riflettori. Al centro del riflettore nichelato c'era una cartuccia di ceramica, nella quale, come una lampadina con un tappo E27, era avvitato un riscaldatore da 500 W. Anche il pericolo di incendio di un tale riflettore è molto elevato. Beh, in qualche modo non pensavo a quei tempi a cosa potesse portare l'uso di tali riscaldatori.

Figura 5. Riscaldatore riflesso

È abbastanza ovvio che vari riscaldatori con una spirale aperta possono, contrariamente ai requisiti dell'ispezione antincendio, essere utilizzati solo sotto la supervisione di un vigile: se si lascia la stanza, spegnere il riscaldatore! Meglio ancora, semplicemente abbandonare l'uso di stufe di questo tipo.

Resistenze a spirale chiuse

Per sbarazzarsi di una spirale aperta, sono stati inventati i riscaldatori elettrici tubolari - TEN. Il design del riscaldatore è mostrato nella Figura 6.

Figura 6. Il design del riscaldatore

La spirale di nicromo 1 è nascosta all'interno di un tubo di metallo a parete sottile 2. La spirale è isolata dal tubo da un riempitivo 3 con elevata conducibilità termica ed elevata resistenza elettrica. La periclasi (una miscela cristallina di ossido di magnesio MgO, a volte con impurità di altri ossidi) viene spesso utilizzata come riempitivo.

Dopo aver riempito con una composizione isolante, il tubo viene premuto e sotto alta pressione la periclasi si trasforma in un monolite. Dopo tale operazione, la spirale viene fissata rigidamente, pertanto il contatto elettrico con il tubo del corpo viene completamente escluso. Il design è così forte che qualsiasi riscaldatore può essere piegato se il design del riscaldatore lo richiede. Alcuni elementi riscaldanti hanno una forma molto bizzarra.

La spirale è collegata ai conduttori metallici 4, che fuoriescono dagli isolatori 5. I conduttori sono collegati alle estremità filettate dei conduttori 4 mediante dadi e rondelle 7. Gli elementi di riscaldamento sono fissati nel corpo del dispositivo mediante dadi e rondelle 6, che garantiscono, se necessario, la tenuta della connessione.

Nel rispetto delle condizioni operative, tale design è abbastanza affidabile e durevole. Questo è esattamente ciò che ha portato all'uso molto diffuso di elementi riscaldanti nei dispositivi per vari scopi e design.

In base alle condizioni operative, gli elementi riscaldanti sono divisi in due grandi gruppi: aria e acqua. Ma questo è solo quel nome. In effetti, gli elementi di riscaldamento dell'aria sono progettati per funzionare in vari ambienti a gas.Anche l'aria ordinaria atmosferica è una miscela di diversi gas: ossigeno, azoto, anidride carbonica, ci sono persino impurità di argon, neon, kripton, ecc.

L'ambiente aereo è molto vario. Può essere aria atmosferica calma o un flusso d'aria che si muove a una velocità di diversi metri al secondo, come nei termoventilatori o nelle pistole termiche.

Il riscaldamento dell'involucro del riscaldatore può raggiungere 450 ° C e anche di più. Pertanto, vengono utilizzati vari materiali per realizzare il guscio tubolare esterno. Può essere un normale acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o resistente al calore, resistente al calore. Tutto dipende dall'ambiente.

Per migliorare il trasferimento di calore, alcuni elementi riscaldanti sono dotati di nervature sui tubi sotto forma di nastro metallico avvolto. Tali riscaldatori sono chiamati alettati. L'uso di tali elementi è più appropriato in un ambiente ad aria in movimento, ad esempio nei termoventilatori e nelle pistole termiche.

Anche gli elementi di riscaldamento dell'acqua non sono necessariamente utilizzati nell'acqua; questo è il nome generale per vari liquidi. Può essere olio, olio combustibile e persino vari liquidi aggressivi. Liquido TENY utilizzato nelle caldaie elettriche, distillatori, impianti elettrici di dissalazione e solo titani per acqua potabile bollente.

La conduttività termica e la capacità termica dell'acqua sono molto più elevate di quelle dell'aria e di altri mezzi gassosi, il che fornisce, rispetto all'aria, una migliore e più rapida rimozione del calore dal riscaldatore. Pertanto, con la stessa potenza elettrica, lo scaldabagno ha dimensioni geometriche più piccole.

Qui possiamo fare un semplice esempio: quando bolle l'acqua in un normale bollitore elettrico, il riscaldatore può essere rovente e quindi bruciare in buche. La stessa immagine può essere osservata con le normali caldaie, progettate per far bollire l'acqua in un bicchiere o in un secchio.

L'esempio dato dimostra chiaramente che gli elementi di riscaldamento dell'acqua non devono mai essere utilizzati per lavori in aria. Puoi utilizzare gli elementi di riscaldamento ad aria per riscaldare l'acqua, ma devi solo aspettare a lungo fino a quando l'acqua bolle.

Non a vantaggio degli elementi di riscaldamento dell'acqua sarà uno strato di scala formato durante il funzionamento. La scala, di regola, ha una struttura porosa e la sua conduttività termica è piccola. Pertanto, il calore generato dalla spirale entra male nel liquido, ma la spirale all'interno del riscaldatore si riscalda a una temperatura molto elevata, che prima o poi porterà al suo esaurimento.

Per evitare che ciò accada, si consiglia di pulire periodicamente gli elementi riscaldanti utilizzando vari prodotti chimici. Ad esempio, in una pubblicità televisiva, Calgon è raccomandato per proteggere i riscaldatori della lavatrice. Sebbene su questo strumento, ci sono molte opinioni diverse.

Come sbarazzarsi di scala

Oltre ai prodotti chimici per la protezione contro la scala, vengono utilizzati vari dispositivi. Innanzitutto, si tratta di convertitori di acqua magnetici. In un potente campo magnetico, i cristalli di sali "duri" cambiano la loro struttura, si trasformano in scaglie, diventano più piccoli. La scala è meno attiva da tali fiocchi; la maggior parte dei fiocchi viene semplicemente lavata via da un flusso di acqua. Ciò garantisce la protezione di riscaldatori e condutture dalla bilancia. I convertitori di filtri magnetici sono prodotti da molte società straniere, tali società esistono in Russia. Tali filtri sono disponibili sia a mortasa che a soffitto.

Addolcitori elettronici

Recentemente, gli addolcitori elettronici elettronici stanno diventando sempre più popolari. Esternamente, tutto sembra molto semplice. Una piccola scatola è installata sul tubo, da cui fuoriescono i fili dell'antenna. I fili sono avvolti attorno al tubo e non è nemmeno necessario staccare la vernice. Il dispositivo può essere installato in qualsiasi luogo accessibile, come mostrato nella Figura 7.

Figura 7. Addolcitore elettronico

L'unica cosa che ti serve per collegare il dispositivo è una presa da 220V.Il dispositivo è progettato per l'accensione a lungo termine, non è necessario spegnerlo periodicamente, poiché la disattivazione causerà di nuovo la formazione di acqua dura, la bilancia si formerà di nuovo.

Il principio di funzionamento del dispositivo è ridotto all'emissione di vibrazioni nella gamma di frequenze ultrasoniche, che possono raggiungere fino a 50KHz. La frequenza di oscillazione viene controllata tramite il pannello di controllo del dispositivo. Le radiazioni vengono prodotte in lotti più volte al secondo, il che si ottiene utilizzando il microcontrollore incorporato. Il potere delle fluttuazioni è piccolo, pertanto tali dispositivi non rappresentano una minaccia per la salute umana.

La possibilità di installare tali dispositivi è facile da determinare. Tutto dipende dal determinare quanto l'acqua scorre dalla tubatura dell'acqua. Qui non hai nemmeno bisogno di apparecchi "astrusi": se la pelle si asciuga dopo il lavaggio, le macchie bianche appaiono sulla piastrella dagli schizzi d'acqua, la scala appare nel bollitore, la lavatrice si cancella più lentamente rispetto all'inizio dell'operazione - l'acqua dura scorre sicuramente dal rubinetto. Tutto ciò può portare a guasti degli elementi riscaldanti, e quindi dei bollitori o delle lavatrici stesse.

L'acqua dura non dissolve vari detergenti, dai normali saponi ai detersivi per bucato superfashion. Di conseguenza, devi aggiungere più polveri, ma questo aiuta un po ', poiché i cristalli di sali di durezza sono trattenuti nei tessuti, la qualità del lavaggio lascia molto a desiderare. Tutti i segni elencati di durezza dell'acqua indicano eloquentemente che è necessario installare gli addolcitori.

Collegamento e verifica degli elementi riscaldanti

Quando si collega il riscaldatore, è necessario utilizzare un filo di sezione adeguata. Tutto dipende dalla corrente che scorre attraverso il riscaldatore. Molto spesso, sono noti due parametri. Questa è la potenza del riscaldatore stesso e la tensione di alimentazione. Per determinare la corrente, è sufficiente dividere la potenza per la tensione di alimentazione.

Un semplice esempio Lascia che ci sia un elemento riscaldante con una potenza di 1 kW (1000 W) per una tensione di alimentazione di 220V. Per un tale riscaldatore, si scopre che la corrente è

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

Secondo le tabelle posizionate nel PUE, tale corrente può fornire un filo con una sezione trasversale di 0,5 mm2 (11A), ma per garantire la resistenza meccanica è meglio usare un filo con una sezione trasversale di almeno 2,5 mm2. Proprio un tale filo viene spesso fornito di elettricità alle prese.

Ma prima di effettuare la connessione, è necessario assicurarsi che anche le nuove TEN appena acquistate siano in buone condizioni. Prima di tutto, è necessario misurarne la resistenza e verificare l'integrità dell'isolamento. La resistenza dell'elemento riscaldante è abbastanza semplice da calcolare. Per fare ciò, è necessario quadrare la tensione di alimentazione e dividere per potenza. Ad esempio, per un riscaldatore da 1000 W, questo calcolo è simile al seguente:

220 * 220/1000 = 48,4ohm.

Tale resistenza dovrebbe essere mostrata da un multimetro quando lo si collega ai terminali del riscaldatore. Se la spirale è rotta, quindi, naturalmente, il multimetro mostrerà una rottura. Se prendiamo un elemento riscaldante di diversa potenza, la resistenza, ovviamente, sarà diversa.

Per verificare l'integrità dell'isolamento, misurare la resistenza tra uno qualsiasi dei terminali e l'alloggiamento metallico del riscaldatore. La resistenza dell'isolante di riempimento è tale che a qualsiasi limite di misurazione il multimetro dovrebbe mostrare una rottura. Se si scopre che la resistenza è zero, la spirale ha contatto con l'alloggiamento metallico del riscaldatore. Questo può accadere anche con uno nuovo, appena acquistato da un elemento riscaldante.

Generalmente utilizzato per testare l'isolamento dispositivo megaohmmetro speciale, ma non sempre e non tutti ce l'hanno a portata di mano. Quindi un normale test multimetro è anche abbastanza adatto. Almeno un tale controllo deve essere fatto.

Come già accennato, gli elementi riscaldanti possono essere piegati anche dopo il riempimento con un isolante. Esistono vari tipi di riscaldatori: a forma di tubo diritto, a forma di U, arrotolati in un anello, un serpente o una spirale.Tutto dipende dal dispositivo del dispositivo di riscaldamento in cui dovrebbe essere installato il riscaldatore. Ad esempio, in uno scaldabagno che scorre di una lavatrice, le TEN sono attorcigliate a spirale.

Alcuni TENY hanno elementi di protezione. La protezione più semplice è un fusibile termico. Bene, se si è bruciato, allora devi cambiare l'intero riscaldatore, ma non raggiungerà il fuoco. Esiste un sistema di protezione più complesso che consente l'uso di un riscaldatore dopo il suo funzionamento.

Una di queste protezioni è una protezione basata su una piastra bimetallica: il calore proveniente da un elemento riscaldante surriscaldato piega la piastra bimetallica, che apre il contatto e diseccita l'elemento riscaldante. Dopo che la temperatura scende a un valore accettabile, la piastra bimetallica si estende, il contatto si chiude e il riscaldatore è di nuovo pronto per il funzionamento.

TENY con un regolatore di temperatura

In assenza di fornitura di acqua calda è necessario utilizzare caldaie. Il design delle caldaie è abbastanza semplice. Questo è un contenitore di metallo nascosto in un "cappotto di pelliccia" da un isolante termico, in cima al quale è una custodia in metallo decorativo. Nella custodia è incorporato un termometro che mostra la temperatura dell'acqua. Il design della caldaia è mostrato nella Figura 8.

Figura 8. Caldaia di accumulo

Alcune caldaie contengono un anodo di magnesio. Il suo scopo è la protezione dalla corrosione del riscaldatore e del serbatoio interno della caldaia. L'anodo di magnesio è un materiale di consumo; deve essere periodicamente sostituito durante la manutenzione della caldaia. Ma in alcune caldaie, apparentemente di una fascia di prezzo economica, tale protezione non viene fornita.

Come elemento riscaldante nelle caldaie, viene utilizzato un riscaldatore con un regolatore di temperatura, il design di uno di essi è mostrato nella Figura 9.

Figura 9. TEN con un regolatore di temperatura

Un microinterruttore si trova nella scatola di plastica, che viene attivato da un sensore di temperatura del liquido (un tubo diretto accanto al riscaldatore). La forma del riscaldatore stesso può essere la più diversificata, la figura mostra il più semplice. Tutto dipende dalla potenza e dal design della caldaia. Il grado di riscaldamento è controllato dalla posizione del contatto meccanico controllato da una maniglia rotonda bianca situata nella parte inferiore della scatola. Ci sono anche terminali per l'alimentazione elettrica. Il riscaldatore è fissato con filettatura.

Riscaldatori asciutti e bagnati

Un tale riscaldatore è a diretto contatto con l'acqua, quindi questo riscaldatore è chiamato "bagnato". La vita utile di un elemento riscaldante “bagnato” è compresa tra 2 e 5 anni, dopodiché deve essere sostituita. In generale, la durata è breve.

Per aumentare la durata dell'elemento riscaldante e dell'intera caldaia nel suo insieme, la società francese Atlantic negli anni '90 del secolo scorso ha sviluppato il design di un elemento riscaldante "a secco". Per dirla semplicemente, il riscaldatore era nascosto in un pallone protettivo metallico che escludeva il contatto diretto con l'acqua: l'elemento riscaldante è riscaldato all'interno del pallone, che trasferisce il calore all'acqua.

Naturalmente, la temperatura del pallone è molto più bassa dell'elemento riscaldante stesso; pertanto, la formazione di calcare con la stessa durezza dell'acqua non è così intensa, più calore viene trasferito all'acqua. La durata di tali riscaldatori raggiunge i 10 ... 15 anni. Ciò vale per le buone condizioni operative, in particolare la stabilità della tensione di alimentazione. Ma anche in buone condizioni, anche gli elementi di riscaldamento "a secco" producono le proprie risorse e devono essere cambiati.

Qui viene rivelato un ulteriore vantaggio della tecnologia dell'elemento riscaldante "a secco": quando si sostituisce il riscaldatore, non è necessario scaricare l'acqua dalla caldaia, per la quale dovrebbe essere scollegata dalla tubazione. Basta spegnere il riscaldatore e sostituirlo con uno nuovo.

Atlantic, ovviamente, brevettò la sua invenzione, dopo di che iniziò a vendere la licenza ad altre società. Allo stato attuale, altre società, ad esempio Electrolux e Gorenje, producono anche caldaie con un elemento riscaldante "a secco". Il design della caldaia con un elemento riscaldante "a secco" è mostrato nella Figura 10.

Figura 10. Caldaia con un riscaldatore "a secco"

A proposito, la figura mostra una caldaia con un riscaldatore di steatite in ceramica. Il dispositivo di tale riscaldatore è mostrato nella Figura 11.

Figura 11. Riscaldatore di ceramica

Sulla base in ceramica è fissata una spirale aperta convenzionale di filo ad alta resistenza. La temperatura di riscaldamento della spirale raggiunge gli 800 gradi e viene trasferita nell'ambiente (aria sotto un guscio protettivo) per convezione e radiazione di calore. Naturalmente, un riscaldatore applicato alle caldaie può funzionare solo in un guscio protettivo, in aria, il contatto diretto con l'acqua è semplicemente escluso.

La spirale può essere avvolta in più sezioni, come evidenziato dalla presenza di numerosi terminali per il collegamento. Ciò consente di modificare la potenza del riscaldatore. La massima potenza specifica di tali riscaldatori non supera i 9 W / cm².

La condizione per il normale funzionamento di un tale riscaldatore è l'assenza di carichi meccanici, curve e vibrazioni. La superficie non deve essere contaminata da ruggine o macchie di olio. E, naturalmente, più stabile è la tensione di alimentazione, senza sovratensioni e sovratensioni, più duratura è la resistenza.

Ma la tecnologia elettrica non si ferma. Le tecnologie si stanno sviluppando, migliorando, quindi, oltre agli elementi riscaldanti, attualmente viene sviluppata e utilizzata con successo un'ampia varietà di elementi riscaldanti. Questi sono elementi riscaldanti in ceramica, elementi riscaldanti in carbonio, elementi riscaldanti a infrarossi, ma questo sarà l'argomento di un altro articolo.

Continuazione dell'articolo:Elementi riscaldanti moderni