Elektriniai kaitinimo elementai, kaitinimo elementai, tipai, konstrukcija, prijungimas ir bandymai

Elektriniai kaitinimo elementai naudojami buitinėje ir pramoninėje įrangoje. Įvairių šildytuvų naudojimas yra žinomas visiems. Tai yra elektrinės viryklės, orkaitės ir orkaitės, elektriniai kavos aparatai, elektriniai virduliai ir įvairaus dizaino šildymo prietaisai.

Elektriniai vandens šildytuvai, paprastai vadinami katilai, taip pat yra kaitinimo elementų. Daugelio kaitinimo elementų pagrindas yra viela, turinti didelę elektrinę varžą. Ir dažniausiai ši viela yra pagaminta iš nichromo.

Atvira nichromo spiralė

Seniausias kaitinimo elementas yra galbūt įprasta nichromo spiralė. Kažkada buvo naudojamos naminės elektrinės viryklės, vandens katilai ir ožkų šildytuvai. Turėdami po ranka nichromo vielą, galinčią „įsitvirtinti“ gamyboje, padarydami reikiamos galios spiralę, problemų nekilo.

Reikiamo ilgio vielos galas įkišamas į gervės pjūvį, pati viela praleidžiama tarp dviejų medinių blokų. Antgalis turi būti užsegtas taip, kad visa konstrukcija būtų laikoma taip, kaip parodyta paveikslėlyje. Užveržimo jėga turi būti tokia, kad viela šiek tiek pastangų praeitų pro strypus. Jei prispaudimo jėga yra didelė, viela paprasčiausiai nutrūks.

1 pav. Nichromo spiralės apvija

Sukdami apykaklę, viela ištraukiama per medinius strypus ir atsargiai, pasukant pasukite, klojama ant metalinio strypo. Elektrikų arsenale buvo visas komplektas įvairaus skersmens veržliarakčių, kurių skersmuo nuo 1,5 iki 10 mm, kurie leido visomis progomis apvyti spiralę.

Buvo žinoma, kokio skersmens viela yra ir koks ilgis reikalingas reikiamos galios spiralės apvijai. Šiuos stebuklingus skaičius vis dar galima rasti internete. 2 paveiksle parodyta lentelė, kurioje pateikiami duomenys apie įvairių galių spirales esant 220 V maitinimo įtampai.

2 pav. Šildymo elemento elektrinės spiralės apskaičiavimas (paspauskite ant paveikslėlio, kad padidintumėte)

Čia viskas paprasta ir aišku. Atsižvelgiant į reikiamą galingumą ir turimą nichromo laido skersmenį, belieka tik išpjauti norimo ilgio gabalą ir apvynioti jį ant atitinkamo skersmens šerdies. Tuo pačiu metu lentelė rodo gautos spiralės ilgį. O kas, jei yra viela, kurios skersmuo nenurodytas lentelėje? Tokiu atveju tiesiog reikės apskaičiuoti spiralę.

Kaip apskaičiuoti nichromo spiralę

Jei reikia, apskaičiuokite spiralę yra gana paprasta. Kaip pavyzdys - spiralės, pagamintos iš nichromo vielos, kurios skersmuo yra 0,45 mm (lentelėje tokio skersmens nėra), kurios galia yra 600 W, kai 220 V įtampa, skaičiavimas. Visi skaičiavimai atliekami pagal Ohmo įstatymus.

Apie tai, kaip konvertuoti amperus į vatus ir, atvirkščiai, vatus į amperius:

Kiek amperų yra amperuose, kaip konvertuoti amperus į vatus ir kilovatus

Pirmiausia turėtumėte apskaičiuoti spiralės sunaudotą srovę.

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

Norėdami tai padaryti, pakanka padalinti nustatytą galią pagal įtampą ir gauti srovės kiekį, praeinantį per spiralę. Galia vatais, įtampa voltuose, sukuriama amperais. Viskas pagal SI sistemą.

Naudojant dabar žinomą srovę, yra gana paprasta apskaičiuoti reikiamą spiralės varžą: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 omas.

Laidininko varžos apskaičiavimo formulė yra R = ρ * L / S,

čia ρ yra savitasis laidininko pasipriešinimas (esant nichromui 1,0 ÷ 1,2 omo • mm2 / m), L yra laidininko ilgis metrais, S yra laidininko skerspjūvis kvadratiniais milimetrais. Laidininkui, kurio skersmuo yra 0,45 mm, skerspjūvis yra 0,159 mm2.

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

Apskritai, skaičiavimas nėra toks sudėtingas.Iš tikrųjų spiralę gaminti nėra taip sunku, o tai, be abejo, yra paprastų nichromo spiralių pranašumas. Tačiau šį pranašumą blokuoja daugybė trūkumų, būdingų atviroms spiralėms.

Visų pirma, tai yra gana aukšta šildymo temperatūra - 700 ... 800˚C. Šildoma spiralė turi silpną raudoną spindesį, netyčia ją palietusi gali nudegti. Be to, galimas elektros šokas. Raudonai karšta spiralė sudegina oro deguonį, pritraukia į save dulkių daleles, kurios, išdegus, suteikia labai nemalonų aromatą.

Tačiau pagrindinis atvirų spiralių trūkumas turėtų būti laikomas jų dideliu gaisro pavojumi. Todėl priešgaisrinė tarnyba tiesiog draudžia naudoti šildytuvus su atvira spirale. Tokie šildytuvai pirmiausia apima vadinamąją "ožką", kurios dizainas parodytas 3 paveiksle.

3 pav. Naminis ožkų šildytuvas

Taip pasirodė laukinė „ožka“: ji buvo sąmoningai padaryta neatsargiai, paprastai, net labai blogai. Gaisro su tokiu šildytuvu ilgai laukti nereikės. Pažangesnis tokio šildytuvo dizainas parodytas 4 paveiksle.

4 pav. „Ožkos“ namai

Nesunku pastebėti, kad spiralė uždaryta metaliniu apvalkalu, būtent tai neleidžia liesti šildomų gyvų dalių. Tokio prietaiso gaisro pavojus yra daug mažesnis nei parodytas ankstesniame paveiksle.

Žiūrėti šią temą:Kodėl „ožka“ ir naminis katilas yra pavojingi?

Kažkada TSRS laikais buvo gaminami šildytuvai-atšvaitai. Nikeliuoto reflektoriaus centre buvo keraminė kasetė, į kurią, kaip lemputę su E27 dangteliu, buvo įsukamas 500 W galios šildytuvas. Tokio atšvaito gaisro pavojus taip pat yra labai didelis. Na, aš kažkaip tais laikais negalvojau, ką gali sukelti tokių šildytuvų naudojimas.

5 pav. Refleksinis šildytuvas

Visiškai akivaizdu, kad įvairūs šildytuvai su atvira spirale, priešingai nei reikalauja gaisro tikrinimo reikalavimai, gali būti naudojami tik budriai prižiūrint: jei išeinate iš kambario - išjunkite šildytuvą! Dar geriau tiesiog atsisakyti šio tipo šildytuvų naudojimo.

Uždaromi spiraliniai kaitinimo elementai

Norėdami atsikratyti atviros spiralės, buvo išrasti vamzdiniai elektriniai šildytuvai - TEN. Šildytuvo konstrukcija parodyta 6 paveiksle.

6 pav. Šildytuvo konstrukcija

1 nichromo spiralė yra paslėpta metalinio plonasienio vamzdžio 2. Spiralė yra izoliuota nuo vamzdžio 3 užpildu, pasižyminčiu dideliu šilumos laidumu ir aukšta elektrine varža. Periklazė (kristalinis magnio oksido MgO mišinys, kartais su kitų oksidų priemaišomis) dažniausiai naudojama kaip užpildas.

Užpildžius izoliacine kompozicija, vamzdis suspaudžiamas, o esant aukštam slėgiui periklazė virsta monolitu. Po tokios operacijos spiralė yra standžiai pritvirtinta, todėl elektrinis kontaktas su kūnu - vamzdžiu yra visiškai pašalintas. Konstrukcija yra tokia stipri, kad bet kurį šildytuvą galima sulenkti, jei to reikia pagal šildytuvo dizainą. Kai kurie kaitinimo elementai turi labai keistą formą.

Spiralė sujungta su metaliniais laidais 4, kurie išeina per izoliatorius 5. Švininiai laidai yra sujungti su laidų 4 srieginiais galais veržlėmis ir poveržlėmis 7. Šildymo elementai prietaiso korpuse tvirtinami veržlėmis ir poveržlėmis 6, kurios prireikus užtikrina jungties sandarumą.

Laikantis eksploatavimo sąlygų, tokia konstrukcija yra gana patikima ir patvari. Būtent tai paskatino labai plačiai naudoti šildymo elementus įvairios paskirties ir dizaino prietaisuose.

Pagal veikimo sąlygas kaitinimo elementai yra suskirstyti į dvi dideles grupes: orą ir vandenį. Bet tai tik tas vardas. Tiesą sakant, oro kaitinimo elementai yra skirti veikti įvairiose dujų aplinkose.Net įprastas atmosferos oras yra kelių dujų mišinys: deguonis, azotas, anglies dioksidas, yra net argono, neono, kriptono ir kt. Priemaišų.

Oro aplinka yra labai įvairi. Tai gali būti ramus atmosferos oras arba oro srautas, judantis kelių metrų per sekundę greičiu, kaip ventiliatorių šildytuvuose ar šilumos pistoletuose.

Šildytuvo apvalkalas gali įkaisti iki 450 ° C ir dar daugiau. Todėl gaminant išorinį vamzdinį apvalkalą naudojamos įvairios medžiagos. Tai gali būti paprastas anglinis, nerūdijantis arba karščiui atsparus, karščiui atsparus plienas. Viskas priklauso nuo aplinkos.

Kad pagerėtų šilumos perdavimas, kai kuriuose kaitinimo elementuose yra vamzdžių šonkauliai suvyniotos metalinės juostos pavidalu. Tokie šildytuvai vadinami pelenais. Tokius elementus tinkamiausia naudoti judančio oro aplinkoje, pavyzdžiui, ventiliatorių šildytuvuose ir šilumos pistoletuose.

Vandens kaitinimo elementai taip pat nebūtinai naudojami vandenyje, tai yra bendras įvairių skysčių terpių pavadinimas. Tai gali būti nafta, mazutas ir net įvairūs agresyvūs skysčiai. Skystas TENY naudojami elektriniuose katiluose, distiliuotojai, elektriniai gėlinimo įrenginiai ir tiesiog titanai, skirti verdančiam geriamajam vandeniui.

Vandens šilumos laidumas ir šilumos talpa yra daug aukštesni nei oro ir kitų dujinių terpių, o tai suteikia geresnį, greitesnį šilumos pašalinimą iš šildytuvo, palyginti su oru. Todėl esant tokiai pačiai elektros energijai, vandens šildytuvas turi mažesnius geometrinius matmenis.

Čia galime pateikti paprastą pavyzdį: verdant vandenį įprastame elektriniame virdulyje šildytuvas gali būti karštas, o paskui sudegti iki skylių. Tą patį vaizdą galima pastebėti ir naudojant įprastus katilus, skirtus užvirti vandenį stiklinėje ar kibire.

Pateiktas pavyzdys aiškiai parodo, kad vandens kaitinimo elementai niekada neturėtų būti naudojami darbui ore. Vandeniui šildyti galite naudoti oro kaitinimo elementus, tačiau jums tereikia ilgai laukti, kol vanduo užvirs.

Vandens kaitinimo elementų pranašumas nebus masto sluoksnis, suformuotas veikiant. Svarstyklės, kaip taisyklė, turi porėtą struktūrą, o jos šilumos laidumas yra mažas. Todėl spiralės sukuriama šiluma blogai patenka į skystį, tačiau šildytuvo viduje esanti spiralė įkaista iki labai aukštos temperatūros, kuri anksčiau ar vėliau lems jos perdegimą.

Kad taip neatsitiktų, patartina periodiškai valyti kaitinimo elementus naudojant įvairias chemines medžiagas. Pavyzdžiui, televizijos reklamoje Calgon rekomenduojama apsaugoti skalbimo mašinų šildytuvus. Nors apie šį įrankį nuomonių yra daug.

Kaip atsikratyti masto

Be cheminių medžiagų, apsaugančių nuo masto, naudojami ir įvairūs įtaisai. Visų pirma, tai yra magnetiniai vandens keitikliai. Galingame magnetiniame lauke „kietųjų“ druskų kristalai keičia savo struktūrą, virsta žvyneliais, tampa mažesni. Nuo tokių dribsnių skalė ne tokia aktyvi, dauguma dribsnių tiesiog nuplaunami vandens srove. Tai užtikrina šildytuvų ir vamzdynų apsaugą nuo masto. Magnetinių filtrų keitiklius gamina daugelis užsienio kompanijų, tokios įmonės egzistuoja Rusijoje. Tokie filtrai galimi tiek su įpjovomis, tiek ir iš viršutinio tipo.

Elektroniniai vandens minkštikliai

Pastaruoju metu elektroniniai vandens minkštikliai tampa vis populiaresni. Iš išorės viskas atrodo labai paprasta. Ant vamzdžio yra sumontuota maža dėžutė, iš kurios išeina antenos laidai. Vielos yra apvyniotos viela ir jums net nereikia nulupti dažų. Prietaisą galima montuoti bet kurioje prieinamoje vietoje, kaip parodyta 7 paveiksle.

7 pav. Elektroninis vandens minkštiklis

Vienintelis dalykas, kurį jums reikia prijungti įrenginį, yra 220 V lizdas.Įrenginys yra skirtas ilgalaikiam įjungimui, jo nereikia periodiškai išjungti, nes išjungus vanduo vėl taps kietas, vėl susidarys skalė.

Prietaiso veikimo principas yra sumažintas iki vibracijos skleidžiant ultragarso dažnius, kurie gali siekti iki 50 KHz. Virpesių dažnis valdomas naudojant prietaiso valdymo pultą. Spinduliuotė sukuriama keletą kartų per sekundę partijomis, o tai pasiekiama naudojant įmontuotą mikrovaldiklį. Svyravimų galia nedidelė, todėl tokie įtaisai nekelia jokios grėsmės žmonių sveikatai.

Tokių prietaisų įrengimo tikslingumą lengva nustatyti. Viskas priklauso nuo to, kaip sunkiai vanduo teka iš vandens vamzdžio. Čia jums net nereikia jokių „nešvarių“ prietaisų: jei po plovimo jūsų oda išsausėja, ant plytelių atsiranda vandens baltų dėmių, ant virdulio atsiranda skalės, virdulyje skalbimo mašina išvaloma lėčiau nei eksploatacijos pradžioje - iš čiaupo neabejotinai teka kietas vanduo. Visa tai gali sukelti šildymo elementų gedimą, todėl patys virduliai ar skalbimo mašinos.

Kietas vanduo netirpina įvairių ploviklių - nuo paprastų muilų iki super madingų skalbinių ploviklių. Dėl to jūs turite įdėti daugiau miltelių, tačiau tai šiek tiek padeda, nes kietumo druskos kristalai lieka audiniuose, skalbimo kokybė palieka daug norimų rezultatų. Visi išvardyti vandens kietumo požymiai iškalbingai rodo, kad būtina įrengti vandens minkštiklius.

Šildymo elementų prijungimas ir patikrinimas

Prijungiant šildytuvą, reikia naudoti tinkamo skerspjūvio laidą. Viskas priklauso nuo srovės, tekančios per šildytuvą. Dažniausiai žinomi du parametrai. Tai yra paties šildytuvo galia ir maitinimo įtampa. Norint nustatyti srovę, pakanka padalinti galią iš maitinimo įtampos.

Paprastas pavyzdys. Tegul yra šildymo elementas, kurio galia 1 kW (1000 W), kai maitinimo įtampa yra 220 V. Tokiam šildytuvui paaiškėja, kad srovė yra

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

Pagal PUE pateiktas lenteles tokia srovė gali pateikti vielą, kurios skerspjūvis yra 0,5 mm2 (11A), tačiau siekiant užtikrinti mechaninį stiprumą geriau naudoti vielą, kurios skerspjūvis ne mažesnis kaip 2,5 mm2. Tiesiog tokia viela dažniausiai tiekiama elektra į prekybos vietas.

Bet prieš jungdamiesi turėtumėte įsitikinti, kad net naujas, ką tik įsigytas TEN yra geros būklės. Visų pirma, būtina išmatuoti jo atsparumą ir patikrinti izoliacijos vientisumą. Šildymo elemento varžą apskaičiuoti gana paprasta. Norėdami tai padaryti, būtina paskirstyti maitinimo įtampą kvadratu ir padalyti iš galios. Pavyzdžiui, 1000W šildytuvui šis skaičiavimas atrodo taip:

220 * 220/1000 = 48,4ohm.

Tokį pasipriešinimą turėtų parodyti multimetras, kai jis prijungiamas prie šildytuvo gnybtų. Jei spiralė sulaužyta, tada, suprantama, multimetras parodys pertrauką. Jei imsime skirtingos galios kaitinimo elementą, tai, žinoma, varža bus skirtinga.

Norėdami patikrinti izoliacijos vientisumą, išmatuokite varžą tarp bet kurio iš gnybtų ir metalinio šildytuvo korpuso. Užpildo izoliatoriaus varža yra tokia, kad bet kokia matavimo riba multimetras turėtų parodyti pertrauką. Jei paaiškėja, kad varža yra lygi nuliui, tada spiralė turi kontaktą su metaliniu šildytuvo korpusu. Tai gali nutikti net su nauju, ką tik nupirktu kaitinimo elementu.

Paprastai naudojamas izoliacijai patikrinti specialus megaohmmetro įtaisas, bet ne visada ir ne visi tai turi po ranka. Taigi normalus multimetro testas taip pat yra gana tinkamas. Bent jau toks patikrinimas turi būti atliktas.

Kaip jau minėta, kaitinimo elementus galima sulenkti net užpildžius izoliatoriumi. Yra įvairių tipų šildytuvai: tiesus U formos vamzdis, susuktas į žiedą, gyvatę ar spiralę.Viskas priklauso nuo šildymo įrenginio, kuriame numatoma sumontuoti šildytuvą, prietaiso. Pavyzdžiui, skalbimo mašinos tekančiame vandens šildytuve TEN yra susukta į spiralę.

Kai kurie TENY turi apsaugos elementus. Paprasčiausia apsauga yra šiluminis saugiklis. Na, jei jis sudegė, tada jūs turite pakeisti visą šildytuvą, bet jis nepasieks ugnies. Yra sudėtingesnė apsaugos sistema, leidžianti naudoti šildytuvą po jo veikimo.

Viena iš tokių apsaugų yra apsauga, pagrįsta bimetaline plokšte: šiluma iš perkaitinto kaitinimo elemento sulenkia bimetalinę plokštę, kuri atidaro kontaktą ir išjungia kaitinimo elementą. Temperatūrai nukritus iki priimtinos vertės, bimetalinė plokštė išsikiša, kontaktas užsidaro ir šildytuvas vėl paruoštas darbui.

TENY su temperatūros reguliatoriumi

Nesant karšto vandens tiekimo, būtina naudoti katilus. Katilų dizainas yra gana paprastas. Tai metalinis indas, paslėptas „kailiniame kailyje“ nuo šilumos izoliatoriaus, ant kurio viršaus yra dekoratyvus metalinis dėklas. Korpusas yra įmontuotas termometras, rodantis vandens temperatūrą. Katilo konstrukcija parodyta 8 paveiksle.

8 pav. Sandėliavimo katilas

Kai kuriuose katiluose yra magnio anodo. Jo paskirtis yra apsauga nuo šildytuvo ir vidinio katilo rezervuaro korozijos. Magnio anodas yra sunaudojamas produktas, jį periodiškai reikia keisti atliekant katilo techninę priežiūrą. Tačiau kai kuriuose katiluose, matyt, pigių kainų kategorijoje, tokia apsauga nėra teikiama.

Kaip šildymo elementas katiluose naudojamas šildytuvas su temperatūros reguliatoriumi, vieno iš jų konstrukcija parodyta 9 paveiksle.

9 pav. TEN su temperatūros reguliatoriumi

Plastikinėje dėžutėje yra mikrojungiklis, kurį įjungia skysčio temperatūros jutiklis (tiesioginis vamzdis šalia šildytuvo). Pati šildytuvo forma gali būti pati įvairiausia, paveikslėlyje parodyta paprasčiausia. Viskas priklauso nuo katilo galios ir konstrukcijos. Šildymo laipsnį kontroliuoja mechaninio kontakto padėtis, valdoma balta apvalia rankena, esančia dėžutės apačioje. Taip pat yra terminalai, skirti tiekti elektros srovę. Šildytuvas tvirtinamas sriegiu.

Drėgni ir sausi šildytuvai

Toks šildytuvas tiesiogiai liečiasi su vandeniu, todėl šis šildytuvas vadinamas „šlapiu“. „Šlapio“ kaitinimo elemento tarnavimo laikas yra per 2 ... 5 metus, po to jį reikia pakeisti. Apskritai, tarnavimo laikas yra trumpas.

Praėjusio amžiaus 90-aisiais Prancūzijos įmonė „Atlantic“, siekdama padidinti šildymo elemento ir viso katilo tarnavimo laiką, sukūrė „sauso“ kaitinimo elemento dizainą. Paprasčiau tariant, šildytuvas buvo paslėptas metalinėje apsauginėje kolboje, kuri neleido tiesiogiai kontaktuoti su vandeniu: kolbos viduje kaitinamas kaitinimo elementas, kuris šilumą perduoda į vandenį.

Natūralu, kad kolbos temperatūra yra daug žemesnė nei paties kaitinimo elemento, todėl masto susidarymas tuo pačiu kietumu vandenyje nėra toks intensyvus, daugiau šilumos perduodama į vandenį. Tokių šildytuvų tarnavimo laikas siekia 10 ... 15 metų. Tai pasakytina apie geras darbo sąlygas, ypač dėl maitinimo įtampos stabilumo. Tačiau net esant geroms sąlygoms, „sausi“ kaitinimo elementai taip pat gamina savo išteklius, todėl juos reikia pakeisti.

Čia išryškėja dar vienas „sauso“ kaitinimo elemento technologijos pranašumas: keičiant šildytuvą nereikia išpilti vandens iš katilo, kuriam jis turėtų būti atjungtas nuo dujotiekio. Tiesiog išjunkite šildytuvą ir pakeiskite jį nauju.

Žinoma, „Atlantic“ užpatentavo savo išradimą, po kurio pradėjo pardavinėti licenciją kitoms bendrovėms. Šiuo metu kitos įmonės, pavyzdžiui, „Electrolux“ ir „Gorenje“, taip pat gamina katilus su „sausu“ kaitinimo elementu. Katilo su „sausu“ kaitinimo elementu konstrukcija parodyta 10 paveiksle.

10 pav. Katilas su „sausu“ šildytuvu

Beje, paveiksle pavaizduotas katilas su keraminiu steatito šildytuvu. Tokio šildytuvo įtaisas parodytas 11 paveiksle.

11 pav. Keraminis šildytuvas

Ant keramikinio pagrindo pritvirtinta įprasta atvira aukšto atsparumo vielos spiralė. Šildymo spiralės temperatūra siekia 800 laipsnių ir konvekcijos bei šilumos spinduliuotės dėka į aplinką (orą po apsauginiu apvalkalu) perduodama. Natūralu, kad toks šildymo katilams skirtas šildytuvas gali veikti tik apsauginiame apvalkale, ore, tiesioginis kontaktas su vandeniu yra tiesiog neįmanomas.

Spiralę galima suvynioti keliuose skyriuose, tai patvirtina keli jungiamieji gnybtai. Tai leidžia pakeisti šildytuvo galią. Maksimali savitoji tokių šildytuvų galia neviršija 9W / cm².

Normalios tokio šildytuvo veikimo sąlyga yra mechaninių apkrovų, lenkimų ir vibracijos nebuvimas. Paviršius neturėtų būti užterštas rūdimis ar aliejaus dėmėmis. Ir, žinoma, kuo stabilesnė maitinimo įtampa, be bangų ir viršįtampių, tuo patvaresnis šildytuvas.

Tačiau elektros technologija nestovi vietoje. Technologijos tobulėja, tobulėja, todėl, be kaitinimo elementų, šiuo metu yra kuriama ir sėkmingai naudojama daugybė įvairių kaitinimo elementų. Tai yra keraminiai kaitinimo elementai, anglies kaitinimo elementai, infraraudonųjų spindulių kaitinimo elementai, tačiau tai bus kito straipsnio tema.

Straipsnio tęsinys:Modernūs kaitinimo elementai