Elemente de încălzire electrică, elemente de încălzire, tipuri, proiecte, conexiune și testare

Elementele de încălzire electrică sunt utilizate în echipamentele casnice și industriale. Utilizarea diferitelor încălzitoare este cunoscută de toată lumea. Este vorba despre sobe electrice, cuptoare și cuptoare, mașini de cafea electrice, ceainice electrice și aparate de încălzire de diferite modele.

Încălzitoare de apă electrice, denumite în mod obișnuit cazane, conțin și elemente de încălzire. La baza multor elemente de încălzire este un fir cu rezistență electrică ridicată. Și cel mai adesea acest fir este realizat din nichrom.

Deschide spirală nichrome

Cel mai vechi element de încălzire este poate o spirală obișnuită de nichrom. Odată au fost folosite sobe electrice de casă, cazane de apă și încălzitoare de capră. Având la îndemână un fir nichrom care ar putea „pune stăpânire” în producție, făcând o spirală a puterii necesare nu a prezentat probleme.

Capătul sârmei cu lungimea necesară este introdus în tăierea troliului, firul însuși este trecut între două blocuri de lemn. Viciul trebuie fixat astfel încât întreaga structură să fie ținută așa cum se arată în figură. Forța de strângere trebuie să fie astfel încât sârma să treacă prin bare cu ceva efort. Dacă forța de strângere este mare, atunci firul se va rupe pur și simplu.

Figura 1. Înfășurarea în spirală Nichrome

Prin rotirea gulerului, sârma este trasă prin barele de lemn și, cu grijă, întoarce-te pentru a se întoarce, este așezată pe o tijă de metal. În arsenalul electricienilor existau un set întreg de chei de diferite diametre de la 1,5 la 10 mm, ceea ce a făcut posibilă spirala vânturilor pentru toate ocaziile.

Se știa ce diametru este firul și ce lungime este necesară pentru înfășurarea spiralei puterii necesare. Aceste numere magice pot fi găsite în continuare pe Internet. Figura 2 prezintă un tabel care prezintă date despre spirale de diferite capacități la o tensiune de alimentare de 220V.

Figura 2. Calculul spiralei electrice a elementului de încălzire (faceți clic pe imagine pentru a mări)

Totul este simplu și clar aici. Având în vedere puterea necesară și diametrul sârmei nichrom disponibile la îndemână, rămâne doar să tăiați o bucată din lungimea dorită și să o înfășurați pe un dorn de diametrul corespunzător. În același timp, tabelul arată lungimea spiralei rezultate. Și ce se întâmplă dacă există un fir cu un diametru nespecificat în tabel? În acest caz, spirala va trebui doar să fie calculată.

Cum se calculează o spirală nichromă

Dacă este necesar, calculați spirala este destul de simplă. Ca exemplu, calculul unei spirale realizate din sârmă nichrom cu un diametru de 0,45 mm (acest diametru nu este în tabel) cu o putere de 600 W pentru o tensiune de 220V. Toate calculele sunt efectuate conform legii lui Ohm.

Despre cum să convertiți amperi în wați și, dimpotrivă, wați în amperari:

Câte amperi sunt în amperi, cum se pot converti amperii în wați și kilowati

În primul rând, ar trebui să calculați curentul consumat de spirală.

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

Pentru a face acest lucru, este suficient să împărțiți puterea setată în tensiune și să obțineți cantitatea de curent care trece prin spirală. Puterea în wați, tensiunea în volți, rezultă în amperi. Toate în funcție de sistemul SI.

Folosind curentul cunoscut acum, este destul de simplu să calculăm rezistența necesară a spiralei: R = U / I = 220 / 2.72 = 81 Ohmi

Formula pentru calcularea rezistenței unui conductor este R = ρ * L / S,

unde ρ este rezistența specifică a conductorului (pentru nichrom 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L este lungimea conductorului în metri, S este secțiunea transversală a conductorului în milimetri pătrați. Pentru un conductor cu diametrul de 0,45 mm, secțiunea transversală este de 0,159 mm2.

De aici L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, sau 11,7 m.

În general, calculul nu este atât de complicat.Într-adevăr, fabricarea unei spirale nu este atât de dificilă, ceea ce, fără îndoială, este avantajul spiralelor obișnuite de nichrom. Dar acest avantaj este blocat de multe neajunsuri inerente spiralelor deschise.

În primul rând, aceasta este o temperatură de încălzire destul de ridicată - 700 ... 800˚C. Spirala încălzită are o strălucire roșie slabă, atingerea ei accidentală poate provoca o arsură. În plus, este posibilă șocul electric. O spirală roșie-fierbinte arde oxigenul aerului, atrage particule de praf la sine, care, atunci când sunt arse, dau o aromă foarte neplăcută.

Dar principalul dezavantaj al spiralelor deschise ar trebui să fie considerat pericol mare de incendiu. Prin urmare, secția de pompieri interzice pur și simplu utilizarea încălzitoarelor cu spirală deschisă. Astfel de încălzitoare, în primul rând, includ așa-numita „capră”, a cărei design este prezentată în figura 3.

Figura 3. Încălzitor de capră de casă

Așa s-a dovedit „capra” sălbatică: a fost făcută în mod deliberat în mod nepăsător, pur și simplu, chiar foarte prost. Un foc cu un astfel de încălzitor nu va trebui să aștepte mult. În figura 4 este prezentat un design mai avansat al unui astfel de încălzitor.

Figura 4. Acasă „capră”

Este ușor de observat că spirala este închisă printr-o carcasă metalică, aceasta împiedică atingerea părților încălzite ale pieselor sub tensiune. Pericolul de incendiu al unui astfel de dispozitiv este mult mai mic decât cel arătat în figura precedentă.

Vezi acest subiect:De ce sunt periculoase „capra” și un cazan de casă?

A fost odată în URSS, au fost produse încălzitoare-reflectoare. În centrul reflectorului placat cu nichel era un cartuș ceramic, în care, ca un bec cu capac E27, era înșurubat un încălzitor de 500 W. Pericolul de incendiu al unui astfel de reflector este, de asemenea, foarte mare. Ei bine, cumva nu m-am gândit în acele zile la ce ar putea duce utilizarea acestor încălzitoare.

Figura 5. Încălzitorul reflex

Este destul de evident faptul că diferite încălzitoare cu spirală deschisă pot fi folosite, contrar cerințelor inspecției de incendiu, numai sub supraveghere vigilentă: dacă părăsiți camera - opriți încălzitorul! Mai bine, încetează să folosești acest tip de încălzitor.

Elemente de încălzire în spirală închise

Pentru a scăpa de o spirală deschisă, au fost inventate încălzitoare electrice tubulare - TEN-uri. Designul încălzitorului este prezentat în figura 6.

Figura 6. Proiectarea încălzitorului

Spirala nichrom 1 este ascunsă în interiorul unui tub metalic cu pereți subțiri 2. Spirala este izolată de tub de umplutură 3 cu o conductivitate termică ridicată și o rezistență electrică ridicată. Periclasa (un amestec cristalin de oxid de magneziu MgO, uneori cu impuritățile altor oxizi) este cel mai adesea folosită ca umplutură.

După umplerea cu o compoziție izolatoare, tubul este presat, iar sub presiune înaltă, periclasa se transformă într-un monolit. După o astfel de operație, spirala este fixată rigid, prin urmare, contactul electric cu corpul - tub este complet exclus. Designul este atât de puternic încât orice încălzitor poate fi îndoit dacă proiectarea încălzitorului o cere. Unele elemente de încălzire au o formă foarte bizară.

Spirala este conectată la cablurile metalice 4, care ies prin izolatoare 5. Cablurile de plumb sunt conectate la capetele filetate ale cablurilor 4 cu piulițe și șaibe 7. Elementele de încălzire sunt fixate în carcasa dispozitivului cu piulițe și șaiburi 6, care asigură, dacă este necesar, etanșeitatea conexiunii.

În conformitate cu condițiile de funcționare, un astfel de design este destul de fiabil și durabil. Tocmai acest lucru a dus la utilizarea foarte răspândită a elementelor de încălzire în dispozitive pentru diferite scopuri și proiecte.

În funcție de condițiile de funcționare, elementele de încălzire sunt împărțite în două grupuri mari: aer și apă. Dar tocmai acest nume. De fapt, elementele de încălzire cu aer sunt proiectate să funcționeze în diverse medii cu gaz.Chiar și aerul atmosferic obișnuit este un amestec de mai multe gaze: oxigen, azot, dioxid de carbon, există chiar și impurități de argon, neon, kripton etc.

Mediul aerian este foarte divers. Poate fi aer atmosferic calm sau un flux de aer care se mișcă cu o viteză de câțiva metri pe secundă, ca în cazul încălzitorilor de ventilator sau a armelor de căldură.

Încălzirea învelișului încălzitorului poate atinge 450 ° C și chiar mai mult. Prin urmare, pentru fabricarea învelișului tubular exterior, sunt utilizate diverse materiale. Poate fi oțel obișnuit cu carbon, oțel inoxidabil sau oțel termorezistent, rezistent la căldură. Totul depinde de mediu.

Pentru a îmbunătăți transferul de căldură, unele elemente de încălzire sunt echipate cu nervuri pe tuburi sub formă de bandă metalică plătită. Astfel de încălzitoare sunt numite fin. Utilizarea unor astfel de elemente este cea mai potrivită într-un mediu de aer în mișcare, de exemplu, în încălzitoarele ventilatoare și tunurile de căldură.

De asemenea, elementele de încălzire a apei nu sunt utilizate în mod necesar în apă, acesta este denumirea generală a diferitelor medii lichide. Poate fi ulei, combustibil și chiar diverse lichide agresive. TENY lichid utilizat în cazanele electrice, distilatoare, instalații de desalinizare electrică și doar titanii pentru fierberea apei potabile.

Conductivitatea termică și capacitatea de căldură a apei este mult mai mare decât cea a aerului și a altor medii gazoase, ceea ce asigură, în comparație cu aerul, o mai bună și mai rapidă eliminare a căldurii din încălzitor. Prin urmare, cu aceeași putere electrică, încălzitorul de apă are dimensiuni geometrice mai mici.

Aici putem da un exemplu simplu: când fierbeți apa într-un ibric electric obișnuit, încălzitorul poate fi înroșit, apoi arde în găuri. Aceeași imagine poate fi observată cu cazanele obișnuite, concepute pentru a fierbe apa într-un pahar sau într-o găleată.

Exemplul dat demonstrează în mod clar că elementele de încălzire a apei nu trebuie utilizate niciodată pentru lucrări în aer. Puteți utiliza elemente de încălzire a aerului pentru a încălzi apa, dar trebuie doar să așteptați mult timp până când apa fierbe.

Nu în avantajul elementelor de încălzire cu apă va fi un strat de scară format în timpul funcționării. Scara, de regulă, are o structură poroasă, iar conductivitatea sa termică este mică. Prin urmare, căldura generată de spirală intră în lichid slab, dar spirala din interiorul încălzitorului se încălzește până la o temperatură foarte ridicată, care va duce mai devreme sau mai târziu la arderea sa.

Pentru a preveni acest lucru, se recomandă curățarea periodică a elementelor de încălzire folosind diverse substanțe chimice. De exemplu, într-o reclamă televizată, Calgon este recomandat pentru protejarea încălzitoarelor de mașini de spălat. Deși despre acest instrument, există multe opinii diferite.

Cum să scapi de scară

În plus față de substanțele chimice pentru protecția împotriva scării, sunt utilizate diferite dispozitive. În primul rând, acestea sunt convertoare magnetice de apă. Într-un câmp magnetic puternic, cristalele de săruri „dure” își schimbă structura, se transformă în fulgi, devin mai mici. Scara este mai puțin activă de la astfel de fulgi, majoritatea fulgilor sunt pur și simplu spălați de un flux de apă. Acest lucru asigură protecția încălzitorilor și conductelor de la scară. Convertoarele de filtre magnetice sunt produse de multe companii străine, astfel de companii există în Rusia. Astfel de filtre sunt disponibile atât pentru mortiere, cât și pentru tipul aerian.

Mașini de dedurizare electronice

Recent, catifelatoarele electronice de apă devin din ce în ce mai populare. În exterior, totul pare foarte simplu. Pe conductă este instalată o cutie mică, din care ies firele antenei. Firurile sunt înfășurate în jurul țevii și nici nu trebuie să scoateți vopseaua. Dispozitivul poate fi instalat în orice loc accesibil, așa cum se arată în figura 7.

Figura 7. Balsam electronic de apă

Singurul lucru de care aveți nevoie pentru a conecta dispozitivul este o priză de 220V.Dispozitivul este proiectat pentru pornirea pe termen lung, nu este necesar să fie oprit periodic, deoarece oprirea va face din nou apa să devină greu, scala se va forma din nou.

Principiul de funcționare al dispozitivului este redus la emisia de vibrații în domeniul frecvențelor ultrasonice, care pot ajunge până la 50KHz. Frecvența de oscilație este controlată folosind panoul de control al dispozitivului. Radiația este produsă în loturi de mai multe ori pe secundă, ceea ce se realizează cu ajutorul microcontrolerului încorporat. Puterea fluctuațiilor este mică, prin urmare, astfel de dispozitive nu reprezintă nici o amenințare pentru sănătatea umană.

Eficiența instalării unor astfel de dispozitive este ușor de determinat. Totul se reduce pentru a determina cât de tare curge apa din conducta de apă. Aici nu aveți nevoie nici măcar de aparate „abstruse”: dacă pielea se usucă după spălare, apar pete albe pe țiglă de la stropi de apă, scară apare în ceainic, mașina de spălat se șterge mai lent decât la începutul funcționării - apa tare curge din robinet. Toate acestea pot duce la defecțiunea elementelor de încălzire și, prin urmare, a ibricilor sau a mașinilor de spălat.

Apa tare nu dizolvă diferiți detergenți - de la săpunuri obișnuite la detergenți de rufe supraconsilabili. În consecință, trebuie să puneți mai multe pulberi, dar acest lucru ajută puțin, din moment ce cristalele sărurilor de duritate sunt păstrate în țesuturi, calitatea de spălare lasă mult de dorit. Toate semnele de duritate a apei enumerate indică în mod elocvent că este necesară instalarea de dedurizatoare de apă.

Conectarea și verificarea elementelor de încălzire

La conectarea încălzitorului, trebuie utilizat un fir cu secțiune transversală adecvată. Totul depinde de curentul care curge prin încălzitor. Cel mai adesea, sunt cunoscuți doi parametri. Aceasta este puterea încălzitorului în sine și tensiunea de alimentare. Pentru a determina curentul, este suficient să împărțiți puterea la tensiunea de alimentare.

Un exemplu simplu. Să existe un element de încălzire cu o putere de 1 kW (1000 W) pentru o tensiune de alimentare de 220V. Pentru un astfel de încălzitor, se dovedește că curentul este

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

Conform tabelelor plasate în PUE, un astfel de curent poate furniza un fir cu secțiune de 0,5 mm2 (11A), dar pentru a asigura rezistența mecanică este mai bine să folosiți un fir cu secțiune de cel puțin 2,5 mm2. Doar un astfel de fir este cel mai adesea furnizat cu energie electrică la prize.

Dar înainte de a face conexiunea, ar trebui să vă asigurați că chiar și noul TEN achiziționat este în stare bună. În primul rând, este necesară măsurarea rezistenței sale și verificarea integrității izolației. Rezistența elementului de încălzire este destul de simplu de calculat. Pentru a face acest lucru, este necesar să pătrați tensiunea de alimentare și să împărțiți la putere. De exemplu, pentru un încălzitor de 1000W, acest calcul arată astfel:

220 * 220/1000 = 48,4ohm.

O astfel de rezistență ar trebui să fie arătată de un multimetru atunci când o conectați la bornele încălzitorului. Dacă spirala este ruptă, atunci, în mod natural, multimetrul va arăta o pauză. Dacă luăm un element de încălzire cu o putere diferită, atunci rezistența, desigur, va fi diferită.

Pentru a verifica integritatea izolației, măsurați rezistența dintre oricare dintre terminale și carcasa metalică a încălzitorului. Rezistența izolatorului de umplere este astfel încât, la orice limită de măsurare, multimetrul trebuie să arate o pauză. Dacă se dovedește că rezistența este zero, atunci spirala are contact cu carcasa metalică a încălzitorului. Acest lucru se poate întâmpla chiar și cu unul nou, cumpărat doar de un element de încălzire.

Folosit în general pentru testarea izolației dispozitiv special de megaohmetru, dar nu întotdeauna și nu toți îl au la îndemână. Deci, un test multimetru normal este, de asemenea, destul de potrivit. Cel puțin o astfel de verificare trebuie făcută.

După cum am menționat deja, elementele de încălzire pot fi îndoite chiar și după umplerea cu un izolator. Există diferite tipuri de încălzitoare: sub formă de tub drept, în formă de U, rulat într-un inel, șarpe sau spirală.Totul depinde de dispozitivul dispozitivului de încălzire în care se presupune că este instalat încălzitorul. De exemplu, într-un încălzitor de apă curgător al unei mașini de spălat, TEN-urile sunt răsucite într-o spirală.

Unele TENY au elemente de protecție. Cea mai simplă protecție este o siguranță termică. Dacă ardeți, trebuie să schimbați întregul încălzitor, dar nu va ajunge la foc. Există un sistem de protecție mai complex care permite utilizarea unui încălzitor după funcționarea sa.

Una dintre aceste protecții este o protecție bazată pe o placă bimetalică: căldura dintr-un element de încălzire supraîncălzit îndoaie placa bimetalică, care deschide contactul și de-energizează elementul de încălzire. După ce temperatura scade la o valoare acceptabilă, placa bimetalică se extinde, contactul se închide și încălzitorul este gata pentru funcționare din nou.

TENY cu regulator de temperatură

În lipsa alimentării cu apă caldă este necesar să se utilizeze cazane. Proiectarea cazanelor este destul de simplă. Acesta este un recipient metalic ascuns într-un "strat de blană" de la un izolator de căldură, pe deasupra căruia se află o carcasă decorativă din metal. În carcasă este încorporat un termometru, care arată temperatura apei. Designul cazanului este prezentat în figura 8.

Figura 8. Cazan de depozitare

Unele cazane conțin un anod de magneziu. Scopul său este protecția împotriva coroziunii încălzitorului și a rezervorului intern al cazanului. Anodul de magneziu este consumabil, trebuie schimbat periodic în timpul întreținerii cazanului. Dar în unele cazane, aparent dintr-o categorie de prețuri ieftine, nu este asigurată o astfel de protecție.

Ca element de încălzire în cazane, este utilizat un încălzitor cu regulator de temperatură, designul unuia dintre ele este prezentat în figura 9.

Figura 9. TEN cu un regulator de temperatură

În cutia de plastic este amplasat un micro-întrerupător, care este declanșat de un senzor de temperatură a lichidului (un tub direct lângă încălzitor). Forma încălzitorului în sine poate fi cea mai diversă, figura arată cea mai simplă. Totul depinde de puterea și designul cazanului. Gradul de încălzire este controlat de poziția contactului mecanic controlat de un mâner rotund alb, situat în partea de jos a cutiei. Există, de asemenea, terminale pentru alimentarea cu curent electric. Încălzitorul este fixat cu fir.

Încălzitoare umede și uscate

Un astfel de încălzitor este în contact direct cu apa, astfel că acest încălzitor este numit "umed". Durata de viață a unui element de încălzire „umed” este în termen de 2 ... 5 ani, după care trebuie modificată. În general, durata de serviciu este scurtă.

Pentru a crește durata de funcționare a elementului de încălzire și a întregului cazan, compania franceză Atlantic în anii 90 ai secolului trecut a dezvoltat designul unui element de încălzire „uscat”. Pentru a spune simplu, încălzitorul era ascuns într-un balon de protecție metalică care exclude contactul direct cu apa: elementul de încălzire este încălzit în interiorul balonului, care transferă căldura în apă.

În mod natural, temperatura vasului este mult mai mică decât elementul de încălzire în sine, prin urmare, formarea scării cu aceeași duritate a apei nu este atât de intensă, mai multă căldură este transferată în apă. Durata de viață a acestor încălzitoare ajunge la 10 ... 15 ani. Acest lucru este valabil pentru condiții bune de funcționare, în special pentru stabilitatea tensiunii de alimentare. Dar chiar și în condiții bune, elementele de încălzire „uscate” își produc, de asemenea, propriile resurse și trebuie schimbate.

Aici este prezentat un alt avantaj al tehnologiei elementelor de încălzire „uscate”: atunci când înlocuiți încălzitorul, nu este necesară scurgerea apei din cazan, pentru care trebuie deconectată de la conductă. Pur și simplu stingeți încălzitorul și înlocuiți-l cu unul nou.

Atlantic, desigur, și-a brevetat invenția, după care a început să vândă licența altor companii. În prezent, alte companii, de exemplu, Electrolux și Gorenje, produc, de asemenea, cazane cu un element de încălzire „uscat”. Designul cazanului cu element de încălzire „uscat” este prezentat în figura 10.

Figura 10. Cazanul cu încălzitor „uscat”

Apropo, figura arată un cazan cu un încălzitor cu steatită ceramică. Dispozitivul unui astfel de încălzitor este prezentat în figura 11.

Figura 11. Încălzitor de ceramică

Pe baza ceramică este fixată o spirală convențională deschisă cu fir de înaltă rezistență. Temperatura de încălzire a spiralei atinge 800 de grade și este transferată în mediul înconjurător (aer sub un înveliș protector) prin convecție și radiații de căldură. În mod firesc, un astfel de încălzitor, aplicat pe cazane, poate funcționa doar într-o înveliș de protecție, în aer, contactul direct cu apa este pur și simplu exclus.

Spirala poate fi înfășurată în mai multe secțiuni, fapt dovedit de prezența mai multor terminale pentru conectare. Acest lucru vă permite să schimbați puterea încălzitorului. Puterea maximă specifică a acestor încălzitoare nu depășește 9W / cm².

Condiția pentru funcționarea normală a unui astfel de încălzitor este absența încărcărilor mecanice, îndoirilor și vibrațiilor. Suprafața nu trebuie contaminată de rugină sau petele de ulei. Și, desigur, cu cât tensiunea de alimentare este mai stabilă, fără creșteri și supratensiuni, cu atât încălzitorul este mai durabil.

Dar tehnologia electrică nu stă nemișcată. Tehnologiile se dezvoltă, îmbunătățind, prin urmare, pe lângă elementele de încălzire, în prezent sunt dezvoltate și utilizate cu succes o mare varietate de elemente de încălzire. Acestea sunt elemente de încălzire ceramică, elemente de încălzire cu carbon, elemente de încălzire cu infraroșu, dar acesta va fi subiectul unui alt articol.

Continuarea articolului:Elemente de încălzire moderne