kategorier: Udvalgte artikler » Begynderelektrikere
Antal visninger: 206.509
Kommentarer til artiklen: 6
Elektriske varmeelementer, varmeelementer, typer, design, tilslutning og test
Elektriske varmeelementer bruges i husholdnings- og industriudstyr. Brugen af forskellige varmeapparater er kendt for alle. Dette er elektriske komfurer, ovne og ovne, elektriske kaffemaskiner, elkedler og opvarmningsapparater af forskellige design.
Elektriske vandvarmere, ofte benævnt kedler, indeholder også varmeelementer. Grundlaget for mange varmeelementer er en ledning med høj elektrisk modstand. Og oftest er denne ledning lavet af nichrom.
Åben nichrome spiral
Det ældste varmeelement er måske den sædvanlige nichrome spiral. Det var engang brugte hjemmelavede elektriske komfurer, vandkedler og gedevarmere. At have en nichromtråd ved hånden, der kunne "få fat i" i produktionen, skabe en spiral af den krævede kraft, medførte ingen problemer.
Enden af tråden med den krævede længde indsættes i snittet af vinsjen, selve ledningen føres mellem to træblokke. Skruestikken skal fastgøres, så hele strukturen holdes som vist på figuren. Spændekraften skal være sådan, at wiren passerer gennem stængerne med en vis indsats. Hvis spændekraften er stor, brydes ledningen ganske enkelt.
Figur 1. Nichrome spiralvikling
Ved at dreje kraven trækkes ledningen gennem træstængerne, og drejes omhyggeligt, drej til drejning, på en metalstang. I arsenal af elektrikere var der et helt sæt skruenøgler med forskellige diametre fra 1,5 til 10 mm, hvilket gjorde det muligt at vinde spiraler til alle lejligheder.
Det blev kendt, hvilken diameter ledningen er, og hvilken længde der kræves for at vikle spiralen med den krævede effekt. Disse magiske numre kan stadig findes på Internettet. Figur 2 viser en tabel, der viser data om spiraler med forskellige kapaciteter ved en forsyningsspænding på 220V.
Figur 2. Beregning af varmeelementets elektriske spiral (klik på billedet for at forstørre)
Alt er enkelt og klart her. I betragtning af den krævede kraft og diameteren af den nichromtråd, der er tilgængelig for hånden, er det kun tilbage at skære et stykke af den ønskede længde og vikle det på en dorn med den tilsvarende diameter. Samtidig viser tabellen længden af den resulterende spiral. Og hvad hvis der er en ledning med en diameter, der ikke er angivet i tabellen? I dette tilfælde skal spiralen bare beregnes.
Sådan beregnes en nichrome spiral
Hvis det er nødvendigt, beregner spiralen er ganske enkel. Som et eksempel er beregningen af en spiral lavet af nichromtråd med en diameter på 0,45 mm (der er ingen sådan diameter i tabellen) med en effekt på 600 W for en spænding på 220V. Alle beregninger udføres i henhold til Ohms lov.
Om, hvordan man konverterer ampere til watt og omvendt watt til ampère:
Hvor mange ampere er der i ampere, hvordan konverteres ampere til watt og kilowatt
Først skal du beregne den strøm, der forbruges af spiralen.
I = P / U = 600/220 = 2,72 A
For at gøre dette er det nok at dele den indstillede effekt ved spænding og få den mængde strøm, der passerer gennem spiralen. Effekt i watt, spænding i volt, resulterer i ampere. Alt i henhold til SI-systemet.
Ved hjælp af den nuværende kendte strøm er det ganske enkelt at beregne den krævede spiralmodstand: R = U / I = 220 / 2.72 = 81 Ohms
Formlen til beregning af en lederes modstand er R = ρ * L / S,
hvor ρ er lederens specifikke modstand (for nichrome 1,0 ÷ 1,2 ohm • mm2 / m), er L længden af lederen i meter, S er lederens tværsnit i kvadratmillimeter. For en leder med en diameter på 0,45 mm er tværsnittet 0,159 mm2.
Derfor er L = S * R / p = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm eller 11,7 m.
Generelt er beregningen ikke så kompliceret.Fremstillingen af en spiral er faktisk ikke så vanskelig, hvilket utvivlsomt er fordelen ved almindelige nichrome spiraler. Men denne fordel er blokeret af mange mangler i åbne spiraler.
For det første er dette en ret høj opvarmningstemperatur - 700 ... 800 temperatureC. Den opvarmede spiral har en svag rød glød, hvis du ved en fejltagelse at berøre den kan forårsage forbrænding. Derudover er elektrisk stød muligt. En rød-varm spiral brænder luftens ilt ud, tiltrækker støvpartikler til sig selv, som, når de udbrændes, giver en meget ubehagelig aroma.
Men den største ulempe ved åbne spiraler bør betragtes som deres høje brandfare. Derfor forbyder brandvæsenet simpelthen brug af varmeapparater med en åben spiral. Sådanne varmeapparater inkluderer først og fremmest den såkaldte "ged", hvis udformning er vist i figur 3.
Figur 3. Hjemmelavet gedevarmer
Sådan viste den vilde "ged" sig: den blev bevidst lavet uforsigtigt, simpelt, endda meget dårligt. En brand med en sådan varmelegeme behøver ikke vente længe. Et mere avanceret design af en sådan varmelegeme er vist i figur 4.
Figur 4. "ged" hjem
Det er let at se, at spiralen er lukket af et metalhus, det er dette, der forhindrer berøring af opvarmede dele af levende dele. Brandfare for en sådan enhed er langt mindre end vist i det foregående figur.
Se dette emne:Hvorfor er "geden" og en hjemmelavet kedel farlige?
Det var engang i USSR, der blev produceret varmeovne-reflektorer. I midten af den forniklede reflektor var der en keramisk patron, i hvilken der som en pære med en E27-låg blev skruet en 500W varmelegeme ind. Brandfare for en sådan reflektor er også meget stor. Jeg troede på en eller anden måde ikke i de dage, hvad brugen af sådanne varmeapparater kunne føre til.
Figur 5. Refleksvarmer
Det er helt åbenlyst, at forskellige varmeapparater med en åben spiral, i modsætning til kravene i brandinspektionen, kun kan bruges under årvågen overvågning: Hvis du forlader rummet - skal du slukke for varmeapparatet! Bedre endnu, skal du blot opgive brugen af varmeapparater af denne type.
Lukkede spiralvarmeelementer
For at slippe af med en åben spiral blev rørformede elektriske varmeapparater opfundet. Opvarmningens design er vist i figur 6.
Figur 6. Opvarmningens design
Den nichrome spiral 1 er skjult inde i et tyndvægget metalrør 2. Spiralen isoleres fra røret af fyldstof 3 med høj varmeledningsevne og høj elektrisk modstand. Periclase (en krystallinsk blanding af magnesiumoxid MgO, undertiden med urenheder fra andre oxider) bruges oftest som fyldstof.
Efter fyldning med en isolerende sammensætning presses røret, og under højt tryk forvandles periklasen til en monolit. Efter en sådan operation er spiralen fast fastgjort, derfor er elektrisk kontakt med karosserøret udelukket helt. Designet er så stærkt, at enhver varmelegeme kan bøjes, hvis varmelegemets design kræver det. Nogle varmeelementer har en meget bisarr form.
Spiralen er forbundet til metalledningerne 4, som går ud gennem isolatorerne 5. Ledningstrådene er forbundet til ledningernes 4 gevind gevind ved hjælp af møtrikker og skiver 7. Varmeelementerne fastgøres i enhedens krop ved hjælp af møtrikker og skiver 6, som om nødvendigt sikrer forbindelsens tæthed.
Under overholdelse af driftsbetingelserne er et sådant design ret pålideligt og holdbart. Det er netop det, der førte til den meget udbredte anvendelse af varmeelementer i apparater til forskellige formål og design.
I henhold til driftsbetingelserne er varmeelementerne opdelt i to store grupper: luft og vand. Men det er netop det navn. Faktisk er luftvarmeelementer designet til at arbejde i forskellige gasmiljøer.Selv almindelig atmosfærisk luft er en blanding af flere gasser: ilt, nitrogen, kuldioxid, der er endda urenheder af argon, neon, krypton osv.
Luftmiljøet er meget mangfoldigt. Det kan være rolig atmosfærisk luft eller en strøm af luft, der bevæger sig med en hastighed på flere meter i sekundet, som i ventilatorvarmere eller varmepistoler.
Opvarmningen af varmelegemet kan nå 450 ° C og endnu mere. Derfor anvendes forskellige materialer til fremstilling af den ydre rørformede skal. Det kan være almindeligt kulstofstål, rustfrit stål eller varmebestandigt, varmebestandigt stål. Det hele afhænger af miljøet.
For at forbedre varmeoverførslen er nogle varmeelementer udstyret med ribber på rørene i form af et viklet metalbånd. Sådanne varmeovne kaldes finned. Brugen af sådanne elementer er mest passende i et miljø, der bevæger sig i luft, for eksempel i ventilatorvarmere og varmepistoler.
Vandvarmeelementer bruges heller ikke nødvendigvis i vand, dette er det generelle navn for forskellige flydende medier. Det kan være olie, fyringsolie og endda forskellige aggressive væsker. Flydende TENY bruges i elektriske kedler, destillationsanlæg, elektriske afsaltningsanlæg og bare titaner til kogende drikkevand.
Den termiske ledningsevne og varmekapacitet i vand er meget højere end luft og andre gasformige medier, som i sammenligning med luften giver en bedre, hurtigere varmefjerning fra varmeren. Derfor med den samme elektriske kraft har vandvarmeren mindre geometriske dimensioner.
Her kan vi give et simpelt eksempel: når kogende vand i en almindelig elkedel kan varmelegemet være rødglødende og derefter brænde op til huller. Det samme billede kan ses med almindelige kedler, designet til at koge vand i et glas eller i en spand.
Det givne eksempel viser tydeligt, at vandvarmeelementer aldrig bør bruges til arbejde i luften. Du kan bruge luftopvarmningselementer til at opvarme vandet, men du skal bare vente længe, indtil vandet koger.
Ikke til fordel for vandopvarmningselementer vil der være et skalaglag dannet under drift. Skala har som regel en porøs struktur, og dens termiske ledningsevne er lille. Derfor går den varme, der genereres af spiralen, dårligt ind i væsken, men spiralen inde i varmeapparatet opvarmes til en meget høj temperatur, som før eller senere fører til dens udbrændthed.
For at forhindre, at dette sker, anbefales det periodisk at rengøre varmeelementerne ved hjælp af forskellige kemikalier. For eksempel i en tv-reklame anbefales Calgon til beskyttelse af vaskemaskinevarmere. Selvom det drejer sig om dette værktøj, er der mange forskellige meninger.
Sådan slipper man af med skalaen
Ud over kemikalier til beskyttelse mod skalaer bruges forskellige enheder. Først og fremmest er dette magnetiske vandomformere. I et kraftfuldt magnetfelt ændrer krystaller af "hårde" salte deres struktur, bliver til flager, bliver mindre. Skalaen er mindre aktiv fra sådanne flager; de fleste af flagerne vaskes simpelthen væk med en vandstrøm. Dette sikrer beskyttelse af varmeapparater og rørledninger mod skala. Magnetfilteromformere produceres af mange udenlandske virksomheder, sådanne virksomheder findes i Rusland. Sådanne filtre er tilgængelige både mortise og overhead type.
Elektroniske blødgøringsmidler
For nylig bliver elektroniske blødgøringsmidler stadig mere populære. Udad ser alt meget simpelt ud. En lille kasse er installeret på røret, hvorfra antennetrådene kommer ud. Ledninger vikles omkring røret, og du behøver ikke engang at fjerne malingen. Enheden kan installeres på ethvert tilgængeligt sted, som vist i figur 7.
Figur 7. Elektronisk blødgøringsmiddel
Det eneste, du har brug for for at tilslutte enheden, er en 220V-stik.Enheden er designet til langvarig tænding, den behøver ikke at være slukket med jævne mellemrum, da slukket vil forårsage, at vandet bliver hårdt igen, skalaen dannes igen.
Princippet for driften af enheden reduceres til emission af vibrationer i området for ultralydfrekvenser, der kan nå op til 50 KHz. Oscillationsfrekvensen styres ved hjælp af enhedens kontrolpanel. Stråling produceres i batches flere gange i sekundet, hvilket opnås ved hjælp af den indbyggede mikrokontroller. Kraften i svingninger er lille, derfor udgør sådanne apparater ingen trussel mod menneskers sundhed.
Det er let at bestemme, om det er nødvendigt at installere sådanne enheder. Det hele kommer til at bestemme, hvor hårdt vandet strømmer fra vandrøret. Her har du ikke engang brug for nogen "abstrakte" apparater: hvis din hud bliver tør efter vask, vises der hvide pletter på flisen fra vandstænk, der vises skala i kedlen, vaskemaskinen slettes langsommere end i starten af driften - hårdt vand strømmer bestemt fra hanen. Alt dette kan føre til svigt i varmeelementerne, og derfor også kedler eller vaskemaskiner.
Hårdt vand opløser ikke forskellige vaske- og rengøringsmidler - fra almindelige sæber til supermoderne vaskevaskemidler. Som et resultat er du nødt til at lægge flere pulvere, men dette hjælper lidt, da krystaller af hårdhedssalte er tilbageholdt i vævene, så vasker kvaliteten meget tilbage at ønske. Alle de anførte tegn på vandhårdhed angiver veltalende at det er nødvendigt at installere vandblødgøringsmidler.
Tilslutning og verifikation af varmeelementer
Ved tilslutning af varmeapparatet skal der anvendes en ledning med et passende tværsnit. Det hele afhænger af strømmen, der strømmer gennem varmeapparatet. Oftest kendes to parametre. Dette er selve varmeren og forsyningsspændingen. For at bestemme strømmen er det nok at dele strømmen med forsyningsspændingen.
Et simpelt eksempel. Lad der være et varmeelement med en effekt på 1 kW (1000 W) for en forsyningsspænding på 220V. For en sådan varmelegeme viser det sig, at strømmen er
I = P / U = 1000/220 = 4,545A.
I henhold til tabellerne placeret i PUE kan en sådan strøm give en ledning med et tværsnit på 0,5 mm2 (11A), men for at sikre mekanisk styrke er det bedre at bruge en tråd med et tværsnit på mindst 2,5 mm2. Netop sådan en ledning leveres ofte med strøm til stikkontakter.
Men inden du opretter forbindelsen, skal du sørge for, at selv den nye, netop købte TEN er i god stand. Først og fremmest er det nødvendigt at måle dens modstand og kontrollere isoleringens integritet. Varmeelementets modstand er ganske enkel at beregne. For at gøre dette er det nødvendigt at kvadratere forsyningsspændingen og opdele efter strøm. For eksempel for en 1000W varmelegeme ser denne beregning sådan ud:
220 * 220/1000 = 48,4ohm.
En sådan modstand skal vises af et multimeter, når den forbindes til varmepolens terminaler. Hvis spiralen er brudt, vil multimeteret naturligvis vise et brud. Hvis vi tager et varmeelement med en anden kraft, vil modstanden selvfølgelig være anderledes.
For at kontrollere isoleringens integritet skal du måle modstanden mellem en af klemmerne og metalhuset på varmeren. Fyldstofisolatorens modstand er sådan, at multimeteret ved en hvilken som helst målingsgrænse skal vise et brud. Hvis det viser sig, at modstanden er nul, har spiralen kontakt med varmeapparatets metalhus. Dette kan ske, selv med et nyt, der lige er købt af et varmeelement.
Generelt brugt til at teste isolering speciel megaohmmeter enhed, men ikke altid og ikke alle har det ved hånden. Så en normal multimetertest er også meget velegnet. I det mindste skal en sådan kontrol udføres.
Som allerede nævnt kan varmeelementerne bøjes, selv efter påfyldning med en isolator. Der er forskellige typer varmeapparater: i form af et lige rør, U-formet, rullet ind i en ring, slange eller spiral.Det hele afhænger af enheden på den varmeenhed, som varmeapparatet skal installeres i. For eksempel, i en flydende vandvarmer i en vaskemaskine, er TEN'er snoet til en spiral.
Nogle TENY har elementer af beskyttelse. Den enkleste beskyttelse er en termisk sikring. Hvis det brændte ud, skal du skifte hele varmelegemet, men det når ikke ilden. Der er et mere komplekst beskyttelsessystem, der tillader brug af en varmelegeme efter dens drift.
En af sådanne beskyttelser er en beskyttelse, der er baseret på en bimetallisk plade: varme fra et overophedet varmeelement bøjer den bimetalliske plade, der åbner kontakten og slukker for varmeelementet. Når temperaturen er faldet til en acceptabel værdi, strækker den bimetalliske plade sig, kontakten lukkes, og varmeren er klar til drift igen.
TENY med en temperaturregulator
I fravær af varmt vandforsyning er det nødvendigt at bruge kedler. Kedlernes design er ganske enkel. Dette er en metalbeholder, der er skjult i en "pelsfrakke" fra en varmeisolator, og ovenpå er en dekorativ metalhus. Et termometer er indlejret i etuiet, der viser vandets temperatur. Kedelens design er vist i figur 8.
Figur 8. Opbevaringskedel
Nogle kedler indeholder en magnesiumanode. Dets formål er beskyttelse mod korrosion af varmeapparatet og den indvendige tank i kedlen. Magnesiumanoden er en forbrugsstoffer; den skal periodisk ændres under vedligeholdelse af kedlen. Men i nogle kedler, tilsyneladende af en billig priskategori, ydes der ikke sådan beskyttelse.
Som et varmeelement i kedler bruges en varmeapparat med en temperaturregulator, designet til en af dem er vist i figur 9.
Figur 9. TEN med en temperaturregulator
En mikrobølgeovn er placeret i plastikboksen, der udløses af en væsketemperaturføler (et direkte rør ved siden af varmeren). Formen på selve varmeapparatet kan være den mest forskellige, figuren viser den enkleste. Det hele afhænger af kedlenes kraft og design. Opvarmningsgraden styres af placeringen af den mekaniske kontakt, der styres af et hvidt rundt håndtag placeret i bunden af kassen. Der er også terminaler til levering af elektrisk strøm. Varmeren er fastgjort med gevind.
Våde og tørre opvarmere
En sådan varmelegeme er i direkte kontakt med vand, så denne varmelegeme kaldes "våd". Levetiden for et "vådt" varmeelement er inden for 2 ... 5 år, hvorefter det skal ændres. Generelt er levetiden kort.
For at øge levetiden for varmeelementet og hele kedlen som helhed udviklede det franske selskab Atlantic i 90'erne af det forrige århundrede design af et "tørt" varmeelement. Kort sagt, var varmeren skjult i en metalbeskyttelseskolbe, der udelukkede direkte kontakt med vand: varmeelementet opvarmes inde i kolben, der overfører varme til vandet.
Naturligvis er kolbenes temperatur meget lavere end selve varmeelementet, derfor er dannelsen af skala med den samme vandhårdhed ikke så intens, mere varme overføres til vandet. Sådanne varmeapparaters levetid når 10 ... 15 år. Dette gælder for gode driftsforhold, især forsyningsspændingens stabilitet. Men selv under gode forhold producerer "tørre" varmeelementer også deres egne ressourcer, og de skal ændres.
Her afsløres en yderligere fordel ved den ”tørre” varmeelementteknologi: når man udskifter varmeapparatet, er det ikke nødvendigt at tømme vandet fra kedlen, som det skal kobles fra rørledningen til. Sluk blot for varmeren og udskift den med en ny.
Atlantic patenterede naturligvis sin opfindelse, hvorefter den begyndte at sælge licensen til andre virksomheder. På nuværende tidspunkt producerer andre virksomheder, for eksempel Electrolux og Gorenje, også kedler med et "tørt" varmeelement. Kedelens design med et "tørt" varmeelement er vist i figur 10.
Figur 10. Kedel med en “tør” varmeovn
For øvrig viser figuren en kedel med en keramisk steatitvarmer. Enheden til en sådan varmelegeme er vist i figur 11.
Figur 11. Keramisk varmeapparat
På den keramiske base er der fastgjort en konventionel åben spiral med høj modstandstråd. Spiralens opvarmningstemperatur når 800 grader og overføres til miljøet (luft under en beskyttende skal) ved konvektion og varmestråling. Naturligvis kan en sådan varmeapparat, der anvendes til kedler, kun fungere i en beskyttende skal, i luft er direkte kontakt med vand simpelthen udelukket.
Spiralen kan vikles i flere sektioner, hvilket fremgår af tilstedeværelsen af flere terminaler til forbindelse. Dette gør det muligt for dig at ændre strømmen til varmeapparatet. Den maksimale specifikke effekt for sådanne varmeapparater overstiger ikke 9W / cm2.
Betingelsen for normal drift af en sådan varmelegeme er fraværet af mekaniske belastninger, bøjninger og vibrationer. Overfladen skal ikke være forurenet med rust eller oliepletter. Og naturligvis, jo mere stabil forsyningsspænding uden strøm og overspænding, jo mere holdbar er varmeapparatet.
Men elektroteknologi står ikke stille. Teknologier udvikler sig, forbedrer derfor, ud over varmeelementer er en bred vifte af varmeelementer blevet udviklet og anvendes med succes. Dette er keramiske varmeelementer, kulstofvarmeelementer, infrarøde varmeelementer, men dette vil være emnet for en anden artikel.
Fortsættelse af artiklen:Moderne varmeelementer
Se også på elektrohomepro.com
: