kategorier: Utvalgte artikler » Begynnerelektrikere
Antall visninger: 206,509
Kommentarer til artikkelen: 6
Elektriske varmeelementer, varmeelementer, typer, design, tilkobling og testing
Elektriske varmeelementer brukes i husholdningsapparater og industrielt utstyr. Bruken av forskjellige ovner er kjent for alle. Dette er elektriske ovner, ovner og ovner, elektriske kaffetraktere, vannkoker og varmeapparater av forskjellige utførelser.
Elektriske vannvarmere, ofte referert til som kjeler, inneholder også varmeelementer. Grunnlaget for mange varmeelementer er en ledning med høy elektrisk motstand. Og som oftest er denne ledningen laget av nikrom.
Åpen nichrome spiral
Det eldste varmeelementet er kanskje den vanlige nichrome spiralen. Det var en gang i gang hjemmelaget elektriske ovner, vannkjeler og geitevarmere. Å ha for hånden en nikromtråd som kunne "få tak i" i produksjonen, lage en spiral av den nødvendige kraften ga ingen problemer.
Enden av ledningen med ønsket lengde settes inn i snittet på vinsjen, selve ledningen føres mellom to treklosser. Skruen skal klemmes slik at hele strukturen holdes som vist på figuren. Klemkraften må være slik at ledningen passerer gjennom stengene med litt anstrengelse. Hvis klemkraften er stor, vil ledningen ganske enkelt gå i stykker.
Figur 1. Nichrome spiralvikling
Ved å rotere kragen, trekkes ledningen gjennom trebjelkene, og legges på en metallstang forsiktig, vri for å vri. I arsenalet til elektrikere var det et helt sett med skiftenøkler med forskjellige diametre fra 1,5 til 10 mm, noe som gjorde det mulig å spole spiraler for alle anledninger.
Det ble kjent hvilken diameter ledningen er og hvilken lengde som kreves for å vikle spiralen med den nødvendige kraften. Disse magiske tallene kan fremdeles finnes på Internett. Figur 2 viser en tabell som viser data om spiraler med forskjellige kapasiteter ved en forsyningsspenning på 220V.
Figur 2. Beregning av den elektriske spiralen til varmeelementet (klikk på bildet for å forstørre)
Alt er enkelt og tydelig her. Gitt den nødvendige kraften og diameteren på den tilgjengelige nikromtråden, gjenstår det bare å kutte et stykke av ønsket lengde og vikle det på en spindel med tilsvarende diameter. Samtidig viser tabellen lengden på den resulterende spiralen. Og hva hvis det er en ledning med en diameter som ikke er spesifisert i tabellen? I dette tilfellet må spiralen bare beregnes.
Hvordan beregne en nichrom spiral
Om nødvendig, beregner spiralen er ganske enkel. Som et eksempel er beregningen av en spiral laget av nikromtråd med en diameter på 0,45 mm (denne diameteren er ikke i tabellen) med en effekt på 600 W for en spenning på 220V. Alle beregninger utføres i henhold til Ohms lov.
Om hvordan konvertere ampere til watt og omvendt watt til ampere:
Hvor mange ampere er i ampere, hvordan konvertere ampere til watt og kilowatt
Først bør du beregne strømmen som konsumeres av spiralen.
I = P / U = 600/220 = 2,72 A
For å gjøre dette er det nok å dele den innstilte kraften etter spenning og få mengden strøm som går gjennom spiralen. Kraft i watt, spenning i volt, resulterer i ampere. Alt i henhold til SI-systemet.
Ved å bruke strømmen som er kjent nå, er det ganske enkelt å beregne den nødvendige motstanden til spiralen: R = U / I = 220 / 2.72 = 81 Ohms
Formelen for å beregne en lederes motstand er R = ρ * L / S,
der ρ er den spesifikke motstanden til lederen (for nikrom 1,0 ÷ 1,2 ohm • mm2 / m), er L lengden på lederen i meter, S er lederens tverrsnitt i kvadratmillimeter. For en leder med en diameter på 0,45 mm er tverrsnittet 0,159 mm2.
Derfor L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, eller 11,7 m.
Generelt er ikke beregningen så komplisert.Framstillingen av en spiral er faktisk ikke så vanskelig, noe som utvilsomt er fordelen med vanlige nichrome spiraler. Men denne fordelen er blokkert av mange mangler iboende i åpne spiraler.
For det første er dette en ganske høy oppvarmingstemperatur - 700 ... 800˚C. Den oppvarmede spiralen har en svak rød glød, hvis du ved et uhell berører den, kan det forårsake brannskader. I tillegg er elektrisk støt mulig. En rød varm spiral brenner ut oksygenet i luften, tiltrekker støvpartikler til seg selv, som når de brennes gir en veldig ubehagelig aroma.
Men den største ulempen med åpne spiraler bør betraktes som deres høye brannfare. Derfor forbyr brannvesenet ganske enkelt bruk av ovner med åpen spiral. Slike varmeovner inkluderer først og fremst den såkalte "geiten", hvis utforming er vist i figur 3.
Figur 3. Hjemmelaget geitevarmer
Slik viste den ville "geiten" seg: den ble bevisst laget uforsiktig, ganske enkelt, til og med veldig dårlig. En brann med en slik varmeovn trenger ikke å vente lenge. En mer avansert utforming av en slik varmeovn er vist i figur 4.
Figur 4. "Geit" hjem
Det er lett å se at spiralen er lukket av et metallhus, det er dette som forhindrer berøring av varme deler av strømførende deler. Brannfaren for en slik enhet er mye mindre enn den som er vist i forrige figur.
Se dette emnet:Hvorfor er "geiten" og en hjemmelaget kjele farlig?
En gang i Sovjetunionen ble det produsert varme-reflekser. I midten av den nikkelbelagte reflektoren var det en keramisk patron, som en pære med en E27-hette, en 500W varmeovn ble skrudd inn. Brannfaren for en slik reflektor er også veldig høy. Vel, jeg tenkte på en eller annen måte ikke i disse dager hva bruken av slike ovner kunne føre til.
Figur 5. Refleksvarmer
Det er åpenbart at forskjellige ovner med åpen spiral, i motsetning til kravene til branninspeksjonen, kun kan brukes under årvåken tilsyn: hvis du forlater rommet - slå av varmeren! Enda bedre, bare forlate bruken av ovner av denne typen.
Lukkede spiralvarmeelementer
For å bli kvitt en åpen spiral, ble Tubular Electric Heaters - TEN oppfunnet. Utformingen av varmeren er vist på figur 6.
Figur 6. Utformingen av varmeren
Den nikrome spiralen 1 er gjemt inne i et tynnvegget metallrør 2. Spiralen isoleres fra røret av fyllstoff 3 med høy varmeledningsevne og høy elektrisk motstand. Periclase (en krystallinsk blanding av magnesiumoksyd MgO, noen ganger med urenheter fra andre oksider) blir ofte brukt som fyllstoff.
Etter fylling med en isolerende blanding presses røret, og under høyt trykk blir periklasen til en monolit. Etter en slik operasjon er spiralen stivt fast, derfor er elektrisk kontakt med karosserøret fullstendig utelukket. Utformingen er så sterk at enhver varmeapparat kan bøyes hvis designen til varmeren krever det. Noen varmeelementer har en veldig bisarr form.
Spiralen er koblet til metallledningene 4, som går ut gjennom isolatorene 5. Ledningstrådene er koblet til gjengede ender av ledningene 4 ved bruk av muttere og skiver 7. Varmeelementene festes i enhetens kropp ved hjelp av muttere og skiver 6, som om nødvendig sikrer tilkoblingsens tetthet.
Under overholdelse av driftsforholdene er en slik design ganske pålitelig og holdbar. Dette er nettopp det som førte til den svært utbredte bruken av varmeelementer i apparater til forskjellige formål og design.
I henhold til driftsforholdene er varmeelementene delt inn i to store grupper: luft og vann. Men det er bare det navnet. Faktisk er luftvarmeelementer designet for å fungere i forskjellige gassmiljøer.Selv vanlig luft er en blanding av flere gasser: oksygen, nitrogen, karbondioksid, det er til og med urenheter av argon, neon, krypton, etc.
Luftmiljøet er veldig mangfoldig. Det kan være rolig atmosfærisk luft eller en luftstrøm som beveger seg med en hastighet på flere meter per sekund, som i vifteovner eller varmepistoler.
Oppvarmingen av varmeskallet kan nå 450 ° C og enda mer. Derfor blir forskjellige materialer brukt til fremstilling av det ytre rørformede skallet. Det kan være vanlig karbonstål, rustfritt stål eller varmebestandig, varmebestandig stål. Det hele avhenger av miljøet.
For å forbedre varmeoverføringen er noen varmeelementer utstyrt med ribber på rørene i form av et viklet metallbånd. Slike varmeovner kalles finned. Bruken av slike elementer er mest passende i et miljø med bevegelig luft, for eksempel i vifteovner og varmepistoler.
Vannvarmeelementer brukes heller ikke nødvendigvis i vann, dette er det generelle navnet på forskjellige flytende medier. Det kan være olje, fyringsolje og til og med forskjellige aggressive væsker. Flytende TENY brukt i elektriske kjeler, destillere, elektriske avsaltingsanlegg og bare titaner for kokende drikkevann.
Vannens termiske konduktivitet og varmekapasitet er mye høyere enn for luft og andre gassformige medier, som i sammenligning med luften gir en bedre, raskere varmefjerning fra varmeren. Derfor, med den samme elektriske kraften, har varmtvannsberederen mindre geometriske dimensjoner.
Her kan vi gi et enkelt eksempel: når kokende vann i en vanlig vannkoker, kan varmeren være rødglødende og deretter brenne til hull. Det samme bildet kan sees med vanlige kjeler, designet for å koke vann i et glass eller i en bøtte.
Det gitte eksemplet viser tydelig at vannoppvarmingselementer aldri skal brukes til arbeid i luften. Du kan bruke luftvarmeelementer for å varme opp vannet, men du må bare vente lenge til vannet koker.
Ikke til fordel for vannoppvarmningselementer vil det være et skalaglag dannet under drift. Skala har som regel en porøs struktur, og dens termiske ledningsevne er liten. Derfor går varmen som genereres av spiralen dårlig i væsken, men spiralen inne i ovnen varmer opp til en veldig høy temperatur, som før eller senere vil føre til utbrenthet.
For å forhindre at dette skjer, anbefales det å rengjøre varmeelementene med forskjellige kjemikalier med jevne mellomrom. I en TV-reklame anbefales for eksempel Calgon for å beskytte vaskemaskinvarmere. Selv om dette verktøyet er det mange forskjellige meninger.
Hvordan bli kvitt skalaen
I tillegg til kjemikalier for beskyttelse mot skala, brukes forskjellige enheter. For det første er dette magnetiske vannomformere. I et kraftig magnetfelt endrer krystaller av "harde" salter strukturen, blir til flak, blir mindre. Skalaen er mindre aktiv fra slike flak; de fleste av flakene vaskes ganske enkelt bort av en vannstrøm. Dette sikrer beskyttelse av varmeovner og rørledninger fra skala. Magnetiske filteromformere produseres av mange utenlandske selskaper, slike selskaper eksisterer i Russland. Slike filtre er tilgjengelige både av typen mortise og overhead.
Elektroniske vannmyknere
Nylig blir elektroniske vannmyknere stadig mer populære. Utad ser alt veldig enkelt ut. En liten boks er installert på røret, fra hvilken antennetrådene kommer ut. Ledninger vikles rundt røret, og du trenger ikke en gang å skrelle av malingen. Enheten kan installeres på et hvilket som helst tilgjengelig sted, som vist i figur 7.
Figur 7. Elektronisk vannmykner
Det eneste du trenger for å koble til enheten, er en 220V-kontakt.Enheten er konstruert for langvarig innkobling, den trenger ikke å slås av med jevne mellomrom, siden å slå av vil føre til at vannet blir hardt igjen, skala vil danne seg igjen.
Prinsippet for betjening av enheten reduseres til utslipp av vibrasjoner i området for ultralydfrekvenser, som kan komme opp til 50 KHz. Svingningsfrekvensen styres ved hjelp av enhetens kontrollpanel. Stråling produseres i batch flere ganger i sekundet, noe som oppnås ved hjelp av den innebygde mikrokontrolleren. Kraften til svingninger er liten, derfor utgjør ikke slike enheter noen trussel for menneskers helse.
Fordelen med å installere slike enheter er lett å bestemme. Det hele kommer til å bestemme hvor hardt vannet renner fra vannrøret. Her trenger du ikke engang noen "abstrakte" apparater: hvis huden din blir tørr etter vask, vises det hvite flekker på flisen fra vannsprut, det vises skala i kjelen, vaskemaskinen sletter saktere enn i begynnelsen av driften - hardt vann renner definitivt fra springen. Alt dette kan føre til svikt i varmeelementene, og derfor vannkokere eller vaskemaskiner.
Hardt vann løser ikke opp forskjellige vaskemidler - fra vanlige såper til superfasjonable vaskevaskemidler. Som et resultat må du legge flere pulver, men dette hjelper litt, siden krystallene av hardhetssalter blir beholdt i vevene, etterlater vaskekvaliteten mye å være ønsket. Alle de oppførte tegn på vannhardhet indikerer veltalende at det er nødvendig å installere vannmyknere.
Tilkobling og verifisering av varmeelementer
Ved tilkobling av ovnen må en ledning med passende tverrsnitt brukes. Det hele avhenger av strømmen som strømmer gjennom varmeren. Oftest er to parametere kjent. Dette er strømmen til selve varmeren og forsyningsspenningen. For å bestemme strømmen er det nok å dele strømmen med forsyningsspenningen.
Et enkelt eksempel. La det være et varmeelement med en effekt på 1 kW (1000 W) for en forsyningsspenning på 220V. For en slik varmeovn viser det seg at strømmen er
I = P / U = 1000/220 = 4.545A.
I følge tabellene plassert i PUE, kan en slik strøm gi en ledning med et tverrsnitt på 0,5 mm2 (11A), men for å sikre mekanisk styrke er det bedre å bruke en tråd med et tverrsnitt på minst 2,5 mm2. Akkurat en slik ledning leveres ofte med strøm til uttak.
Men før du kobler til, bør du sørge for at selv den nye, nettopp kjøpte TEN-enheten er i god stand. Først av alt er det nødvendig å måle dens motstand og sjekke isolasjonens integritet. Motstanden til varmeelementet er ganske enkel å beregne. For å gjøre dette, er det nødvendig å kvadratere forsyningsspenningen og dele på strøm. For eksempel for en 1000W varmeovn ser denne beregningen slik ut:
220 * 220/1000 = 48,4ohm.
En slik motstand skal vises av et multimeter når du kobler den til terminalene på varmeren. Hvis spiralen er ødelagt, vil multimeteren naturlig nok vise et brudd. Hvis vi tar et varmeelement med en annen kraft, vil selvfølgelig motstanden være annerledes.
For å kontrollere isolasjonens integritet må du måle motstanden mellom en av klemmene og metallhuset til varmeren. Motstanden til påfyllingsisolatoren er slik at multimeteren ved en hvilken som helst målegrense skal vise et brudd. Hvis det viser seg at motstanden er null, har spiralen kontakt med metallhuset til varmeren. Dette kan skje selv med en ny, nettopp kjøpt av et varmeelement.
Vanligvis brukt til å teste isolasjon spesiell megaohmmeter enhet, men ikke alltid og ikke alle har det for hånden. Så en normal multimetertest er også ganske passende. I det minste må en slik sjekk gjøres.
Som allerede nevnt kan varmeelementene bøyes selv etter fylling med en isolator. Det er forskjellige typer varmeovner: i form av et rett rør, U-formet, rullet inn i en ring, slange eller spiral.Det hele avhenger av enheten til varmeenheten som varmeren skal installeres i. For eksempel, i en flytende varmtvannsbereder på en vaskemaskin, blir TEN-er vridd til en spiral.
Noen TENY har elementer av beskyttelse. Den enkleste beskyttelsen er en termisk sikring. Vel, hvis det brant, må du bytte hele varmeren, men den kommer ikke til bålet. Det er et mer komplekst beskyttelsessystem som tillater bruk av en varmeapparat etter at den er brukt.
En av slike beskyttelser er en beskyttelse basert på en bimetallplate: varme fra et overopphetet varmeelement bøyer den bimetalliske platen, som åpner kontakten og frigjør varmeelementet. Etter at temperaturen synker til en akseptabel verdi, strekker bimetallplaten seg, kontakten lukkes og varmeren er klar til bruk igjen.
TENY med en temperaturregulator
I mangel av varmtvannsforsyning er det nødvendig å bruke kjeler. Kjelens utforming er ganske enkel. Dette er en metallbeholder gjemt i en "pelsfrakk" fra en varmeisolator, på toppen er en dekorativ metallkasse. Et termometer er innebygd i saken som viser temperaturen på vannet. Utformingen av kjelen er vist på figur 8.
Figur 8. Oppbevaringskjele
Noen kjeler inneholder en magnesiumanode. Hensikten er beskyttelse mot korrosjon av varmeren og den indre tanken til kjelen. Magnesiumanoden er forbruksvare, og den må skiftes med jevne mellomrom under vedlikehold av kjelen. Men i noen kjeler, tilsynelatende av en billig priskategori, er ikke slik beskyttelse gitt.
Som et varmeelement i kjeler brukes en varmer med en temperaturregulator, designet til en av dem er vist i figur 9.
Figur 9. TEN med en temperaturregulator
En mikrobryter er plassert i plastboksen, som utløses av en væsketemperaturføler (et direkte rør ved siden av varmeren). Formen på selve varmeren kan være den mest mangfoldige, figuren viser den enkleste. Det avhenger av kraften og designen til kjelen. Oppvarmingsgraden styres av plasseringen av den mekaniske kontakten som styres av et hvitt rundt håndtak som ligger i bunnen av boksen. Det er også terminaler for tilførsel av elektrisk strøm. Varmeapparatet er festet med gjenger.
Våte og tørre varmer
En slik varmer er i direkte kontakt med vann, så denne varmeren kalles "våt." Levetiden til et "vått" varmeelement er innen 2 ... 5 år, hvoretter det må skiftes. Generelt er levetiden kort.
For å øke levetiden til varmeelementet og hele kjelen som helhet, utviklet det franske selskapet Atlantic på 90-tallet av forrige århundre utformingen av et "tørt" varmeelement. For å si det enkelt, var varmeren gjemt i en metallbeskyttende kolbe som utelukket direkte kontakt med vann: varmeelementet varmes opp i kolben, som overfører varme til vannet.
Naturligvis er kolbenes temperatur mye lavere enn selve varmeelementet, derfor er dannelsen av skala med den samme vannhardheten ikke så intens, mer varme overføres til vannet. Levetiden til slike ovner når 10 ... 15 år. Dette gjelder for gode driftsforhold, spesielt for forsyningsspenningens stabilitet. Men selv under gode forhold produserer "tørre" varmeelementer også egne ressurser, og de må endres.
Her avsløres en fordel med den "tørre" varmeelementteknologien: når du bytter ut varmeren, er det ikke nødvendig å tømme vannet fra kjelen, som det skal kobles fra rørledningen for. Bare slå ut varmeren og erstatt den med en ny.
Atlantic patenterte selvfølgelig sin oppfinnelse, hvoretter den begynte å selge lisensen til andre selskaper. For tiden produserer andre selskaper, for eksempel Electrolux og Gorenje, også kjeler med et "tørt" varmeelement. Utformingen av kjelen med et "tørt" varmeelement er vist i figur 10.
Figur 10. Kjele med en "tørr" varmeovn
For øvrig viser figuren en kjele med keramisk steatittvarmer. Enheten til en slik varmer er vist på figur 11.
Figur 11. Keramisk varmeapparat
På den keramiske sokkelen er det festet en konvensjonell åpen spiral med høy motstandstråd. Varmetemperaturen på spiralen når 800 grader og overføres til miljøet (luft under et beskyttende skall) ved konveksjon og varmestråling. Naturligvis kan en slik varmer som brukes på kjeler bare fungere i et beskyttende skall, i luft, er direkte kontakt med vann ganske enkelt utelukket.
Spiralen kan vikles i flere seksjoner, noe som fremgår av tilstedeværelsen av flere terminaler for tilkobling. Dette lar deg endre kraften på ovnen. Den maksimale spesifikke effekten til slike varmeovner overstiger ikke 9W / cm2.
Betingelsen for normal drift av en slik varmer er fraværet av mekaniske belastninger, svinger og vibrasjoner. Overflaten skal ikke være forurenset av rust eller oljeflekker. Og selvfølgelig, jo mer stabil forsyningsspenningen, uten strøm og overspenninger, jo mer holdbar er varmeren.
Men elektroteknologi står ikke stille. Teknologiene utvikler seg, og forbedres. I tillegg til varmeelementene er det i dag utviklet og brukt en lang rekke varmeelementer. Dette er keramiske varmeelementer, karbonvarmeelementer, infrarøde varmeelementer, men dette vil være temaet for en annen artikkel.
Fortsettelse av artikkelen:Moderne varmeelementer
Se også på elektrohomepro.com
: