Нагревание электрическим током. Предохранители

Нагревание электрическим током http://www.studfiles.ru/preview/6217392/page:7/

С помощью электрического тока нагрев можно производить в очень широком диапазоне температур, точно поддерживая и легко регулируя температуру нагрева в соответствии с заданым технологическим режимом. Кроме того, эл нагреват устройства отличаются про­стотой, компактны и удобны для обслуживания.

Однако применение электрического тока для нагрева пока относительно дорого. Это связано с многоступенчатостью преобразования химической энергии топлива в электроэнергию. Строительство мощных элек­тростанций открывает большие возможности для удешевления этого спо­соба нагрева.В зависимости от способа превращения электроэнергии в теп­ло различают нагревание электрическим сопротивлением (омический нагрев), индукционное нагревание, высокочастотное нагревание, а также нагревание электрической дугой.

Рис. VIII-9. Электропечь сопротив

:

Нагревание электрическим сопротивлением.

Это наиболее распространенный способ нагрева­ электрическим током. Нагревание осущест-вляется в электро печах сопротивлением (рис.VIII-9) при прохождении тока. нагревательный элемент 2 к 3, выполнен в виде проволочных спиралей или лент. Нагревательные элементы изготовленные главным образом из хромо-железо-алюминиевых сплавов, обладают большим омическим сопротивлением и высокой жаростойко (нихромы или фехрали). Тепло, выде­ляе-мое при прохождении электрического тока через нагревательный элемент, передется стенкам обогревательного аппарата 1. Печь футеруют изнутри огнеупорной кладкой4 и по­крывают снаружи слоем тепловой изоляции, наполненной слоем шлаковой ваты. Для периоди­ческого осмотра электронагревателей электро­печь снабжена опускным устройством 5. При питании печи трехфаз­ным током температура нагрева обычно регулируется переключением про­водни-ка со звезды на треугольник и соот из по­требл мощности или отключением отдельных секций нагреватель­ных элементов.

Нагревание сопротивлением производят также с помощью проволочных проводников, которые намотаны на керамические сердечники, заключен­ные в трубы и набираемые в секции. Такие стандартные нагревательные элементы применяются, в частности, в котлах для ВОТ. Нагрев электри­ческими сопротивлениями позволяет достигать температур 1000—1100 °С. Расчет электронагревателей заключается в определении потребной мощности, на основе которой находят необходимую силу тока и сопро­тивление Я нагревателя. По величине R подбирают материал, сечения и длину проводников. Кроме того, по уравнениям теплопередачи должна быть вычислена поверхность элементов, при которой заданное количество тепла будет передаваться нагреваемой среде (в основном излучением) без чрезмерного повышения температуры и перегорания нагревателя

Индукционное нагревание.

Этот способ нагревания электрическим то­ком основан на использовании теплового эффекта, вызываемого вихре­выми токами Фуко, возникающими в толще стенок стального аппарата под воздействием переменного электрического поля. Аппарат с индук­ционным электронагревом подобен трансформатору, первичной обмоткой которого служат индукционные катушки, а магнитопроводом и вторич­ной катушкой — стенки аппарата.

На рис. VIII-10 показан реакционный аппарат с мешалкой, снабженный внешним индукционным обогревом. Переменное магнитное поле создает­ся с помощью индукционных катушек 2, которые крепятся на аппарате /. Аппарат снабжен змеевиком 3 и мешалкой 4. Регулирование температуры нагрева производят переключением соединения катушек со звезды на треугольник.

Рис. VIII-10 Аппарат с внешними индукц нагреват ка­тушками

1—реакционый аппарат; 2 — индукционные катушки 3- паровой змеевик,4 —аистовая мешалка.

Индукционное нагревание обеспечивает рав­номерный обогрев при температурах, обычно не превышающих 400 °С, и позволяет точно под­держивать заданную температуру нагрева. Элек­тронагреватели отличаются малой тепловой инер­цие, возможностью точной регулировки темпе­ратуры. Их работа может быть полностью авто­матизирована Недостатком индукционного нагревания яв­ляется его дороговизна. Поэтому для повышения экономичности нагревание иногда проводят ком­бинированно. Сначала продукт в ап­парате нагревают насыщенным водяным паром, проходящим через змеевик 3 (см. рис. VIII-10) до температуры около 180°С, после чего повышают температуру до заданного уровня с помощью индукционного нагрева.

Высокочастотное нагревание.

применяют для нагревания материалов, не про­водящих электрического тока (диэлектриков), и поэтому часто называют диэлектричес­ким. Принцип в.ч нагревания заключается в том, что молекулы материала, по­мещенного в переменное электрическое поле, на­чинают колебаться с частотой поля и при этом поляризуются. Коле­бательная энергия частиц затрачивается на преодоление трения между молекулами диэлектрика и превращается в тепло непосредственно в мас­се нагреваемого материала. За счет использования тепла диэлектричес­ких потерь достигается весьма равномерное нагревание материала.

Использование для нагревания токов высокой частоты (от 10 до 100 Мгц) обуслов­лено стремлением устранить применение опасных высоких напряжений, так как величество выделяющегося в массе диэлектрика тепла пропорционально квадрату на­пряжения и частоте тока Токи высокой частоты получают в ламповых генераторах, преобразующих обычный переменный ток частотой 50гц в ток высокой частоты По­следний подводят к пластинам конденсатора, между которыми помещается нагревае­мый материал.

В.ч обогрев в химической технологии применяют для нагревания пластических масс перед их прессованием, для сушки неко­торых материалов и других целей. Температура нагрева легко и точно регулируется и процесс нагревания может быть полностью автоматизи­рован. Однако этот способ обогрева требует довольно сложной аппара­туры, и к. п. д. нагревательных установок низок. Поэтому высокочастот­ному нагреванию рационально подвергать ценные материалы, обогрев которых не допустим другими, более дешевыми, способами

Нагревание эл дугой.

Нагревание производят в дуговых печах, где электрическая энергия превращается в тепло за счет пламени дуги, которую создают между электродами Над нагреваемым материалом либо помещают оба электрода, либо устанавливают над материалом один электрод, а сам материал выполняет роль вто­рого электрода Электрическая дуга позволяет сосредоточить большую электрическую мощность в малом объеме, внутри которого раскаленные газы и пары переходят в со­стояние плазмы. В результате удается получить температуры, достигающие 1500— 3000 °С

Дуговые печи применяют для получения карбида кальция и фосфора; крекинга углеводородов; в металлургии их широко используют для плавки металлов. В ка­честве нагревательных устройств такие печи не применяют вследствие неравномер­ности обогрева и трудности регулирования температуры нагрева.

Элек­тические цепи все­гда рас­считаны на опре­деленную силу тока. Если по этой или иной при­ сила тока в цепи ста­новится­ боль­ше до­пустимой, то про­во­да могут зна­чи­тельно на­греть­ся, а по­кры­вающая их изо­ля­ция – вос­пла­ме­нить­ся.

При­чи­ной зна­чи­т уве­л силы тока в сети м б или од­но­вр вкл­ мощ­ных по­тре­би­т тока (на­пр, элек­ пли­ток), или ко­рот­кое за­мы­ка­ние.

Ко­рот­кое за­мы­ка­ние

Ко­рот­ким за­мы­к на­з со­ед кон­цов учка цепи про­вод­н, со­пр ко­то оч мало по ср с со­про­т участ­ка цепи.Ко­рот­кое за­мы­к м воз­н, на­пр, при ре­мон­те про­вод­ки под током или при слу­ч со­при­кос­но ого­лён­ про­во­дов.Со­про­т цепи при к з­ незна­чи­т, по­это­му в цепи воз­н боль­шая сила тока, про­во­да при этом м силь­но на­ка­л и стать при­чи­н по­жа­ра. Чтобы из­б этого, в сеть вкл предо­хра­ни­т.

 на правой схеме существует к з лампы

Пусть, напр, напр источника тока подобр так, что при разомкн выкл обе лампы светятся не оч ярко – в полнакала (поэтому на 1 сх они напол закрашены). Если же выключ замкн, то левая лампа будет гореть ярко, а правая лампа вообще погаснет. Таким обр, увел яркости левой лампы указ нам, что при сущ в цепи к з сила тока резко возрастает.

Защита электрической цепи. Предохранители

На­зна­ч предо­хр – сразу от­кл линию, если сила тока вдруг ока­жет­ся боль­ше до­п нормы. Они за­щи­ща­ют элек­тро­при­бо­ры от вы­хо­да из строя при пе­ре­груз­ках в элек­три­че­ской сети. 

Предо­хра­ни­те­ли с пла­вя­щим­ся про­вод­ни­ком на­зы плав­ки­ми предо­хра­ни­те­ля­ми.

Предо­хра­ни­те­ли, при­ме­ня­ в квар­тир­ про­вод­ке, рас­по­ла на спе­ц щитке, уста­н у са­мо­го ввода про­во­дов в квар­ти­ру. В каж­дый из про­во­дов по­сле­д вклю от­д предо­хра­ни­тель.

Тепловые предохранители

Действие теплового предохр Во мн констр тепловых предохранит эл цепи откл, когда расплавл плавкая вставка. Ее нагрев происх с пом тока, протек по защищ цепи. После того, как цепь откл, перегоревшая вставка замен на исправную.

На рис. 3 изоб­р предо­хр, дей­ствие ко­т ос­но­ва­но не на плав­ле­нии, а на теп­ло­вом рас­ши­р тел при на­гре­ва­нии. При воз­н неис­прав­но­сти в цепи это устрой­ство от­клю­ча­ет­ся ав­то­ма­ти­че­ски.

Рис. 3. Теп­ло­вой ав­то­ма­ти­че­ский предо­хра­ни­тель

Биметаллические предохранители

Биметаллический предохран предст тонкую пластину, сост из металлов с сильно различ коэфф теплового расшир, и нагревателя, вкл в цепь последов с нагрузкой (рис.7.3). В кач нагревателя м служ либо сама пластина при пропуск по ней эл тока, либо отд спираль, намот на пластину.

Превышение доп раб тока через защищаемое усво приводит к повыш температуры нагреват и к изгибу биметал пластины в рез различия в коэф тепл расширения металлов, вх в ее состав. В рез изгиба пластины, разрыв распол на ней эл контакты, вкл в цепь последоват с нагрузк и самим предохр. Ток в цепи прекр и начи остыв конт пластины. Через нек время она возвр в исх сост и снова замык цепь нагрузки. Если ава сост не было устран, то в цепи снова протек ток, значит превыш норм зн, и весь цикл начи с начала.

В сл сохр авар сост в теч продолжит промеж времени биметал предохр продолжает циклич работу при высокой раб темпер, что м привести к наруш работы самого предохр. Кр того, периодич размык эл контактов приводит к быстрому их разруш в рез возникн искрового разряда. Эти же искровые разряды приводят к возник значит электромаг помех.

Биметалл предохра м исп и как термопредохр. В этом сл они срабат не от тока, протек через нагреватель, а от температуры корпуса, защищ устройства. В частн, таким обр защищают литиевые аккумуляторы от перегрева при их зарядке.

 Если описать процесс подгор контактов , то он выгляд прим так:  при нагрузке ( к прим 2кВт)  на плохом  контакте увел переход сопрот  и произош падение напряж на фазе с 220 до 205 вольт . Расчет потери мощности выгляд так  (2000/220)*15 = 136вт , т.е. проще г, наш контакт из проводника  стал потребит на 136 Вт . Или , , произош подкл сопрот послед в нашу цепь с нагрузкой.

Нормальная цепь Цепь с плохим контактом:

По мере нагрева контака его сопротивл  увел , т.е. он нач потреблять еще больший ток . Нагрузка в 2 кВт/220В потребл 9А и плюс  ток потребл контакта 136/220= 0,6 А .  Но контакт из-за перегрева  м начать потреблять и 1500 кВт , что неминуемо привед

Если соед медный и алю провод, то важно помнить, что по причине разл электропроводн меди и алюминия, эти два провода запрещ соед обычной скруткой, т е с прямым контактом двух металлов. Если нет возм пролож медную проводку, то соед вып через спец клеммники, типа WAGO или другие, или болтовое соед исп бронзовые шайбы.

 если греется удлинитель?Не реком исп удлинитель для мощной нагрузки, ос если он имеет большую длину и небольш сеч жил, как пло 0,75 кв.мм. Длинный удлинитель с тонкими жилами имеет нек сопрот, из-за этого на нем происходит небольш падение напряж, которое выдел в виде тепла. Чем меньше длина кабеля и чем больше сеч провода, тем меньше его сопрот. Эл удлинит намот на катушке хуже охл и сильнее греется, поэтому реком его размотать.

блок питания для настольн компьютера  стандарта PC, то, согл спецификации разных лет, он д обесп вых напряжения ±5 / ±12 / +3,3 Вольт а также +5 Вольт дежурн режима (+5VSB).

При подкл к аккум батареи с ЭДС 24 Вольта, сопротивл 4 Ом, в цепи протек ток5 Ампер. Опр ток к з аккум батареи.Дано: E=24 В; R=4 Ом; I₁=5 А Найти: I₂ — ?

Иззакона Ома для полной цепи , опр внутр сопрот акк батареи .

Ток кз

З1) Электрик при ремонте случайным касанием задел одновременно два провода электропроводки, что привело к к з. Определитьл силу тока к з, если в цепи напряжением 220 В и сопротивление отвертки и проводов 10 Ом (отв: 22 А)

З2) В семье И часто польз одновр пылесос и микроволн печью. Мощность пылесоса 1300 Ватт, а мощн микроволновки 800 Ватт. На какую силу тока д будет рассчитан предохранитель в квартире И? (ответ: 10 А)

3. В одной семье любят исп одновр неск эл приборов таких как телевизор с мощно – 300 Вт, комп – 400 Вт, и микроволн печь- 2 кВт, напр в сети 220 В. Приборы в цепь вкл паралл. Опр, сраб ли откл автом предохр, если он рассч на силу тока в 12 А?  (отв: 12,27 А-Да)

Реш

Плохой контакт

N возрастает при убывает при

максимальное значение при