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電加熱器的加熱方式

　電加熱器的加熱方式
 
　　電阻加熱
 
　　利用電流的焦耳效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成熱能以加熱物體,。通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱,。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí),，被加熱物體本身(如電加熱熨平機(jī))便發(fā)熱,?？芍苯与娮杓訜岬奈矬w必須是導(dǎo)體,，但要有較高的電阻率。由于熱量產(chǎn)生于被加熱物體本身,，屬于內(nèi)部加熱,，熱效率很高。間接電阻加熱需由專(zhuān)門(mén)的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件,，由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能,，通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)等方式傳到被加熱物體上,。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分,，因此被加熱物體的種類(lèi)一般不受限制，操作簡(jiǎn)便,。
 
　　間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料,，一般要求電阻率大、電阻溫度系數(shù)小,，在高溫下變形小且不易脆化,。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅,、二硅化鉬等非金屬材料,。金屬發(fā)熱元件的zui高工作溫度，根據(jù)材料種類(lèi)可達(dá)1000～1500℃,；非金屬發(fā)熱元件的zui高工作溫度可達(dá)1500～1700℃,。后者安裝方便,，可熱爐更換，但它工作時(shí)需要調(diào)壓裝置,，壽命比合金發(fā)熱元件短,，一般用于高溫爐、溫度超過(guò)金屬材料發(fā)熱元件允許zui高工作溫度的地方和某些特殊場(chǎng)合,。
 
　　感應(yīng)加熱
 
　　利用導(dǎo)體處于交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)所形成的熱效應(yīng)使導(dǎo)體本身發(fā)熱,。根據(jù)不同的加熱工藝要求，感應(yīng)加熱采用的交流電源的頻率有工頻(50～60赫),、中頻(60～10000赫)和高頻(高于10000赫),。工頻電源就是通常工業(yè)上用的交流電源，世界上絕大多數(shù)國(guó)家的工頻為50赫,。感應(yīng)加熱用的工頻電源加到感應(yīng)裝置上的電壓必須是可調(diào)的,。根據(jù)加熱設(shè)備功率大小和供電網(wǎng)容量大小，可以用高壓電源(6～10千伏)通過(guò)變壓器供電,；也可直接將加熱設(shè)備接在380伏的低壓電網(wǎng)上。
 
　　中頻電源曾在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)采用中頻發(fā)電機(jī)組,。它由中頻發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)組成,。這種機(jī)組的輸出功率一般在50～1000千瓦范圍內(nèi)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,，已使用的是晶閘管變頻器中頻電源,。這種中頻電源利用晶閘管先把工頻交流電變換成直流電，再把直流電轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電,。由于這種變頻設(shè)備體積小,，重量輕，無(wú)噪聲,，運(yùn)行可靠等,，已逐漸取代了中頻發(fā)電機(jī)組。
 
　　高頻電源通常先用變壓器把三相380伏的電壓升高到約2萬(wàn)伏左右的高電壓,，然后用閘流管或高壓硅整流元件把工頻交流電整流為直流電,，再用電子振蕩管把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率、高電壓的交流電,。高頻電源設(shè)備的輸出功率有從幾十千瓦到幾百千瓦,。
 
　　感應(yīng)加熱的物體必須是導(dǎo)體。當(dāng)高頻交流電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),，導(dǎo)體產(chǎn)生趨膚效應(yīng),，即導(dǎo)體表面電流密度大，導(dǎo)體中心電流密度小,。
 
　　感應(yīng)加熱可對(duì)物體進(jìn)行整體均勻加熱和表層加熱,；可熔煉金屬,；在高頻段，改變加圈(又稱(chēng)感應(yīng)器)的形狀,，還可進(jìn)行任意局部加熱,。
 
　　電弧加熱
 
　　利用電弧產(chǎn)生的高溫加熱物體。電弧是兩電極間的氣體放電現(xiàn)象,。電弧的電壓不高但電流很大,，其強(qiáng)大的電流靠電極上蒸發(fā)的大量離子所維持，因而電弧易受周?chē)艌?chǎng)的影響,。當(dāng)電極間形成電弧時(shí),，電弧柱的溫度可達(dá)3000～6000K，適于金屬的高溫熔煉,。
 
　　電弧加熱有直接和間接電弧加熱兩種,。直接電弧加熱的電弧電流直接通過(guò)被加熱物體，被加熱物體必須是電弧的一個(gè)電極或是媒質(zhì),。間接電弧加熱的電弧電流不通過(guò)被加熱物體,，主要靠電弧輻射的熱量加熱。電弧加熱的特點(diǎn)是：電弧溫度高,，能量集中,，煉鋼電弧爐溶池的表面功率可達(dá)560～1200千瓦/平方米。但電弧的噪聲大,，其伏安特性為負(fù)阻特性(下降特性),。為了在電弧加熱時(shí)保持電弧的穩(wěn)定、在電弧電流瞬時(shí)過(guò)零時(shí)電路電壓的瞬時(shí)值大于起弧電壓值,，同時(shí)為了限制短路電流,，在電源回路中，必須串接一定數(shù)值的電阻器,。
 
　　電子束加熱
 
　　利用在電場(chǎng)作用下高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊物體表面,，使之被加熱。進(jìn)行電子束加熱的主要部件是電子束發(fā)生器,，又稱(chēng)電子槍,。電子槍主要由陰極、聚束極,、陽(yáng)極,、電磁透鏡和偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈等部分組成。陽(yáng)極接地,，陰極接負(fù)高位,，聚焦束通常和陰極同電位，陰極和陽(yáng)極之間形成加速電場(chǎng),。由陰極發(fā)射的電子,，在加速電場(chǎng)作用下加速到很高速度,，通過(guò)電磁透鏡聚焦，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈控制,，使電子束按一定的方向射向被加熱物體,。
 
　　電子束加熱的優(yōu)點(diǎn)是：①控制電子束的電流值Ie，可以方便而迅速地改變加熱功率,；②利用電磁透鏡可以自由地變更被加熱部分或可以自由地調(diào)整電子束轟擊部分的面積,；③可增加功率密度，以使被轟擊點(diǎn)的物質(zhì)在瞬間蒸發(fā)掉,。
 
　　紅外線(xiàn)加熱
 
　　利用紅外線(xiàn)輻射物體,，物體吸收紅外線(xiàn)后，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏患訜帷?br /> 
　　紅外線(xiàn)是一種電磁波,。在太陽(yáng)光譜中,，處在可見(jiàn)光的紅端以外，是一種看不見(jiàn)的輻射能,。在電磁波譜中,，紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍在0.75～1000微米之間，頻率范圍在3×10～4×10赫之間,。在工業(yè)應(yīng)用中,，常將紅外光譜劃分為幾個(gè)波段：0.75～3.0微米為近紅外線(xiàn)區(qū)；3.0～6.0微米為中紅外線(xiàn)區(qū),；6.0～15.0微米為遠(yuǎn)紅外線(xiàn)區(qū)；15.0～1000微米為極遠(yuǎn)紅外線(xiàn)區(qū),。不同物體對(duì)紅外線(xiàn)吸收的能力不同,，即使同一物體，對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)吸收的能力也不一樣,。因此應(yīng)用紅外線(xiàn)加熱,，須根據(jù)被加熱物體的種類(lèi)，選擇合適的紅外線(xiàn)輻射源,，使其輻射能量集中在被加熱物體的吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi),，以得到良好的加熱效果。
 
　　電紅外線(xiàn)加熱實(shí)際上是電阻加熱的一種特殊形式,，即以鎢,、鐵鎳或鎳鉻合金等材料作為輻射體，制成輻射源,。通電后,，由于其電阻發(fā)熱而產(chǎn)生熱輻射。常用的電紅外線(xiàn)加熱輻射源有燈型(反射式),、管型(石英管式)和板型(平面式)三種,。燈型是一種紅外線(xiàn)燈泡,，以鎢絲為輻射體，鎢絲密封在充有惰性氣體的玻璃殼內(nèi),，如同普通照明燈泡,。輻射體通電后發(fā)熱(溫度比一般照明燈泡低)，從而發(fā)射出大量波長(zhǎng)為1.2微米左右的紅外線(xiàn),。若在玻璃殼內(nèi)壁鍍反射層,，可將紅外線(xiàn)集中向一個(gè)方向輻射，所以燈型紅外線(xiàn)輻射源也稱(chēng)為反射式紅外線(xiàn)輻射器,。管型紅外線(xiàn)輻射源的管子是用石英玻璃做成,，中間是一根鎢絲，故亦稱(chēng)石英管式紅外線(xiàn)輻射器,。燈型和管型發(fā)射的紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)在0.7～3微米范圍內(nèi),，工作溫度較低，一般用于輕,、紡工業(yè)的加熱,、烘烤、干燥和醫(yī)療中的紅外線(xiàn)理療等,。板型紅外線(xiàn)輻射源的輻射表面是一個(gè)平面,，由扁平的電阻板組成，電阻板的正面涂有反射系數(shù)大的材料,，反面則涂有反射系數(shù)小的材料,，所以熱能大部分由正面輻射出去。板型的工作溫度可達(dá)到1000℃以上,，可用于鋼鐵材料和大直徑管道及容器的焊縫的退火,。
 
　　由于紅外線(xiàn)具有較強(qiáng)的穿透能力，易于被物體吸收,，并一旦為物體吸收,，立即轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽患t外線(xiàn)加熱前后能量損失小,，溫度容易控制,，加熱質(zhì)量高，因此,，紅外線(xiàn)加熱應(yīng)用發(fā)展很快,。
 
　　介質(zhì)加熱
 
　　利用高頻電場(chǎng)對(duì)絕緣材料進(jìn)行加熱。主要加熱對(duì)象是電介質(zhì),。電介質(zhì)置于交變電場(chǎng)中,，會(huì)被反復(fù)極化(電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，其表面或內(nèi)部出現(xiàn)等量而極性相反的電荷的現(xiàn)象),，從而將電場(chǎng)中的電能轉(zhuǎn)變成熱能,。
 
　　介質(zhì)加熱使用的電場(chǎng)頻率很高,。在中、短波和超短波波段內(nèi),，頻率為幾百千赫到300兆赫,，稱(chēng)為高頻介質(zhì)加熱，若高于300兆赫,，達(dá)到微波波段,，則稱(chēng)為微波介質(zhì)加熱。通常高頻介質(zhì)加熱是在兩極板間的電場(chǎng)中進(jìn)行的,；而微波介質(zhì)加熱則是在波導(dǎo),、諧振腔或者在微波天線(xiàn)的輻射場(chǎng)照射下進(jìn)行的。
 
　　電介質(zhì)在高頻電場(chǎng)中加熱時(shí),，其單位體積內(nèi)吸取的電功率為P=0.566fEεrtgδ×10(瓦/厘米)
 
　　如果用熱量表示,，則為：
 
　　H=1.33fEεrtgδ×10(卡/秒·厘米)
 
　　式中f為高頻電場(chǎng)的頻率，εr為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),，δ為電介質(zhì)損耗角,，E為電場(chǎng)強(qiáng)度。由公式可知,，電介質(zhì)從高頻電場(chǎng)中吸取的電功率與電場(chǎng)強(qiáng)度E的平方,、電場(chǎng)的頻率f以及電介質(zhì)的損耗角δ成正比。E和f由外加電場(chǎng)決定,，而εr則取決于電介質(zhì)本身的性質(zhì),。所以介質(zhì)加熱的對(duì)象主要是介質(zhì)損耗較大的物質(zhì)。
 
　　介質(zhì)加熱由于熱量產(chǎn)生在電介質(zhì)(被加熱物體)內(nèi)部,，因此與其他外部加熱相比,，加熱速度快，熱效率高,，而且加熱均勻。
 
　　介質(zhì)加熱在工業(yè)上可以加熱熱凝膠,，烘干谷物,、紙張、木材,，以及其他纖維質(zhì)材料,；還可以對(duì)模制前塑料進(jìn)行預(yù)熱，以及橡膠硫化和木材,、塑料等的粘合,。選擇適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)頻率和裝置，可以在加熱膠合板時(shí)只加熱粘合膠,，而不影響膠合板本身,。對(duì)于均質(zhì)材料,，可以進(jìn)行整體加熱。