Основная часть современной лампы накаливания — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки. Вольфрам — тугоплавкий металл, его температура плавления 3387 °С. В лампе накаливания вольфрамовая спираль нагревается до 3000 °С, при такой температуре она достигает белого каления и светится ярким светом. Спираль помещают в стеклянную колбу, из которой выкачивают насосом воздух, чтобы спираль не перегорала.
Но в вакууме вольфрам быстро испаряется, спираль становится тоньше и тоже сравнительно быстро перегорает. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, лампы наполняют азотом, иногда инертными газами — криптоном или аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц вольфрама из нити, т. е. препятствуют разрушению накалённой нити.
Лодыгин Александр Николаевич (1847-1923) Русский электротехник, изобретатель лампы накаливания.
Эдисон Томас (1847—1931) Американский изобретатель, основатель крупных электротехнических компаний. Усовершенствовал телеграф, телефон, лампу накаливания для промышленного производства.
Газонаполненная лампа накаливания изображена на рисунке 87. Выдающимся изобретением в области освещения было создание русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампу, удобную для промышленного изготовления, с угольной нитью создал американский изобретатель Томас Эдисон.
Промышленность выпускает лампы накаливания на напряжение 220 В (для осветительной сети), 50 В (для железнодорожных вагонов), 12 В (для автомобилей), 3,5 и 2,5 В (для карманных фонарей).
Сегодня лампы накаливания, имеющие малый срок службы, а также низкую световую отдачу, вытесняются люминесцентными и светодиодными лампами.
Энергосберегающие лампочки (люминесцентные) более экономичны и служат гораздо дольше (рис. 88). В них 70% энергии преобразуется в свет, а в лампочке накаливания только 5%, остальная часть энергии (90—95%) переводится в тепло.
Энергосберегающая лампочка состоит из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество — люминофор, которое при воздействии ультрафиолетового излучения испускает видимый свет.
В светодиодных лампах электрический ток пропускают не по нити накала, а через миниатюрное электронное устройство (ЧИП — от англ. chip — миниатюрный), нанесённое на полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока светодиод испускает свет.
Соотношение мощностей ламп
В последние годы светодиодные лампы находят применение при освещении помещений, их устанавливают в светофорах, фарах автомобилей. Светодиоды используют как индикаторы включения на панелях приборов, цифровых и буквенных табло, подсветке мобильных телефонов, мониторов и др.
Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плиты, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.
Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома
что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома даёт возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит ни-хромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.
Это разного вида выводы для подключения нагревательных элементов при повышенных температурах до 500°С. Термостойкие разъемы позволяют быстро подключить и отключить цепь без особых усилий. Выделяют двухполюсные и трехполюсные устройства с разной конфигурацией, материалом корпуса и головной части, и рабочими температурами. Все рассчитаны на работу при токах 3-35 А и напряжении 220-600 В.
Один из вариантов характеристик:
Термостойкие провода и кабели
Так как этот тип, предназначенный для подключения к источнику питания, то в большинстве случаев неправильно подобранное сечение или не качественный кабель приводит к выходу из работы всего нагревательного элемента. Все провода для нагревателей при подключениях должны находится внутри изолированной защитной оболочки. Подходить для работы при высоких температурах. И их изоляция не должна выделять дыма, а также быть экологически безопасна, благодаря чему может использоваться в медицинских и бытовых приборах. К таким кабелям можно отнести, никелевые, медные и силиконовые термостойкие провода. Рассмотрим их преимущества:
· Работа при высоких температурах.
· устойчивость к коррозии.
· Работает в агрессивных средах.
· Твердость самой керамики.
· Срок эксплуатации до 10 лет.
· Возможность оснащения гибкой металлической оплеткой.
Керамические бусы как вид изоляции.
Керамические изоляционные бусы на сегодня часто применяются в технической сфере, как один из высококачественных материалов. Хорошему поводу для этого послужили его характеристики, которыми обладает керамический материал, ведь он имеет среди аналогов повышенную жаростойкость к высоким температурам, устойчивость к коррозии, износоустойчивость, биологической совместимостью и является совместимым с продуктами питания.
Предел прочности на изгиб.
Устойчивость к химическим воздействиям.
Показатели плотности и прочности по модулю Юнга.
Пределы показателей прочности материала в процессе сжигания.
Это материалы также используются при подключение нагревательных элементов они применяемые для сохранения кабельной продукции от механического воздействия, загрязнений, влаги, ультрафиолета. Подходят для работы с оборудованием при температурах до 350°С.
Кембрик представляет собой трубку из стекловолокна с силиконовым покрытием. Обладает высокими электроизоляционными свойствами. Устойчив к химическим средам. Применяется в ТЭНах, бытовых приборах и других высоковольтных и высокотемпературных устройствах.
· Температура до 530 °С.
· Диэлектрическая прочность 7 кВ.
· Внутренний диаметр 10-150 мм.
· Толщина стенок 2,5-3 мм.
Металлическая оплетка
Металлическая оплетка подходит для любых типов проводов диаметром до 100 мм. Фиксируется опрессовкой или сваркой.
Металлическая оплетка имеет следующие свойства:
· Температура до 350°С.
· Стойкость к УФ, химическому разложению и перетиранию.
· Фиксация при помощи сварки или опрессовки.
· Диаметр провода до 100 мм.
· Подходит для заземления и экранирования.
Типы подключения.
Применяются термопровода, которые могут изолироваться кембриком, керамическими бусами. Возможно выведение вертикально из ТЭНа, а также в его толщину.
Термопровод с металлической оплеткой и фиксирующей ножкой. Устойчив к изгибам.
Никелевый термокабель в металлической оплетке с укреплением места контакта пружиной.
При помощи болтов М5. Доступна установка по радиусу, тангенциально, внутри или на поверхности короба.
Короб из металла с возможностью выведения термокабелей в металлической оплетке. Возможно размещение осевое, по радиусу, тангенциально.
WG-2 (РПС) сетевой двухконтактный. Возможно размещение осевое, по радиусу, тангенциально.
WG-3 трехконтактный термостойкий. Возможно размещение осевое, по радиусу, тангенциально.
Токовывод с выводом кабелем. Фиксируется при помощи гильзы различных размеров. Возможно размещение осевое, по радиусу, тангенциально.
Колодка из керамики на выносной ножке, соединенная никелевым проводом. Возможно размещение осевое, по радиусу, тангенциально.
Никелевый термокабель длиной 0,2 м (можно изменить).
Придание жесткости и защита от изгибов. Никелевый проводник в металлической оплетке для работы при температурах 250°-650°С. Длина 0,2 м (можно изменить)
Винтовые болты с метрической резьбой длиной 20 мм.
Никелевый термопровод 0,2 м с угловым наконечником. Стойкость к негативным воздействиям. Возможна установка защитной оплетки (из металла, гофрированная металлическая, из силикона).
Никелевый термокабель 0,2 м с пружиной для ТЭНов диаметром до 14 мм.
Резьбовой фланец с резьбовой установкой. Размеры обсуждаются индивидуально.
Одинарный винтовой или гибкий вывод с занулением на корпус. Работает до 48В.
В условиях вибрационного воздействия. Защита термобумагой и силиконовой оплеткой от повреждений при сгибании.
Двухсторонние выводы от ТЭНа. Используются винты или кабель.
Заключение
Обеспечение надежного соединения хомутового и патронного нагревателей производится с помощью разных элементов – проводов, керамических бус, разъемов. Они способны работать при высоких температурах, негативном влиянии внешних факторов и окружающей среды, а также под высоким напряжениями.
Нагревательные элементы электрических печей сопротивления
Нагревательные элементы (нагреватели)
Проволочные зигзагообразные нагреватели навешивают на стенках и своде печи на жаропрочных крючках, подовые нагреватели укладывают свободно на фасонные кирпичи.
Спиральные нагреватели в низкотемпературных печах подвешивают на фасонных керамических втулках на керамических трубках 2 или на полочках футеровки. В среднетемпературных печах спиральные нагреватели укладывают также в пазах 3 футеровки.
Ленточные нагреватели (изготовленные из ленты или литые) крепят на стенках и своде обычно на специальных керамических крючках; на поду их укладывают на керамических опорах.
Материалы для нагревательных элементов
Нагревательные элементы, как и жароупорные, работают в зоне повышенных температур. В электропечестроении кроме вышеперечисленных, предъявляют к ним еще ряд требований, связанных их электрическими свойствами. Таким образом, данные материалы должны обладать:
1. Жаростойкость, т.е. они не должны окисляться под действием кислородного воздуха, высоких температур.
2. Достаточная жаропрочность может быть невелика, достаточно, чтобы нагреватели поддерживали сами себя.
3. Большое удельное сопротивление. Это объясняется тем, что тонкие и длинные нагреватели не прочны, не удобны конструктивно, имеют малый срок службы.
4. Малый температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Это необходимо для того, чтобы сократить пусковые толчки тока. Толчки могут достигать 4-5 кратного значения и длиться длительное время из-за большой инерционности печи.
5. Электрические свойства нагревателей должны быть постоянны. 6. Нагреватели должны иметь постоянный размер. 7. Материалы должны хорошо обрабатываться.
Электрическая мощность, потребляемая нагревателями, составляет для небольших мощностей единицы киловатт, а для крупных печей может достигать тысячи киловатт и более.
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы)
В печах с электрокалориферами и соляных ваннах (при температурах до 600 °С) часто применяют трубчатые электронагреватели (ТЭН).
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Примерно в 1900 году немецкая фирма WC Heraeus разработала первую коммерческую платиновую печь. В 1902 году компания выпустила на рынок печь с платиновой лентой, которая могла достигать температуры 1500ºC за 5 минут, работать при 1500ºC в течение нескольких часов и могла достигать температуры 1700ºC в течение коротких периодов времени. За последние почти 200 лет, с тех пор как эта печь была впервые разработана, резистивные электрические печи претерпели многочисленные улучшения в области изоляции, управления и применения нагревательных материалов.
Что такое нагревательные элементы?
Нагреватели для промышленного оборудования обычно питаются от источника электричества. Типичные нагревательные элементы изготавливаются из углеродистой стали или нержавеющей стали. Они используются в отопительной воде или аналогичных жидких средах общего назначения и обычно не подвержены коррозии. Другие используемые коррозионно-стойкие материалы представляют собой сплавы, такие как медь или титан. Они наиболее устойчивы к высоким температурам и выдерживают очень агрессивную среду. Недавно для более продвинутого применения были представлены специально изготовленные сплавы, такие как никель-хромовые суперсплавы.
Выбор нагревательных элементов во многом зависит от типа и характера среды, для которой он используется. Помимо среды, тип нагревателя, который будет установлен, также влияет на то, из какого сплава он должен быть изготовлен. Промышленные нагревательные элементы имеют заводскую конфигурацию любой формы и размера. Они могут работать и при довольно высокой температуре, так как некоторое оборудование должно работать с температурами выше 500 С.
Материал для нагревательных элементов варьируется в зависимости от области применения. Для погружных нагревателей часто требуется материал, обладающий высокой устойчивостью к разрушению при экстремальных температурах и позволяющий оставаться в погруженном состоянии без воздействия фактора эрозии. Учитывая эти условия, нержавеющая сталь является идеальным выбором для нагрева воды и различных химикатов. Нержавеющая сталь изготовлена из легированной стали с содержанием не менее 10,5%,FeCrAl сплава. Самым большим преимуществом нержавеющей стали по сравнению с обычной углеродистой сталью, очевидно, является стойкость к окислению. Однако нержавеющая сталь никоим образом не является полностью устойчивой к коррозии. Существуют определенные внешние среды, такие как низкий уровень кислорода, высокая соленость или плохая циркуляция, при которых нержавеющая сталь становится уязвимой для пассивной пленки оксидов хрома.
Использование экзотических сплавов для нагревательных элементов дополнительно увеличивает способность нагревателей противостоять присущей им коррозионной природе. Медь, например, не реагирует с водой, чтобы избежать нормального окисления. Однако он в конечном итоге реагирует на кислород воздуха при длительном использовании и образует слой оксида меди, а не оксида железа. Использование титана снижает опасность коррозии, так как одним из его свойств является высокая коррозионная стойкость. Дополнительным преимуществом титана является его легкий вес по сравнению с другими металлами.
Обзор материалов для нагревательного элемента
На мировом рынке комплектующих для нагревателей предлагается широкий спектр различных материалов, которые могут использоваться для изготовления нагревательных элементов для промоборудования. Эти расходные комплектующие включают изоляторы из керамических материалов на основе металлов, металлические сплавы и углеродные или графитовые материалы для греющих спиралей. В этой статье основное внимание уделяется традиционным металлическим сплавам для нагревательной спирали, такие как железо-хром-алюминий и никель-хром. Эти сплавы можно разделить на два класса: один пригоден для обработки в присутствии кислорода, а другой должен быть обеспечен адекватной защитой от кислорода. Класс сплавов, которые необходимо защищать от кислорода, включает тантал, вольфрам и молибден.
Когда температура повышается, атмосфера играет важную роль, поскольку материалы по-разному реагируют на различные соединения. Вполне возможно, что система, которая идеально работает при определенной температуре воздуха, может быстро выйти из строя, если используется при такой же температуре, но в другой атмосфере. Срок службы нагревательного элемента также является важным параметром эксплуатации. Важно выяснить, нужно ли вам, чтобы элемент проработал несколько недель, нескольких месяцев или лет. Для любого конкретного элемента, чем выше рабочая температура, тем короче срок его службы.
Типы материалов, используемых в качестве нагревательных элементов
К различным материалам, обсуждаемым ниже, относятся следующие:
Никель-хромовые сплавы
Никель-хромовые сплавы, или нихром, вероятно, являются старейшими электронагревательными материалами и широко используются даже сейчас. Они проявляют свойства пластичности, прочности в горячем состоянии и стабильности формы. Три наиболее часто используемых состава, используемых при нагревании, включают следующее:
Сплавы железо-хром-алюминий, или фехраль, стандартно состоят из 72,5% железа, 22% хрома и 5,5% алюминия. Более высокие сорта, полученные с помощью традиционных технологий плавления, имеют ограничения по температуре до 1300 ° C. Также предлагается несколько других марок, в которых количество алюминия уменьшено, а остальное составляет железо. Рабочая температура и сопротивление высокие, а плотность низкая по сравнению с никель-хромовыми сплавами. Это обеспечивает рентабельный и долговечный нагревательный элемент. Некоторые недостатки включают низкую термостойкость, низкую пластичность и охрупчивание при использовании.
Мы в компании Хитл обычно при производстве нагревательных элементов используем нихромовую проволоку и ленту, но для некоторых типов нагревателей или для снижения стоимости нагревательных элементов по запросу заказчика иногда могут использоваться сплавы фехраль.
Зачем в нагревательных элементах проводник наматывается на жароустойчивый материал
1. Почему предохранители изготавливают из легкоплавкого металла? 2. Как молекулы инертного газа препятствуют выходу частиц вольфрама из раскаленной нити? 3. Почему применение нихрома позволяет миниатюризировать нагревательные элементы? 4. Зачем в нагревательных элементах проводник наматывается на жароустойчивый материал? Пожалуйста подскажите.
привет предохранители делают из легко плавких металлов потому что при коротком замыкании пластины предохранителя рвутся из-за скачков напряжения
4 потому что из-за выделения тепла нагревательных элементов может произоти возгорание поэтому нужен жаропрочный материал прости на 2 и 3 не знаю =)
удельное сопротивление меди p = 0.0175Ом * mm^2/m
удельное сопротивление алюминия p = 0.0271Ом * mm^2/m
Сопротивление проводки из медного проводника: R=0.0175*200/10=0.35 OM S=p*l/R
Необходимая площадь сечения алюминиевого провода: S=0.0271*200/0.35=15.49 mm2
В печах с электрокалориферами и соляных ваннах (при температурах до 600 °С) часто применяют трубчатые электронагреватели (ТЭН).
