Виды электрообогрева

Содержание:

Введение……………………………………………………………

Диэлектрический нагрев…………………………………………………

Индукционный  нагрев……………………………………………………

Термоэлектрический  нагрев……………………………………………..

Лазерный  нагрев…………………………………………………………..

Контактный  нагрев………………………………………………………

Заключение…………………………………………………………………

Список  используемой литературы…………………………………….. 
 
 

 

Введение

        Научно-технический прогресс вызвал к жизни новые области и виды применения электроэнергии в сельском хозяйстве.

       Большая потребность сельскохозяйственного производства, особенно животноводства, в тепловой энергии, превышающая потребность в других вместе взятых видах энергии, открывает широкие возможности использования в тепловых процессах электрического нагрева.

        Электронагревательные установки по сравнению с топливными  требуют значительно меньше затрат на обслуживание, незаменимы там, где требуется высокая культура производства и точность поддержания температуры, быстродействие. В настоящее время в хозяйствах около одной трети электроэнергии, потребляемой на производственные нужды, расходуется в тепловых процессах. В дальнейшем доля электроэнергии, трансформируемой в тепло, будет неуклонно возрастать. 

 

Диэлектрический нагрев

       Диэлектрический нагрев проводится следующим образом. Заготовка из диэлектрического материала (древесина, пластик, керамика) помещается между обкладками конденсатора. На конденсатор от специального мощного генератора подается напряжение высокой частоты (от 5 МГц и выше). Переменное электрическое поле между обкладками конденсатора вызывает поляризацию диэлектрика и появление тока смещения, который разогревает заготовку.

Преимущества

• Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т.п.
• Высокая скорость разогрева.
• Выделение тепла идет во всем объеме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.

Недостатки

• Сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала.
• Необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Применение

• Сушка керамики, древесины (в т.ч. для производства музыкальных инструментов).
• Сварка пластмасс.
• Сушка клеевых швов.
• Разогрев почвы перед землеройными работами.
• Разогрев и приготовление пищи.

Индукционный  нагрев

        Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода. В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи высокой частоты (от нескольких кГц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает интенсивное электромагнитное излучение. Излучение наводит в заготовке вихревое электрическое поле, которое в свою очередь наводит в объеме заготовки вторичные вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла.

        Система индуктор-заготовка представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

       На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ, в результате чего их плотность резко возрастает и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счет теплопроводности.

       Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскаленной заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой.

Применение

• Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
• Получение опытных образцов сплавов.
• Гибка и термообработка деталей машин.
• Ювелирное дело.
• Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
• Поверхностная закалка
• Закалка и термообработка деталей сложной формы.

Преимущества

• Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.
• Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.
• Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева - эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал - металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т.п.
• Поскольку разогрев ведется посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.
• Удобство эксплуатации за счет небольшого размера индуктора.
• Индуктор можно изготовить особой формы - это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.
• Легко провести местный и избирательный нагрев.
• Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счет теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остается вязкой).
• Легкая автоматизация оборудования - циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съем заготовок.

Недостатки

• Повышенная сложность оборудования, необходим квалифицированный персонал для настройки и ремонта.
• При плохом согласовании индуктора с заготовкой требуется большая мощность на нагрев, чем в случае применения для той же задачи ТЭНов, электрических дуг и т.п.

Замечания

       Индуктор необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности сos(φ)

Увеличение частоты  резко уменьшает коэффициент  мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве  магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев идет намного эффективнее.

Термоэлектрический  нагрев

        В 1834 французский часовщик Ж.Пельтье заметил, что при прохождении тока через спай двух разных проводников температура спая изменяется. Как и Зеебек, Пельтье сначала не усмотрел в этом электротермического эффекта. Но в 1838 Э.Х.Ленц, член Петербургской академии наук, показал, что при достаточно большой силе тока каплю воды, нанесенную на спай, можно либо заморозить, либо довести до кипения, изменяя направление тока. При одном направлении тока спай нагревается, а при противоположном – охлаждается. В этом и состоит эффект Пельтье (рис.1)

 

Рис. 1. ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ

        При пропускании тока по цепи, составленной из проводников A и B, один спай нагревается, а другой – охлаждается. Какой именно нагревается, а какой охлаждается – это зависит от направления тока в цепи. 

Контактный  нагрев

        При контактном нагреве заготовка включается в электрическую цепь с помощью контактов и сама служит сопротивлением при прохождении по ней тока. При этом выделяется тепло, и заготовка нагревается. Контактный способ нагрева является самым прогрессивным и экономичным из всех видов электронагрева. В этом случае почти не получается окалины, нагрев происходит очень быстро и можно осуществить местный нагрев. Установка для контактного нагрева очень проста. Недостатком такого нагрева является ограничение в размерах заготовок. Пока успешно освоен нагрев заготовок до диаметра 70 мм. 

 

Заключение

      В сельскохозяйственном производстве существует ряд процессов, где применение электронагрева является не только экономически выгодным, но и единственно рациональным решением (инкубация яиц, местный электрообогрев молодняка животных и птицы и т д)

      Использование электронагрева в сельском хозяйстве находится в начальной стадии развития. Предстоят большие работы по исследованию и разработке новых рациональных областей и способов использования электронагрева, созданию нового высокоэффективного оборудования.

 

Список  используемой литературы:

1. Алышев М.Я.,Андрианов В.Н.  «Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве»,Москва: «Колос»,1974

2.Захаров А.А.  «Применение теплоты в сельском  хозяйстве»,Москва: Агропромиздат,1986

3.И.Ф. Кудрявцев,В.А.Карасенко «Электрический нагрев и электротехнология», Москва: «Колос»,1975