19.Практичне заняття по темі. Основні поняття про електротехнічні перетворювачі

20. Електротехнічні пристрої як перетворювачі електричної енергії в теплову.

Перетворювачі електричної енергії в теплову поділяються на три класи:

-резестивні

-дугові

-індукційні

Сучасна електротехніка дуже широко використовує резестивні перетворювачі. Прикладом такого використання електричної енергії є електронагрівні при­лади: печі різного призначення, плитки, утюги, паяльники тощо. Принцип будови цих приладів такий. З сплаву, який має великий питомий опір (ніхром, фехраль тощо), виго­товляється нагрівний елемент у вигляді спіралі, стрічки або циліндра, здатний витримати високу температуру. Спіраль або стрічка нагрівного елемента укладається на теплостійку основу, виготовлену з ізолятора (фарфору, кераміки, азбесту, слюди або міканіту). Кінці спіралі або стрічки приєднуються до клем, виведених назовні приладу або до провідників, з'єднаних з штепсельною вилкою. Для одержання високих температур, зокрема в лабо­раторіях, широко застосовуються електричні печі. Нагрівні елементи в електропечах виготовляють з туго­плавких металів (платини, молібдену тощо). У платино­вих печах можна одержати температуру до 1300° С, а в молібденових — до 2500° С. Для нормальної роботи електронагрівного приладу треба, щоб його обмотка була правильно розрахована. Розглянемо, від чого залежить температура, якої набу­ває дротина при проходженні по ній струму, і які фак­тори треба враховувати при розрахунку обмотки при­ладу. Теплота, що виділяється у дротині при проходженні струму Q=I²Rt(дж), передається через її бічну поверхню і кінці навко­лишньому середовищу.

( 1 дж = 0,24 кал)

 Кіль­кість теплоти, яка передається середовищу через теплопере­дачу, тим більша, чим біль­шою є різниця температур дротини й навколишнього се­редовища і чим краще пере­дає теплоту це середовище. Таким чином, температура дротини при даній силі струму є тим вищою, чим краща її теплова ізоляція. Тому намагаються якомога краще ізолювати нагрівний еле­мент з усіх боків, особливо там, де має бути використа­на висока температура нагрівного елемента. Чим менший діаметр дротини, тим більшим є опір кожного її метра довжини і тому більше виділяється теплоти на кожній одиниці довжини дротини. Однак чим тонша дротина, тим менша її бічна поверхня і тим менша тепловіддача. Тому температура дротини при даній силі струму тим вища, чим менший її діаметр. Щоб нагрівний елемент не руйнувався надто швидко, його робоча температура не повинна перевищувати пев­ної величини, яка залежить від матеріалу дротини. Це означає, що для дротини з даного матеріалу і даної тов­щини існує певна гранична сила струму, вище якої дротина починає швидко руйнуватися.  Дугові перетворювачі це електрозварювання ,дугові печі,вони мають велику ефективність.

Індукційні перетворювачі-це наприклад мікрохвилеві печі. Вони складаються з джерела струмів високої частоти і індуктора.

Нагрів залежить від провідності матеріалу і частоти струму.

В індукційних печах і пристроях тепло в електропровідному тілі виділяється струмами, индуктироваться в ньому змінним електромагнітним полем. Таким чином, тут здійснюється прямий нагрів. Індукційний нагрів металів заснований на двох фізичних законах: законі електромагнітної індукції Фарадея-Максвелла і законі Джоуля-Ленца. Металеві тіла (заготовки, деталі та ін.) поміщають в змінне магнітне поле, яке збуджує в них вихрове електричне поле. ЕРС індукції визначається швидкістю зміни магнітного потоку. Під дією ЕРС індукції в тілах протікають вихрові (замкнуті всередині тіл) струми, що виділяють теплоту за законом Джоуля-Ленца. Ця ЕРС створює в металі змінний струм, теплова енергія, що виділяється даними струмами, є причиною нагрівання металу. Індукційний нагрів є прямим і безконтактним. Він дозволяє досягати температури, достатньої для плавлення тугоплавких металів і сплавів. Інтенсивний індукційний нагрів можливий лише в електромагнітних полях високої напруженості і частоти, які створюють спеціальними пристроями - індукторами. Індуктори живлять від мережі 50 Гц (установки промислової частоти) або від індивідуальних джерел живлення - генераторів та перетворювачів середньої та високої частоти.