Классификация электрических установок прямого нагрева.

Электрический нагрев сопротивлением Общие сведения

Основным элементом ЭТУ является электронагреватель, оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электрической изоляцией, защитой от повреждений и креплениями.

Нагревательный элемент выполняют в виде проволочных спиралей, ленточных зигзагов, стержней трубок, пленок на изоляционной основе и т.д.

Классифицируют нагреватели сопротивления:

1. по исполнению (открытые, закрытые, герметичные)

2. по материалу нагревателя (металлические, полупроводниковые, неметаллические)

3. по конструктивному исполнению (проволочное, ленточное, стержневое)

4. по рабочей температуре.

Достоинства открытых нагревателей

1. простота конструкции

2. ремонтопригодность

3. Возможность обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности нагревательного элемента.

Недостатки

1. малый срок службы – время за которое сечение нагревательного элемента уменьшается на 20% от первоначального в любом месте

2. невысокая механическая прочность

3. невозможность использования в агрессивных средах

4. повышенная электрическая опасность

Требования к материалам электрического нагревателя

1. Материалы должны быть жаростойкими – не должны окисляться при высоких температурах

2. Жаростойкие – не должны терять прочности при высоких температурах

3. Технологичные – должны легко обрабатываться.

Специфические требования к материалам

1. Удельное электрическое сопротивление нагревательного материала должно быть больше, что позволяет выбрать конструктивные параметры нагревателей для размещения их в ограниченном объеме и включения в сеть не снижая напряжения питания.

2. Температурный коэффициент сопротивления должен быть маленьким, что бы сопротивление холодного и горячего нагревателей и следовательно, мощности сети изменились незначительно.

3. Желательно, что бы коэффициент поверхностного эффекта для материала нагревателя, при переменном токе незначительно отличался от единицы.

4. Материал нагревателя должен противостоять старению.

Наиболее полно отвечают следующие материалы

1. Хромоникелевые сплавы (нихромы)

2. Хромоалюминиевые сплавы (фехраль)

3. Хромоникельалюминиевые сплавы

4. Нержавеющие стали содержащие хром, никель, титан.

5. Сплавы, содержащие медь, никель …

Различают 2-е, 3-е нихромы

Х20Н80-Н

2-й нихром содержит около 80% никеля и 20% хрома

3-й нихром кроме никеля и хрома ходит железо.

Чем выше никеля в сплаве, тем выше качество нагревателя и выше цена.

Более дешевым является фехрали, но они мене прочные, технологичные.

Пример Х13Ю4 – хром 13%, алюминий 4%, остальное железо

Фехраль применяют при температуре до 700^оС.

В сельском хозяйстве для низкотемпературных и распределительных нагревателей применяют нержавеющую сталь и высокоуглеродистую сталь.

Материалы для электрических нагревателей

№	Материал	20*10-6 Ом*м	*10-6 1/Со	tоmaxoС	tоплавлoС
1	Нихром двойной	1,20	16,5	1200	1400
2	Нихром тройной	1,10	16,3	1100	1390
3	Фехраль	1,26	17	900	1450

 - температурный коэффициент

- удельное сопротивление.

Снижение сечения приводит к уменьшению габаритов, металлоемкости нагревателя, так как позволяет получить необходимое сопротивление при меньшей длине проводника, при этом увеличивается температура проволоки, что уменьшает срок ее службы.

t_раб<t_max

Допустимы нагрузки (А) на нихромовую проволоку, подвешено горизонтально в спокойном воздухе, при 20 ^оС

Диаметр проволоки	Площадь сечения	Допустимые токовые нагрузки при температуре tр; А
		200	400	600	700	800	900	1000оС
0,2	0,0314	0,65	1,03	1,4	1,65	1,82	2,0	2,3
0,3	0,085	1,05	1,63	2,27	2,7	3,05	3,4	3,85
0,4	0,126	1,5	2,34	3,3	3,85	4,4	5,0	5,7
0,5	0,196	2,0	3,15	4,5	5,2	5,9	6,75	,7,7
0,6	0,283	2,52	4,0	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,7	0,385	3,1	4,8	6,95	7,8	9,1	10,3	11,8
0,8	0,503	3,7	5,7	815	9,5	10,8	12,3	14,0
0,9	0,636	4,25	6,7	9,35	10,45	12,3	14,5	16,5
1,0	0,785	4,85	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
1,1	0,95	5,4	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,2	1,13	6,0	9,8	14,0	15,8	18,7	21,6	24,3
1,3	1,33	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,4	1,54	7,25	12,0	17,4	20,2	23,3	27,0	30,0
3,0	7,07	22,3	37,5	54,5	64,0	77	88	102,0
5,0	19,6	52,0	83,0	105,0	124,0	146,0	173,0	206,0

В реальных условиях конструкция нагревателя и параметры среды могут отличаться от стандартных табличных, следовательно, и температура проволоки будет отличаться от расчетной таблицы.

Расчетная температура

t_p^o=К_мК_сt_раб

К_м – коэффициент монтажа Км<1; Км=1 для стандартных условий

Кс – коэффициент среды Кс<1;Кс=1 для стандартных условий

T_раб – рабочая температура нагревательного элемента

Км – учитывает ухудшение теплоотдачи от нагревательного элемента в реальном устройстве (нагревателе) (меньше 1  температура падает)

Кс – учитывает уменьшение теплоотдачи в зависимости от среды