Сопротивления

Основные характеристики металлических нагревателей

Электронагревателями сопротивления называют устройства, в которых реализуется эффект нагрева металлического проводника в результате прохождения по нему электрического тока. Нагревательный элемент представляет собой металлический проводник (спираль или лента) размещенный в изоляционном материале или изоляторах в металлическом корпусе.

Изоляционный материал для нагревателя должен обладать высоким электрическим сопротивлением (хороший диэлектрик), высокой теплопроводностью, достаточной механической прочностью, выдерживать высокие температуры и не вступать в химические реакции при высоких температурах с нагревательным элементом и корпусом. В качестве изоляционного материала используют слюду, фарфор, миканит и особенно окись магния (периклаз) и кварцевый песок, а так же керамическую изоляцию из шамота с огнеупорной глиной. Периклаз представляет собой порошок, изготовленный по определенной технологии из окиси магния.

Слюда и фарфор применяются в тех нагревателях, где температура изоляционного слоя не превышает 500 – 700 ˚С, а периклаз, огнеупорная глина, кварцевый песок и шамот могут работать при температурах до 1500 – 1700 ˚С.

Ориентировочно можно принять, что пробивное напряжение для слюды не менее 50 ּ 10³, для фарфора не менее 20 ּ 10³, для периклаза и кварцевого песка не менее 10³ В/мм. При этом необходимо учитывать возможное изменение диэлектрических свойств изоляционных материалов при увлажнении, посторонних включениях и т. д. Поэтому в ряде случаев толщина изоляционного слоя имеет запас на монтажные операции и составляет не менее 1,0…1,5 мм.

Материал корпуса нагревателя должен обладать достаточной механической прочностью, большим коэффициентом теплоотдачи, выдерживать высокие температуры и не вступать в химические реакции с нагреваемой средой и изоляционным материалом. В качестве материала корпуса используют обычную или нержавеющую сталь, обычную сталь с защитным покрытием, медь, латунь, чугун.

При развитой поверхности корпуса, значительно превышающей поверхность проволоки спирали, улучшается теплоотток от спирали, что приводит к снижению ее температуры. При этом форма корпуса и способ размещения в нем спирали должны обеспечивать наилучшие условия теплоотвода от спирали. При выполнении последнего условия стремятся уменьшить термическое сопротивление между корпусом и спиралью за счет использования электроизоляционных материалов с высокой теплопроводностью и минимального расстояния (зазора) между спиралью и корпусом. Минимальная величина зазора определяется диэлектрическими свойствами используемого материала.

Материал, из которого изготавливается спираль (проводник) должен обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, достаточной механической прочностью, выдерживать высокие температуры и не вступать в химические реакции с изоляционным материалом.

Зависимость срока службы нагревателя (спирали) из нихрома от температуры представлена на графике (рис. 4.2), из которого видно, что срок службы нагревателя определяется температурой, при которой он работает. Причем, незначительное изменение температуры приводит к резкому изменению срока его службы. Кроме того, срок службы нагревателя существенно зависит от взаимодействия токопроводящей проволоки с воздухом. Такое взаимодействие предопределяет скорость термической коррозии токоведущего проводника и в итоге срок его службы. Так при одной и той же температуре срок службы открытых нагревательных элементов будет значительно меньше чем закрытых и особенно герметичных.

Таким образом, главным условием повышения срока службы электронагревателя сопротивления, является создание таких условий его работы, при которых рабочая температура была бы значительно ниже температуры плавления металла, из которого изготовлена токопроводящая проволока. При этом срок службы спирали должен быть как можно большим.

Исходя из этого, в качестве резистивного элемента в нагревателях используются металлические сплавы, обладающие не только большим удельным электрическим сопротивлением (1,0…1,2 Ом ּ мм²/м), но и вы-держивающие высокие температуры (1000…1200 °С) не изменяя своих механических свойств. К таким сплавам относятся нихром (никель, хром), фехраль (ферум, хром, алюминий) и хромаль (хром, алюминий). Основные характеристики для материалов спирали, используемых в нагревателях аппаратов общественного питания представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Дата добавления: 2015-06-30