Нагревательных элементов

В настоящее время мощные трансформаторы изготовляют для подстанций, связывающих электроэнергетические системы с различным номинальным напряжением (110 и 220 кВ; 154 и 220 кВ и т. п.). Автотрансформаторы применяют также в качестве аппаратов, понижающих напряжение на зажимах мощных синхронных и асинхронных двигателей при их пуске. В электротермии их часто используют для ступенчатого регулирования напряжения на нагревательных элементах печей.

напряжение на нагревательных элементах 1/ф„ = 220Д/3 = 127 В.

Мощность печи одинакова при соединениях д/д и Y/Y, когда переключатели fli и /72 находятся в противоположных положениях. В этом случае напряжение на нагревательных элементах [7ф„ = 220 В.

Наибольшая мощность выделяется при соединении Y/д, когда оба переключателя nt и Л2 находятся в левом положении. При этом напряжение на нагревательных элементах 1/ф„ = 2201/3 = 380 В. Источником питания обычно являются три вторичные обмотки трехфазного трансформатора (см. § 8.4).

аналогичных сплавов может быть во много раз увеличена, если исключить доступ кислорода к поверхности проволоки. В трубчатых нагревательных элементах проволоку из сплава с высоким сопротивлением помешают в трубках из стойкого к окислению металла; промежуток между проволокой и трубкой заполняют порошком диэлектрика с высокой теплопроводностью (например, магнезией MgO). При дополнительной протяжке этих трубок их внешний диаметр уменьшается, магнезия уплотняется и образует механически прочную изоляцию внутреннего проводника. Такие нагревательные элементы применяют, например, в электрических кипятильниках; они могут работать длительное время без повреждений.

Константан содержит те же компоненты, что и манганин, но в несколько иных соотношениях: никель (с кобальтом) — 39— 41%, марганец—1—2, медь — 56,1—59,1%. Содержание примесей также должно быть не более 0,9 %. Само название сплава говорит о практической независимости его удельного электрического сопротивления от температуры, поскольку абсолютное значение коэффициента удельного сопротивления этого сплава не превышает 2-10~в"С"1. По нагревостойкости Константан превосходит магна-нин, что позволяет использовать его в реостатах и нагревательных элементах, работающих при температуре до 500 °С. Высокие механические характеристики, сочетающиеся с пластичностью, позволяют изготовлять из этого сплава тончайшую проволоку, ленты, полосы и фольгу. Высокое значение термоЭДС в паре с медью и железом исключает применение константана в электроизмерительных приборах высокой точности, но с успехом используются при изготовлении термопар. Следует отметить также, что наличие в составе" константана достаточно большого количества дорогого и дефицитного никеля ограничивает его использование в изделях массового производства.

Широко используются при изготовлении нагревательных элементов пластинчатого типа жароупорный миканит и слюда-фла-гопит. Жароупорные материалы типа стеатита, шамота и другие применяются в качестве опорного материала для нагревательных спиралей, кварцевый песок и окись магния — в герметически закрытых нагревательных элементах в качестве изолирующей среды между спиралью и металлическим корпусом элемента.

Элементы пластинчатого типа состоят из основания (слюды или жароупорного миканита), на которое намотана спираль >из ленточного нихрома или фехраля. С обеих сторон основание и нагревательная спираль покрывается пластинками из слюды или жароупорного миканита. Условия теплопередачи в нагревательных элементах пластинчатого типа хуже, чем в элементах трубчатого типа. При повышении температуры до 500—600° С имеют место случаи пробоя электрической изоляции.

Теплоэлектровентиляторы имеют спиральные или трубчатые нагревательные элементы и один или два вентилятора (осевые или тангенциальные). Последние обладают тем преимуществом, что создают более широкий поток воздуха и практически работают бесшумно. Теплоэлектровелтилято'ры удобны в осеннее и весеннее время, когда основное отопление не работает, а также в течение всего отопительного сезона для дополнительного обогрева. Они снабжаются переключателями скоростей вращения вентилятора и ступеней нагрева, что позволяет выбрать нужный тепловой поток, а в летнее время проветрить помещение, отключив нагревательное устройство. Обычно мощность теплоэлектровен-тилятора не превосходит 2000 Вт, при мощности двигателя вентилятора 30—40 Вт. К достоинствам теплоэлектровентиляторов следует отнести возможность быстрого нагрева помещения. Однако большие скорости движения воздуха, поднятие пыли, ее подгорание на нагревательных элементах являются их отрицательными особенностями.

Длительность работы электронагревательных элементов из нихрома и аналогичных сплавов может быть во много раз увеличена при исключении доступа кислорода к поверхности проволоки. В трубчатых нагревательных элементах спираль из сплава высокого сопротивления проходит по оси трубки из стойкого к окислению металла; промежуток между проволокой и трубкой заполняется порошком диэлектрика с высокой теплопроводностью (например, магнезией MgO). При дополнительной протяжке такой трубки ее внешний диаметр уменьшается, магнезия уплотняется и образует механически прочную изоляцию внутреннего проводника. Такие нагревательные элементы применяются, например, в электрических кипятильниках; они могут работать весьма длительно без повреждений.

В электрических печах сопротивления косвенного действия электрическая энергия преобразуется в тепловую в нагревательных элементах и от них

узлы машин, установленные в электропечи, не должны касаться нагревательных элементов печи;

выгружать оборудование из печи допускается только после выключения напряжения нагревательных элементов и при включенной вентиляции;

Мощность, кВт, нагревательного прибора определяют по формуле Р = 0,0028 kQ0Q^/t, где k — коэффициент запаса (1,1—1,3); учитывающий уменьшение напряжения сети, старение нагревательных элементов, увеличение теплоемкости нагреваемого изделия при повышении температуры; t — время нагрева изделий, ч.

Затем по технологическим условиям нагрева выбирают материал для нагревательных элементов по табл. 17.

Расчет нагревательных элементов начинается с выбора допустимой удельной поверхностной мощности, т. е. мощности, выделяемой с единицы внешней поверхности нагревателя. Эта величина показывает, какое количество тепла может быть отдано с единицы поверхности нагревателя. Удельная поверхностная мощность зависит от температуры нагреваемого материала, а также от конструктивного выполнения нагревателей.

Для низкотемпературных печей (температура менее 200—300 °С) допустимую поверхностную мощность можно принимать равной (4—6) • 104 Вт/м2. После выбора материалов и допустимой удельной поверхностной мощности расчет нагревательных элементов сводится к определению их размеров.

р< — удельное сопротивление нагревательных элементов при различной температуре нагрева: р<=

Определение размеров нагревательных элементов из круглой нихромовой проволоки можно определять следующим образом.

Определить мощность водонагревателя, сечение и длину нагревательных элементов для нагрева воды до 100 °С, если масса ^воды 30 кг. Время нагрева 0,5 ч.

Трехфазная нагревательная печь. Такая печь состоит из трех одинаковых нагревательных элементов сопротивлениями R ( 3.5).

Автоматическое регулирование температуры в термостате осуществляется либо отключением части нагревательных элементов, когда температура достигает заданного верхнего предела, либо включением этих элементов когда температура достигает заданного нижнего предела регулирования. Отключаемые элементы (обычно не более трети общего числа элементов в термостате) должны быть распределены равномерно по термостату.