kategória: Najlepšie články » Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 206 509
Komentáre k článku: 6
Elektrické vykurovacie telesá, vykurovacie telesá, typy, návrhy, pripojenie a skúšanie
Elektrické vykurovacie telesá sa používajú v domácich a priemyselných zariadeniach. Použitie rôznych ohrievačov je známe všetkým. Jedná sa o elektrické sporáky, rúry a pece, elektrické kávovary, elektrické kanvice a vykurovacie zariadenia rôznych prevedení.
Elektrické ohrievače vody, bežne označované ako kotly, tiež obsahujú vyhrievacie prvky. Základom mnohých vykurovacích telies je drôt s vysokým elektrickým odporom. A najčastejšie je tento drôt vyrobený z nichrómu.
Otvorená nichromová špirála
Najstarším vykurovacím telesom je pravdepodobne zvyčajná nichromová špirála. Kedysi sa používali domáce elektrické sporáky, bojlery na vodu a kozie ohrievače. Mať po ruke nichrómový drôt, ktorý by sa mohol „chytiť“ vo výrobe, takže špirála požadovanej energie nespôsobila žiadne problémy.
Koniec drôtu požadovanej dĺžky sa vloží do rezu navijaka, drôt sám prechádza medzi dvoma drevenými blokmi. Zverák musí byť upnutý tak, aby celá konštrukcia bola držaná tak, ako je to znázornené na obrázku. Upínacia sila musí byť taká, aby drôt s určitým úsilím prešiel cez tyče. Ak je zvieracia sila veľká, vodič sa jednoducho zlomí.
Obrázok 1. Nichromové špirálové vinutie
Otočením goliera sa drôt pretiahne drevenými tyčami a opatrne, otočením do zákruty, sa položí na kovovú tyč. V arzenáli elektrikárov bola celá sada kľúčov rôznych priemerov od 1,5 do 10 mm, ktoré umožňovali navíjať špirály pre všetky príležitosti.
Bolo známe, aký priemer drôtu je a aká dĺžka je potrebná na navinutie špirály požadovanej sily. Tieto magické čísla nájdete na internete. Obrázok 2 zobrazuje tabuľku, ktorá zobrazuje dáta o špiráloch rôznych kapacít pri napájacom napätí 220 V.
Obrázok 2. Výpočet elektrickej špirály vykurovacieho telesa (kliknutím na obrázok ho zväčšíte)
Tu je všetko jednoduché a jasné. Po nastavení požadovanej sily a priemeru nichrómového drôtu ostáva iba rezať kus požadovanej dĺžky a navíjať ho na tŕň zodpovedajúceho priemeru. Tabuľka zároveň ukazuje dĺžku výslednej špirály. A čo keď je v tabuľke drôt s priemerom, ktorý nie je uvedený? V tomto prípade sa bude musieť iba vypočítať špirála.
Ako vypočítať nichrómovú špirálu
Ak je to potrebné, výpočet špirály je pomerne jednoduchý. Ako príklad možno uviesť výpočet špirály vyrobenej z nichrómového drôtu s priemerom 0,45 mm (v tabuľke nie je taký priemer) s výkonom 600 W pri napätí 220 V. Všetky výpočty sa vykonávajú podľa Ohmovho zákona.
Informácie o tom, ako previesť ampéry na watty a naopak, watty na ampéry:
Koľko ampérov je v ampéroch, ako prevádzať ampéry na watty a kilowatty
Najprv by ste mali vypočítať prúd spotrebovaný špirálou.
I = P / U = 600/220 = 2,72 A
Na to stačí rozdeliť nastavený výkon napätím a získať množstvo prúdu, ktoré prechádza špirálou. Výkon vo wattoch, napätie vo voltoch majú za následok ampéry. Všetko podľa systému SI.
Použitím prúdu, ktorý je teraz známy, je pomerne jednoduché vypočítať požadovaný odpor špirály: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 Ohmov
Vzorec na výpočet odporu vodiča je R = ρ * L / S,
kde ρ je špecifický odpor vodiča (pre nichrom 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L je dĺžka vodiča v metroch, S je prierez vodiča v milimetroch štvorcových. Pri vodiči s priemerom 0,45 mm je prierez 0,159 mm2.
Preto L = S * R / p = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, alebo 11,7 m.
Vo všeobecnosti nie je výpočet taký zložitý.Výroba špirály nie je taká ťažká, čo je nepochybne výhodou bežných nichromových špirál. Táto výhoda je však blokovaná mnohými nedostatkami spojenými s otvorenými špirálami.
V prvom rade ide o pomerne vysokú teplotu vykurovania - 700 ... 800 ° C. Vyhrievaná špirála má slabú červenú žiaru, náhodným dotykom môže spôsobiť popálenie. Okrem toho je možný elektrický šok. Horúca špirála spaľuje kyslík vo vzduchu, priťahuje k sebe prachové častice, ktoré po spálení dodávajú veľmi nepríjemnú arómu.
Hlavnou nevýhodou otvorených špirál by však malo byť ich vysoké riziko požiaru. Hasiči preto jednoducho zakazujú použitie ohrievačov s otvorenou špirálou. Takéto ohrievače zahŕňajú predovšetkým takzvanú kozu, ktorej konštrukcia je znázornená na obr.
Obrázok 3. Domáce kozie kúrenie
Takto sa ukázala divá „koza“: bola zámerne vyrobená nedbanlivo, jednoducho, dokonca veľmi zle. Oheň s takýmto ohrievačom nebude musieť dlho čakať. Pokročilejšia konštrukcia takéhoto ohrievača je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Domov „Koza“
Je ľahké vidieť, že špirála je uzavretá kovovým puzdrom, čo bráni dotyku zahriatych častí živých častí. Nebezpečenstvo požiaru takéhoto zariadenia je oveľa menšie ako nebezpečenstvo uvedené na predchádzajúcom obrázku.
Pozrite si túto tému:Prečo sú „koza“ a domáci kotol nebezpečné?
Kedysi v ZSSR sa vyrábali reflektory. V strede poniklovaného reflektora sa nachádzala keramická kazeta, do ktorej sa ako žiarovka s uzáverom E27 zaskrutkovalo 500W ohrievač. Nebezpečenstvo požiaru takéhoto reflektora je tiež veľmi vysoké. Vtedy som si nejako nemyslel, k čomu by použitie takýchto ohrievačov mohlo viesť.
Obrázok 5. Reflexný ohrievač
Je celkom zrejmé, že rôzne ohrievače s otvorenou špirálou sa môžu na rozdiel od požiadaviek požiarnej kontroly používať iba pod ostražitým dohľadom: ak opustíte miestnosť - vypnite ohrievač! Ešte lepšie je, jednoducho opustiť používanie ohrievačov tohto typu.
Uzavreté špirálové vykurovacie telesá
Aby sa zbavili otvorenej špirály, boli vynájdené rúrkové elektrické ohrievače - TEN. Konštrukcia ohrievača je znázornená na obrázku 6.
Obrázok 6. Konštrukcia ohrievača
Nichrómová špirála 1 je skrytá vo vnútri tenkostennej kovovej rúrky 2. Špirála je izolovaná od rúrky pomocou plniva 3 s vysokou tepelnou vodivosťou a vysokým elektrickým odporom. Ako plnivo sa najčastejšie používa periklasa (kryštalická zmes oxidu horečnatého MgO, niekedy s nečistotami iných oxidov).
Po naplnení izolačnou kompozíciou sa trubica stlačí a periklasa sa pri vysokom tlaku zmení na monolit. Po takejto operácii je špirála pevne pripevnená, preto je elektrický kontakt s telesnou trubicou úplne vylúčený. Konštrukcia je taká silná, že akýkoľvek ohrievač sa môže ohnúť, ak to vyžaduje dizajn ohrievača. Niektoré vykurovacie telesá majú veľmi bizarný tvar.
Špirála je pripojená na kovové vodiče 4, ktoré vystupujú cez izolátory 5. Vodiče vodičov sú spojené so závitovými koncami vodičov 4 pomocou matíc a podložiek 7. Ohrievacie prvky sú upevnené v telese zariadenia pomocou matíc a podložiek 6, ktoré v prípade potreby zaisťujú tesnosť spojenia.
Pri dodržaní prevádzkových podmienok je takáto konštrukcia pomerne spoľahlivá a trvanlivá. Presne to viedlo k veľmi rozšírenému použitiu vyhrievacích prvkov v zariadeniach na rôzne účely a účely.
Vykurovacie telesá sú podľa prevádzkových podmienok rozdelené do dvoch veľkých skupín: vzduch a voda. Ale to je len to meno. V skutočnosti sú prvky na ohrev vzduchu navrhnuté tak, aby pracovali v rôznych plynových prostrediach.Dokonca aj obyčajný atmosférický vzduch je zmesou niekoľkých plynov: kyslíka, dusíka, oxidu uhličitého, dokonca existujú nečistoty argónu, neónu, kryptónu atď.
Vzdušné prostredie je veľmi rozmanité. Môže to byť pokojný atmosférický vzduch alebo prúd vzduchu, ktorý sa pohybuje rýchlosťou niekoľkých metrov za sekundu, ako v ohrievačoch ventilátorov alebo tepelných pištolí.
Zahrievanie plášťa ohrievača môže dosiahnuť 450 ° C a ešte viac. Preto sa na výrobu vonkajšieho rúrkového plášťa používajú rôzne materiály. Môže to byť obyčajná uhlíková oceľ, nehrdzavejúca oceľ alebo žiaruvzdorná oceľ odolná voči teplu. Všetko záleží na prostredí.
Na zlepšenie prenosu tepla sú niektoré vyhrievacie prvky vybavené rúrkami vo forme vinutej kovovej pásky. Takéto ohrievače sa nazývajú plutvy. Použitie takýchto prvkov je najvhodnejšie v prostredí s pohyblivým vzduchom, napríklad v ohrievačoch ventilátorov a tepelných pištolí.
Prvky na ohrev vody sa tiež nevyhnutne nepoužívajú vo vode, čo je všeobecný názov pre rôzne kvapalné médiá. Môže to byť olej, vykurovací olej a dokonca aj rôzne agresívne kvapaliny. Tekuté TENY používa sa v elektrických kotloch, liehovary, elektrické odsoľovacie zariadenia a iba titány na varenie pitnej vody.
Tepelná vodivosť a tepelná kapacita vody je oveľa vyššia ako tepelná vodivosť vzduchu a iných plynných médií, čo poskytuje v porovnaní so vzduchom lepšie a rýchlejšie odvádzanie tepla z ohrievača. Preto má ohrievač vody s rovnakou elektrickou energiou menšie geometrické rozmery.
Tu uvádzame jednoduchý príklad: pri varení vody v bežnej varnej kanvici môže byť ohrievač horúci a potom horieť až do dier. Rovnaký obrázok je možné pozorovať aj pri bežných kotloch určených na varenie vody v pohári alebo vedre.
Uvedený príklad jasne ukazuje, že prvky na ohrev vody by sa nikdy nemali používať na prácu vo vzduchu. Na ohrievanie vody môžete použiť ohrievače vzduchu, ale musíte počkať dlho, kým sa voda zohreje.
Výhodou prvkov na ohrev vody nebude počas prevádzky vrstva vodného kameňa. Váha má spravidla poréznu štruktúru a jej tepelná vodivosť je nízka. Preto teplo generované špirálou prechádza do kvapaliny zle, ale špirála vo vnútri ohrievača sa zahrieva na veľmi vysokú teplotu, čo skôr alebo neskôr povedie k jej vyhoreniu.
Aby sa tomu zabránilo, je vhodné pravidelne čistiť vykurovacie telesá rôznymi chemikáliami. Napríklad v televíznej reklame sa Calgon odporúča na ochranu ohrievačov práčky. Aj keď k tomuto nástroju existuje mnoho rôznych názorov.
Ako sa zbaviť rozsahu
Okrem chemikálií na ochranu proti tvorbe vodného kameňa sa používajú rôzne zariadenia. V prvom rade ide o magnetické prevodníky vody. V silnom magnetickom poli kryštály „tvrdých“ solí menia svoju štruktúru, menia sa na vločky a zmenšujú sa. Šupina je z takýchto vločiek menej aktívna, väčšina vločiek sa jednoducho vymyje prúdom vody. Tým je zaistená ochrana ohrievačov a potrubí od vodného kameňa. Prevodníky magnetických filtrov vyrábajú mnohé zahraničné spoločnosti, takéto spoločnosti existujú v Rusku. Takéto filtre sú dostupné ako zátka, tak aj nad hlavou.
Elektronické zmäkčovače vody
Elektronické zmäkčovače vody sa v poslednej dobe stávajú čoraz obľúbenejšími. Navonok všetko vyzerá veľmi jednoducho. Na rúre je nainštalovaná malá skrinka, z ktorej vychádzajú anténne káble. Okolo potrubia sú navinuté drôty a ani nemusíte odlupovať farbu. Zariadenie môže byť nainštalované na ľubovoľnom prístupnom mieste, ako je znázornené na obrázku 7.
Obrázok 7. Elektronické zmäkčovače vody
Jediné, čo potrebujete na pripojenie zariadenia, je zásuvka 220 V.Prístroj je navrhnutý na dlhodobé zapínanie, nie je potrebné ho pravidelne vypínať, pretože vypínanie spôsobí opätovné tvrdnutie vody, opäť sa vytvorí vodný kameň.
Princíp činnosti zariadenia je redukovaný na emisie vibrácií v rozsahu ultrazvukových frekvencií, ktoré môžu dosiahnuť až 50 kHz. Frekvencia kmitania sa reguluje pomocou ovládacieho panela zariadenia. Žiarenie sa produkuje v dávkach niekoľkokrát za sekundu, čo sa dosahuje pomocou zabudovaného mikrokontroléra. Sila fluktuácií je nízka, preto tieto zariadenia nepredstavujú žiadnu hrozbu pre ľudské zdravie.
Vhodnosť inštalácie takýchto zariadení sa dá ľahko určiť. Všetko príde k určeniu toho, ako tvrdá voda tečie z vodovodného potrubia. Tu nepotrebujete ani žiadne „abstrúzne“ spotrebiče: ak vaša pokožka po umytí vyschne, na škridle sa objavia biele škvrny od striekajúcej vody, v kanvici sa objaví vodný kameň, práčka vymaže pomalšie ako na začiatku prevádzky - z vodovodu určite vyteká tvrdá voda. To všetko môže viesť k zlyhaniu výhrevných telies, a tým aj samotných kanvíc alebo práčok.
Tvrdá voda nerozpúšťa rôzne detergenty - od bežných mydiel až po vysoko moderné pracie prostriedky. Výsledkom je, že musíte vložiť viac práškov, ale trochu to pomáha, pretože kryštály solí tvrdosti sa v tkanivách zadržiavajú, kvalita prania zostáva veľmi žiadúca. Všetky uvedené príznaky tvrdosti vody výrečne naznačujú, že je potrebné nainštalovať zmäkčovače vody.
Pripojenie a overovanie vykurovacích telies
Pri pripájaní ohrievača sa musí použiť drôt vhodného prierezu. Všetko závisí od prúdu, ktorý prechádza ohrievačom. Najčastejšie sú známe dva parametre. Toto je sila samotného ohrievača a napájacie napätie. Na určenie prúdu stačí deliť energiu napájacím napätím.
Jednoduchý príklad. Nechajte k dispozícii vykurovacie teleso s príkonom 1 kW (1 000 W) pre napájacie napätie 220 V. U takého ohrievača sa ukazuje, že prúd je
I = P / U = 1000/220 = 4,545A.
Podľa tabuliek umiestnených v PUE môže taký prúd poskytovať drôt s prierezom 0,5 mm2 (11A), ale na zaistenie mechanickej pevnosti je lepšie použiť drôt s prierezom najmenej 2,5 mm2. Práve taký drôt sa najčastejšie dodáva do zásuviek s elektrinou.
Pred pripojením by ste sa však mali uistiť, že aj nový, práve zakúpený TEN je v dobrom stave. Najprv je potrebné zmerať jeho odpor a skontrolovať integritu izolácie. Odpor výhrevného telesa sa dá jednoducho vypočítať. Aby ste to dosiahli, je potrebné zaokrúhliť napájacie napätie a deliť ho. Napríklad pre ohrievač 1 000 W vyzerá tento výpočet takto:
220 * 220/1000 = 48,4 ohm.
Takýto odpor by mal preukázať multimeter pri jeho pripájaní na svorky ohrievača. Ak je špirála zlomená, multimeter prirodzene ukáže zlom. Ak si vezmete ohrievač s odlišnou kapacitou, potom sa samozrejme odpor bude líšiť.
Ak chcete skontrolovať neporušenosť izolácie, odmerajte odpor medzi niektorou z koncoviek a kovovým krytom ohrievača. Odpor výplňového izolantu je taký, že multimeter by mal pri každom meranom limite vykazovať zlom. Ak sa ukáže, že odpor je nulový, potom sa špirála dotýka kovového krytu ohrievača. To sa môže stať aj pri novom, ktorý si kúpil vyhrievací článok.
Všeobecne sa používa na testovanie izolácie špeciálne megaohmmeter zariadenie, ale nie vždy a nie všetci to majú po ruke. Preto je vhodný aj normálny multimeterový test. Musí sa vykonať aspoň takáto kontrola.
Ako už bolo uvedené, ohrievacie prvky môžu byť ohnuté aj po naplnení izolátorom. Existujú rôzne typy ohrievačov: vo forme rovnej rúrky, tvaru U, valcované do kruhu, hada alebo špirály.Všetko záleží na zariadení vykurovacieho zariadenia, v ktorom sa má inštalovať ohrievač. Napríklad v prúdiacom ohrievači vody práčky sú TEN stočené do špirály.
Niektoré TENY majú prvky ochrany. Najjednoduchšou ochranou je tepelná poistka. Ak vyhorel, musíte vymeniť celý ohrievač, ale nedosiahne oheň. Existuje komplexnejší ochranný systém, ktorý umožňuje použitie ohrievača po jeho činnosti.
Jednou z takýchto ochrán je ochrana založená na bimetalickej doske: teplo z prehriateho vyhrievacieho prvku ohýba bimetalovú dosku, čo otvára kontakt a vyraďuje vyhrievací prvok z energie. Keď teplota klesne na prijateľnú hodnotu, bimetalová doska sa vysunie, kontakt sa uzavrie a ohrievač je opäť pripravený na prevádzku.
TENY s regulátorom teploty
Pri neprítomnosti teplej vody je potrebné použiť kotly. Konštrukcia kotlov je pomerne jednoduchá. Je to kovová nádoba ukrytá v „kožušine“ pred tepelným izolátorom, na vrchu ktorého je ozdobné kovové puzdro. V puzdre je zabudovaný teplomer ukazujúci teplotu vody. Konštrukcia kotla je znázornená na obrázku 8.
Obrázok 8. Zásobný kotol
Niektoré kotly obsahujú horčíkovú anódu. Jeho účelom je ochrana pred koróziou ohrievača a vnútornej nádrže kotla. Horčíková anóda je spotrebný materiál, ktorý sa musí počas údržby kotla pravidelne meniť. U niektorých kotlov, zrejme z lacnej cenovej kategórie, však takáto ochrana nie je poskytnutá.
Ako vykurovacie teleso v bojleroch sa používa ohrievač s regulátorom teploty, ktorého konštrukcia je znázornená na obrázku 9.
Obrázok 9. TEN s regulátorom teploty
V plastovej skrinke je umiestnený mikrospínač, ktorý je aktivovaný snímačom teploty kvapaliny (priama trubica vedľa ohrievača). Tvar samotného ohrievača môže byť najrozmanitejší, obrázok ukazuje najjednoduchší. Všetko záleží na výkone a konštrukcii kotla. Stupeň zahrievania je riadený polohou mechanického kontaktu ovládanou bielou okrúhlou rukoväťou umiestnenou na spodnej časti škatule. Existujú tiež svorky na napájanie elektrickým prúdom. Ohrievač je pripevnený závitom.
Mokré a suché ohrievače
Takýto ohrievač je v priamom kontakte s vodou, takže sa tento ohrievač nazýva „mokrý“. Životnosť „mokrého“ vykurovacieho telesa je do 2 ... 5 rokov, po čom sa musí zmeniť. Všeobecne platí, že životnosť je krátka.
Na zvýšenie životnosti vykurovacieho telesa a celého kotla ako celku vyvinula francúzska spoločnosť Atlantic v 90. rokoch minulého storočia návrh „suchého“ vykurovacieho telesa. Zjednodušene povedané, ohrievač bol skrytý v kovovej ochrannej banke, ktorá vylučuje priamy kontakt s vodou: ohrievací prvok je zahrievaný vo vnútri banky, ktorá prenáša teplo do vody.
Teplota banky je prirodzene oveľa nižšia ako teplota vyhrievacieho prvku samotného, takže tvorba vodného kameňa s rovnakou tvrdosťou vody nie je tak intenzívna, do vody sa prenáša viac tepla. Životnosť takýchto ohrievačov dosahuje 10 ... 15 rokov. To platí pre dobré prevádzkové podmienky, najmä pre stabilitu napájacieho napätia. Ale aj za dobrých podmienok vyrábajú „suché“ vykurovacie telesá svoje vlastné zdroje a je potrebné ich zmeniť.
Tu sa objavuje jedna výhoda technológie „suchého“ vykurovacieho telesa: pri výmene ohrievača nie je potrebné vypúštat 'vodu z kotla, pre ktorý by sa malo odpojit' z potrubia. Jednoducho vypnite ohrievač a vymeňte ho za nový.
Atlantik samozrejme patentoval svoj vynález, potom začal predávať licenciu iným spoločnostiam. V súčasnosti vyrábajú kotly so „suchým“ vykurovacím telesom aj iné spoločnosti, napríklad Electrolux a Gorenje. Konštrukcia kotla so „suchým“ vykurovacím telesom je znázornená na obrázku 10.
Obrázok 10. Kotol so „suchým“ ohrievačom
Mimochodom, obrázok ukazuje kotol s keramickým steatitovým ohrievačom. Zariadenie takéhoto ohrievača je znázornené na obr.
Obrázok 11. Keramický ohrievač
Na keramickom základe je pripevnená bežná špirála z vysoko odporového drôtu. Teplota zahrievania špirály dosahuje 800 stupňov a je prenášaná prúdením tepla a tepla do okolitého prostredia (vzduch pod ochranným plášťom). Prirodzene, že taký ohrievač, ktorý sa používa na bojlery, môže pracovať iba v ochrannom plášti, na vzduchu je priamy kontakt s vodou jednoducho vylúčený.
Špirála môže byť navinutá do niekoľkých sekcií, čoho dôkazom je prítomnosť niekoľkých terminálov na pripojenie. To vám umožní zmeniť výkon ohrievača. Maximálny špecifický výkon takýchto ohrievačov nepresahuje 9 W / cm2.
Podmienkou normálnej prevádzky takéhoto ohrievača je absencia mechanického zaťaženia, ohybov a vibrácií. Povrch by nemal byť znečistený hrdzavením alebo olejovými škvrnami. A samozrejme, čím stabilnejšie je napájacie napätie bez prepätia a prepätia, tým odolnejšie je vyhrievacie teleso.
Elektrická technológia však nestojí pokojne. Tieto technológie sa vyvíjajú, zdokonaľujú, a preto sa popri vyhrievacích telesách v súčasnosti vyvíja a úspešne používa široká škála vykurovacích prvkov. Sú to keramické vykurovacie telesá, uhlíkové vykurovacie telesá, infračervené vykurovacie telesá, ale toto bude téma iného článku.
Pokračovanie článku:Moderné vykurovacie telesá
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: