Care sunt tipurile comune de elemente de încălzire electrice?

Elemente electrice de încălzire sunt componente de conversie termică de bază care convertesc energia electrică în energie termică prin efectul de încălzire Joule, cu o eficiență globală de conversie a energiei de 85% până la 98% în scenariile de aplicare convenționale. Sunt componente de bază indispensabile în aparatele de uz casnic, echipamentele industriale de încălzire și sistemele termice comerciale. În comparație cu metodele tradiționale de încălzire cu combustibil, elementele electrice de încălzire au funcționare curată, control precis al temperaturii, fără emisii de poluanți și răspuns rapid la încălzire. Diferitele tipuri de elemente de încălzire sunt adaptate la medii de lucru distincte, cerințe de temperatură și structuri ale echipamentelor, iar durata lor de viață și efectul de funcționare sunt direct determinate de selecția materialului, modul de instalare și întreținerea zilnică. Selecția rezonabilă a tipului și întreținerea standardizată pot reduce eficient consumul de energie și pot extinde ciclul de service al echipamentelor de încălzire cu mai mult de 30%.

Principiul de funcționare al elementelor electrice de încălzire

Funcționarea elementelor electrice de încălzire se bazează pe principiul fizic de bază al încălzirii Joule, care se referă la fenomenul că curentul generează căldură la trecerea printr-un conductor rezistiv. Când curentul alternativ sau continuu trece prin materialul rezistiv din interiorul elementului de încălzire, electronii liberi din material se ciocnesc violent cu cristalele atomice în timpul mișcării direcționale, transformând energia electrică în energie termică internă și, în cele din urmă, eliberând căldură în exterior prin conducerea căldurii, convecție și radiație.

Capacitatea de generare de căldură a elementului de încălzire este corelată pozitiv cu valoarea rezistenței și curentul de funcționare. În condiții de tensiune stabilă, căldura generată pe unitatea de timp este fixă ​​pentru elemente de încălzire standard calificate, ceea ce asigură un efect de încălzire stabil și uniform. Elementele de încălzire electrică de înaltă calitate pot obține o putere termică stabilă în 1 până la 3 secunde după pornire, fără fluctuații evidente de temperatură în intervalul de lucru nominal.

Pentru a se adapta la diferite scenarii de utilizare, majoritatea elementelor de încălzire sunt echipate cu structuri de protecție izolatoare și conductoare de căldură în afara materialului miezului rezistiv. Stratul izolator poate preveni scurgerea curentului și poate asigura siguranța electrică, în timp ce carcasa conducătoare de căldură poate accelera disiparea căldurii și poate evita supraîncălzirea locală a firului de rezistență a miezului, ceea ce îmbunătățește în mod eficient stabilitatea operațională și siguranța echipamentului.

Principalele scenarii de clasificare și aplicare a elementelor electrice de încălzire

Elementele electrice de încălzire pot fi clasificate în mai multe tipuri în funcție de forma structurală, materialul miezului și modul de încălzire. Fiecare tip are avantaje unice de performanță și scenarii aplicabile fixe, care pot fi împărțite în tip civil de uz casnic și tip industrial de mare putere în general. Următoarele sunt cele mai utilizate tipuri de pe piață și aplicațiile lor detaliate.

Elemente de încălzire electrică cu tuburi

Elementele de încălzire cu tuburi sunt cele mai comune și versatile tip, cu o carcasă metalică, sârmă de rezistență internă și umplutură izolatoare. Acestea au structură simplă, rezistență puternică la presiune și gamă largă de adaptare la temperatură. Gama convențională de temperatură de lucru a elementelor de încălzire tubulare este de la temperatura camerei până la 600 de grade Celsius și se pot adapta la medii de ardere uscată, încălzire lichidă și încălzire cu aer.

Acest tip de element de încălzire este utilizat pe scară largă în încălzitoare de apă, cuptoare electrice, cuptoare industriale de uscare și rezervoare de încălzire a lichidelor. Cel mai mare avantaj al său este forma și puterea personalizabile, care pot fi îndoite și prelucrate în funcție de spațiul de instalare a echipamentului și rata totală de eșec este mai mică de 2% în condiții normale de lucru , cu stabilitate excelentă.

Elemente electrice de încălzire ceramice

Elementele de încălzire ceramice iau ceramică rezistentă la temperaturi înalte ca purtător și încorporează firele de rezistență în interiorul matricei ceramice. Au o rezistență remarcabilă la temperatură înaltă și rezistență la coroziune și pot funcționa stabil în medii la temperaturi înalte și corozive pentru o lungă perioadă de timp. Temperatura de lucru poate atinge mai mult de 800 de grade Celsius, ceea ce este mult mai mare decât cea a elementelor de încălzire tubulare obișnuite.

Datorită proprietăților chimice stabile ale materialelor ceramice, acest element de încălzire nu se va oxida sau deforma cu ușurință la temperatură ridicată și este utilizat mai ales în cuptoare industriale de înaltă temperatură, echipamente de încălzire chimică și sisteme de uscare la temperatură înaltă. Dezavantajul său este rezistența scăzută la impact și este ușor de spart în caz de coliziune externă.

Elemente electrice de încălzire PTC

Elementul de încălzire PTC este o componentă de încălzire cu termistor cu funcție de autolimitare a temperaturii. Caracteristica sa de bază este că valoarea rezistenței va crește brusc atunci când temperatura atinge pragul setat, reducând automat puterea și oprind creșterea temperaturii, realizând o încălzire inteligentă la temperatură constantă fără echipament suplimentar de control al temperaturii.

Acest tip de element de încălzire este sigur și economisește energie, fără flacără deschisă în timpul funcționării și este utilizat în principal la aparatele electrocasnice mici, cum ar fi încălzitoarele electrice, uscătoarele de păr și umidificatoarele. Avantajul de economisire a energiei al elementelor de încălzire PTC este proeminent, cu o rată efectivă de economisire a energiei de 15% până la 25% în comparație cu elementele de încălzire tradiționale cu rezistență.

Elemente de încălzire electrică în infraroșu

Elementele de încălzire cu infraroșu transformă energia electrică în energie termică prin radiație infraroșie, care încălzește obiectele prin transferul de căldură prin radiație, în loc să se bazeze pe convecția aerului. Acest mod de încălzire are o viteză mare de transfer de căldură și un efect de încălzire uniform și nu va provoca uscarea aerului și pierderea de căldură.

Este utilizat în mod obișnuit în uscarea industrială, întărirea vopselei, încălzirea în seră și echipamentele de încălzire cu infraroșu îndepărtat pentru interior și are o eficiență ridicată de încălzire pentru încălzirea suprafeței materialelor solide.

Factori cheie care afectează performanța elementelor electrice de încălzire

Eficiența încălzirii, durata de viață și siguranța de funcționare a elementelor electrice de încălzire sunt afectate de multipli factori interni și externi. Stăpânirea acestor factori de influență poate ajuta utilizatorii să selecteze și să utilizeze elementele de încălzire în mod științific, să evite atenuarea performanței și defecțiunile echipamentelor și să maximizeze valoarea de utilizare a componentelor.

Calitatea materialului de bază

Materialul de rezistență a miezului determină performanța de bază a elementului de încălzire. Aliajul de nichel-crom de înaltă calitate și aliajul de fier-crom sunt materialele cu cea mai mare rezistență. Aliajul de nichel-crom are o rezistență mai bună la oxidare și ductilitate și poate menține o performanță stabilă de rezistență în condiții de funcționare pe termen lung la temperatură înaltă, cu o durată de viață de peste două ori mai mare decât a materialelor obișnuite din aliaj de calitate scăzută. Materialele inferioare sunt predispuse la oxidare, la deriva rezistenței și la rupere a sârmei la temperaturi ridicate, ceea ce duce la o eficiență redusă de încălzire și la casarea directă a componentelor.

Condiții de mediu de operare

Temperatura mediului, umiditatea și tipul mediu au un impact mare asupra duratei de viață a elementelor de încălzire. Elementele de încălzire care funcționează în aer uscat și curat au cea mai lungă durată de viață; în timp ce lucrați în medii umede, praf sau corozive cu gaz și lichide, carcasa și structura internă sunt ușor de erodat. Datele arată că durata de viață a elementelor de încălzire în medii corozive va fi redusă cu 40% până la 60% în comparație cu mediile convenționale.

Potrivirea puterii de încărcare

Funcționarea la suprasarcină este una dintre principalele cauze ale deteriorării elementului de încălzire. Dacă puterea reală de funcționare depășește puterea nominală pentru o lungă perioadă de timp, firul de rezistență intern va fi supraîncălzit, accelerând îmbătrânirea și oxidarea. Chiar și pornirea pe termen scurt la suprasarcină va provoca daune ireversibile structurii componente. Prin urmare, este necesar să se potrivească specificațiile de putere corespunzătoare în funcție de cererea de încălzire a echipamentului pentru a evita funcționarea pe termen lung la sarcină mare.

Condiții de instalare și disipare a căldurii

Poziția de instalare nerezonabilă și disiparea proastă a căldurii vor duce la acumularea locală de căldură a elementului de încălzire, ducând la o temperatură locală excesivă și daune prin ardere. Pentru elementele de încălzire cu aer, trebuie rezervat suficient spațiu de disipare a căldurii; pentru elementele de încălzire lichide, suprafața de încălzire trebuie să fie complet scufundată în mediu pentru a evita arderea uscată în zonele locale.

Metode științifice de întreținere pentru elementele electrice de încălzire

Întreținerea zilnică standardizată este cheia pentru a asigura performanța stabilă și durata de viață lungă a elementelor de încălzire electrice. Cele mai frecvente defecțiuni ale elementelor de încălzire sunt cauzate de utilizarea neregulată și lipsa întreținerii. Următoarele măsuri de întreținere direcționate pot evita în mod eficient defecțiunile frecvente și pot reduce costurile de funcționare a echipamentelor.

• Curățarea regulată a suprafețelor: Praful, petele de ulei și depunerile de pe suprafața elementului de încălzire vor împiedica disiparea căldurii și vor reduce eficiența încălzirii. Este necesar să curățați în mod regulat murdăria de suprafață în funcție de frecvența de utilizare, în special pentru elementele de încălzire utilizate în echipamentele de încălzire cu lichid și uscare industrială, pentru a menține suprafața de disipare a căldurii curată și netedă.
• Detectarea regulată a izolației: funcționarea pe termen lung la temperatură ridicată și mediul umed vor reduce performanța de izolație a elementului de încălzire. Detectați în mod regulat rezistența de izolație a componentei. Odată ce valoarea izolației este mai mică decât intervalul standard, opriți imediat utilizarea acestuia pentru a evita scurgerile electrice și accidentele de siguranță.
• Evitați pornirea și oprirea frecventă: Comutarea frecventă a puterii va cauza un impact instantaneu al curentului asupra firului de rezistență intern, accelerând oboseala și îmbătrânirea materialului. Pentru echipamentele de încălzire continuă, încercați să mențineți starea de funcționare stabilă și să reduceți operațiunile frecvente de pornire și oprire.
• Verificați în mod regulat piesele de cablare: bornele de cablare ale elementului de încălzire se slăbesc și se oxidează ușor la vibrații de lungă durată la temperatură ridicată, ceea ce duce la un contact slab și încălzire locală. Este necesar să verificați în mod regulat etanșeitatea și gradul de oxidare al cablajului și lustruiți și înlocuiți piesele oxidate la timp.
• Întreținere sezonieră în gol: Când echipamentul de încălzire este inactiv pentru o perioadă lungă de timp, întrerupeți complet sursa de alimentare, curățați murdăria de suprafață și plasați-l într-un mediu uscat și ventilat pentru a evita umezeala și mucegaiul din interiorul componentei, care afectează performanța izolației.

Prin întreținerea zilnică standardizată, durata medie de viață a elementelor electrice de încălzire poate fi prelungită cu mai mult de 35%, iar rata de defecțiuni a echipamentelor poate fi controlată sub 1%.

Defecțiuni comune și depanare ale elementelor electrice de încălzire

În procesul de funcționare pe termen lung, elementele electrice de încălzire pot avea diverse defecte din cauza îmbătrânirii, influenței mediului și funcționării necorespunzătoare. Judecarea la timp și depanarea pot restabili rapid funcționarea echipamentului și pot reduce pierderile de producție și utilizare. Următoarele sunt cele mai frecvente defecțiuni și soluții eficiente.

Fără încălzire după pornire

Această defecțiune este cauzată în principal de circuitul întrerupt al firului de rezistență internă, cablajul slăbit sau defecțiunea sursei de alimentare. Mai întâi, verificați dacă tensiunea de alimentare este normală și dacă bornele cablajului sunt slăbite și căzute. Dacă circuitul este normal, înseamnă că firul de rezistență internă este ars, iar elementul de încălzire trebuie înlocuit direct, ceea ce este o defecțiune structurală internă ireparabilă.

Eficiență slabă a încălzirii

Puterea de încălzire insuficientă este cauzată în principal de acumularea de murdărie la suprafață, îmbătrânirea locală a firului de rezistență sau sursa de alimentare instabilă. În primul rând, curățați stratul de suprafață și praful pentru a elimina obstrucția disipării căldurii. Dacă efectul de încălzire încă nu este îmbunătățit, acesta indică faptul că materialul de rezistență intern îmbătrânește și valoarea rezistenței crește, rezultând o putere redusă, iar componenta trebuie înlocuită la timp.

Defecțiune de scurgere electrică

Scurgerea electrică este o defecțiune comună de siguranță, care este cauzată în principal de scăderea performanței izolației, deteriorarea carcasei sau umiditatea internă. În primul rând, întrerupeți sursa de alimentare și uscați bine componenta. Dacă defecțiunea de scurgere mai există după uscare, înseamnă că stratul izolator intern este deteriorat și nu poate fi reparat, iar elementul de încălzire trebuie înlocuit pentru a asigura siguranța electrică.

Supraîncălzire locală și coajă arsă

Supraîncălzirea locală este de obicei cauzată de o slabă disipare locală a căldurii, de distribuția neuniformă a rezistenței interne a firului sau de arderea uscată pe termen lung. După ce apare defecțiunea, este necesar să se verifice dacă instalația este rezonabilă și dacă spațiul de disipare a căldurii este suficient și să se elimine fenomenul de ardere uscată. Elementul de încălzire ars și deformat nu poate fi utilizat din nou și trebuie înlocuit imediat pentru a evita pericolele de siguranță.

Tendința de dezvoltare a elementelor de încălzire electrice moderne

Odată cu îmbunătățirea continuă a tehnologiei de producție industrială și îmbunătățirea cerințelor de economisire a energiei și de protecție a mediului, tehnologia elementelor de încălzire electrică se dezvoltă spre eficiență ridicată, economisire a energiei, inteligență și siguranță. Elementele de încălzire tradiționale cu o singură rezistență nu mai pot satisface cererea de încălzire de înaltă precizie a echipamentelor moderne, iar noile elemente de încălzire compozite au devenit direcția principală de dezvoltare.

Integrarea controlului inteligent al temperaturii este o tendință importantă de dezvoltare. Noua generație de elemente electrice de încălzire poate fi combinată cu module inteligente de detectare pentru a realiza monitorizarea în timp real a temperaturii, reglarea automată a puterii și avertizarea timpurie a defecțiunilor, ceea ce îmbunătățește considerabil precizia și siguranța controlului încălzirii. Precizia controlului temperaturii elementelor de încălzire inteligente poate ajunge la ±0,5℃, ceea ce este mult mai mare decât eroarea de ±3℃ a elementelor de încălzire obișnuite tradiționale.

În ceea ce privește materialele, noile materiale compozite rezistente la temperaturi înalte, antioxidare și economisind energie înlocuiesc treptat materialele tradiționale din aliaj. Aceste noi materiale au o conductivitate termică mai mare și o pierdere termică mai mică, ceea ce poate îmbunătăți și mai mult eficiența de conversie a energiei a elementelor de încălzire și poate reduce consumul de energie de funcționare. În plus, miniaturizarea și modularizarea sunt, de asemenea, principalele direcții de dezvoltare, care se pot adapta la designul compact al echipamentelor moderne de precizie și pot realiza asamblare și combinare flexibile.

În contextul conservării globale a energiei și al reducerii emisiilor, elementele de încălzire electrice cu emisii scăzute de carbon și eficiente vor înlocui treptat produsele de încălzire cu consum mare de energie și sunt utilizate pe scară largă în energie nouă, protecția mediului, producție de precizie și alte domenii emergente, cu un spațiu larg de dezvoltare a pieței..