Joule-effekten af elektrisk strøm bruges til at omdanne elektrisk energi til varme for at opvarme genstande. Det er normalt opdelt i direkte modstandsopvarmning og indirekte modstandsopvarmning. Førstnævntes strømforsyningsspænding tilføres direkte til den opvarmede genstand, og når strømmen løber, opvarmes selve den opvarmede genstand (såsom et elektrisk opvarmet strygejern). En genstand, der kan opvarmes direkte resistivt, skal være en leder, men med høj resistivitet. Da varmen genereres fra selve den opvarmede genstand, hører den til intern opvarmning, og den termiske effektivitet er høj. Indirekte modstandsopvarmning skal være lavet af specielle legeringsmaterialer eller ikke-metalliske materialer for at lave varmeelementer, som genererer varmeenergi og overfører til det opvarmede objekt gennem stråling, konvektion og ledning. Da den opvarmede genstand og varmeelementet er opdelt i to dele, er typen af opvarmet genstand generelt ikke begrænset og let at betjene.
Materialerne, der anvendes i varmeelementet til indirekte modstandsopvarmning, kræver generelt stor modstand, lille modstandstemperaturkoefficient, lille deformation ved høj temperatur og ikke let at skøre. Almindeligvis brugt er jern-aluminiumlegering, nikkel-chromlegering og andre metalmaterialer og siliciumcarbid, molybdændisilicid og andre ikke-metalliske materialer. Den maksimale arbejdstemperatur for metalvarmeelementer kan nå 1000 ~ 1500 grader afhængigt af materialetypen; Den maksimale arbejdstemperatur for ikke-metalliske varmeelementer kan nå 1500 ~ 1700 grader. Sidstnævnte er let at installere og kan erstattes af en varm ovn, men den har brug for en trykreguleringsanordning, når den arbejder, og dens levetid er kortere end for legerede varmeelementer og bruges generelt i højtemperaturovne, steder, hvor temperatur overstiger den maksimale driftstemperatur, der er tilladt af metalmateriale varmeelementer og nogle særlige lejligheder. Den termiske effekt af selve lederen opvarmes af den inducerede strøm (hvirvelstrøm), der genereres af lederen i et vekslende elektromagnetisk felt. I henhold til forskellige krav til opvarmningsprocessen er frekvensen af AC-strømforsyningen, der bruges til induktionsopvarmning, strømfrekvens (50~60 kHz), mellemfrekvens (60~10000 Hz) og høj frekvens (højere end 10000 Hz). Strøm frekvens strømforsyning bruges normalt i industrien AC strømforsyning, de fleste lande i verden strøm frekvens er 50 Hz. Spændingen, der påføres induktionsanordningen af strømfrekvensstrømforsyningen til induktionsopvarmning, skal være justerbar. I henhold til varmeudstyrets effekt og strømforsyningsnetværkets kapacitet kan strømforsyningen (6~10 kV) bruges til at levere strøm gennem transformeren; Varmeapparatet kan også tilsluttes direkte til 380 volt lavspændingsnettet.
Mellemfrekvent strømforsyning har brugt mellemfrekvente generatorsæt i lang tid. Den består af en mellemfrekvensgenerator og en drevet asynkronmotor. Udgangseffekten af denne enhed er generelt i området 50~1000 kilowatt. Med udviklingen af kraftelektronikteknologi er der blevet brugt tyristor inverter mellemfrekvente strømforsyninger. Denne mellemfrekvente strømforsyning bruger tyristorer til at konvertere strømfrekvensvekselstrøm til jævnstrøm og derefter konvertere jævnstrøm til vekselstrøm med den nødvendige frekvens. På grund af den lille størrelse, lette vægt, ingen støj, pålidelig drift osv. af dette frekvenskonverteringsudstyr, har det gradvist erstattet mellemfrekvensgeneratorsættet.
Højfrekvent strømforsyning bruger normalt en transformer til at hæve den trefasede 380 volt spænding til en høj spænding på ca. 20,000 volt og bruger derefter en tyristor eller højspændings silicium ensretterelement til at ensrette strømfrekvensen vekselstrøm til jævnstrøm, og bruger derefter en elektronisk oscillator til at konvertere jævnstrøm til højfrekvent højspændingsvekselstrøm. Udgangseffekten af højfrekvent strømforsyningsudstyr spænder fra snesevis af kilowatt til hundredvis af kilowatt.
Genstande, der er induktivt opvarmede, skal være ledere. Når højfrekvent vekselstrøm passerer gennem lederen, producerer lederen en hudeffekt, det vil sige, at lederens overfladestrømtæthed er stor, og strømtætheden i lederens centrum er lille.
Induktionsopvarmning kan opvarme objektet ensartet og overfladen som helhed; Kan smelte metaller; I højfrekvensbånd kan ændring af formen på varmespolen (også kendt som induktoren) også bruges til vilkårlig lokal opvarmning. Opvarmning af genstande ved hjælp af de høje temperaturer, der genereres af en lysbue. Lysbue er en gasudladning mellem to elektroder. Lysbuens spænding er ikke høj, men strømmen er stor, og dens stærke strøm opretholdes af et stort antal ioner, der fordamper på elektroden, så lysbuen let påvirkes af det omgivende magnetfelt. Når der dannes en lysbue mellem elektroderne, kan temperaturen på lysbuesøjlen nå 3000~6000K, hvilket er velegnet til højtemperatursmeltning af metaller.
Der er to typer lysbueopvarmning: direkte og indirekte lysbueopvarmning. Den lysbuestrøm, der opvarmes af den jævne lysbue, passerer direkte gennem den opvarmede genstand, som skal være en elektrode eller medium af lysbuen. Lysbuestrømmen opvarmet af indirekte lysbue passerer ikke gennem den opvarmede genstand, men opvarmes hovedsageligt af den varme, der udstråles af lysbuen. Karakteristikaene ved lysbueopvarmning er: høj lysbuetemperatur, energikoncentration og overfladeeffekten af den stålfremstillede lysbueovnspool kan nå 560 ~ 1200 kW/kvadratmeter. Imidlertid er støjen fra buen stor, og dens volt-ampere karakteristik er negativ modstandskarakteristik (faldskarakteristik). For at opretholde lysbuens stabilitet, når lysbuen opvarmes, er den øjeblikkelige værdi af kredsløbsspændingen større end startspændingsværdien, når lysbuestrømmen krydser nul, og for at begrænse kortslutningsstrømmen, skal en modstand på en vis værdi skal forbindes i serie i strømforsyningskredsløbet. Elektroner, der bevæger sig med høj hastighed under påvirkning af et elektrisk felt, bruges til at bombardere overfladen af en genstand og opvarme den. Hovedkomponenten til elektronstråleopvarmning er elektronstrålegeneratoren, også kendt som elektronkanonen. Elektronkanonen er hovedsageligt sammensat af katode, strålepolyelektrode, anode, elektromagnetisk linse og afbøjningsspole. Anoden er jordet, katoden er forbundet til den negative høje position, fokuseringsstrålen er normalt det samme potentiale som katoden, og der dannes et accelereret elektrisk felt mellem katoden og anoden. Elektronerne, der udsendes af katoden, accelereres til en meget høj hastighed under påvirkning af det accelererende elektriske felt, fokuseret af den elektromagnetiske linse, og derefter styret af afbøjningsspolen, så elektronstrålen skyder mod det opvarmede objekt i en bestemt retning .
Fordelene ved elektronstråleopvarmning er: (1) styring af den aktuelle værdi Ie af elektronstrålen, som nemt og hurtigt kan ændre varmeeffekten; (2) Den elektromagnetiske linse kan bruges til frit at ændre den opvarmede del, eller området af elektronstrålebombardementdelen kan frit justeres; (3) Effekttætheden kan øges, så stoffet ved bombardementpunktet fordamper på et øjeblik. Ved hjælp af infrarøde strålingsobjekter absorberer objektet infrarøde stråler, omdanner strålingsenergien til varmeenergi og opvarmer den.
Infrarød er en elektromagnetisk bølge. I solspektret, ud over den røde ende af synligt lys, er en usynlig form for strålingsenergi. I det elektromagnetiske spektrum er bølgelængdeområdet for infrarød mellem {{0}}.75~1{{10}}00 mikron og frekvensen området er mellem 3×1{{20}}~4×10 kHz. I industrielle applikationer er det infrarøde spektrum ofte opdelt i flere bånd: 0,75~3,0 mikron for det nær-infrarøde område; 3,0~6,0 mikron for det mellem-infrarøde område; 6,0~15,0 mikron for det fjerne infrarøde område; 15,0~1000 mikron for det ekstremt fjerne infrarøde område. Forskellige objekter har forskellig evne til at absorbere infrarøde stråler, selvom det samme objekt har forskellig evne til at absorbere infrarøde stråler med forskellige bølgelængder. Derfor skal anvendelsen af infrarød opvarmning, afhængigt af typen af opvarmet objekt, vælge den passende infrarøde strålingskilde, så strålingsenergien koncentreres i absorptionsbølgelængdeområdet for det opvarmede objekt for at opnå en god varmeeffekt.
Elektrisk infrarød opvarmning er faktisk en speciel form for modstandsopvarmning, det vil sige, at materialer som wolfram, jern-nikkel eller nikkel-chrom legering bruges som radiatorer til fremstilling af strålingskilder. Når den aktiveres, genereres termisk stråling på grund af den varme, der genereres af dens modstand. Almindeligvis anvendte elektriske infrarøde varmestrålingskilder er lampetype (reflekterende), rørtype (kvartsrørtype) og pladetype (flad type). Lampetypen er en infrarød pære, med wolframglødetråd som radiator, og wolframglødetråden er forseglet i en glasskal fyldt med inert gas, ligesom almindelige lyspærer. Når radiatoren aktiveres, opvarmes den (temperaturen er lavere end en normal pæres temperatur), og udsender dermed en stor mængde infrarøde stråler med en bølgelængde på omkring 1,2 mikron. Hvis den indvendige væg af glasskallen er belagt med et reflekterende lag, kan infrarøde stråler koncentreres i én retning, så infrarøde strålingskilder af lampetypen kaldes også reflekterende infrarøde emittere. Røret til den rørformede infrarøde strålingskilde er lavet af kvartsglas, og en wolframtråd er i midten, så det kaldes også en kvartsrørformet infrarød emitter. Bølgelængden af infrarød udsendt af lampetype og rørtype er i området 0.7~3 mikron, og arbejdstemperaturen er lav, hvilket generelt bruges til opvarmning, bagning, tørring og infrarød fysioterapi i lyset og tekstilindustrien. Strålingsoverfladen af den infrarøde strålekilde af pladetypen er et plan, der består af en flad modstandsplade, forsiden af modstandspladen er belagt med et materiale med en stor refleksionskoefficient, og bagsiden er belagt med et materiale med en lille refleksionskoefficient, så det meste af varmeenergien udstråles af fronten. Arbejdstemperaturen for pladetypen kan nå mere end 1000 grader, som kan bruges til udglødning af svejsninger af stålmaterialer og rør og beholdere med stor diameter.
Fordi infrarød har en stærk penetrationsevne, er det let at blive absorberet af genstande, og når det først er absorberet af genstande, omdannes det straks til varmeenergi; Energitabet før og efter infrarød opvarmning er lille, temperaturen er let at kontrollere, og varmekvaliteten er høj, derfor udvikler anvendelsen af infrarød opvarmning hurtigt. Højfrekvente elektriske felter bruges til at opvarme isoleringsmaterialer. Hovedopvarmningsobjektet er dielektrikumet. Når dielektriket placeres i et vekslende elektrisk felt, vil det gentagne gange blive polariseret (fænomenet, at dielektriket har en lige stor ladning modsat polaritet på sin overflade eller inde under påvirkning af det elektriske felt), hvorved den elektriske energi omdannes i det elektriske felt til varmeenergi.
Den elektriske feltfrekvens, der bruges til medium opvarmning, er høj. I mellem-, kortbølge- og ultrakortbølgebåndene er frekvensen flere hundrede kilohertz til 300 MHz, hvilket kaldes højfrekvent mediumopvarmning, og hvis den er højere end 300 MHz og når mikrobølgebåndet, kaldes den mikrobølge. medium opvarmning. Normalt udføres højfrekvent mediumopvarmning i det elektriske felt mellem de to plader; Mikrobølgemedieopvarmning udføres under strålingsfeltet fra bølgeledere, resonatorer eller mikrobølgeantenner.
Når dielektrikumet opvarmes i et højfrekvent elektrisk felt, er den elektriske effekt, der trækkes i enhedsvolumenet, P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Hvis det udtrykkes i varme, er det:
H=1.33fEεrtgδ×10 (kal/s·cm)
hvor f er frekvensen af det højfrekvente elektriske felt, εr er dielektrikumets relative permittivitet, δ er den dielektriske tabsvinkel, og E er den elektriske feltstyrke. Det kan ses af formlen, at den elektriske effekt, der trækkes af dielektrikumet fra det højfrekvente elektriske felt, er proportional med kvadratet af den elektriske feltstyrke E, frekvensen f af det elektriske felt og tabsvinklen δ af dielektrikumet . E og f bestemmes af det påførte elektriske felt, mens εr afhænger af egenskaberne af selve dielektrikumet. Derfor er genstanden for medium opvarmning hovedsageligt stoffet med stort dielektrisk tab.
Da varmen genereres inde i dielektrikumet (objektet, der opvarmes), er opvarmningshastigheden hurtig, den termiske effektivitet er høj, og opvarmningen er ensartet sammenlignet med anden ekstern opvarmning.
Medieopvarmning kan bruges industrielt til at opvarme termogeler til at tørre korn, papir, træ og andre fibrøse materialer; Det er også muligt at forvarme plast før støbning, samt gummivulkanisering og limning af træ, plast osv. Valg af passende elektrisk feltfrekvens og anordning kan kun opvarme klæberen ved opvarmning af krydsfiner, uden at påvirke selve krydsfiner. For homogene materialer er integreret opvarmning mulig.
