Jouleov efekat električne struje koristi se za pretvaranje električne energije u toplinu za zagrijavanje objekata. Obično se dijeli na grijanje direktnog otpora i grijanje indirektnog otpora. Napon napajanja prvog se direktno primjenjuje na zagrijani predmet, a kada struja teče, grijani predmet (kao što je električno grijano željezo) se zagrijava. Predmet koji se može zagrijati direktno otporno mora biti provodnik, ali visoke otpornosti. Budući da se toplina stvara iz samog zagrijanog objekta, ono spada u unutrašnje grijanje, a toplinska efikasnost je visoka. Indirektno otporno grijanje potrebno je napraviti od posebnih legiranih materijala ili nemetalnih materijala kako bi se napravili grijaći elementi, koji generiraju toplinsku energiju i prenose je do zagrijanog objekta putem zračenja, konvekcije i provodljivosti. Budući da su grijani predmet i grijaći element podijeljeni na dva dijela, tip grijanog objekta općenito nije ograničen i jednostavan za rukovanje.
Materijali koji se koriste u grijaćem elementu za indirektno otporno grijanje općenito zahtijevaju veliku otpornost, mali temperaturni koeficijent otpora, malu deformaciju na visokoj temperaturi i nije lako krhkost. Obično se koriste legure gvožđa-aluminijuma, legure nikla i hroma i drugi metalni materijali i silicijum karbid, molibden disilicid i drugi nemetalni materijali. Maksimalna radna temperatura metalnih grijaćih elemenata može doseći 1000~1500 stepeni u zavisnosti od vrste materijala; Maksimalna radna temperatura nemetalnih grijaćih elemenata može doseći 1500~1700 stepeni. Potonji je jednostavan za ugradnju i može se zamijeniti vrućom peći, ali mu je pri radu potreban uređaj za regulaciju tlaka, a njegov vijek trajanja je kraći nego kod legiranih grijaćih elemenata i uglavnom se koristi u pećima na visokim temperaturama, na mjestima gdje se temperatura prelazi maksimalnu radnu temperaturu koju dozvoljavaju grijaći elementi od metalnog materijala i neke posebne prilike. Toplotni učinak samog vodiča zagrijava se induciranom strujom (vrtložnom strujom) koju proizvodi provodnik u naizmjeničnom elektromagnetnom polju. U skladu sa različitim zahtjevima procesa grijanja, frekvencija napajanja naizmjeničnom strujom koja se koristi u indukcijskom grijanju je frekvencija struje (50~60 kHz), srednja frekvencija (60~10000 Hz) i visoka frekvencija (više od 10000 Hz). Frekvencija napajanja se obično koristi u industriji napajanja naizmeničnom strujom, u većini zemalja u svetu frekvencija napajanja je 50 Hz. Napon koji se na indukcijski uređaj primjenjuje napajanjem frekvencije struje za indukcijsko grijanje mora biti podesiv. Prema snazi opreme za grijanje i kapacitetu mreže za napajanje, napajanje (6~10 kV) može se koristiti za napajanje strujom preko transformatora; Uređaj za grijanje se također može priključiti direktno na niskonaponsku mrežu od 380 volti.
Napajanje srednje frekvencije već duže vrijeme koristi generatore srednje frekvencije. Sastoji se od generatora srednje frekvencije i pogonskog asinhronog motora. Izlazna snaga ove jedinice je općenito u rasponu od 50~1000 kilovata. Razvojem tehnologije energetske elektronike koriste se tiristorska inverterska napajanja srednje frekvencije. Ovo srednjefrekventno napajanje koristi tiristore za pretvaranje naizmjenične struje frekvencije u jednosmjernu struju, a zatim pretvaranje istosmjerne struje u naizmjeničnu struju potrebne frekvencije. Zbog male veličine, male težine, bez buke, pouzdanog rada, itd. ove opreme za pretvaranje frekvencije, postepeno je zamijenio generator srednje frekvencije.
Visokofrekventno napajanje obično koristi transformator za podizanje trofaznog napona od 380 volti na visoki napon od oko 20,000 volti, a zatim koristi tiristor ili visokonaponski silicijumski ispravljački element da ispravi frekvenciju napajanja naizmjeničnu struju u jednosmjernu, a zatim koristi elektronski oscilator za pretvaranje jednosmjerne struje u visokofrekventnu, visokonaponsku naizmjeničnu struju. Izlazna snaga opreme za napajanje visoke frekvencije kreće se od desetina kilovata do stotina kilovata.
Predmeti koji se induktivno zagrijavaju moraju biti provodnici. Kada visokofrekventna izmjenična struja prolazi kroz provodnik, provodnik proizvodi skin efekat, odnosno gustoća površinske struje vodiča je velika, a gustoća struje centra vodiča mala.
Indukcijsko grijanje može zagrijati predmet jednoliko i površinu kao cjelinu; Može topiti metale; U visokofrekventnim opsezima, promjena oblika zavojnice za grijanje (također poznata kao induktor) može se koristiti i za proizvoljno lokalno grijanje. Zagrijavanje objekata pomoću visokih temperatura koje stvara električni luk. Luk je pražnjenje plina između dvije elektrode. Napon luka nije visok, ali je struja velika, a njegovu snažnu struju održava veliki broj jona isparenih na elektrodi, tako da na luk lako utiče okolno magnetno polje. Kada se između elektroda formira luk, temperatura stuba luka može doseći 3000~6000K, što je pogodno za visokotemperaturno topljenje metala.
Postoje dvije vrste lučnog grijanja: direktno i indirektno grijanje. Struja luka zagrijana direktnim lukom prolazi direktno kroz zagrijani predmet, koji mora biti elektroda ili medij luka. Struja luka zagrijana indirektnim lukom ne prolazi kroz zagrijani predmet, već se uglavnom zagrijava toplinom koju luči zrači. Karakteristike lučnog grijanja su: visoka temperatura luka, koncentracija energije, a površinska snaga bazena lučne peći za proizvodnju čelika može doseći 560~1200 kW/m2. Međutim, šum luka je velik, a njegova volt-amperska karakteristika je negativna otporna karakteristika (karakteristika pada). Da bi se održala stabilnost luka kada se luk zagreje, trenutna vrednost napona kola je veća od vrednosti početnog napona kada struja luka pređe nulu, a da bi se ograničila struja kratkog spoja, otpornik od određena vrijednost mora biti povezana serijski u strujni krug. Elektroni koji se kreću velikom brzinom pod djelovanjem električnog polja koriste se za bombardiranje površine objekta i zagrijavanje. Glavna komponenta za zagrevanje elektronskim snopom je generator elektronskog snopa, takođe poznat kao elektronski top. Elektronski pištolj se uglavnom sastoji od katode, polielektrode snopa, anode, elektromagnetnog sočiva i zavojnice za otklon. Anoda je uzemljena, katoda je povezana sa negativnim visokim položajem, fokusni snop je obično istog potencijala kao i katoda, a između katode i anode se formira ubrzano električno polje. Elektroni koje emituje katoda ubrzavaju se do veoma velike brzine pod dejstvom ubrzavajućeg električnog polja, fokusiraju elektromagnetsko sočivo, a zatim kontrolišu otklonski kalem, tako da snop elektrona puca prema zagrejanom objektu u određenom pravcu. .
Prednosti grijanja elektronskim snopom su: (1) kontrola trenutne vrijednosti Ie elektronskog snopa, čime se lako i brzo može promijeniti snaga grijanja; (2) Elektromagnetno sočivo se može koristiti za slobodnu promjenu zagrijanog dijela ili se površina dijela za bombardiranje elektronskim snopom može slobodno podesiti; (3) Gustina snage može se povećati tako da supstanca na mjestu bombardiranja ispari u trenu. Koristeći objekte infracrvenog zračenja, objekat apsorbuje infracrvene zrake, pretvara energiju zračenja u toplotnu energiju i zagrijava je.
Infracrveni je elektromagnetski talas. U sunčevom spektru, iza crvenog kraja vidljive svjetlosti, nalazi se nevidljivi oblik energije zračenja. U elektromagnetskom spektru, opseg talasnih dužina infracrvenog zračenja je između {{0}}.75~1{{10}}00 mikrona i frekvencije opseg je između 3×1{{20}}~4×10 kHz. U industrijskim primenama, infracrveni spektar se često deli na nekoliko opsega: 0,75~3,0 mikrona za blisku infracrvenu oblast; 3,0~6,0 mikrona za srednji infracrveni region; 6,0~15,0 mikrona za daleko infracrveno područje; 15,0~1000 mikrona za ekstremno daleko infracrveno područje. Različiti objekti imaju različitu sposobnost da apsorbuju infracrvene zrake, čak i ako isti objekat ima različitu sposobnost da apsorbuje infracrvene zrake različitih talasnih dužina. Zbog toga se primjenom infracrvenog grijanja, prema vrsti grijanog objekta, odabire odgovarajući izvor infracrvenog zračenja, tako da se energija zračenja koncentriše u opsegu apsorpcionih valnih dužina grijanog objekta kako bi se dobio dobar učinak grijanja.
Električno infracrveno grijanje je zapravo poseban oblik otpornog grijanja, odnosno, materijali kao što su volfram, željezo-nikl ili legura nikl-hrom koriste se kao radijatori za izradu izvora zračenja. Kada je pod naponom, toplinsko zračenje nastaje zbog topline koju stvara njegov otpor. Uobičajeni izvori električnog infracrvenog grejnog zračenja su tip lampe (reflektivni), tip cijevi (tip kvarcne cijevi) i tip ploče (ravni tip). Tip lampe je infracrvena sijalica, sa volframom kao radijatorom, a volframova nit je zatvorena u staklenom omotaču ispunjenom inertnim gasom, baš kao i obične sijalice. Kada je radijator pod naponom, on se zagreva (temperatura je niža od one kod normalne sijalice), čime emituje veliku količinu infracrvenih zraka sa talasnom dužinom od oko 1,2 mikrona. Ako je unutrašnji zid staklene školjke obložen reflektirajućim slojem, infracrvene zrake se mogu koncentrirati u jednom smjeru, pa se izvori infracrvenog zračenja tipa lampe nazivaju i reflektirajućim infracrvenim emiterima. Cijev cjevastog izvora infracrvenog zračenja izrađena je od kvarcnog stakla, a u sredini je volframova žica, pa se naziva i kvarcni cijevni infracrveni emiter. Talasna dužina infracrvene svjetlosti koju emituju tip lampe i tip cijevi je u rasponu od 0.7~3 mikrona, a radna temperatura je niska, što se općenito koristi za grijanje, pečenje, sušenje i infracrvenu fizioterapiju na svjetlu i tekstilne industrije. Površina zračenja pločastog izvora infracrvenog zračenja je ravan, sastavljena od ravne otporne ploče, prednja strana otporne ploče je presvučena materijalom sa velikim koeficijentom refleksije, a poleđina je presvučena materijalom sa mali koeficijent refleksije, tako da se većina toplotne energije emituje sa prednje strane. Radna temperatura pločastog tipa može dostići više od 1000 stepeni, što se može koristiti za žarenje zavarenih spojeva čeličnih materijala i cevi i kontejnera velikog prečnika.
Budući da infracrveno ima jaku sposobnost prodiranja, lako ga objekti apsorbuju, a kada ga objekti apsorbuju, odmah se pretvara u toplotnu energiju; Gubitak energije prije i nakon infracrvenog grijanja je mali, temperaturu je lako kontrolirati, a kvalitet grijanja je visok, stoga se primjena infracrvenog grijanja brzo razvija. Električna polja visoke frekvencije koriste se za zagrijavanje izolacijskih materijala. Glavni objekt grijanja je dielektrik. Kada se dielektrik stavi u naizmjenično električno polje, on će se više puta polarizirati (fenomen da dielektrik ima jednaku količinu naboja suprotnog polariteta na svojoj površini ili unutra pod djelovanjem električnog polja), pretvarajući tako električnu energiju u električnog polja u toplotnu energiju.
Frekvencija električnog polja koja se koristi za srednje grijanje je visoka. U srednjem, kratkotalasnom i ultrakratkotalasnom opsegu frekvencija je od nekoliko stotina kiloherca do 300 MHz, što se naziva visokofrekventno srednje zagrevanje, a ako je veća od 300 MHz i dostiže mikrotalasni opseg, naziva se mikrotalasna. srednje zagrevanje. Obično se visokofrekventno zagrijavanje medija provodi u električnom polju između dvije ploče; Zagrijavanje mikrotalasnog medija vrši se pod poljem zračenja talasovoda, rezonatora ili mikrotalasnih antena.
Kada se dielektrik zagrije u visokofrekventnom električnom polju, električna snaga povučena u jediničnoj zapremini je P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Ako se izrazi u toploti, to je:
H=1.33fEεrtgδ×10 (kal/s·cm)
gdje je f frekvencija visokofrekventnog električnog polja, εr je relativna permitivnost dielektrika, δ je ugao dielektričnog gubitka, a E je jačina električnog polja. Iz formule se može vidjeti da je električna snaga koju dielektrik crpi iz visokofrekventnog električnog polja proporcionalna kvadratu jakosti električnog polja E, frekvenciji f električnog polja i kutu gubitka dielektrika δ . E i f su određeni primijenjenim električnim poljem, dok εr ovisi o svojstvima samog dielektrika. Stoga je predmet srednjeg zagrijavanja uglavnom supstanca s velikim dielektričnim gubitkom.
Budući da se toplina stvara unutar dielektrika (objekta koji se zagrijava), brzina zagrijavanja je velika, toplinska učinkovitost je visoka, a zagrijavanje je ujednačeno u poređenju sa drugim vanjskim grijanjem.
Grijanje medija može se industrijski koristiti za zagrijavanje termogelova za sušenje zrna, papira, drveta i drugih vlaknastih materijala; Moguće je i predgrijavanje plastike prije oblikovanja, kao i vulkanizacija gume i lijepljenje drveta, plastike itd. Odabirom odgovarajuće frekvencije električnog polja i uređaja moguće je samo zagrijavanje ljepila prilikom zagrijavanja šperploče, bez utjecaja na samu šperploču. Za homogene materijale moguće je integralno grijanje.
