Нихром — выпускается в виде холоднокатаной проволоки диаметром 0,2…5,5 мм, горячекатаной проволоки диаметром 6…10 мм и ленты толщиной 0,2…3 мм при ширине 6…30 мм. Достоинством этого сплава является высокая допустимая рабочая температура (до 1100 °C). Нагревательные элементы, изготовленные из нихромовой проволоки или ленты, применяются в электрических плитках, утюгах, чайниках и других бытовых приборах.
Фехраль — выпускается в виде проволоки диаметром 0,2…6 мм. Его достоинством является относительно низкая стоимость (содержание железа 80 %), а недостатком — сравнительно низкая допустимая рабочая температура (до 850 °C). Нагревательные элементы, изготовленные из фехралевой проволоки, применяются также в электрических плитках, чайниках, утюгах и др.
Во всех нагревательных элементах токопроводящую проволоку и ленту тщательно изолируют от корпуса. От этого зависят качество и надежность электронагревательных приборов, а также их электробезопасность.
Обычно для изоляции применяют материалы с высокими электро- и теплоизоляционными свойствами, а также высокой механической прочностью, так как они должны выдерживать частые колебания температуры и при нагревании расширяться в такой же степени, как и проводники.
Наилучшими изоляционными материалами для нагревательных электроприборов с температурой нагрева не выше 600 °C считаются фарфор, натуральная слюда и жароупорный миканит (кусочки слюды, склеенные жидким стеклом или борной кислотой). Для приборов с температурой нагрева 700…900 °C применяют алунд — почти чистый оксид алюминия, жженую магнезию — порошок оксида магния. Наконец, для приборов с более высокой температурой нагрева (свыше 900 °C) применяют шамот (огнеупорную глину), кварцевый песок (SiO2 и периклаз (МgО).
Для компактности прибора при изготовлении нагревательных элементов проволоку диаметром 0,3…0,6 мм свивают в спираль, а ленту наматывают на плоское электроизоляционное основание.
1.2. Нагревательные элементы
В зависимости от назначения нагревательные элементы выполняют открытыми или закрытыми. Закрытые подразделяются на негерметичные и герметичные.
Нагревательные элементы открытого типа представляют собой спирали, открыто размещенные в канавках электроизоляционного материала соответственной формы или свободно подвешенные на кронштейнах из электроизоляционного материала.
Передача тепла в них осуществляется путем конвекции и излучения. К достоинствам нагревательных элементов открытого типа относятся простота конструкции, быстрота нагрева, легкость ремонта и относительно низкая стоимость. К недостаткам — возможность замыкания витков спирали внешними предметами, механическое повреждение спирали, а также недостаточная электробезопасность.
Нагревательные элементы закрытого типа негерметичные (рис. 1.1, а, б) выполняют из спирали или ленты, помещенной в защитную оболочку из электроизоляционного материала, которая предохраняет ее от механических повреждений, но не препятствует доступу воздуха.
В качестве защитной оболочки иногда служат чешуйчатые керамические бусы, которые надеваются на спираль, навитую из нихромовой или фехралевой проволоки.
Элементы подобного типа ранее находили применение в чайниках и утюгах. Они просты по устройству, но обладают небольшой механической прочностью. При поломке же их может произойти замыкание спирали на корпус.
Нагревательные элементы закрытого типа в виде спирали из нихромовой или фехралевой проволоки помещают также в металлический кожух, состоящий из двух кольцевых чашек, запрессованных одна в другой. Внутренняя часть кожуха заполнена порошкообразной электроизоляционной массой. Такие элементы применялись в электрических плитках и утюгах. Они надежны в эксплуатации, но нагревают прибор сравнительно долго.
Трубчатые нагревательные элементы закрытого типа герметичные являются более совершенными. В них используются трубчатые нагреватели (ТЭНы), которые работают по принципу передачи тепла излучением, конвекцией и теплопроводностью (рис. 1.1, в).
Рис. 1.1. Нагревательные элементы закрытого типа:
а — в защитной оболочке из керамических бус; б — пластинчатый; в — трубчатый;
1 — керамические бусы; 2 — проволока из нихрома или фехраля; 3 — пластина из миканита; 4 — контактные выводы элемента; 5 — контактные стержни; 6 — нагревательная спираль; 7 — оболочка; 8 — наполнитель; 9 — герметичная пробка; 10 — контактная гайка; L — развернутая длина нагревателя; La — активная длина нагревателя; Lк — длина контактного стержня