Электроустановки косвенного нагрева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Контрольная работа

Электроустановки косвенного нагрева

План

1. Электрические печи сопротивления

1.1 Электропечи сопротивления непрерывного действия (методические печи)

1.2 Дуговая печь косвенного действия

2. Электрические нагреватели сопротивления

3. Ламы с катодами косвенного накала

Список литературы

1. Электрические печи сопротивления

Общие сведения классификация печей сопротивления.

Электрические печи сопротивления по способу превращения электрической энергии в тепловую разделяются на печи косвенного действия и установки прямого нагрева.

По технологическому назначению печи сопротивления косвенного нагрева можно разделить на три группы:

1) термические печи для различных видов термической и термохимической обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс и других материалов;

2) плавильные печи для плавки легкоплавких цветных металлов химически активных тугоплавких металлов и сплавов;

3) сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т. п.

В каждой из этих групп печи по характеру работы, в свою очередь, можно разделить на печи периодического и непрерывного действия.

Для печи периодического действия (садочной) характерно неизменное положение нагреваемого тела (садки) в течение всего времени пребывания в печи. Цикл работы печи включает загрузку, тепловую обработку по заданному режиму и выгрузку. Печь может работать круглосуточно (тогда циклы непрерывно следуют друг за другом) или с перерывами (в одну или две смены).

В печи непрерывного действия (методической) нагреваемые изделия или материалы перемещаются в процессе тепловой обработки от загрузочного конца к разгрузочному, и изменение температуры нагреваемых тел происходит вместе с их движением.

Печи сопротивления косвенного нагрева разделяются по температурному режиму на низко-, средне- и высокотемпературные.

У первых верхняя температурная граница лежит в пределах 600-650 °С и процессы теплообмена идут с значительной или даже преобладающей ролью конвекции. Низкотемпературные печи часто называют конвекционными печами.

В средне- и высокотемпературных печах теплообмен внутри печи осуществляется в основном излучением, а доля конвективного теплообмена незначительна. Печи с преобладающим лучистым теплообменом иногда называют радиационными.

Среднетемпературные печи имеют верхнюю температурную границу 1200- 1250 °С, определяемую возможностью применения для нагревательных элементов специальных сплавов сопротивления. Технологические применения этих печей весьма обширны: процессы закалки, нормализации, отжига, термохимическая обработка черных металлов, нагрев под обработку давлением черных и цветных металлов и т. п. Для многих технологических процессов требуется вакуум или инертные газы в рабочем пространстве печи, поэтому в ряде случаев печи сопротивления выполняют вакуумными, газонаполненными или вакуумно-компрессионными.

Типы и конструкции печей сопротивления косвенного нагрева.

Электропечи сопротивления периодического действия разнообразны по конструкции, их применяют в индивидуальном или мелкосерийном производстве. Из них наиболее широко распространены колпаковые, элеваторные, камерные и шахтные печи.

Колпаковая печь - печь периодического действия с открытым снизу подъемным нагревательным колпаком и неподвижным стендом (рис. 1, а).



Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б) в) г)

Рис. 1. Печи сопротивления периодического действия: а - колпаковая, б - элеваторная, в - камерная, г - шахтная

1 - стенд; 2 - камера печи; 3 - жаропрочный муфель; 4 - нагревательные элементы; 5 - нагреваемое изделие (садка); 6 - опускающийся под; печь нагрев косвенный

7 - подъемное устройство; 8 - свод; 9 - механизм подъема свода

Нагреваемые детали (садка) 5 с помощью подъемно-транспортных устройств помещаются на стенд 1. Поверх них сначала устанавливается жаропрочный колпак - муфель 3, а затем основной колпак 2 камеры печи, выполненной из металлического каркаса с огнеупорной футеровкой. Нагревательные элементы 4 расположены по боковым стенкам колпака и в кладке стенда. Питание нагревательных элементов осуществляется с помощью гибких кабелей и штепсельных разъемов.

По окончании нагрева электропитание колпака отключается, и он переносится на соседний стенд, где уже установлена очередная загрузка для нагрева. Остывание садки происходит на стенде под жароупорным муфелем, что обеспечивает необходимую скорость остывания.

В колпаковых печах при каждом цикле теряется лишь теплота, запасенная в муфеле и кладке стенда, что составляет 10-15% от теплоты, запасенной в кладке колпака.

Мощность колпаковых печей достигает нескольких сотен киловатт. Благодаря тому, что колпак и муфель могут быть герметизированы, нагрев и остывание садки можно проводить в защитной атмосфере.

Элеваторная электропечь - печь периодического действия с открытой снизу неподвижной камерой нагрева 2 и с опускающимся подом 6. Она представляет собой цилиндрическую или прямоугольную камеру, установленную на колоннах на высоте 3-4 м над уровнем пола цеха (рис. 2, б).

Под печи поднимается и опускается гидравлическим или электромеханическим подъемником, который установлен под камерой нагрева. Нагреваемые изделия - садку 5 нагружают на тележку, затем с помощью лебедки продвигают под печь и поднимают подъемником 7, вдвигая в камеру. По окончании технологического процесса под опускается и изделие снимается.

В низкотемпературных печах нагреватели 4 расположены на стенках. В высокотемпературных печах нагреватели расположены на стенках и в поду. Элеваторные печи служат для отжига, эмалирования, цементации, обжига керамических изделий, спекания и металлизации деталей.

Печи комплектуются многоступенчатыми трансформаторами. Элеваторные печи рассчитаны на емкости в десятки тонн, на мощности до 600 кВт и температуру до 1500 К.

Камерная электропечь (рис. 1, в) - печь периодического действия с камерой нагрева, загрузка и разгрузка садки которой производятся в горизонтальном направлении. Камерная печь состоит из прямоугольной камеры 2 с огнеупорной футеровкой и теплоизоляцией, перекрытой сводом 8 и помещенной в металлический кожух. Печь загружается и выгружается через закрываемое дверцей отверстие в передней части.

В поду камерной печи обычно имеется жароупорная плита, на которой расположены нагреватели 4. В печах до 1000 К теплообмен обеспечивается за счет излучения или вынужденной конвекции, обеспечиваемой замкнутой циркуляцией печной атмосферы.

Печи с номинальной температурой до 1800 К работают как с воздушной, так и контролируемой атмосферой. В крупных печах загрузка и разгрузка механизированы. Шахтную печь выполняют в виде круглой, квадратной или прямоугольной шахты, перекрываемой сверху крышкой. Нагревательные элементы в ней установлены обычно по боковым стенкам. Принципиальная схема такой печи показана на рис. 1, г.

1.1 Электропечи сопротивления непрерывного действия (методические печи)

При установившемся технологическом процессе термообработки для увеличения производительности предпочтительно применять непрерывно действующие печи. В зависимости от требований технологического процесса в таких печах кроме нагрева изделий до заданных температур можно производить выдержку при этой температуре, а также их охлаждение. В таком случае печи выполняют состоящими из нескольких зон, протяженность которых зависит от конкретных условий проведения технологического процесса.

Часто печи непрерывного действия объединяют в один полностью механизированный и автоматизированный агрегат, состоящий из нескольких печей. В частности, такая линия может включать в себя закалочную и отпускную печи, закалочный бак, моечную машину и сушилку.

Конструкции печей непрерывного действия различаются в основном механизмами перемещения нагреваемых изделий в рабочем пространстве печи.

Конвейерная печь - печь непрерывного действия с перемещением садки на горизонтальном конвейере (рис. 2).

Под печи представляет собой конвейер - полотно, натянутое между двумя валами, которые приводятся в движение специальными двигателями. Нагреваемые изделия укладываются на конвейер и передвигаются на нем через рабочее пространство печи. Конвейерная лента может быть выполнена плетеной из нихромовой сетки, штампованных пластин и соединяющих их прутков, а также для тяжелых нагреваемых изделий - из штампованных или литых цепных звеньев.

Рис. 2. Схема конвейерной электропечи: 1- теплоизолированный корпус; 2 - загрузочное окно;

3 - нагреваемое изделие; 4 - нагревательные элементы; 5 - конвейер

Конвейер размещается целиком в камере печи и не остывает. Однако валы конвейера находятся в очень тяжелых условиях и требуют водяного охлаждения. Поэтому часто концы конвейера выносят за пределы печи. В этом случае значительно облегчаются условия работы валов, но возрастают потери теплоты в связи с остыванием конвейера у разгрузочных и загрузочных концов. Нагреватели в конвейерных печах чаще всего размещаются на своде или в поду под верхней частью ленты конвейера, реже - на боковых стенках.

Конвейерные нагревательные печи в основном применяются для нагрева сравнительно мелких деталей до температуры около 1200 К.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Схема толкательной печи:

1 - толкатель с приводным механизмом; 2 - нагреваемые изделия;

3 - теплоизолированный корпус; 4 - нагревательные элементы; 5 - подина печи; 6 - закалочная ванна

Для высоких температур (выше 1400 К) применяются печи непрерывного действия с перемещением садки путем проталкивания вдоль рабочего пространства - толкательные печи (рис. 3). Они применяются для нагрева как мелких, так и крупных деталей. На поду таких печей устанавливаются направляющие в виде труб, рельсов или роликового пода, изготовленных из жароупорного материала, и по ним в сварных или литых специальных поддонах перемещаются нагреваемые изделия.

Перемещение поддонов обеспечивается электромеханическими или гидравлическими толкающими устройствами. Основное преимущество таких печей перед другими типами - их относительная простота, отсутствие сложных деталей из жароупорных материалов. Их недостатки - наличие поддонов, применение которых ведет к увеличению тепловых потерь и к повышенному расходу электрической энергии, ограниченный срок службы поддонов.

Толкательные печи, предназначенные для нагрева крупных заготовок правильной формы, выполняют без поддонов. При этом нагреваемые изделия укладывают в печь вплотную непосредственно на направляющие.

Толкательные водородные печи предназначены для различных технологических процессов, требующих нагрева в водороде или диссоциированном аммиаке. Они широко применяются в электроламповом производстве, при производстве металлокерамических деталей и твердых сплавов, для обжига и спекания керамики, для отжига и пайки металлических деталей и т. д.

При использовании в качестве защитного газа водорода или диссоциированного аммиака на загрузочных и разгрузочных камерах печи предусмотрены "свечи" для контроля заполнения ее рабочим газом. Состав рабочего газа каждой печи регулируется самостоятельно и расход его контролируется с помощью расходомеров для водорода и азота. Разгрузочные камеры печей имеют предохранительные клапаны для защиты от разрушения в случае образования в них взрывоопасной смеси.

Протяжная электропечь - печь непрерывного действия для нагрева проволоки, прутков или ленты путем непрерывной протяжки через камеру нагрева. Она представляет собой муфель с нагревателями, через который пропускается нагреваемое изделие (рис. 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Протяжная электропечь:

1 - теплоизолирующий корпус; 2 - нагреватель; 3 - муфель; 4 - нагреваемое изделие

В протяжных печах применяется также смешанный способ нагрева; прямой - с помощью контактных приводных роликов и косвенный - с помощью нагревателя. Косвенный нагрев обеспечивает термообработку концов прутка в начале и в конце процесса, когда прямой нагрев не может быть осуществлен.

1.2 Дуговая печь косвенного действия

Дуговые печи косвенного действия. Электродуговой разряд горит между электродами, расположенными над нагреваемым материалом, и теплообмен между электрической дугой и материалом осуществляется в основном за счет излучения.

Предназначена для переплава цветных металлов и их сплавов, а также для вы- плавки некоторых сортов чугуна и никеля. Ее основное преимущество - небольшой угар металла, так как электродуговой разряд не соприкасается непосредственно с переплавляемым материалом. Однофазная дуговая печь косвенного действия (рис. 5) представляет собой горизонтально распо- ложенную ванну, футерованную изнутри огнеупором 1. В противоположных боковых

Рис. 5. Схема дуговой печи косвенного действия:

1 - ванна; 2 - электроды; 3 - переплавляемый материал; 4 - электрическая дуга; 5 ? корпус боковых стенках ее установлены электроды 2, перемещаемые по мере обгорания механизмами подачи.

Переплавляемый материал 3 загружают на дно ванны через отверстие в боковой поверхности корпуса 5. На электроды подается напряжение, затем они сводятся до соприкосновения и возникновения тока в цепи и затем разводятся, что приводит к возникновению электрической дуги 4. Вследствие поглощения выделяемой дугой энергии происходит нагрев и расплавление металла. После расплавления металла печь наклоняется механизмом наклона и из нее сливается расплав. Регулирование мощности печи производится с помощью источника питания за счет изменения тока дуги, а также ее длины при сближении и удалении электродов.

К электрооборудованию дуговых печей косвенного действия относятся печной трансформатор, регулировочный реактор и электропривод механизма подачи электродов.

Ток к электродам подводится по гибким кабелям от печной трансформаторной подстанции. Регулирование расстояния между электродами осуществляют с помощью электропривода, управляемого персоналом дистанционно, или автоматическим регулятором режима.

Дуговые печи косвенного действия производят емкостью 0,25 и 0,5 т. В них применяются графитизированные электроды. Они снабжены трансформаторами мощностью 175-250 и 250-400 кВ·А.

2. Электрические нагреватели сопротивления

Косвенный электронагрев наиболее распространен в низко- и среднетемпературных процессах, а также в некоторых высокотемпературных процессах ремонтного производства и промышленности. Достоинствами этого способа являются возможность нагрева любых, проводящих и непроводящих, материалов (в области температур до 1500°С), отсутствие воздействия электрического тока на нагреваемый материал, возможность использования как переменного, так и постоянного тока.

Электрические нагреватели сопротивления просты по устройству и по стоимости уступают лишь электродным нагревателям. Установки косвенного нагрева достаточно безопасны в эксплуатации, что очень важно при отсутствии постоянного обслуживающего персонала. Регулирование мощности нагрева во многих случаях легко достигается простым переключением нагревателей.

К недостаткам косвенного нагрева можно отнести следующие:

1. дефицитность и сравнительно низкий срок службы нагревателей;

2. затруднительность или зачастую невозможность ремонта нагревателей (главным образом трубчатых);

3. более высокий по сравнению с прямым нагревом удельный расход электроэнергии.

В сельскохозяйственном производстве косвенный электронагрев наиболее распространен, особенно в сравнительно мелких потребительских установках.

Основным элементом ЭНУ сопротивления является электрический нагреватель - тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Нагреватель представляет собой высокоомное сопротивление, оборудованное вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления и др. Расчету нагревателей предшествует выбор питающего напряжения, разработка способа регулирования мощности и электрической схемы включения.

Типы нагревателей.

Конструкции нагревателей отличаются большим разнообразием, которое объясняется разнообразием условий работы, назначения, мощности и других условий. В большинстве случаев нагреватели выполняют с электрической изоляцией и защитными устройствами, поэтому они безопасны в работе и могут применяться для нагрева любых, в том числе и агрессивных сред. Герметизация нагревательных сопротивлений от воздуха и нагреваемых сред позволяет значительно удлинить срок службы сопротивлений и не влиять на сами среды. По исполнению различают открытые, закрытые и герметические нагреватели.

В открытых нагревателях (рис.6) нагревательные сопротивления открыты для доступа воздуха или нагреваемой среды. Такие нагреватели применяются в электрических печах, электробрудерах, калориферах, обогревателях почвы в парниках и других установках, если это допускается технологией нагрева, условиями безопасности, сроками службы. Открытые нагреватели применяются также в высокотемпературных установках с преимущественно лучистой теплоотдачей (электрические печи ремонтных предприятий). Достоинством таких нагревателей являются простота устройства, хорошие условия теплоотдачи. Для увеличения механической прочности проволочные нагреватели размещают на керамических трубках или стержнях.

В закрытых нагревателях (рис.7) нагревательные сопротивления размещены в защитном кожухе, предохраняющем их от механических воздействий и от нагреваемой среды, а в герметических - и от доступа воздуха. В закрытых и герметических нагревателях нагревательные сопротивления изолируются от защитного кожуха термостойкой электроизоляцией (фарфор, кварцевый песок, периклаз, термостойкий миканит), которая одновременно служит для фиксации, а иногда и герметизации нагревательных сопротивлений.

В настоящее время широко распространены унифицированные герметические трубчатые электронагреватели (ТЭНы) (рис. 8), которые удовлетворяют условиям большинства тепловых процессов сельскохозяйственного производства.

Рис. 6. Открытый ленточный зигзагообразный нагреватель

Рис. 7. Закрытый нагреватель в виде радиационной трубы:

радиационной трубы: 1 - труба; 2 - нагреватель; 3 - изоляционная шайба

Рис. 8. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) герметического исполнения:

1 - нихромовая спираль; 2 - трубка; 3 - наполнитель; 4 - выводная шпилька; 5 - герметизирующая уплотнительная втулка; 6 - гайка для крепления; 7 - выводы.

Материалы для электрических нагревателей. Основным и наиболее ответственным элементом электрического нагревателя является тело нагрева - нагревательное сопротивление, которому приходится работать в тяжелых температурных условиях. Стойкость нагревательного сопротивления определяет срок службы нагревателя. Даже правильно рассчитанные и эксплуатируемые нагреватели имеют срок службы не более 5 - 10 тыс. часов, тогда как конструкционные части установок служат 5 - 10 лет. Поэтому к материалам для нагревательных сопротивлений предъявляется ряд требований, основные из которых следующие:

- жаростойкость устойчивость к окислению при высоких температурах. Окисление ведет к уменьшению поперечного сечения, увеличению сопротивления и прогрессирующему разрушению;

- жаропрочность - способность выдерживать механические нагрузки при высоких температурах. Нагревательные сопротивления механически не нагружаются, но должны выдерживать собственный вес;

- большое удельное электрическое сопротивление.

Изменение сопротивления происходит вследствие линейного расширения проводника при нагреве. Температурный коэффициент сопротивления является функцией температуры. Для чистых металлов имеет довольно большое значение, порядка 0,004° С-1. Следовательно, при нагреве на 100° С сопротивление нагревателя вырастет на 40%, а при нагреве на 1000°С - в 5 раз против первоначального. Значительное изменение сопротивления приводит к перерасходу цветных металлов на токопроводы, затрудняет расчет и поддержание температурных режимов;

- постоянство электрических свойств (удельного электросопротивления);

- постоянство размеров. Некоторые сплавы с течением времени "растут", линейные размеры изменяются на 30 - 40%, что приводит к изменению мощности;

- хорошая обрабатываемость;

- невысокая стоимость.

Электрические нагреватели бывают металлическими и неметаллическими. Из неметаллических нагревателей наиболее распространены карборундовые, силитовые, карбидные, графитовые, угольные, из окислов тория, циркония, титана. Неметаллические нагреватели обладают высоким удельным сопротивлением, поэтому их выполняют в виде трубок, стержней, пластинок или крошки (криптол).

Неметаллические нагреватели применяются в высокотемпературных установках (печах) с рабочей температурой до 1300°С. При более высоких температурах используются металлокерамические (дисилицидмолибденовые) нагреватели, выдерживающие температуру до 1600°С.

К недостаткам неметаллических нагревателей относятся сильная зависимость их сопротивления от температуры и высокая окисляемость, особенно во влажной среде. Срок службы неметаллических нагревателей колеблется в пределах от 500 до 2000 ч.

Из чистых металлов в нагревательных устройствах находят ограниченное применение вольфрам, молибден, тантал, необий, которые используются главным образом в высокотемпературных лабораторных печах для изготовления экранов, подставок и др.

Внаибольшей степени перечисленным требованиям отвечают специальные хромоникелевые сплавы - нихромы. Различают двойные и тройные нихромы. Двойные нихромы содержат около 20% хрома и 80% никеля (Х 20Н 80-Н, Х 20Н 80Т) и являются наиболее высококачественными, но наиболее дорогими сплавами для нагревательных сопротивлений. Тройные сплавы содержат 13-15% хрома, около 60% никеля, остальное - железо (Х 15Н 60-Н). Это менее дорогие материалы.

Помимо двойных и тройных сплавов, распространены нихромы с пониженным содержанием дефицитного никеля и добавкой алюминия (например, Х 15Н 60ЮЗА), обладающие высокой жаростойкостью. Взамен нихромов используются еще более дешевые железохромоалюминиевые сплавы, среди которых наиболее известен фехраль (Х 13Ю 4), содержащий 13% хрома, 83% железа и 4% алюминия. Применяются также нагреватели из нержавеющих сталей, например 1Х 18Н 9Т и другие.

Нихромы обладают высокой жаростойкостью с допустимой рабочей температурой 1000-1200° С. Жаростойкость обеспечивается поверхностной пленкой окиси хрома, которая имеет более высокую жаростойкость, чем основной материал, и препятствует окислению и разрушению глубинных слоев материала. Удельное электросопротивление нихромов высокое (1-1,2) 10-4 Ом·см, а температурный коэффициент сопротивления низок - в десятки раз меньше, чем у углеродистых сталей. Нихромы являются немагнитными материалами.

В установках с невысокими температурами нагрева (до 350°С) можно использовать реостатный сплав константан, содержащий около 40% никеля и 60% меди.

В сельскохозяйственном производстве в некоторых случаях нагреватели выполняют из стальной оцинкованной проволоки. Углеродистая сталь как нагревательный сплав представляет собой дешевый и доступный материал, который хорошо обрабатывается. К недостаткам стальных нагревателей относятся низкая жаростойкость (допустимые рабочие температуры не более 300-350°С), низкое удельное

сопротивление, высокий температурный коэффициент сопротивления, что при включении вызывает толчки тока, достигающие 4-5-кратного значения от установившегося.

Основная область применения стальных нагревательных элементов - обогрев почвы и воздуха в парниках и теплицах, обогрев пола в животноводческих и птицеводческих помещениях.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) применяются в водонагревателях, калориферах, установках лучистого нагрева, электрообогреваемых полах и пр. Нагреватель (рис. 8) состоит из металлической трубки 2, в которую вмонтирована нихромовая спираль 1. Концы спирали приварены к выводным шпилькам 4, которые служат для подключения ТЭНа к сети. Материал трубки выбирают в зависимости от ее рабочей температуры и условий работы. Это может быть углеродистая сталь (стали 10-20), нержавеющая сталь (Х 18Н 10Т), медь, латунь и др. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем 3 из периклаза (кристаллическая окись магния МgО), обладающего хорошими электроизоляционными свойствами и хорошо проводящего тепло. После засыпки наполнителя трубку спрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в твердый монолитный материал, надежно фиксирующий и изолирующий спираль внутри трубки. Опрессованная трубка может быть изогнута для придания нагревателю необходимой формы. Торцы трубки герметизированы огнеупорным составом и изолирующими втулками 5.

К достоинствам ТЭНов относятся их универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Нагревательная спираль изолирована от наружной трубки, поэтому ТЭН можно помещать непосредственно в нагреваемую среду (воду, молоко, обрат, соли, металлы). Вследствие герметизации спиралей от воздуха срок службы нагревателей заводского изготовления составляет до 10000 ч, они ударо-вибропрочные. Рабочая температура наружной поверхности ТЭНов может достигать 700° С, что удовлетворяет требованиям подавляющего большинства сельскохозяйственных тепловых процессов.

ТЭН (трубчатые электронагреватели) предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую и применяются в качестве комплектующих изделий в промышленных установках и бытовых нагревательных приборах. Нагрев различных сред осуществляется путем конвекции, теплопроводности и излучения. ТЭН по сравнению с другими типами нагревателей отличается:

- возможностью эксплуатировать их при непосредственном контакте с нагреваемыми средами, которые могут быть газообразными и жидкими при давлении до 4,5 атм, а также твердыми;

- надежностью при вибрациях и значительных ударных нагрузках;

- различные конфигурации, отсутствием напряжения на оболочке ТЭН.

3. Ламы с катодами косвенного накала

Электронные лампы представляют собой герметически запаянные сосуды (баллоны), внутри которых воздух сильно разрежен, т. е. давление воздуха в баллоне лампы значительно ниже атмосферного (порядка 10~~6жлс рт. ст.). Такое состояние воздуха называется вакуумом и достигается путем откачки воздуха из баллона.

Внутри баллона любой электронной лампы находится несколько электрически изолированных друг от друга металлических деталей, носящих название электродов.

Рассмотрим устройство и назначение различных электродов электронных ламп.

Катод - накаливаемый электрод, из которого в нагретом до определенной температуры состоянии испускаются (эмиттируются) электроны. Количество электронов, испускаемых катодом в секунду, называется током эмиссии и измеряется в миллиамперах. Таким образом, назначение катода в любой электронной лампе состоит в создании электронной эмиссии, т, е. электронного потока.

Простейший катод электронной лампы представляет собой тонкую проволочку, называемую нитью (или узкую тонкую ленточку) из тугоплавкого материала (например, вольфрама). Нить может быть прямой или изогнутой в виде букв Л или М (и с большим числом изгибов).

Сильный нагрев катода происходит потому, что он изготавливается из материала, имеющего большое удельное сопротивление. Температура нити катода зависит от величины проходящего через нее тока, поэтому для его нормальной работы необходима строго определенная величина тока накала.

Накал катодов ламп обычно производят от источника низкого напряжения (от 0,625 до 12 в) и для каждой лампы в зависимости от конструкции ее катода в паспорте указывается номинальное напряжение накала. Превышение номинального напряжения накала, на которое рассчитаны нити ламп, приводит к их перегреву и выходу из строя.

Такой простейший тип катодов называется катодами прямого накала, а электронные лампы с подобными катодами называются лампами прямого накала.

В настоящее время широко применяются катоды косвенного накала. Обычно такой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (рис. 9). Для изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюминия - алундом.

Рис. 9. Катоды косвенного накала: а - цилиндрический; б - дисковый

В радиолампе, предназначенной для аппаратуры с питанием от сети переменного тока, электроны излучает не нить накала, а подогреваемый ее металлический цилиндр (Рис. 10). На поверхности такого катода нанесен активный слой, способствующий более интенсивному излучению электронов. Покрытая слоем теплостойкой изоляции нить накала находиться внутри цилиндра и питается переменным током. Раскаляясь, она разогревает цилиндр, который и испускает электроны. Нить накала такой лампы является как бы электрической печкой, подогревающей катод. Ее называют подогревателем, а лампы с катодом такого устройства - лампами с подогревными катодами, или лампами с катодами косвенного накала.

Рис. 10. Устройство и схематическое изображение триода с подогревным катодом

Главное достоинство этих катодов - отсутствие вредных пульсаций анодного тока при питании цепи накала переменным током. Колебаний температуры практически нет, так как масса, а следовательно, и теплоемкость у подогревных катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвенного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения (выключения) тока накала до полного разогрева (остывания) катода нужны десятки секунд. За четверть периода (0,005 с при частоте 50 Гц) температура катода не успевает заметно измениться и эмиссия не пульсирует.

Поверхность катода косвенного накала является эквипотенциальной. Вдоль катода нет падения напряжения от тока накала. Анодное напряжение для всех точек поверхности катода одно и то же и не пульсирует при колебаниях напряжения накала.

Достоинство ламп с катодами косвенного накала, кроме того, - ослабление микрофонного эффекта. Масса катода сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.

По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного накала сложнее, и их трудно сконструировать на очень малые токи. Поэтому они менее пригодны для маломощных экономичных ламп, рассчитанных на питание от батарей.

В аппаратуре (например, для двусторонней связи), которая работает с перерывами и после очередного включения должна сразу же действовать, приходится лампы с катодами косвенного накала держать все время под накалом. Это приводит к лишним затратам энергии и сокращению срока службы ламп. В переносных радиостанциях с батарейным питанием применение ламп с катодом косвенного накала неудобно. Для экономии энергии источников питания в этом случае надо выключать накал ламп приемника при работе передатчика и наоборот. Но тогда после включения накала надо ждать 10 - 20 с, пока не разогреются катоды, что значительно замедляет связь.

Список литературы

1. Алферова, Т.В. Промышленная электротехнология / Т.В. Алферова. - Го- мель: ГТУ, 2008. - 108 с.

2. Болотов, А.В. Электротехнологические установки / А.В. Болотов, Г.А. Ше- пель. - Москва: Высш. шк., 1988. - 335 с.

3. Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование / В.П. Шеховцов. - Москва: Форум-ИНФРА-М, 2004. - 408

4. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 1999.

5. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи / А.Д. Свенчанский. - М. : Металлургиздат, 1975.

6. "Механизация и электрификация сельского хозяйства, Техника в сельском хозяйстве и Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства"/ Л.А. Баранов, В.А. Захаров. Светотехника и электротехнология - М. -КолосС - 2008.

Юный радиолюбитель. Вып. 1101 / В.Г. Борисов. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986.

Размещено на Allbest.ru