Гибкие контактные нагреватели

Нагреватели выполняются в виде гибких металлических лент, которые подсоединяют к источнику электрического тока промышленной частоты напряжением 1…12 В с целью разогрева их до температуры около 150°С. Применяются они в ваймах для облицовывания кромок мебельных щитов и всевозможных деталей сложной геометрической формы.

Гибкий электрический нагреватель выполняется в виде ленты 3 (рис. 2) толщиной 0,1…0,5 мм из латуни, углеродистой нержавеющей или трансформаторной стали. По краям к ленте с помощью болтов 2 прижаты подводящие провода 1 и медные пластины 4.

.

Рис. 2. Электронагреватель гибкий из сплошной ленты

В вайме нагревательная лента крепится к деревянным брускам, при этом под нее подкладывают теплоизоляционный слой, состоящий из четырех прокладок: паронита, листового асбеста, резины и хлопчатобумажной ткани.

Характеристики материалов применяемых нагревательных лент приведены в табл. 1.

Расчет нагревателя начинают с определения потребной мощности по формуле:

, (2)

где Р – мощность нагревателя, кВт;

w - удельная поверхностная мощность, кВт/м²;

F – площадь поверхности нагревателя, F = BL, где B и L – соответственно ширина и длина нагревателя, мм.

Таблица 1

Материал лент нагревателей и его показатели

Материал	Марка	ГОСТ	Удельное электрическое сопротивление ρ, ОмЧмм2/м	Температурный коэффициент сопротивления a, 1/°С
Сталь прокатная тонколистовая	Ст.1; 08; 10	19903-74	0,103…0,14	0,005
Сталь нержавеющая	1Х13; 2Х13; 3Х13; 4Х13	5582-74 4986-70	0,8…1,1	0,0008
Лента высокого омического сопротивления толщиной 0,9…3,0 мм	Х15Н60 Х20Н80 1Х17Ю5 0Х17Ю5	12766-77	1,11 1,10 1,30 1,30	0,00014 0,00008 0,00006 0,00006
Латунь	Л68		0,071	0,001
	Л68		0,071	0,001
Бронза оловянофосфористая	Бр 0Ф 6,5-0,15	1761-78	0,12…0,20	0,00013

Установленная мощность нагревателя

Р_у = kР,

где k – коэффициент запаса (k = 1,2…1,5), учитывающий старение нагревательного элемента, приводящее к повышению удельного сопротивления, старению изоляционных материалов, что увеличивает тепловые потери.

Значения удельной поверхностной мощности принимаются с учетом того, что температура на поверхности гибкого нагревателя должна равняться 150°С, а также в зависимости от соотношения m = L/B:

m . . . .	1…1,5	1,6…2,0	2,1…2,5	2,6…3,0	3,1…3,5	3,6…4,0	> 4,1
w. . . .	3,0	3,3	3,5	3,7	3,8	3,9	4,0

При конструировании нагревателя его расчетные размеры L и B берут больше склеиваемой поверхности соответственно по длине на 60 мм и по ширине на 16 мм. Предельная ширина нагревателя из сплошной ленты изменяется от 40 мм до 285 мм. Чем больше удельное электрическое сопротивление материала ленты и чем тоньше лента, тем больше должна быть ширина нагревателя.

Удельное электрическое сопротивление ленты нагревателя при рабочей температуре определяется по формуле:

, (3)

где ρ_t и ρ - удельное электрическое сопротивление ленты при температурах соответственно рабочей и 20°С, ОмЧмм²/м;

a - температурный коэффициент сопротивления;

t₂ и t₁ – соответственно температура нагревателя и окружающей среды, °С.

Принимая t₂ = 150°С и t₁ = 20°С, получим

. (4)

Сопротивление ленты нагревателя при рабочей температуре

, (5)

где R_t – сопротивление ленты, Ом; h – толщина ленты, мм.

Рабочее напряжение на зажимах нагревателя, В,

. (6)

Сила тока при рабочем режиме, А,

. (7)

Из этого уравнения следует, что с увеличением толщины и особенно ширины ленты, а также с уменьшением ее удельного электрического сопротивления сила тока возрастает. С повышением силы тока увеличивается сечение подводящих кабелей и медных жил вторичной обмотки понижающего трансформатора. В связи с этим сила тока в ленте не должна превышать 250 А.

При проектировании широкого ленточного нагревателя сила тока не должна превосходить допустимую величину. Для этого нагревательный элемент следует выполнить по одной из приведенных на рис. 3 схем.

Задача решается путем уменьшения сечения токопроводящей ленты и увеличения ее длины. Нагревательную ленту 3 наклеивают эпоксидным клеем на электроизоляционную полосу 2 из стеклоткани и сверху обклеивают такой же полосой, а затем облицовывают дюралюминиевым листом толщиной 0,3…0,5 мм.

Полученную полосу кладут нижней плоскостью на асбестовую и резиновую прокладки и крепят к деревянной опорной поверхности ваймы.

Расчет широколенточного нагревателя. При расчете такого нагревателя сначала определяют его мощность по формуле (2). Затем находят электрическое сопротивление змейки по формуле:

. (8)

Рабочее напряжение на зажимах нагревателя U_t = 1…12 В.

Сила тока в цепи при рабочем режиме

. (9)

Определив удельное электрическое сопротивление по формуле (3) и приняв ее ширину b = 10…30 мм, найдем длину ленты l, мм:

. (10)

Количество витков змейки

, (11)

где а – расстояние между смежными витками, мм.

Из рис. 3, а следует, что длина змейки

. (12)

Решив совместно уравнения (11) и (12), получим

. (13)

Расстояние между смежными витками должно быть не менее 2 мм.

Нагреватели гибкие в оболочке. Современные предприятия выпускают гибкие нагреватели как законченный готовый продукт. Например, Первый электронный завод (г. Санкт-Петербург) выпускает электрические нагреватели гибкие ленточные марки ЭНГЛ-1, которые выполнены из плетеной ленты из стеклонити. Внутри ленты лежит 8 нагревательных жил из нихрома. Лента покрыта водонепроницаемой оболочкой из кремнийорганической резины. Концевые опрессовки выполнены из такой же резины. Ширина ленты 24 мм, толщина 3,3 мм, минимальный радиус изгиба ленты 10 мм (табл. 2).

Предельная рабочая температура ленты ограничивается материалом оболочки, так для полиэтиленовой оболочки максимальная температура равна 65°С, силиконовой – 180°С, стекловолокняной – 400°С.

Таблица 2

Характеричтика ЭНГЛ–1

Длина	Удельная мощность Вт/м	Номинальная мощность кВт	t °С ленты на поверхности
1,2		0,11
1,3		0,1
1,5	61,5	0,09
2,61		0,26
2,92		0,23
3,37		0,20
5,22		0,52
5,84		0,46
6,74		0,40
10,44		1,04
11,68		0,92
13,48		0,80
20,88		2,08

ЗАО “Град-Технолоджи” выпускает гибкие силиконовые нагреватели размером 130×45 мм, мощностью 180 Вт, напряжение питания 220 В. Нагреватели рекомендуется смонтировать набором на алюминиевой пластине при помощи красного автомобильного герметика и подключить к источнику электропитания при последовательном соединении.