Jouleov učinak električne struje koristi se za pretvaranje električne energije u toplinu za zagrijavanje objekata. Obično se dijeli na izravno otporno grijanje i neizravno otporno grijanje. Napon napajanja prvog izravno se primjenjuje na grijani predmet, a kada struja teče, sam grijani objekt (kao što je električno grijano glačalo) se zagrijava. Predmet koji se može izravno zagrijati mora biti vodič, ali s velikim otporom. Budući da toplina nastaje iz samog grijanog objekta, spada u unutarnje grijanje, a toplinska učinkovitost je visoka. Neizravno otporno grijanje mora biti izrađeno od posebnih legura ili nemetalnih materijala za izradu grijaćih elemenata, koji stvaraju toplinsku energiju i prenose je na grijani objekt zračenjem, konvekcijom i kondukcijom. Budući da su grijani objekt i grijaći element podijeljeni u dva dijela, tip grijanog objekta općenito nije ograničen i jednostavan je za rukovanje.
Materijali koji se koriste u grijaćem elementu neizravnog otpornog grijanja općenito zahtijevaju veliku otpornost, mali temperaturni koeficijent otpora, malu deformaciju na visokoj temperaturi i nije lako postati krt. Obično se koriste legura željeza i aluminija, legura nikla i kroma i drugi metalni materijali te silicijev karbid, molibden disilicid i drugi nemetalni materijali. Maksimalna radna temperatura metalnih grijaćih elemenata može doseći 1000 ~ 1500 stupnjeva prema vrsti materijala; Maksimalna radna temperatura nemetalnih grijaćih elemenata može doseći 1500 ~ 1700 stupnjeva. Potonji je jednostavan za ugradnju i može se zamijeniti vrućom peći, ali mu je potreban uređaj za regulaciju tlaka tijekom rada, a životni vijek mu je kraći od grijaćih elemenata od legure i općenito se koristi u visokotemperaturnim pećima, mjestima gdje se temperatura prelazi maksimalnu radnu temperaturu koju dopuštaju grijaći elementi od metalnog materijala i neke posebne prilike. Toplinski učinak samog vodiča zagrijava inducirana struja (vrtložna struja) koju stvara vodič u izmjeničnom elektromagnetskom polju. U skladu s različitim zahtjevima procesa grijanja, frekvencija napajanja izmjeničnom strujom koja se koristi u indukcijskom grijanju je frekvencija struje (50~60 kHz), srednja frekvencija (60~10000 Hz) i visoka frekvencija (viša od 10000 Hz). Napajanje frekvencije napajanja obično se koristi u industrijskom napajanju izmjeničnom strujom, većina zemalja u svijetu je frekvencija napajanja 50 Hz. Napon koji se na indukcijski uređaj dovodi putem napajanja frekvencije 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 kroz transformator; Uređaj za grijanje može se spojiti i izravno na niskonaponsku mrežu od 380 volti.
Srednjofrekventni izvor energije dugo je koristio srednjefrekventne generatore. Sastoji se od srednjefrekventnog generatora i pogonskog asinkronog motora. Izlazna snaga ove jedinice općenito je u rasponu od 50~1000 kilovata. S razvojem tehnologije energetske elektronike, koriste se tiristorski inverterski srednjofrekventni izvori napajanja. Ovo srednjefrekventno napajanje pomoću tiristora pretvara izmjeničnu struju energetske frekvencije u istosmjernu, a zatim istosmjernu struju pretvara u izmjeničnu struju potrebne frekvencije. Zbog male veličine, male težine, bez buke, pouzdanog rada itd. ove opreme za pretvorbu frekvencije, ona je postupno zamijenila 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 silikonski ispravljački element za ispravljanje frekvencije napajanja izmjeničnu struju u istosmjernu, a zatim koristi elektronički oscilator za pretvaranje istosmjerne struje u visokofrekventnu, visokonaponsku izmjeničnu struju. Izlazna snaga visokofrekventne opreme za napajanje kreće se od desetaka kilovata do stotina kilovata.
Predmeti koji se induktivno zagrijavaju moraju biti vodiči. Kada visokofrekventna izmjenična struja prolazi kroz vodič, vodič proizvodi skin efekt, odnosno površinska gustoća struje vodiča je velika, a gustoća struje središta vodiča je mala.
Indukcijsko grijanje može jednoliko zagrijati objekt i površinu u cjelini; Može taliti metale; U visokofrekventnim pojasima, promjena oblika grijaćeg svitka (također poznatog kao induktor) također se može koristiti za proizvoljno lokalno zagrijavanje. Zagrijavanje predmeta pomoću visokih temperatura koje stvara električni luk. Luk je plinsko pražnjenje između dvije elektrode. Napon luka nije visok, ali je struja velika, a njegovu jaku struju održava veliki broj iona isparenih na elektrodi, pa na luk lako utječe okolno magnetsko polje. Kada se između elektroda formira luk, temperatura stupca luka može doseći 3000 ~ 6000 K, što je pogodno za visokotemperaturno taljenje metala.
Postoje dvije vrste lučnog grijanja: izravno i neizravno lučno grijanje. Struja luka zagrijana izravnim lukom prolazi izravno kroz zagrijani objekt, koji mora biti elektroda ili medij luka. Struja luka zagrijana neizravnim lukom ne prolazi kroz zagrijani objekt, već se uglavnom zagrijava toplinom koju zrači luk. Karakteristike lučnog grijanja su: visoka temperatura luka, koncentracija energije, a površinska snaga bazena elektrolučne peći za proizvodnju čelika može doseći 560~1200 kW/kvadratnom metru. Međutim, šum luka je velik, a njegova volt-amperska karakteristika je karakteristika negativnog otpora (padajuća karakteristika). Kako bi se održala stabilnost luka kada se luk zagrijava, trenutna vrijednost napona kruga veća je od vrijednosti početnog napona kada struja luka prijeđe nulu, a kako bi se ograničila struja kratkog spoja, otpornik od određena vrijednost mora biti spojena u seriju u strujnom krugu napajanja. Elektroni koji se kreću velikom brzinom pod djelovanjem električnog polja koriste se za bombardiranje površine predmeta i njegovo zagrijavanje. Glavna komponenta za grijanje elektronskim snopom je generator elektronskog snopa, poznat i kao elektronski top. Elektronski top uglavnom se sastoji od katode, polielektrode snopa, anode, elektromagnetske leće i otklonske zavojnice. Anoda je uzemljena, katoda je spojena na negativni visoki položaj, fokusirajuća zraka obično ima isti potencijal kao i katoda, a između katode i anode nastaje ubrzano električno polje. Elektroni koje emitira katoda ubrzavaju se do vrlo velike brzine pod djelovanjem akcelerirajućeg električnog polja, fokusiranog elektromagnetskom lećom, a zatim kontrolirani otklonskom zavojnicom, tako da snop elektrona puca prema zagrijanom objektu u određenom smjeru. .
Prednosti grijanja snopom elektrona su: (1) kontrolirati trenutnu vrijednost Ie snopa elektrona, čime se lako i brzo mijenja snaga grijanja; (2) Elektromagnetska leća može se koristiti za slobodnu promjenu grijanog dijela ili se područje dijela za bombardiranje elektronskim snopom može slobodno podešavati; (3) Gustoća snage može se povećati tako da tvar na mjestu bombardiranja ispari u trenu. Koristeći objekte infracrvenog zračenja, objekt apsorbira infracrvene zrake, pretvara energiju zračenja u toplinsku energiju i zagrijava je.
Infracrveno je elektromagnetski val. U solarnom spektru, iza crvenog kraja vidljive svjetlosti, nalazi se nevidljivi oblik energije zračenja. U elektromagnetskom spektru, raspon valnih duljina infracrvenog zračenja je između {{0}}.75~1{{10}}00 mikrona, a frekvencija raspon je između 3×1{{20}}~4×10 kHz. U industrijskim primjenama, infracrveni spektar često se dijeli na nekoliko pojaseva: 0,75~3,0 mikrona za područje blizu infracrvenog; 3,0~6,0 mikrona za srednje infracrveno područje; 6,0~15,0 mikrona za daleko infracrveno područje; 15,0~1000 mikrona za ekstremno daleko infracrveno područje. Različiti objekti imaju različitu sposobnost upijanja infracrvenih zraka, čak i ako isti objekt ima različitu sposobnost upijanja infracrvenih zraka različitih valnih duljina. Stoga, primjena infracrvenog grijanja, prema vrsti grijanog objekta, odaberite odgovarajući izvor infracrvenog zračenja, tako da se energija zračenja koncentrira u rasponu valne duljine apsorpcije grijanog objekta kako bi se dobio dobar učinak grijanja.
Električno infracrveno grijanje zapravo je poseban oblik otpornog grijanja, odnosno materijali kao što su volfram, željezo-nikl ili legura nikal-krom koriste se kao radijatori za izradu izvora zračenja. Kada je pod naponom, toplinsko zračenje se stvara zbog topline koju stvara njegov otpor. Najčešće korišteni električni infracrveni izvori grijaćeg zračenja su tip lampe (reflektirajući), tip cijevi (tip kvarcne cijevi) i tip ploče (tip tipa). Tip svjetiljke je infracrvena žarulja, s volframovom niti kao radijatorom, a volframova žarna nit je zatvorena u staklenu ljusku ispunjenu inertnim plinom, baš kao i obične žarulje. Kada je radijator pod naponom, on se zagrijava (temperatura je niža od normalne žarulje), emitirajući veliku količinu infracrvenih zraka valne duljine od oko 1,2 mikrona. Ako je unutarnja stijenka staklene ljuske obložena reflektirajućim slojem, infracrvene zrake mogu se koncentrirati u jednom smjeru, pa se izvori infracrvenog zračenja tipa lampe nazivaju i reflektirajući infracrveni emiteri. Cijev cjevastog izvora infracrvenog zračenja izrađena je od kvarcnog stakla, au sredini je volframova žica, pa se naziva i kvarcni cjevasti infracrveni emiter. Valna duljina infracrvenog zračenja koju emitira 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 tekstilnoj industriji. Površina zračenja pločastog izvora infracrvenog zračenja je ravnina koja se sastoji od ravne otporne ploče, prednja strana otporne ploče presvučena je materijalom s velikim koeficijentom refleksije, a stražnja strana je presvučena materijalom s mali koeficijent refleksije, tako da većina toplinske energije zrači sprijeda. Radna temperatura ploče može doseći više od 1000 stupnjeva, što se može koristiti za žarenje zavarenih čeličnih materijala i cijevi i spremnika velikog promjera.
Budući da infracrveno ima jaku sposobnost prodiranja, objekti ga lako apsorbiraju, a nakon što ga predmeti apsorbiraju, odmah se pretvara u toplinsku energiju; Gubitak energije prije i nakon infracrvenog grijanja je mali, temperaturu je lako kontrolirati, a kvaliteta grijanja je visoka, stoga se primjena infracrvenog grijanja ubrzano razvija. Visokofrekventna električna polja koriste se za zagrijavanje izolacijskih materijala. Glavni objekt grijanja je dielektrik. Kad se dielektrik stavi u izmjenično električno polje, on će biti opetovano polariziran (fenomen da dielektrik ima jednaku količinu naboja suprotnog polariteta na svojoj površini ili unutar njega pod djelovanjem električnog polja), čime se električna energija pretvara u električnog polja u toplinsku energiju.
Frekvencija električnog polja koja se koristi za srednje zagrijavanje je visoka. U srednjem, kratkovalnom i ultrakratkovalnom pojasu frekvencija je nekoliko stotina kiloherca do 300 MHz, što se naziva visokofrekventno srednje zagrijavanje, a ako je veće od 300 MHz i doseže mikrovalno područje, naziva se mikrovalno srednje grijanje. Obično se visokofrekventno zagrijavanje medija provodi u električnom polju između dviju ploča; Mikrovalno zagrijavanje medija provodi se pod poljem zračenja valovoda, rezonatora ili mikrovalne antene.
Kada se dielektrik zagrijava u visokofrekventnom električnom polju, električna snaga uvučena u jedinici volumena je P=0.566fEεrtgδ×10 (W/cm)
Ako se izrazi toplinom, to je:
H=1.33fEεrtgδ×10 (cal/s·cm)
gdje je f frekvencija visokofrekventnog električnog polja, εr je relativna permitivnost dielektrika, δ je kut dielektričnih gubitaka, a E je jakost električnog polja. Iz formule se može vidjeti da je električna snaga koju dielektrik izvlači iz visokofrekventnog električnog polja proporcionalna kvadratu jakosti električnog polja E, frekvenciji f električnog polja i kutu gubitka δ dielektrika . E i f su određeni primijenjenim električnim poljem, dok εr ovisi o svojstvima samog dielektrika. Stoga je predmet srednjeg zagrijavanja uglavnom tvar s velikim dielektričnim gubitkom.
Budući da se toplina stvara unutar dielektrika (objekta koji se grije), brzina zagrijavanja je velika, toplinska učinkovitost je visoka, a zagrijavanje je ravnomjerno u usporedbi s drugim vanjskim grijanjem.
Zagrijavanje medija može se koristiti industrijski za zagrijavanje termogelova za sušenje žitarica, papira, drva i drugih vlaknastih materijala; Također je moguće predgrijavanje plastike prije kalupljenja, kao i vulkanizacija gume i lijepljenje drva, plastike itd. Odabirom odgovarajuće frekvencije električnog polja i uređaja moguće je samo zagrijavanje ljepila pri zagrijavanju šperploče, bez utjecaja na samu šperploču. Za homogene materijale moguće je integralno grijanje.
