đồ án môn học điện công nghệ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI
ĐIỆN CÔNG NGHỆ
GVHD: NGUYỄN ÁI QUỐC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Mục Lục

Phần A.
THIẾT BỊ ĐIỆN NHIỆT
TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY ĐUN NƯỚC DÙNG ĐIỆN TRỞ NHIỆT
Trong sinh hoạt gặp những thiết bị nung nóng nước, nồi cơm điện,
bình nóng lạnh, sưởi ấm, lò vi sóng…

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Hình 1. Máy đun nước ELIPA Hình 2. Máy đun nước nóng KS-35

- Máy đun nước ELIPA công suất 1,5 Kw,240V/50Hz, dung tích 2(lit)
- Máy đun nước KS-35 công suất 2 Kw , 220V/50Hz. Dung tích 35(lít). Trọng lượng
6,3 kg.
N
hững thiết bị điện này làm việc theo phương pháp dùng điện trở để nung nóng. Hoạt
động
dựa trên nguyên lý:
Dòng điện khi chạy qua điện trở thì một phần điện năng biến thành nhiệt năng làm điện
trở nóng lên, nhiệt lượng tỏa ra tính theo công thức:
Q =
I
2

R
t
Trong đó:
Q- nhiệt lượng toả ra
( J)
I - dòng điện chạy qua dây
đốt
(A)
R điện trở
(

Ω
)

t
- thời gian
(s)
1J = 1 Ws =
0,24cal
Hiệu suất thiết bị nung nóng nước vào khoảng 0.85÷0.95
Hình 3. Một số dạng điện trở của máy đun nước



ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC

Hình 4, phích cắm và đế máy đun nước
Công tắc
Dây điện chịu nhiệt độ cao
Hình 5. Công tăc máy đun nước


Điện cực
trung tính N.
 !"  !#$%#&
"
'()*+ !, +*+ )-. 
'+ )-. 
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Hình 6. Đế bình đun nước tiếp xúc với đế nguồn điện.
Hình 7. Vòng lưỡng kim bảo vệ quá nhiệt.
/
Điện trở dây đốt, đo được 30Ω ở 20
0
C.
Tương ứng với P=1,5Kw,I=13A
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Hình 8. Tiếp điểm bảo vệ quá nhiệt
 Sơ đồ mạch điện nguyên lý :
0
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Hình 9. Sơ đồ mạch điện của máy đun nước
 Tính toán thông số của điện trở nhiệt trong máy đun nước :
Công suất máy đun P
h
=2000 (w),dây đốt hợp kim Crôm – Niken (15%
Cr+60% Ni+N). Điện trở suất ở 20
0
C ρ
20
=1,1x10

-6
Ωm. Nhiệt trở suất
α=16,3x10
-6
1/
0
C. Nhiệt độ làm việc cực đại t
max
=1100
0
C.φ=90Kw/m
2
.tham
khảo bảng số liệu 1 và bảng số liệu 2
Công suất của phần tử đốt nóng:
P
đ
= P
h
/η =2000/0.85 =2353 (w).
P
h
: công suất hữu ích của thiết bị
P
đ
: công suất điện của thiết bị
η : hiệu suất thiết bị 0.85
P
tt
=1,1P

đ
= 1,1.2353 = 2588,3 (w).
R
t
: điện trở dây đốt tại nhiệt độ làm việc
ρ
t
: là điện trở suất tại nhiệt độ làm việc nhiệt độ t
0
là 20
0
C được tính như sau:
ρ
t
= ρ
20
[1+α(t-t
0
)] = 1,1.10
-6
[1+16,3.10
-6
.(150-20)]= 1,1023.10
-6
F : là tiết diện dây đốt
l : là chiều dài dây đốt
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
suy ra


Công suất tỏa nhiệt của bề mặt dây điện trở:
với C =π.d là chu vi dây đốt

Thay vào công thức tính công suất P
tt

Rút d từ công thức trên:
Trong công nghiệp không có loại dây đốt đường kính d=0,88mm. Nên chọn
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
d= 90 mm. Điều đó làm thay đổi điện trở R của phần tử nung nóng , do đó để
đảm bảo điện trở không đổi cần thay đổi chiều dài dây đốt sao cho
Rd=0.88=Rd=0.9

 
'3  4556
7 8#556
95
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
:;<=>;<599?/1</2?@AB
-CD(EF#G(H(++ I
Bảng 1. Mật độ công suất truyền tải của dây đốt kín
Môi trường nung
nóng
Đặc điểm và điều
kiện nung nóng
Vật liệu bọc ngoài
của dây đốt kín
Mật độ công suất
tải cho phép W

cp
(W / cm
2
)
Nước Nung nóng và tạo
hơi
Đồng, đồng thau,
thép không rỉ
9 -11
Không khí Nung nóng trong
môi trường tĩnh
Thép CT 10-
CT 20, đồng thau,
thép không rỉ
1,2 – 1,8
2,3 – 5,0
Không khí Nung nóng trong
môi trường không
khí động
Thép Ct 10- CT 20
, thép không rỉ
4,5 – 5,0
5 – 5,5
Dung dịch
( sữa )
Nung nóng trong
thùng
Thép không rỉ 1,5 – 2,0
Các loại bếp điện,
lò điện …

Dây đôt bọc trong
vỏ kim loại
Thép CT 10-
CT 20
5,0 – 7,0
Bảng 2:Một số loại dây đốt hợp kim và phi kim loại
Loại dây đốt
Tỉ
trọng
×

10
3
Kg/m
3
Điện trở
suất ở 20
0
C
×
10
−
6

Ω
m
ρ
Hệ số nhiệt
điện trở
×

10
−
6

0
C
−
1
α
Nhiệt độ
làm việc
cực đại
0
C
Nhiệt độ
nóng
chảy
0
C
99
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Cr
20
Ni
80
-N 8,4 1,1 16,5 1200 1400
Cr
15
Ni
60

-N
8,3 1,1 16,3 1100 1390
Cr
13
Al
4
7,2 1,26 17,0 900 1450
Cr
18
Ni
9
T
(thép không gỉ)
7,9 0,71 16,6 850 1420
Ni
40
Cu
60
8,9 0,5 5,0 450 1270
thép ít cácbon 7,8 0,135 4500 300 1460
Cacborun 2,3 800 – 1900 Thay đổi 1500 —
Graphít 1,6 8 – 13 Thay đổi 2000 —
II. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐIỆN TRỞ
Dòng điện là sự chuyển đổi có hướng của các phần tử mang điện tích dương và âm dưới
tác động của điện trường. Trong các vật chất có cấu trúc mạng ion ( kim loại và các chất
rắn khác ) , dòng điện là dòng chyển động của các electron tự do về phía cực dương
(anode) , nó cũng có thể là dòng chuyển động của các electron trong chân không ( các
electron này được phát xạ từ điện cực , từ kim loại hoặc từ các vật liệu khác đặt trong
điện trường ).
Các vật dẫn điện nhờ sự chuyển động của các electron được gọi là các vật dẫn điện loại 1.

Các môi trường dẫn , trong đó có dòng điện được tạo ra nhờ sự chuyển động của các ion
dương và âm được gọi là các vật chất dẫn điện loại 2. ( như chất điện phân , các dung
dịch hóa học ).
Plasma có tính dẫn điện hỗn hợp .
Trong các vật chất có cấu trúc mạng ion, số lượng các electron chuyển động hỗn loạn bên
trong mạng rất lớn, ví dụ đối với đồng có thể lên tới 10
29
/m
3
.
Theo lý thuyết thì mạng ion kim loại không hề cản trở gì đối với dòng chuyển động
electron , vì vậy có thể nói độ dẫn điện của kim loại là vô cùng lớn. Nhưng trên thực tế,
do sự tác động của các yếu tố khác nhau như nhiệt độ , từ trường, điện trường mạng ion
kim loại dao động và gây cản trở dòng chuyển động electron. Điều này lý giải tại sao
điện trở của kim loại lại phụ thuộc vào nhiệt độ và nhiệt độ rất thấp có thể tạo ra chất siêu
dẫn.
Quan hệ giữa mật độ dòng điện , cường độ điện trường và độ dẫn điện của vật thể được
xác định nhờ định luật ohm. ở dạng tổng quát có thể viết :
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Jmật độ dòng điện , A/cm
2
.
.e
0
điện tích electron
. n
e
, n
i

mật độ dòng electron và ion 1/cm
3
.
. µ
e
, µ
i
: độ chuyển động của các electron và ion ở điện trường E=1(V/m).
Trong kim loại , dòng điện sinh ra chủ yếu nhờ dòng chuyển động của các electron vì vậy
công thức tổng quát của định luật ohm có thể viết lại :
Gọi σ là độ dẫn điện
.σ= n
e
e
0
µ
e

Đặt là điện trở suất của vật liệu dẫn điện.
Điện trở suất ρ phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ sau đây :
.ρ
T
= ρ
20
[1+α(T-T
20
)].
trong đó: ρ
20
: điện trở suất của vật liệu ở 20

0
C (293
0
K).
.α : là hệ số nhiệt trở của vật liệu 1/
0
C. T
20
=293
0
K.
Tốc độ chuyển động của electron trong điện trường E phụ thuộc vào hiệu điện thế U giữa
hai điện cực .
Động năng của electron được tính:
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
W
e
=e
0
.U (eV).
Khi va đập với mạng ion , electron trao năng lượng của mình cho mạng và làm cho kim
loại nóng lên. Nhiệt lượng sinh ra do dòng điện I chảy trong vật dẫn điện được biểu diễn:
Q = I
2
Rt
Trong đó : I - là dòng điện
R : là điện trở (Ω)
. t : thời gian dòng điện chạy qua (s)
Công suất nhiệt có thể biểu diễn như sau:

Trong đó : l – chiều dài vật dẫn (m)
. s : là tiết diện vật dẫn , m
2
.
P : công suất (W).
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Phần B
ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN ĐỐT NÓNG
Vật liệu và kết cấu của phần tử đốt nóng được xác định bởi các đặc điểm của quá trình
công nghệ và kết cấu thiết bị.
Phần tử đốt nóng cần phải có các đặc điểm sau : điện trở suất lớn , hệ số nhiệt trở nhỏ và
phải có tuổi thọ cao. Có thể phân chúng thành ba nhóm theo nhiệt độ làm việc như sau:
9K Nhiệt độ thấp , 500 ÷ 700
0
K, troa đổi nhiệt chủ yếu bằng đối lưu , dẫn nhiệt và bức
xạ nhiệt.
K Nhiệt độ làm việc trung bình từ 900 ÷ 1300
0
K, trao đổi nhiệt bằng đối lưu , dẫn
nhiệt và bức xạ nhiệt.
K Nhiệt độ làm việc cao từ 1500 ÷ 2300
0
K, troa đổi nhiệt bằng truyền nhiệt bức xạ
nhiệt.
I . Một số hợp kim dùng làm điện trở nhiệt
Điện trở làm bằng hợp kim có tính chất cản trở dòng điện cao ở nhiệt độ bình thường có
ρ≥0,03 µΩm. Những hợp kim này được sử dụng để sản xuất dụng cụ đo lường điện trở
mẫu , điện trở cho thiết bị đốt nóng. gây ra sự tỏa nhiệt trên điện trở.
Điện trở có các đặc tính sau:

- Điện trở suất (ρ) lớn, hệ số nở dài nhỏ và sức điện động nhỏ so với đồng
- Chịu nhiệt cao, là yếu tố cần thiết đối với điện trở tỏa nhiệt
- Có độ bền cơ học
- Hệ số nhiệt độ thấp
- Chống oxy hóa
Những vật liệu có điện trở suất cao được sử dụng rộng rãi trong thực tế ( Bảng 1) :
Mai-so ( là hợp kim gồm 60% Cu,25%Zn,15% Ni)
Được sử dụng làm điện trở không tỏa nhiệt, chẳng hạn như biến trở phòng thí nghiệm,
biến trở khởi động, biến trở điều tốc
- Điện trở suất (ρ) : 0,30 µΩm.
- Nhiệt độ nóng chảy 1300
0
C.
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
konstantan ( là hợp kim gồm 60% Cu, 40% Ni)
Có hệ số điện trở thấp nên điện trở ít phụ thuộc vào nhiệt độ, được dùng làm điện trở
chuẩn của trong phòng thí nghiệm, không dùng làm điện trở tỏa nhiệt. Hợp kim
manganin cũng có đặc tính tương tự như constantan.
- Điện trở suất (ρ) : 0,49 µΩm.
- Nhiệt độ nóng chảy 1240
0
C.
Ferro-nickel ( là hợp kim gồm 74%Fe, 25%Ni, 1% Cr).
Là hợp kim điện trở được sử dụng làm điện trở hoặc biến trở, và có thể dùng làm điện trở
tỏa nhiệt chịu được 500
0
C. Tuy nhiên , hợp kim này không bền khi dùng làm điện trở tỏa
nhiệt vị chúng giòn, dễ gãy khi vận hành với nhiệt độ mới đạt đến màu đỏ sậm.
- Điện trở suất (ρ) : 0,80 µΩm.

- Nhiệt độ nóng chảy 1500
0
C.
Sắt – kền – crôm ( là hợp kim gồm 50%Fe, 40% Ni, 10%Cr)
Đây là hợp kim điện trở được dùng chủ yếu để làm điện trở tỏa nhiệt trong bàn ủi, bếp
điện, mỏ hàn, điện trở đốt nóng trong thiết bị đun nước. Vì đặc tính của loại điện trở này
là chịu được nhiệt độ vận hành cao đến 900
0
C.
- Điện trở suất (ρ) : 1,20 µΩm.
- Nhiệt độ nóng chảy 1450
0
C.
Kền- crôm ( là hợp kim gồm 80%Ni, 20% Cr)
Hợp kim này có đặc tính chịu nhiệt độ vận hành cao 1100
0
C và tính chất được bảo vệ bởi
một lớp cách điện , nhờ thế có thể quấn các vòng dây điện trở khít nhau, với điều kiện
điện áp giữa các vòng dây không lớn. Công suất tiêu tán trên bề mặt của dây điện trở tỏa
nhiệt khoảng:
- 2w/cm
2
khi nhiệt độ từ 600
0
C đến 800
0
C.
- 1w/cm
2
khi nhiệt độ từ 900

0
C.
- 0.7w/cm
2
khi nhiệt độ từ 1000
0
C.
Wolfram
9/
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Ký hiệu W , là dây điện trở được dùng làm dây tóc bóng đèn
- Điện trở suất (ρ) : 0,055 µΩm.
- Nhiệt độ nóng chảy 3370
0
C.
- Hệ số nhiệt độ 0,00464.
Bảng 1 hợp kim chế tạo dây điện trở và điện trở tỏa nhiệt
Tên
Hợp kim
Thành phần (p)
µΩm
Hệ số
nhiệt độ
(α)
Nhiệt độ nóng chảy
(
0
C)
Nóng
chảy

Vận hành
maiso 60Cu+25Zn+15Ni 0,30 0,0003 1290 400
konstantan 60Cu+40Ni 0,49 0 1240 400
Manganin 84Cu+12Mn+4Ni 0,42 ±0,0000
2
500
Ferro-nickel 74Fe+25Ni+1Cr 0,80 0,0009 1500 500
Hợp kim RNC
1
: 55Fe+35Ni+10Cr
RNC
2
: 25Fe+60Ni+15Cr
RNC
3
: 80Ni+20Cr
1,02
1,11
1,03
0,00032
0,00015
0,00004
1450
1450
1475
700
900
1100
Than 60 -0,0004
II. Chất cách điện

Sử dụng chất cách điện cần dựa vào một số đặc tính sau:
- Độ bền cách nhiệt
- Đặc tính cơ
- Lý tính và hóa tính
Chất cách điện có thể phân làm bốn dạng:
- Cách điện khoáng chất chịu được nhiệt độ cao
- Cách điện gốc hữu cơ ( biến chất thành cacbon ở nhiệt độ cao)
- Cách điện dạng lỏng hoặc hòa tan
- Cách điện chất khí
Cách điện khoáng chất
90
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
1.a, Amiăng ( amiante): là chất silicat vôi magnesie có tính chất cách điện , cách nhiệt,
chịu được nhiệt độ cao, được sử dụng dưới dạng vải để làm tấm đỡ điện trở và cách điện
ở nơi có nhiệt độ cao. Tuy nhiên Amiăng có nhược điểm là hút ẩm.
1.b, magnésie : được sản suất ở dạng bột trắng, cố đặc tính cách điện, truyền nhiệt, ít hòa
tan trong nước, chịu được nhiệt độ rất cao và chỉ nóng chảy ở nhiệt độ của tia hồ quang.
Magnésie cách điện rất tốt, được sử dụng làm chất cách điện trong điện trở dạng ống,
cách điện dây dẫn bọc giáp
1.c , Mica : được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng đá rất cứng và sáng lóng lánh. Mica
được tách ra dễ dàng thành tấm mỏng, mềm dẻo. Mica chịu được nhiệt độ cao nên
thường được dùng làm chất cách điện cho điện trở tỏa nhiệt,và cách điện ở cổ góp điện
của động cơ điện một chiều.
1.d Micanite : là sự kết giữa vảy Mica với gôm-lắc hoặc vernis dưới áp suất lớn. Được
sản suất dưới dạng tấm cứng hoặc dẻo có kích thước 1x0,5m hoặc ruban giấy mica độ
bền cách điện của micanite đạt khoảng 20Kv/mm. Trong các máy điện hiện đại chịu nhiệt
độ cao , cấp cách điện B đều sử dụng micanite để cách điện rãnh , ruban micanite cách
điện dây quấn . trong phần côn ở cổ góp điện của máy phát điện một chiều , máy phát
điện đều sử dụng cách điện micanite.
1.e (porcelaine) : sứ được làm từ đất sét kaolin trộn với thạch anh dạng bột có tính chât

xốp và dễ hút ẩm, do đó cần tráng một lớp emay được biến đổi thành thủy tinh dưới nhiệt
độ cao để chống thấm nước. Sứ được chế tạo có tính chất cách điện cao nên được sử
dụng để làm những chi tiết cách điện trong không khí.
Khi nhiệt độ khoảng 300
0
C tính chất cách điện của sứ giảm do điện trở suất giảm dần khi
nhiệt độ tăng.
Để chịu được nhiệt độ cao và môi trường axit cần sử dụng loại sứ cérammique để làm
chất cách điện trong buji xe ôtô , bệ đỡ điện trở tỏa nhiệt.
1.g Thủy tinh : được sản suất bằng quá trình nhiệt luyện cát silic mịn với potasse và sút.
Thủy tinh có sức bền cỏ học rất lớn nhưng dễ vỡ khi va chạm. Điện trở suất của thủy tinh
giảm đi khi nhiệt độ tăng. Được sử dụng làm puli đỡ cho dây truyền tải điện , vỏ bình
acquy
Ruban thủy tinh được sử dụng đối với máy điện có cấp cách điện B, chịu đến 130
0
C . nó
cũng có thể được sử dụng thay thế mica.
91
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
Thủy tinh Pyrex được sử dụng làm vỏ bóng đèn huỳnh quang và dụng cụ phòng thí
nghiệm, do chúng có hệ số giãn nở thấp ( 0,3x10
-5
). Thủy tinh Pyrex gồm silic acide
borique , xút và ít vôi .
1.h Thạch anh được lấy ra từ silic thạch anh , đúc dưới dạng ống và sử dụng trong thiết
bị y khoa trị liệu bằng tia cực tím, thiết bị khử trùng, sử dụng trong đèn thủy ngân cao áp,
vì thủy ngân có đặc tính cho phép tia cực tím xuyên qua dễ dàng so với thủy tinh thường ,
chịu nhiệt độ cao , và là chất cách điện hoàn hảo với dòng cao tần
2. cách điện rắn gốc hữu cơ
2.a Cao su lưu hóa : cao su có trộn thêm 50%-60% bột caolin 1%-3% lưu huỳnh có thể

chịu được nhiệt độ khá cao, chỉ hóa nhão ở nhiệt độ 180
0
C.
Cao su lưu hóa vẫn giữa nguyên tính chất của cao su , chẳng hạn tính cách điện tính mài
mòn.
2.b Ebonite : là cao su hóa rắn , cứng khi pha thêm 30%-40% lưu huỳnh . đây là loại
cách điện cứng nhưng giòn, thường được đúc đổ khuôn dạng tấm , ống Ebonite không
thể hàn hoặc nóng chảy.
2.c Fibre : hỗn hợp mạt cưa gỗ , cao su và máu bò dưới sức ép nóng. Fibre có đặc tính dễ
hút ẩm , do đó sẽ bị biến dạng tăng thể tích theo thời gian sử dụng trong môi trường ẩm.
Fibre được sản xuất dưới dạng tấm , ống với các màu đỏ , đen và xám. Fibre có thể giũa ,
ven răng và tiện.
2.d Ga-la-lit : là hợp chất dẻo đúc khuôn dễ dàng , được lấy ra từ caséine sữa dạng
formol . Ga-la-lit được sử dụng làm chất cách điện công tắc, đui đèn, ổ cắm
2.e Cách điện dạng lớp : loại cách điện này gồm nhiều lớp chồng lên nhau , các có thể là
giấy hoặc vải và tấm nhựa tổng hợp bakelit , silicon. Các lớp được định hình dưới ap suất
và nhiệt độ cao để tạo thành dạng tấm , ống chi tiết, đúc khuôn cách điện dạng lớp được
phân loại như sau:
- cách điện dạng lớp gốc giấy cellulose
- cách điện dạng lớp gốc vải, amiăng , thủy tinh
2.g Chất dẻo PVC : PVC là chất cách điện tốt , có độ bền và cách điện cao , thường được
sử dụng làm chất cách điện vổ bọc dây dẫn, PVC có tính chất như cao su nhưng có tính
đàn hồi kém hơn và bị hóa nhão ở nhiệt độ 85
0
C.
92
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
2.h Silicone : là hợp chất organo-silicique coa cấu tạo gồm silicum và một ít hoặc không
có thành phần cacbon hydro và oxy .
Do không có thành phần cacbon , silicone chịu được nhiệt độ cao ( 300- 400

0
C).
Silicone được sản xuất dưới dạng:
- Dầu và mỡ
- Cao su silicone .
- Nhữa tổng hợp organo-silicique
Cao su silicone là chất cách điện chịu được nhiệt độ cao, có thể lên đến 250
0
C.
2. k Giấy preesspahn : là loại giấy carbon cách điện cứng , màu nâu sậm, hoặc vàng sậm
có một mặt láng. Giấy preesspahn được sản xuất dưới dạng giấy cac-tông chúng dduocj
sử dụng để cách điện cho bộ phận giây quấn trong máy điện có công suất nhỏ. Phẩm chất
của giấy được đánh giá theo số lần gấp nếp mà không rách
 Để chế tạo các phần tử đốt nóng có nhiệt độ làm việc đến 1500
0
K, người ta sử dụng
các vật liệu : nicrom, hợp kim nicrom-chrome, hợp kim thép chịu nhiệt chrome-
nickel.
Nicrome với thành phần 75%-78% nickel và khoảng 25% chrome , khi tăng thành phần
nikel trong hợp kim sẽ làm tăng độ bền cơ của hợp kim.
Hợp kim nicrome với 22÷27% crome và 17÷20% nickel được dùng để chế tạo các phần
tử đốt nóng làm việc ở nhiệt độ làm việc đến 1100
0
K.
Hợp kim của thép , chrome 13% và nhôm 4% cũng được dùng làm phần tử đốt nóng làm
việc ở nhiệt độ 1100
0
K.
Hợp kim chứa 20÷27% chrome và một lượng nhỏ các chất phụ khác , như titan bore
có khả năng làm việc ở nhiệt độ đến 1470÷1620

0
K.
Các hợp kim trên được sủ dụng làm phần tử đốt nóng dạng hở hoặc bảo vệ. ở dạng thứ
nhất kết cấu phần tử đốt nóng tương đối cứng và được chế tạo từ dây hoặc băng có tiết
diện lớn. Phần tử dạng hở được lắp đặt trong các lò và dụng cụ đun nấu gia đình chúng có
dạng ziczac hoặc xoắn lò xo .
Để đun nấu chất lỏng hoặc đốt nóng chất khí trong một vài quá trình công nghệ , có thể
sử dụng các phần tử dạng ốngđược làm từ vật liệu thép gốm xốp có các lỗ nhỏ li ti kích
thước khoảng 40÷80µm để đảm bảo cho chất lỏng hoặc chất khí thấm được qua thành
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
của nó. Suất tải nhiệt của phần tử loại này là vào khoảng 1kW/cm
2
với nhiệt độ làm việc
vào khoảng 400÷600
0
K. Điện áp đặt lên một phần tử 1÷12V.
Khi đốt nóng ở nhiệt độ thấp có thể sử dụng rộng rãi phần tử đốt nóng dạng ống được mô
tả như hinh 9

Hình 10. Cấu tạo điện trở đốt nóng
Chất độn trong ống thường được sử dụng periclaz (MgO) nấu chảy. Công suất ống có thể
từ 100÷15000W , điện áp làm việc từ 36÷380V, nhiệt độ làm việc từ 400÷1000
0
K. Tuổi
thọ trung bình của ống từ 10000÷40000 giờ.
Đối với lò nhiệt độ cao tới 1700
0
K thường sử dụng các phần tử đốt nóng chế tạo từ
carbonrundum (SiC) dạng thạch thanh , đường kính 6÷30mm , với chiều dài khác nhau.

Phần tử đốt nóng làm từ silic molibden (MoSi
2
) có thể làm việc ở nhiệt độ 2000
0
K trong
môi trường oxygen.
MoSi
2
được chế tạo bắng phương pháp luyện kim bột . trong môi trường oxygen:
ở nhiệt độ cao hơn 1300
0
K , trên bề mặt phần tử đốt nóng được phủ một lớp bảo vệ SiO
2
.
ở nhiệt độ từ 2000
0
K trở lên , lớp bảo vệ cũ bị phá hủy và tự hình thành lớp bảo vệ mới,
kết quả là tiết diện của phần tử bị giảm dần dẫn đến điện trở tăng lên.
Vì vậy ở nhiệt độ trên 2000
0
K không nên dùng phần tử đốt nóng loại này.
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
ở nhiệt độ 2300
0
K phần tử đốt nóng được làm từ kim loại gốm.
Oxyde ziriconi có chứa 4% oxyde canxium hoặc 6% oxyde itria. Trong các lò điện nhiệt
độ cao từ 2300
0
K trở lên , các phần tử đốt nóng được làm từ vật liệu khó nóng chảy như

than chì hoặc các kim loại khó nấu chảy như moliloden, tantal, wolfram, chúng được sử
dụng chủ yếu trong môi tường khí trơ nhủ argon,helium, hydrogen,nitrogen cung như
trong chân không.
Lò điện trở tác động gián tiếp : năng lượng điện được chuyển hóa thành nhiệt nhờ các
phần tử đốt nóng đặc biệt , sau đó được truyền vào không gian công tác nhờ dẫn nhiệt,
đối lưu và bức xạ.
Lò điện trở tác động trực tiếp : đối tượng, vật thể cần được nung nóng được đấu trực tiếp
vào mạch điện.
Tùy theo mức độ nhiệt đạt được có thể phân thành : lò nung nhiệt độ thấp
( 900÷1000
0
K) , nhiệt độ trung bình (1000÷1600
0
K) và lò nung nhiệt độ cao từ 1600
0
K
trở lên.
Theo chế độ làm việc có thể phân thành lò hoạt động liên tục hay theo chu kỳ.
Các lò hoạt động theo chu kỳ , tùy theo quá trình công nghệ khác nhau có thể phân
thành : lò buồng đốt , lò đứng ,lò chụp, lò nâng , lò băng truyền, lò băng lăn, lò quay.
Như vậy , các lò hoạt động theo chu kỳ có thể phân biệt với nhau bởi phương pháp và hệ
thống cơ cấu truyền động, bởi vị trí lắp đặt sợi đốt trong buồng lò. Kích thước và công
suất lò được xác định bởi năng suất cần thiết , bởi nhiệt độ và đặc tính nhiệt lý của vật
liệu.
Trong các lò có điều khiển áp suất , thường sử dụng khí trơ hoặc hỗn hợp khí đặc biệt.
Chúng có công dụng tốt đối với việc xử lý bề mặt sản phẩm , làm cho sản phẩm có độ
cứng cao hơn và tăng cường độ bền sản phẩm. Cũng có một vài loại lò sử dụng môi
trường hyrogen trong quá trình công nghệ khác nhau để phục hồi kim loại đẫ bị oxy hóa
và ủ kim loại quý hiếm.


ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
III. PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP ĐỐT NÓNG BẰNG ĐIỆN TRỞ:
- Phương pháp điện trở gián tiếp: trong đó khi có dòng điện qua điện trở
sẽ toả ra nhiệt năng, nhiệt năng đó dùng để nung nóng vật,đối tượng được nung
nóng.
- Phương pháp điện trở trực tiếp: trong đó dòng điện trực tiếp đi qua vật nung,
nhờ có điện trở của vật mà vật được nung nóng.
1. Phương pháp trực tiếp
Nhiệt lượng tỏa ra được tính :
I(t),R(t) là hàm dòng điện và điện trở của biến thời gian t. I,R phụ thuộc vào
nhiệt độ , nhiệt độ phụ thuộc thời gian.
Điện trở của dây đốt có độ dài l và tiết diện S ở tường hợp đơn giản tính theo :
.ρ – là điện trở suất của dây đốt
Công thức này chỉ áp dụng để tính điện trở dây đốt khi dòng điện là một chiều và
ở nhiệt độ không đổi.
Ở kim loại, hợp kim điện trở suất tăng theo sự tăng của nhiệt độ t,và kí hiệu của
điện trở suất trong trường hợp này là ρ
t
và được tính theo công thức;
.ρ
t
=ρ
20
(1+αθ+βθ+γθ )
Trong đó :
. ρ
20
– là điện trở suất ở nhiệt độ t= 20
0
C.

.α,β,γ là hệ số nhiệt trở 1/
0
C.
. θ – độ tăng nhiệt từ 20
0
C , θ= t-20
0
C.
Để đơn giản và đảm bảo độ chính xác , với dây hợp kim thường dùng công thức :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
.ρ
t
=ρ
20
(1+αθ).
Điện trở của dây dẫn khi có dòng xoay chiều sẽ lớn hơn vì còn có hiện tượng hiệu
ứng bề mặt. Đó là hiện tượng sự tăng mật độ dòng ở bề mặt dây đốt tỷ lệ với sự
tăng lên của tần số dòng qua dây đốt, còn giá trị trong lòng dây đốt lại giảm.
Lúc đó điện trở ký hiệu là R
t
được tính theo công thức sau :
R
t
=
Trong đó : K
m
gọi là hệ số hiệu ứng bề mặt , hệ số này phụ thuộc vào tính chất
vật lý , kích thước dây đốt , tần số dòng điện.
Có thể xác định gần đúng hệ số K

m
theo công thức sau:
khi a < 1.
khi a >1.
Trong đó :
.d(m) là đường kính dây đốt
Z
a
– độ thấm sâu của dòng điện vào bề mặt dây đốt, Z
a
được xác định theo:
.ρ
t
- điện trở suất của dây đốt ở nhiệt độ làm việc (Ωm).
.µ- hệ số từ thẩm tương đối
. f – tần số dòng điện
Với dây đốt là vật liệu phi từ tính, ở tần số công nghiệp f= 50Hz ảnh hưởng của
hiệu ứng ít nên có thể bỏ qua hiệu ứng và coi K
m
=1.
Với vật liệu từ tính, độ thấm sâu Z
a
nhỏ hơn nhiều do đó ngay ở tần số công
nghiệp hiệu ứng bề mặt có tác dụng rõ ràng , bởi vậy không bỏ qua được.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN CÔNG NGHỆ GVHD : NGUYỄN ÁI QUỐC
2. Phương pháp điện trở gián tiếp
Theo phương pháp này, dòng điện qua dây đốt có điện trở R, nhiệt năng toả ra trên
dây đốt sẽ nung nóng vật.
Ưu điểm của phương pháp này gián tiếp là cách biến đổi năng lượng điện vào

nhiệt năng đơn giản nên phổ biến, dẻ tiền. Có thể nung nóng được những vật nung dẫn
điện và không dẫn điện; dễ vận hành sử dụng.
Tuy nhiên có nhược điểm: tốc độ nung nóng thấp, hiệu suất thấp hơn phương pháp
trực tiếp, dây đốt có thời gian làm việc thấp.
Phương pháp gián tiếp được dùng rất rộng rãi trong lò điện trở, thiết bị sấy, bình
nung nóng nước, bếp điện
2.1. Dây đốt trong phương pháp điện trở gián tiếp
Trong nung nóng gián tiếp dây đốt là bộ phận biến năng lượng điện thành nhiệt, là
nơi làm việc có nhiệt độ cao nhất. Dây đốt có nhiều loại, khác nhau về hình dạng, chất
liệu, điều kiện làm việc, mục đích, công suất… Sau đây trình bày một số nội dung về dây
đốt.
2.2 Phân loại một số dây đốt thông dụng
Một số loại dây đốt thông dụng trong lò điện thiết bị sấy được phân thành 2 kiểu là
dây đốt hở và dây đốt kín.
a. Dây đốt hở:
là loại không khí tiếp xúc trực tiếp với dây đốt hoặc môi trường nung nóng tiếp
xúc với dây đốt. Loại này được dùng trong các lò điện trở, thiết bị sấy nung bằng
không khí, bếp điện, thiết bị sưởi ấm…
