电阻式电热元件的材料、性能和类型

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：其中镍基合金及铁基合金在电热元件中应用最为广泛。电热器具的最高温度至少应低于元件最高使用温度100℃左右。如电熨斗就是使用这种半封闭式电热元件制成的。电热板也属于封闭式电热元件的一种，电热元件铸在铝合金制成的凸面圆形板内。

1.电阻式电热元件的材料及性能

合金电热材料除了具备一般力学、物理学性能外，还具有电和热等方面的特殊性能，电阻式电热元件使用的材料就是合金电热材料。

（1）合金电热材料的分类

合金电热材料的种类较多，按材料的性质分贵金属及其合金、重金属及其合金、镍基合金、铁基合金、铜基合金等几种。其中镍基合金及铁基合金在电热元件中应用最为广泛。

（2）合金电热材料的特性

1）物理和机械性能。主要包括电热材料的导热系数、电阻率、密度、熔点、膨胀系数、伸长率等。

2）使用温度。是指电热元件在工作时，本身所允许达到的最高温度。电热器具的最高温度至少应低于元件最高使用温度100℃左右。

3）电阻温度系数。合金电热材料的电阻值随着温度的变化而变化，电阻率也随着温度的变化而变化，这个变化的数值称为电阻温度系数。电阻温度系数有正负之分，正值（以PTC表示）表示电阻随着温度的升高而增大，负值（以NTC表示）表示电阻随着温度的升高而减小。在电热器具中，大部分是应用有正温度系数（PTC）的电热材料。

4）表面负荷。是指电热合金元件表面上单位面积所散发的功率（W/cm²），它是关系到电热元件使用寿命的一个重要参数。在相同的条件下，如果选用的元件表面负荷值越小，则其功率越小，电热元件的温度越低；如果选择的电热元件的表面负荷值越大，则功率越大，电热元件的温度越高。但如果表面负荷值取得过大，会使元件的使用寿命降低，严重时会导致电热材料熔化。因此，在维修电热器具时，应正确合理地选取。

电热器具中合金电热材料的表面负荷的经验数据见表1-1。

表1-1 电热器具中合金电热材料的表面负荷的经验数据

2.电阻式电热元件的类型

电热器具中，除微波炉和电磁炉外，都是以电阻式元件作为主要的发热元件。按装配结构分为开启式电热元件、半封闭式电热元件和封闭式电热元件。

（1）开启式电热元件

裸露的电阻丝就是其中之一。电炉的电阻丝放置在由绝缘材料制成的盘状凹槽里；电吹风的电阻丝安装在绝缘架上形成螺旋状；它们发出的热能由辐射和对流两种方式传递给加热物体。这种电热元件的优点是结构简单、成本低、加热速度快、易于安装和维修。其缺点是由于电阻丝裸露和带电，易于氧化，使用寿命短，易引起局部短路，工作不安全。

（2）半封闭式电热元件

这种电热元件是将电热丝绕在绝缘骨架上制成，使用时将它安装在特殊的保护罩内。如电熨斗就是使用这种半封闭式电热元件制成的。电热元件发出的热量经过云母传给底板，达到熨烫衣物的目的，其结构如图1-1所示。电炉的发热体也采用这种元件，它是先加热灶盖再传给被加热物。半封闭式电热元件的安全性好，但热效率低。

（3）封闭式电热元件

封闭式电热元件可以弯曲成U形、单管形、W形等多种形式，以适应不同的需要。其结构如图1-2所示。它是一种技术上比较成熟、使用安全可靠的电热元件。这种电热元件是在钢管或磁管内放入螺旋状的电阻丝，并用氧化镁等耐热的绝缘粉末灌满其间隙，再经端头封堵和表面处理等工艺制成，在管口端引出接线端子，以供接电源用。

电热板也属于封闭式电热元件的一种，电热元件铸在铝合金制成的凸面圆形板内。与其他电热元件相比，封闭式电热元件具有结构简单、成本低、使用寿命长、机械强度高、使用安全等优点。因此，被广泛应用在电磁炉、电烤箱、电炒锅、电热水器、电熨斗等家用器具中。