Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Grzanie wysokoprądowe a moc transformatora

28 Lut 2007 15:51 4185 16
  • Poziom 10  
    Witam!

    Z góry przepraszam, że nie zadaję tego pytania na forum dla początkujących, jednak tam spotkałem się jedynie z dywagacjami a nie konkretnymi rozwiązaniami... Potrzebuję opinii fachowców na następujący temat:

    Otóż mam w firmie zasilacz, który zasila piecyk laboratoryjny - piec ma w sobie uzwojenie o oporności circa about 4Ohm. Grzeje się toto do 1100 stC w kilkanaście minut. Zasilacz wykonany jest w oparciu o transformator toroidalny 1500VA 230/55V (Zdaniem firmy Telto), sterownik mocy RP1 f-my Lumel (wersja sterownika pozwalająca pociągnąć prąd 25A) i regulator temperatury ER15, tej samej firmy (ale to już mniej ważne). Z piecykiem były same problemy, bo przy starcie trafa wywalał korki - na początku 20A zaraz za licznikiem, a potem 16A gdzieś po drodze. Ustawiłem opóźnienie startu na sterowniku mocy i dołączyłem do zasilania termistor NTC zgodnie z zaleceniami wygrzebanymi gdzieś na forum i problemy znikły.

    Zadowolony z siebie chciałem tym zasilaczem nagrzać kawałek taśmy kanthalowej, ale za każdym razem lecialo zabezpieczenie (taśma szeroka, gruba, oporność 1,5 Ohm). Wywnioskowałem, że tak mała oporność powoduje pociągnięcie zbyt dużego prądu i sterownik myśli ze zwarło...

    Tą samą taśmę staraliśmy się podgrzać zapinając ją do spawarki i przy prądzie 100A grzała się do czerwoności... Idąc za ciosem postanowiliśmy zbudować stosowny zasilacz... Lumel ma w swojej ofercie sterownik mocy, który daje z jednej fazy nawet 125A... Tylko... Moje (skromniuchne - fizyk medczyny, zdecydowanie nie elektryk) umiejętności podpowiadają mi, że aby pociągnąć taki prąd z transformatora potrzebuję trafo o mocy 7500VA... Czy jestem w stanie takie cudo zasilić ze zwykłej sieci energetycznej? Wychodzą mi zabezpieczenia po 30kilkaA... A mam 16A... Czy można coś w tej dziedzinie zrobić? Czy może jestem w błędzie...

    Ewentualnie - czy można by grzadełko zamiast z kanthalu zrobić z czegoś innego? Chodzi o rozgrzanie niewielkiej objętości do temperatury 300kilku stopni Celsjusza w czasie kilku - kilkunastu sekund. Temperatura powinna być stabilizowana...

    Czy ktoś może mi poradzić???

    Pozdrawiam :)
  • Pomocny post
    Poziom 38  
    Witam!
    Mam jednego znajomego Niemca, nazywa się Ohm, słyszałes o nim? ...
    Wierzę w Twoje pomiary: oporność 1,5Ω, prąd 125A. Przepływ 125A przez oporność 1,5Ω powoduje wydzielenie mocy P=I²*R czyli 23 437,5W to jest 23,5kW. Ponieważ zamiana energii elektrycznej na ciepło następuje ze sprawnością 100%, więc musisz do tego elementu dostarczyć 23,5kW, co dla sieci 230V oznacza pobór conajmniej 100A (a będzie więcej, jeżeli dasz transformator o sprawności np. 95%).
    Jeżeli możesz z sieci pobrać tylko 16A, to masz do dyspozycji moc przeszło 6 razy mniejszą, niż potrzebujesz.
    Jest rozwiązanie: naczynie, w którym chcesz uzyskać temperaturę 300°C w krótkim czasie należy zanurzyć w wannie ze stopioną cyną, w piecu, który jest ogrzewany mniejszą mocą. Takie piece (mogą być również ze stopionymi solami) stosuje sie do przemysłowej obróbki cieplnej.
    Stabilizacja temperatury w takiej wannie to żaden problem, prawda?
  • Poziom 10  
    A takie buty... Siakos mi ten kwadrat przy prądzie we wzorze zniknął - wstyd... Czyli ze stworzenia grzalki z tejze blaszki kanthalowej odpada tak dlugo, jak dlugo nie bede mial na podoredziu elektrowni :)
    Wniosek jaki mi sie nasuwa jest taki, ze musze zmierzyc prad plynacy przez tenze piecyk... Bo cos mi tu nie pasuje... Idac za ciosem i panem Ohmem przy 25A pradu przy rezystancji uzwojenia piecyka (ktory fizycznie dziala) powinna wydzielac sie moc 2500W, czyli... Jakim cudem wytrzymuje transformator, ktory ma podobno 1500VA? Mierzylem jego temperature i wychodzi na to, ze przy jego powierzchni nie ma wielkiej roznicy z otoczeniem...
    W kazdym razie dziekuje bardzo za przypomnienie podstaw :) Czas rozpadu wiedzy nieuzywanej jest zadziwiajaco krotki...
    Pomysl z wanna jest ok, jednak nie jest to do konca zgodne z idea jaka przyswiecala (blado) zadaniu tegoz pytania na forum... Piecyk piecykiem i zasilacz z niego sluzyl jedynie jako "inspiracja" ;)
    Tasma kanthalowa sluzyc by miala do konstrukcji miniaturowej zgrzewarki do folii... Zgrzewarek na rynku multum, jednak nasze potrzeby sa dosc nietypowe... Chodzi o osadzenie w folii teflonowej (temp. miekniecia ok 330 stC) czujnikow (o srednicy ok 3 mm) ktore "trafia" przy temperaturze przekraczajacej 270 stC. Chodzi o to, aby powstal swego rodzaju blisterek z teflonu z czujnikiem w srodku. Cos jak taka wytloczka na tabletke, przy czym wazne jest aby:
    a) folia przylegala do czujnika - dobry kontakt termiczny
    b) powierzchnia wokol czujnika (kolo o promieniu ok 1 cm) powinna byc gladka
    c) nagrzanie elementu powinno byc zakonczone schlodzeniem, zeby folia sie nie rozeszla
    d) dzialanie temperatury na uklad powinno byc mozliwie najkrotsze, tak, aby zminimalizowac ryzyko uszkodzenia czujnika (po ok 15 sekundach czujnik jest w stanie "wrocic do siebie", dluzsze wygrzewanie zalatwia go na amen)...
    Moze tutaj wcale nie trzeba zaprzegac jakiejs wielkiej armaty... te 125A w pierwszym poscie bylo dyktowane tylko i wylacznie niewiedza ;)

    Czy ktorys z kolegow ma pomysl jaki material moze spelnic warunki bycia takim malutkim grzadelkiem?

    Przypominam, ze powierzchnia grzejna powinna byc gladka, bezwladnosc cieplna ukladu niewielka (z duzymi blokami metalu grzanymi mala moca nie wychodzi z powodu a) czasu grzania, b) czasu chlodzenia, c) slabej kontroli parametrow). Ponadto grzadelko powinno sie dac przycisnac prasa (cisnienie ok 25kg/cm2) bez ryzyka uszkodzenia, a proces musi sie dac powtorzyc wielokrotnie... :)

    Pozdrawiam,

    Sebastian "Similas" Wach
  • Pomocny post
    Poziom 19  
    Witam.
    Po przeczytaniu powyższych postów , chcę powiedzieć że ,za dużo teorii za mało praktyki. Pomiar rezystancji elementów grzejnych w czasie kiedy one są zimne jest błędna . Nie wiem jakie dokładnie właściwości fizyczne ma kanthal , ale podam przykład na żarówce . Mierząc oporność zimnej żarówki wolframowej 25W-atowej , jest około 150 Ohm . Licząc z prawa Ohma , przy 230V prąd popłynąłby ok. 1,5 A . więc moc z obliczeń wyszła by 345 W . Proponował bym , zrobić pomiary metodą techniczną . Moim zdaniem moc trafa 1,5KVA powinna z powodzeniem wystarczyć do nagrzania tak niewielkiego urządzenia i do tak stosunkowo niskiej temperatury jak 500 stopni C .
    Pozdrawiam .
  • Poziom 10  
    Hm... Slusznie kolega zauwazyl - praktyki niewiele - tyle co na jakichstam laboratoriach - nie bede udawal ze wiem wiecej niz wiem... Opornosc kanthalu zgodnie z tabelami wzrasta niewiele (wspolczynnik temperaturowy wzrasta o 0,01 na kilkadziesiat stopni)... A sama w sobie tez wynosi od ulamkow Ohma do kilku Ohmow... Rozgrzeje kanthal w piecu do interesujacej mnie temperatury i wtedy zmierze jego opor... Choc nie sadze zeby roznil sie jakos drastycznie...
    Jaki element grzejny mozna by zatem wpiac do zasilacza zeby go szybciutko rozgrzac do tych 300 stopni? Rezystor odpada ;) Juz jeden termistor grzeje sie na wejsciu :)
  • Pomocny post
    Poziom 38  
    Kanthal jest stopem o bardzo niewielkim współczynniku temperaturowym oporności, jest kilka rodzajów kanthalu, najlepsze pracują do 1300 stopni.
    Żarówka jest złym przykładem, gdyż wolfram ma znaczny współczynnik temperaturowy i między stanem zimnym a pełnym świeceniem żarówka zmienia swoją oporność ok. 10 razy.
  • Pomocny post
    Użytkownik usunął konto  
  • Pomocny post
    Poziom 19  
    Witam .
    Okazało się że przykład z żarówką to nie to . Jeżeli chcesz zastosować trafo o którym piszesz w pierwszym poście 1500VA 230/55 . Prawdopodobnie trzeba znacznie obniżyć napięcie wyjściowe , ale nie poprzez , jak piszesz sterownik (regulator tyrystorowy lub triak) , ponieważ napięcie owszem spadnie i moc wyjściowa też . Należy zastosować trafo o odpowiednim nap. wyj. lub przewinąć to które posiadasz . Posłużę się kolejnym przykładem . Lutownica transformatorowa , napięcie wyj, około 0,4V i bardzo duża wydajność prądowa , rozgrzewa grot miedziany do temperatury topnienia cyny. Następnie - zgrzewarka- napięcie wj. niewielkie wydajność prądowa bardzo duża , rozgrzewa miejscowo stal do temperatury topnienia.
  • Poziom 10  
    Dobra... Uklony w strone prawa Ohma :) Policzylem, pomyslalem (dzieki uwagom w tym watku) i wykoncypowalem, ze w zasadzie co bym nie podpial do tego zasilacza to bedzie sie rozgrzewac, jesli tylko nie pociagnie zbyt duzego pradu i nie wywali zabezpieczenia... Na poczatek poeksperymentowalem z opornikiem - 220 Ohm zaswiecil radosnie i zostal opornikiem doskonalym, 400 Ohm przypalil sie mocno, ale za pomoca przyklejonej tasma kaptonowa termopary regulator byl w stanie nawet w przyblizeniu sterowac jego temperatura, tak ze nie ulegal przepaleniu :)
    Jak mowilem, szukalem rozwiazania jak podgrzac mala powierzchnie nie palac nic wokol... Na razie niezle wyniki dawal kawalek drutu oporowego (ok 10Ohm) ze starego zelazka... Drut grzal sie do bialosci, ale nie przepalal, potem cieplo docieralo do termopary (przypietej przez koralik szamotowy) i jakas regulacja byla...
    Jesli znajde material, ktory mialby opornosc ok 10 Ohmow dla kawalka o powierzchni 2-4 cm2, ewentualnie metode na zalanie czyms tego drutu oporowego (jak zaleje czyms metalicznym, typu aluminium to mi sie zewrze - prawda?) tak zeby otrzymac kostke powiedzmy 1cmx2cmx2cm to bedzie ok...
    Temat mozna w zasadzie zamknac, chyba, ze ktos ma pomysl jakiego materialu uzyc na grzalke...

    Pozdrawiam i dziekuje wszystkim... Widac nie trzeba bylo wielkich mocy...
    A jak to zadziala to zdobede trafo moze i mniejszej mocy i napieciu 24V i bedzie juz calkiem milo....
  • Poziom 10  
    Hm... Przepraszam za odgrzewanie tematu, ale zabawa z drutem oporowym/grzalka okazala sie niezbyt dobra... Nie jestem w stanie wydzielic satysfakcjonujacej mnie mocy, a to ze wzgledu na wytrzymalosc elementu grzejnego... Uklad grzeje, wytrzymuje chlodzenie, ale do nastepnego "cyklu" zbiera sie kilka minut... W przypadku zastosowania mocnieszych grzalek bylo po nich w kilka minut...

    Idealnym rozwiazaniem bylo by zatem grzanie samego stempelka (ktory jest powiedzmy pretem o srednicy 2 cm i dlugosci 2 cm...). Wiadomo, ze opor takiego przewodnika jest znikomy, wiec "normalny" zasilacz/prostownik czy co tam jeszcze potraktuje go jak zwarcie... W ktora strone isc, aby toto grzalo sie szybko i mocno (mysle ze tak z 1kW by mnie satysfakcjonowal...), nie wywalalo korkow i najlepiej dalo sie zmajstrowac bez szczegolnie glebokiej wiedzy (lutownicy sie nie boje, ale nie jestem z nia szczegolnie za pan brat...).

    Po nawinieciu na transformator kilku zwojow grubego przewodu dostalem tam napiecie rzedu 2V... Czy mozna uszkodzic trafo gdybym podpial do tego za duze obciazenie??

    Pomysly doswiadczonych mile widziane, krytyka mojej niewiedzy - przyda sie, jesli do czegos prowadzi :)
  • Poziom 39  
    A może warto rozważyć inną metodę nagrzewania? Jeśli podgrzewasz element metaliczny, to może piecyk indukcyjny by się do tego nadawał?
  • Poziom 10  
    Myslalem o grzaniu indukcyjnym, ale mi go odradzono, ponoc ze wzgledu na ciezka kontrole temperatury... Docelowo toto ma zgrzac kawalek folii teflonowej a nie spalic go... wiec temperatura powinna byc w granicach 370 stC... Zgrzew ma byc powierzchnia a nie linia... DO tej pory realizujemy zgrzewanie w piecu muflowym w matrycach ze stali, ale to za wolne i nie da sie chlodzic elementow zapiekanych w folie...
  • Specjalista elektronik
    Ja bym proponował określić dokładnie co trzeba ogrzać - jaki materiał, jaka ilość - i policzyć, ile ciepła na to potrzeba.
    Im mniejszy uda się zrobić element, który się nagrzewa, tym mniejsza moc będzie potrzebna do osiągnięcia tej samej
    temperatury w tym samym czasie - może da się to tak zaprojektować, by nie były potrzebne kilowaty?

    I proponuję rozważyć żelazo plus kantal lub chromonikielinę w grzejniku - żelazo mocno zmienia opór z zależności
    od temperatury, i pomoże ograniczyć maksymalną, a kantal lub chromonikielina ograniczą prąd włączenia.
  • Poziom 10  
    Hm... Jesli chodzi o element do jakiego ma zostac przekazane cieplo to sa to dwie warstewki folii teflonowej o grubosci 50 mikronow i srednicy ok 2 cm + 0,2 gramowa pastylka fluorku litu. Powierzchnia wokol pastylki jak juz pisalem powinna byc gladka, a obie warstwy folii zgrzane ze soba bez zmarszczen. Zgrzewany element raczej nie wazy wiecej niz 1 gram... Problemem jest to, ze temperatura potrzebna do zgrzania folii jest dosc wysoka, ponad 350 (370) stopni Celsjusza, a sam uklad zgrzewajacy powinien ja osiagac szybko (do 20 s), utrzymac przez powiedzmy 5 s, a potem zostac ochlodzony do conajwyzej 100 stopni celsjusza, coby sie folia nie pomarszczyla przy zdejmowaniu nacisku... No i wlasnie - zeby to sie zgrzalo, trzeba pocisnac kilkadziesiat kg/cm2, wiec element nie moze byc kruchy...
    Podsumowujac - temat tyle ciekawy co zaczyna mnie juz draznic :)
  • Specjalista elektronik
    Pewnie można by przyjąć, że pojemność cieplna tego, co trzeba ogrzać, nie przekracza 1cal/stopieńC;
    do ogrzania o 350 stopni C potrzeba 350 kalorii = 1.5kJ, czyli przez 20 sekund moc 75W - chyba o taką
    nie będzie zbyt trudno, ale trzeba uwzględnić, że podgrzewasz nie tylko to, co trzeba, ale jeszcze sporo
    tego, co nie trzeba, i prawdopodobnie potrzebna będzie moc ze 3X większa, żeby zdążyć w te 20s.

    Myślę, że można rozważyć takie możliwości: (1) walec z porcelany, na końcu blaszka metalowa, którą
    podgrzewa się zmiennym polem magnetycznym - tak, by wytworzyć w niej prądy wirowe; po wyłączeniu
    podgrzewania ciepło dość szybko odpłynie przez porcelanę; blaszka powinna dobrze przewodzić prąd,
    mieć małe ciepło właściwe, i dobrą wytrzymałość - w miarę sensowny może być chrom, brąz berylowy,
    jakieś twarde stopy srebra (chyba srebro z tego jest najlepsze, ale musi być stop o dużej wytrzymałości).
    (2) płytka izolacyjna (może szafir byłby dobry - stosuje się go na podkładki pod tranzystor na radiatorze)
    po drugiej stronie ma metalizację, przez którą przepuszczamy prąd, i w ten sposób ją rozgrzewamy.
    (3) podobnie jak (1), ale blaszka ma kontakty do których doprowadzamy odpowiednio duży prąd - wtedy
    inne są wymagania co do materiału: im gorzej przewodzi, tym lepiej - ale uzyskiwalny opór to 0.01oma.

    Do grzania prądami wirowymi potrzebny byłby generator o mocy dobrych kilkuset watów i odpowiedniej
    (do wymiarów i przewodności blaszki) częstotliwości (podejrzewam, że nadakustycznej - trzeba policzyć).
    Wersja z płytką szafirową i metalizacją - ciepło potrzebuje trochę czasu, by przejść przez płytkę.
    Duży prąd przez 0.01oma... tak ze 200A to już będzie napięcie 2V i moc 400W, tylko przewody grube,
    choć jeszcze nie tak tragicznie: kilkanaście mm2 wytrzyma taki prąd przez kilkanaście sekund; może
    być problem z takim dołączeniem przewodów, żeby uzyskać w miarę równomierne nagrzewanie, bo
    odpada dodatkowa blaszka do wyrównania temperatury - trzeba by ją izolować, byłyby straty ciepła...
  • Poziom 10  
    Ootot... pomysl z metalizowana powloka na izolatorze wydaje sie byc insteresujacy... Pytanie czy metalizowana powloka nie odejdzie od izolatora pod wplywem temperatury... Ale to juz do eksperymentowania... Tylko czym to zasilic ? Macie pomysl na jakis gotowy zasilacz, tudziez na jakies gotowce z ktorych mozna by zrobic sterowanie? ?

    Grzanie ultradzwiekowe odpada... Testowalismy - podkladke pod sontrode szlak trafia, w folii robi sie dziura a sama powierzchnia nawet nie przytopiona... Za male tarcie :)