电流集肤效应加热元件制造技术

一种电流集肤效应加热元件，由发热管、绝缘电线等构成，利用电工原理“集肤效应”和电磁原理“邻近效应”的原理，充分分析“铜损”和“铁损”产生焦耳热关系，确定了材质，及在发热管内壁电流通道的规律。保证了一旦出现危险的措施，提高发热规律及效率，结构简单，用途广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利是一种在碳钢管内穿有耐高温绝缘电线的加热元件，尤其同时 采用集肤效应和邻近效应原理。
技术介绍
专利ZL03220373X于2004年4月21日公告了"集肤效应伴热元件"文献， 其提出了绝缘电线绝缘层采用氟塑料，提高绝缘耐温和导线表面镀锡或镀镍方 案，但是其存在以下重要问题需解决1、 绝缘电线与发热管如何电气连接？发热原理不清楚，发热材料不明确， 是导线发热还是发热管发热？2、 发热管内壁多少厚度能通过电流？与那些因素有关？发热管表面是否带 电？有无危险？
技术实现思路
本专利技术专利的目的有1、 分析电气回路及发热原理，用什么发热材料作绝缘电线和发热管；2、 找到发热管内壁电流集肤规律，设计和确定发热管内壁电流通道的安全 厚度；保证表面产生的漏电流、漏电压不会出现危险；本专利技术专利是这样实现的为了使电流集肤效应加热元件的发热管外表面 安全不带电，电流仅在发热内表面流过，可在发热管中穿一根绝缘电线，其尾 端与发热管尾端通过连接点可靠相连接，绝缘电线的首端和发热管首端分别接 交流电源的相线和零线，施以交流电压交流，电流通过绝缘电线的线芯和发热 管形成串联电回路。由于绝缘电线线芯材质是铜，属非磁性材料，导磁率U=l;发热管材质是 碳钢，属强磁性材料，导磁率U》l,在绝缘导线穿在发热管中形成串联电回路， 于是绝缘电线阻抗Z1＝r-j.XL;发热管阻抗Z2＝R+j.Xc;1串联回路的阻抗Z:<formula>formula see original document page 3</formula>则该串联带回路的交流电流I为<formula>formula see original document page 4</formula>....................................(2Z (r+R) +j(LL+LCc)(1)、 (2)式中r为绝缘电线的电阻(Q);X!^为电流集肤效应加热元件的容抗(Q); Z,为绝缘电线的阻抗(Q); R为发热管的平均交流电阻(Q); Xc为电流集肤效应加热元件的感抗(Q); Z2为发热管的阻抗(Q); Z为电流集肤效应加热元件的阻抗(Q); 1J为交流电压(V); f为交流电流(A);C为绝缘电线线芯表面与发热管内孔表面之间电介质的电容(F);L为电流集肤效应加热元件的电感(H);下面对(1)式r、 R、 XL、 Xe分别述叙根据基尔霍夫第二定律串联电路可知<formula>formula see original document page 4</formula> ...............................................................(3)式中IJL为交流电源的相线在绝缘电线首端对尾端的电压；iic为交流电源的在发热管尾端对首端零线的电压。由 <formula>formula see original document page 4</formula> ................................................(4)由交流电流I在通过串联回路这两个部分，其功率为pu。a. 绝缘导线的电阻r上产生焦耳热P产fr;b. 发热管的电阻R上产生焦耳热PffR; (R是个变量与电流、磁场有关)所以<formula>formula see original document page 4</formula> ................................................(5)为了表示(1)和(4)式实部产生焦耳热程度的有功部分，用功率因数表示<formula>formula see original document page 4</formula>..............................(6)也可以理解为交流电流在串联电路中利用铜损和铁损原理产生焦耳热来进行分析；1、 铜损部分(P产Pr)铜损部分指绝缘电线线芯材质为电缆纯铜，电阻率一般普通指电阻率 0.01792amm"m(2(TC)下，电阻温度系数a为0.0038厂C，根据电磁学推算纯铜 单根圆铜导线直径为约20mm左右，在工频电流不会产生集肤效应和邻近效应。 因此绝缘电线应采用多股电缆纯铜绞成成其线芯。绝缘电线的电阻r与电阻温 度系数a及其温度有关产r肌 ............................................................(7)式中r抓为20。C下电阻(Q)2. 铁损部分p2=i2R2.1由于发热管的材质是碳钢，属于强磁质，交流阻抗要比直流电阻明显 要比直流电阻大得多。对于指定规格的碳钢管来说工频电源下交流阻抗也比直 流电阻明显要大。直流电阻在一定条件是一定的，而交流阻抗是个变量，其V-A 特性是非线性，而且涉及磁场的影响，由于直接计算确定"R"比较复杂，可 以采用实验并结合近似计算方法确定"R"。2.2由于绝缘电线穿在发热管孔中很近，且形成串联电流回路，在发热管内 壁产生明显的"邻近效应"，在磁感应"邻近效应"作用下，发热管电流通道由 全部环形截面改变成靠沿内壁流动，外壁设有电流，电流密度从内壁向外壁极 限方向按指数规律变化，简之，发热管外壁出现了 "绝缘性"。其发热管内壁电 流通道的"趋肤厚度"可按公知的下式计算式中S为趋肤厚度(cm);p为发热管碳钢管的电阻率(Q.cm);pm为发热管碳钢管的最大相对导磁率；f为电源频率(Hz)。 由于是在发热管内壁电流度服从指数规律衰减，发热管表面设有电流通过,确保对人身安全，应取为发热管的厚度是其趋肤厚度的三倍以上。因此，电流 集肤效应加热元件应充分考虑一旦出现发热管表面漏电引起不安全的问题，必 须严格设置接地保护措施！2.3关于计算"R"2.3.1首先根据绝缘电线线芯的截面及直径、长度，绝缘电线工作电压的绝 缘层的厚度。再确定发热管外径、厚度、穿线空隙及长度，并选择导磁率较高， 经济的相应绝缘电线的规格。2.3.2第1.2条己确定的绝缘电线穿在发热管中两者尾端相连接，两者首端 分别接相线和零线，输入工频电源，调节电压作出V-A特性曲线，并多次重复 进行。为了求出"R"，禾!J用"安培环路定律"H*G=N*I ......................................................(9)式中H为磁场强度(A/m ); G为发热管的长度(m);N为匝数1;2.3.3根据安培环路定律可以求出磁场强度H"磁化曲线"并根据找出相对 导磁率ym。为了保证发热管厚度表面设有漏电流，取三倍趋肤厚度作为设计参数。2.3.4根据电磁学公知的趋肤厚度公式8=5030 ，^^可以求出发热管 内壁导电层的平均电阻率p。L2.3.5最后求出发热管内壁电阻R=p--.................. (10)p.兀D 33.关于(1)式虚部的分析关于容抗的电容的计算 2 n ( ￡绝+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流集肤效应加热元件，由发热管２、绝缘电线１、应力补偿层４、绝缘电线绝缘层５、绝缘电线耐磨层６、尾端连接点７组成，发热管２的材质是碳钢，绝缘电线线芯３由多根铜导线绞成，应力补偿层４、绝缘电线绝缘层５和绝缘电线耐磨层６分别依次包覆在绝缘电线线芯３的上面，构成绝缘电线１，在发热管２中穿一根绝缘电线１，其尾端与发热管１尾端通过连接点７可靠相连接，绝缘电线线芯３和发热管２前端分别接到工频电源的相线和零线，并在发热管表面接上接地保护１０，形成串联电气回路，其特征是绝缘线１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵放，
申请(专利权)人：赵放，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]