电气设备丛书--电热设备

前言
随着科学技术的迅猛发展，电气设备发展日新月异。尤其是以计算机、信息技术为代表的高新技术的发展，使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化，传统的电气设备设计、制造技术不断吸收信息控制、材料、能源及管理等领域的现代成果，综合应用于产品设计、制造、检测、生产管理和售后服务。在生产技术和生产模式等方面，许多新的思想和概念不断涌现，而且，不同学科之间相互渗透、交叉融合，衍生新的研究领域，迅速改变着传统电气设备制造业的面貌，产品更新换代极为频繁。21世纪电气设备发展的总趋势是：强弱电技术的融合更为密切；多学科、多专业的交叉更为深入；我国电气产品与国际接轨的步伐将迈得更大，国内外的技术交流也将更为广泛。

当今世界，科学技术发展迅速，知识经济发展显现端倪，综合国力的竞争日趋激烈。国力的竞争，归根结底是科技与人才的竞争。为了适应社会主义现代化建设的需要，我们组织编写了这套《电气设备丛书》（以下简称《丛书》），满足广大电气工作者和爱好者的迫切需要。

《丛书》编写时从实用出发，力求理论与实际相结合，突出新颖性，介绍电气设备的结构、工作原理、技术参数、适用场合、技术操作要点、运行与维护经验等，并注重理论联系实际，融入应用实例，突出技能和技巧。

《丛书》本着求精避繁的原则，对电气设备的基础理论、材料、器件、应用电路、安装、调试、运行与维修等适用面广、使用频率高和实用性强的技术内容作了详细的阐述。同时，还从实际出发，介绍反映电工电子、电力电子、计算机、自动控制、传感器技术、机电一体化的相互交叉、纵横结合的发展大趋势。

本套丛书共10个分册，包括：《防爆电器》、《防雷与接地装置》、《电气测量设备》、《电热设备》、《开关电源技术》、《漏电保护器》、《高压电器》、《低压电器》、《变压器原理与应用》、《电机原理与应用》。

本书是《电热设备》分册。

电热设备是以世界上称谓清洁能源——电为热源的加热设备，是为食品、机械、冶金、石油化工、人类日常生活和现代农业等服务的重要器具。

本书共分10章，系统地介绍了电热设备（electric heating installation）的分类和发展趋势、电热设备用主要原材料、电热元件的设计与制造、温度控制元件、时间控制元件、电热设备典型的控制电路、供电及安全用电，并对典型电热设备作了诠释。各章论述中着重在举实例、点数据、教技巧，并以较大篇幅介绍了相关产品的型号、性能参数，为工程技术人员提供了传统、常用、新颖、简明、较系统和完整的电热设备参考资料。

本书由张培寅高级工程师主编，李金伴教授主审。在编写过程中参阅了大量国外同行的专著、教材、论文等，在此表示致谢。

本书在编写过程中，得到江苏大学领导、镇江市科学技术协会、镇江市老专家协会的关心与支持，得到江苏大学老科技工作者协会专家的指导，在此表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中有不妥之处，恳请读者批评指正。

编者2005年12月


	 

电热设备从家用电器，农业生产加工器具，工业加热、电解、熔焊、合成、冶炼、热处理，一直到航天等领域，都得到广泛的应用，是人类生活、生产中重要装备之一。
本书就电热元件、控温和设备结构特点分别作了诠释，对电热设备的主要技术参数、运用场合、操作技术、维护和检测、安全技术要素作了精练的论述。
本书具有适用性、通用性、科学性强的特点，适合机械、冶金、石油化工、轻工、食品、家电、航空等与电热相关学科教学师生作教学参考书，以及电热设备、器具研究、生产、营销、使用的科技工作者作电气设备资料参阅。
	 

目录
第1章概述1
11电热设备的分类1
111按加热方法与加热速度划分类别1
112按电压带分类2

113按频率分类2

114按被加热物的形态变化分类2

115按用途分类2

12电热设备的应用3

13电热方法4

131电热设备的特点4

132供电条件4

133安装和布置5

134控制和联锁5

14电热设备的发展趋势5

第2章电热设备用主要原材料7

21金属电热材料7

211电阻式电热元件的材料及其性能7

212导体的电阻率与温度系数8

213脆性和高温强度9

214合金电热元件最高使用温度9

215表面负荷10

216合金电热材料的化学特性13

22非金属电热材料14

221硅钼棒15

222碳化硅棒22

223多孔玻璃态碳27

224PP型电热材料28

225PTC半导体电热材料29

23复合材料构成的电热设备加热材料42

231配阻材料构成的电热材料42

232远红外线辐射材料42

233远红外辐射加热器用材料形状45

24重金属及其合金与石墨类电热材料51

241重金属材料与石墨的特性51

242石墨类电热材料54

第3章电热元件的设计与制造57

31电热丝的设计57

311线径计算57

312形状设计61

313设计计算参数整理63

32电热元件发热体的制作68

321缠绕工艺68

322圆丝与引出棒的连接71

323引出带与圆丝的连接72

324引出带与扁丝的连接72

325并股引线72

326焊接72

327复合连接72

328金属电热元件在电热设备中的布置和安装73

33金属管状电热元件74

34带状电热元件83

35电热板84

36薄膜电热元件（电热膜）89

第4章温度控制元件95

41热双金属片温控元件95

411缓动式温控元件98

412闪动式温控元件99

413U形热双金属元件99

414碟形双金属元件99

415热双金属温控器的选用与维修100

42磁性温控元件100

421磁性控温原理100

422磁性温控元件的特点102

43形状记忆温控元件103

431形状记忆效应103

432形状记忆效应的应用实例103

44热敏电阻温控元件104

441原理104

442结构形式和规格105

443热敏电阻温控元件的特点105

45热电偶温控元件106

451原理106

452热电偶定则106

453热电偶的种类106

454热电偶的选择、使用与维修107

46超温保护器108

461温度保险丝108

462热断型热保护器109

47电子恒温电路110

第5章时间控制元件112

51机械发条式定时器112

52电动式定时器112

53电子式定时器113

第6章电热设备典型的控制电路119

61不带温控元件的电路（开关电路）119

62整流二极管调功控制电路120

63电子调功控制电路121

64微型温度断电器控温型电路121

65低压调压型电路122

66二极管半波整流的调温型电路122

67具有双向可控硅调节器的调温型电路123

68电容调温型电路124

69电阻调温型电路124

610单检测线型电子控制电路125

611双检测线型电子控制电路126

612PTC温控型电路126

第7章电热设备（产品）使用安全技术标准128

71低压配电网供电128

72对供电连接的要求128

721一般要求128

722对固定连接的要求128

723对可移动连接的要求129

73电源设备129

731专用变压器129

732变频电源装置129

74电热设备的使用环境129

75产品安全性能试验方法130

751工作温度下和湿热试验后的电气绝缘和泄漏电流130

752防触电保护133

753接地装置135

754发热试验136

755爬电距离和电气间隙137

76产品安装138

77产品使用方面139

78产品检修方面139

79电热设备防火140

第8章典型电热设备介绍143

81空间电热设备143

811生活用电热设备（器、具、炉、装置）143

812工业类电阻炉152

813可控气氛电热设备163

82液体（相）类电热设备174

821普通电热式油炸设备174

822水油混合式油炸设备175

823外热式浴炉177

824内热式电极盐浴炉178

825流动粒子（假液态）电加热设备183

83真空电热设备191

831真空熔炼或热处理191

832真空热处理炉类型192

84电弧炉201

841基本原理201

842电弧炉的分类和用途202

843电弧炉设备202

844操作安全技术措施205

85电渣炉209

86工业微波加热设备211

861基本工作原理与特点211

862工业微波加热的应用212

863工业微波设备的安全使用212

864电磁场强度与微波漏能测量213

87感应加热设备217

871原理217

872常用感应加热设备的电气参数218

873电源装置220

874电容器221

875三相平衡装置221

876保护设备及仪表222

877材质222

878母线与电缆的选择222

879安装223

8710运行224

8711维护225

88高能束加热设备225

881高能束加热和用途225

882微/纳米热喷涂技术227

第9章电热设备能效改善研究233

91性能试验234

911电加热设备的电能利用率η234

912减少热损失，提高电能利用率的途径234

913电热元件冷态直流电阻与热态泄漏电流的测定235

914额定功率的测定235

915空炉升温时间的测定236

916空载功率的测定236

917炉温均匀度的测定237

918表面温升的测定239

919远红外加热239

92选用耐温、耐热、绝缘材料242

921耐温材料242

922不定型耐火材料249

923耐火材料249

924绝缘材料257

93温度控制260

931基地式仪表组成的炉温自动控制系统260

932控制温度的调节器261

933调节温度的执行器262

934单元组合仪表组成的炉温自动控制系统262

935电热设备温度的位式控制263

936电炉温度的时间比例控制264

937可控硅调压器温度自动控制系统265

938调功器调波（频）形式对电热设备控温的影响265

939炉温程序控制267

9310感应加热温度的自动控制267

附录A常用材料的比热容、相对密度、热导率270

附录B常用材料制图剖面标示图样271

附录C世界各大洲主要城市用电的相数电压和频率271

参考文献273第1章概述1

11电热设备的分类1

111按加热方法与加热速度划分类别1

112按电压带分类2

113按频率分类2

114按被加热物的形态变化分类2

115按用途分类2

12电热设备的应用3

13电热方法4

131电热设备的特点4

132供电条件4

133安装和布置5

134控制和联锁5

14电热设备的发展趋势5

第2章电加热理论与计算7

21电热变换的主要理论7

211物质的热性质7

212热的度量7

213熔点和潜热8

214沸点和潜热8

215热量的测量8

216热容量和比热容9

217热的温度场和热流方向11

218导体的发热过程12

22物质传热理论及其数学关系13

221传热方程式13

222传导传热13

223对流传热20

224辐射传热26

225复合传热过程30

226对流和辐射同时存在的传热30

227电与热的能量转换34

第3章电热设备主要原材料35

31金属电热材料35

311电阻式电热元件的材料及其性能35

312导体的电阻率与温度系数35

313脆性和高温强度37

314合金电热元件最高使用温度37

315表面负荷38

316合金电热材料的化学特性41

32非金属电热材料42

321硅钼棒43

322碳化硅棒50

323多孔玻璃态碳55

324PP型电热材料56

325PTC半导体电热材料57

33复合材料构成的电热设备加热材料70

331配阻材料构成的电热材料70

332远红外线辐射材料70

333远红外辐射加热器用材料形状73

34重金属及其合金与石墨类电热材料79

341重金属材料与石墨的特性79

342石墨类电热材料82

第4章电热元件的设计与制造85

41电热丝的设计85

411线径计算85

412形状设计89

413设计计算参数整理91

42电热元件发热体的制作96

421缠绕工艺96

422圆丝与引出棒的连接99

423引出带与圆丝的连接100

424引出带与扁丝的连接100

425并股引线100

426焊接100

427复合连接100

428金属电热元件在电热设备中的布置和安装101

43金属管状电热元件102

44带状电热元件111

45电热板112

46薄膜电热元件（电热膜）117

第5章温度控制元件123

51热双金属片温控元件123

511缓动式温控元件126

512闪动式温控元件127

513U形热双金属元件127

514碟形双金属元件127

515热双金属温控器的选用与维修128

52磁性温控元件128

521磁性控温原理128

522磁性温控元件的特点130

53形状记忆温控元件131

531形状记忆效应131

532形状记忆效应的应用实例131

54热敏电阻温控元件132

541原理132

542结构型式和规格133

543热敏电阻温控元件的特点133

55热电偶温控元件134

551原理134

552热电偶定则134

553热电偶的种类134

554热电偶的选择、使用与维修135

56超温保护器136

561温度保险丝136

562热断型热保护器137

57电子恒温电路138

第6章时间控制元件140

61机械发条式定时器140

62电动式定时器140

63电子式定时器141

第7章电热设备典型的控制电路148

71不带温控元件的电路（开关电路）147

72整流二极管调功控制电路148

73电子调功控制电路149

74微型温度断电器控温型电路149

75低压调压型电路150

76二极管半波整流的调温型电路150

77具有双向可控硅调节器的调温型电路151

78电容调温型电路152

79电阻调温型电路152

710单检测线型电子控制电路153

711双检测线型电子控制电路154

712PTC温控型电路154

第8章供电及安全用电156

81低压配电网供电156

82对供电连接的要求156

821一般要求156

822对固定连接的要求156

823对可移动连接的要求157

83电源设备157

831专用变压器157

832变频电源装置157

84电热设备的使用环境157

85产品安全性能试验方法158

851工作温度下和湿热试验后的电气绝缘和泄漏电流158

852防触电保护161

853接地装置163

854发热试验164

855爬电距离(creepage distance)和电气间隙(clearance)165

86产品安装166

87产品使用方面167

88产品检修方面167

89电热设备防火168

第9章典型电热设备诠释171

91空间电热设备171

911生活用电热设备（器、具、炉、装置）171

912工业类电阻炉180

913可控气氛电热设备191

92液体（相）类电热设备202

921普通电热式油炸设备202

922水油混合式油炸设备203

923外热式浴炉205

924内热式电极盐浴炉206

925流动粒子（假液态）电加热设备211

93真空电热设备219

931真空熔炼或热处理219

932真空热处理炉类型220

94电弧炉229

941基本原理229

942电弧炉的分类和用途230

943电弧炉设备230

944操作安全技术措施233

95电渣炉237

96工业微波加热设备239

961基本工作原理与特点239

962工业微波加热的应用240

963工业微波设备的安全使用240

964电磁场强度与微波漏能测量241

97感应加热设备245

971原理245

972常用感应加热设备的电气参数246

973电源装置248

974电容器249

975三相平衡装置249

976保护设备及仪表250

977材质250

978母线与电缆的选择250

979安装251

9710运行252

9711维护253

98高能束加热设备253

981高能束加热和用途253

982微/纳米热喷涂技术255

第10章电热设备能产改善研究262

101性能试验262

1011电加热设备的电能利用率η262

1012减少热损失，提高电能利用率的途径262

1013电热元件冷态直流电阻与热态泄漏电流的测定263

1014额定功率的测定263

1015空炉升温时间的测定264

1016空载功率的测定264

1017炉温均匀度的测定265

1018表面温升的测定267

1019远红外加热267

102选用耐温、耐热、绝缘材料270

1021耐温材料270

1022不定型耐火材料277

1023耐火材料277

1024绝缘材料285

103温度控制288

1031基地式仪表组成的炉温自动控制系统288

1032控制温度的调节器289

1033调节温度的执行器290

1034单元组合仪表组成的炉温自动控制系统290

1035电热设备温度的位式控制291

1036电炉温度的时间比例控制292

1037可控硅调压器温度自动控制系统293

1038调功器调波（频）形式对电热设备控温的影响293

1039炉温程序控制295

10310感应加热温度的自动控制295

附录A常用材料的比热容、重度、热导率298

附录B常用材料制图剖面标示图样299

附录C常用材料的比热容、重度、热导率299

参考文献301