Sovracorrente istantanea nei tubi di riscaldamento a infrarossi in tungsteno

Users of resistance heating tubes or tungsten wire tubi di riscaldamento a infrarossi are aware that when these tubes are first started, within the first minute or so, the current in the circuit is very large. This phenomenon is known as instantaneous inrush current, where the initial current is much greater than the rated current. But why does this happen?

Innanzitutto, definiamo la corrente istantanea. In un circuito, nel momento in cui viene alimentato, viene solitamente generata una grande corrente. Questa corrente di breve durata è chiamata corrente istantanea. Nei circuiti con condensatori, ciò è dovuto alla necessità dei condensatori di caricarsi alla prima accensione, creando di fatto un cortocircuito. Pertanto, la corrente istantanea può essere teoricamente molto grande. Questo concetto è relativamente facile da capire nei circuiti con condensatori. Ma perché questo accade nei circuiti di tubi riscaldanti a infrarossi?

Let’s first understand the material of the heating filament in tubi di riscaldamento a infrarossi—tungsten wire. Tungsten, with its high melting point, high resistivity, and good mechanical strength, is the best material for incandescent lamps among all pure metals. The heating principle of infrared heating tubes is similar to that of incandescent lamps, so tungsten wire is also used for the heating filament.

A 20°C, la resistività del filo di tungsteno è 5,3×10-8 Ω⋅m5,3 ´times 10^{-8} \, \Omega \cdot m5,3×10-8Ω⋅m. Come per altri metalli, la resistenza del filo di tungsteno aumenta con la temperatura. Il coefficiente di temperatura della resistenza del filo di tungsteno è 5,5×10-3/100°C5,5 ´times 10^{-3}/100°C5,5×10-3/100°C. La temperatura superficiale del filamento di tungsteno in una lampada a incandescenza da 100W è solitamente compresa tra 2300-2800°C. Per i tubi riscaldanti a infrarossi, che in genere hanno una potenza di circa 1000W, la temperatura di esercizio è addirittura superiore a 2800°C. Pertanto, la resistenza del tubo riscaldante a infrarossi durante il funzionamento è molto maggiore della sua resistenza a temperatura ambiente (resistenza a freddo).

Quali sono la resistenza a freddo e la resistenza di esercizio di un tubo riscaldante a infrarossi da 220V 500W? Come si presenta la curva di variazione della resistenza all'avvio? Secondo i dati dei test pubblicati sulla rivista "Lighting Electrical Appliances", la resistenza di un tubo riscaldante a infrarossi con filo di tungsteno passa da 7,45Ω a 87,36Ω dall'avvio al funzionamento stabile. Ciò significa che con una tensione stabile di 220 V, la corrente istantanea all'avvio è 10 volte la corrente di funzionamento stabile.

La variazione maggiore della resistenza si verifica entro il primo secondo. Perché il tubo riscaldante a infrarossi con filo di tungsteno ha una corrente di spunto istantanea all'avvio? È dovuto principalmente alla bassa resistenza del filo di tungsteno a basse temperature. Se la tensione rimane costante, la corrente nel primo secondo di avvio sarà molto maggiore della corrente a potenza nominale.

Questo principio si applica anche ai tradizionali tubi di riscaldamento a resistenza.

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