Sobretensão de corrente instantânea em tubos de aquecimento por infravermelhos de tungsténio

Users of resistance heating tubes or tungsten wire tubos de aquecimento por infravermelhos 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?

Em primeiro lugar, vamos definir corrente instantânea. Num circuito, no momento em que é ligado, é normalmente gerada uma grande corrente. Esta grande corrente de curta duração é designada por corrente instantânea. Em circuitos com condensadores, isto deve-se à necessidade de os condensadores se carregarem quando são ligados pela primeira vez, criando efetivamente um curto-circuito. Por conseguinte, a corrente instantânea pode, teoricamente, ser muito elevada. Este conceito é relativamente fácil de compreender em circuitos com condensadores. Mas porque é que isto acontece nos circuitos de tubos de aquecimento por infravermelhos?

Let’s first understand the material of the heating filament in tubos de aquecimento por infravermelhos—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, a resistividade do fio de tungsténio é 5,3×10-8 Ω⋅m5,3 \times 10^{-8} \, \ Omega \cdot m5.3×10-8Ω⋅m. Como outros metais, a resistência do fio de tungsténio aumenta com a temperatura. O coeficiente de temperatura da resistência do fio de tungstênio é 5,5 × 10-3 / 100 ° C5,5 \times 10 ^ {-3} / 100 ° C5,5 × 10-3 / 100 ° C. A temperatura da superfície do filamento de tungsténio numa lâmpada incandescente de 100W varia normalmente entre 2300-2800°C. Para os tubos de aquecimento por infravermelhos, que normalmente têm uma potência de cerca de 1000W, a temperatura de funcionamento é ainda mais elevada do que 2800°C. Assim, a resistência do tubo de aquecimento por infravermelhos durante o funcionamento é muito maior do que a sua resistência à temperatura ambiente (resistência a frio).

Então, qual é a resistência a frio e a resistência de funcionamento de um tubo de aquecimento por infravermelhos de 220V 500W? Qual é o aspeto da curva de alteração da resistência no arranque? De acordo com os dados de teste de um artigo na revista "Lighting Electrical Appliances", a resistência de um tubo de aquecimento infravermelho de fio de tungstênio muda de 7,45Ω para 87,36Ω desde a inicialização até a operação estável. Isto significa que com uma tensão estável de 220V, a corrente instantânea no arranque é 10 vezes a corrente de funcionamento estável.

A maior alteração na resistência ocorre no primeiro segundo. Então, porque é que o tubo de aquecimento por infravermelhos com fio de tungsténio tem uma corrente de arranque instantânea no arranque? É principalmente devido à baixa resistência do fio de tungsténio a baixas temperaturas. Se a tensão se mantiver constante, a corrente no primeiro segundo de arranque será muito maior do que a corrente à potência nominal.

Este princípio também se aplica aos tubos de aquecimento por resistência tradicionais.

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