Как найти длину нихромового провода

При намотке спирали из нихрома

для нагревательных приборов эту операцию зачастую выполняют «на глазок», а затем, включая спираль в сеть, по нагреву нихромового провода подбирают требующееся количество витков. Обычно такая процедура занимает много времени, да и нихром расходуется попусту.

Чтобы рационализировать эту работу при использовании нихромовой спирали

на напряжение 220 В, предлагаю воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома =(Ом · мм² / м)C. С ее помощью можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается
нихромовая спираль
. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня
нихрома 0,2 мм	нихрома 0,3 мм	нихрома 0,4 мм	нихрома 0,5 мм	нихрома 0,6 мм	нихрома 0,7 мм	нихрома 0,8 мм	нихрома 0,9 мм
Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см	Ø стержня, мм	длина спирали, см
1,5	49	1,5	59	1,5	77	2	64	2	76	2	84	3	68	3	78
2	30	2	43	2	68	3	46	3	53	3	64	4	54	4	72
3	21	3	30	3	40	4	36	4	40	4	49	5	46	6	68
4	16	4	22	4	28	5	30	5	33	5	40	6	40	8	52
5	13	5	18	5	24	6	26	6	30	6	34	8	31
6	20	8	22	8	26	10	24

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 127 В из провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

220 В — 22 см 127 В — Х см

тогда:

X =127 · 22 / 220= 12,7 см

Намотав нихромовую спираль

, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице.

Калькулятор расчета длины нихромовой проволоки

Суть предложенного расчета сводится к определению необходимого сопротивления путем подбора длины проволоки, используя данные об удельном сопротивлении перечисленных выше марок нихрома (ρ) с учетом диаметра проволоки и требуемой потребляемой мощности нагревателя. Вычисление производится по формуле l=SR/ρ.

Калькулятор предназначен для расчета в однофазной сети, заложенное значение напряжения составляет 220 В, для получения более точного результата можно ввести измеренные фактические значения.

Очень важным является соответствие значений расчетного и допустимого тока. По окончании расчета используя данные таблицы выше следует убедиться в том, что допустимая сила тока не менее итоговой расчетной.

В случае, если по итогам вычислений Iрасч превышает Iдопустимый, то его следует повторить используя диаметр проволоки с большей допустимой силой тока.

Для нагревательных элементов, погруженных в жидкость (охлаждающая среда) значение допустимого тока можно взять несколько увеличенным (в 1,1. 1,5 раз). И наоборот: для закрытых нихромовых спиралей, охлаждение которых затруднено рекомендуется уменьшить его значение (в 1,1. 1,5 раз).

Кроме того, необходимо обязательно учитывать одно важное условие расчета: предполагается, что нихромовая спираль нагревателя закреплена горизонтально, так как в этом положении обеспечивается большая равномерность распределения тепла по поверхности спирали.

При намотке спирали для достижения лучшей эффективности и безопасности работы нагревателя необходимо учитывать шаг: намотка с небольшим шагом позволяет добиться высокой отдачи тепла и, соответственно большей эффективности работы нагревательного элемента.

Однако, при намотке спирали с небольшим шагом охлаждение нихрома хуже, высока вероятность выхода ее из строя вследствие перегрева или возникновения межвиткового замыкания.

Больший шаг намотки, наоборот снизит эффективность работы нагревателя, но позволит добиться большей безопасности эксплуатации и увеличить срок службы спирали.

• Главная
• Расчеты по электротехнике
• Расчет длины нихромовой проволоки

Расчет спирали из нихрома. Намотка нихромовых спиралей. Сопротивление нихрома

Нихромовая спираль

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта проволока изготавливается из нихрома – прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром.

«Классический» состав этого сплава – 80% никеля, 20% хрома.

Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов – «нихром».

Самые известные марки нихрома – Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72—73 % никеля и 20—23 % хрома.

Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки.

Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17—29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре.

Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

Применение нихромовой проволоки

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава.

Нихромовая спираль применяется в двух качествах – как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н.

Примеры применений:

• бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
• ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
• нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Н80ХЮД-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 °С.

Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя.

При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного.

Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали.

Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение.

Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления.

Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U.

Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

• P – выделяемая мощность;
• U – напряжение на концах спирали;
• R – сопротивление спирали;
• I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов.

Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки.

Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd2)/4ρ.

Здесь:

• L – искомая длина;
• R – сопротивление проволоки;
• d – диаметр проволоки;
• ρ – удельное сопротивление нихрома;
• π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве.

В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρld, где ρld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)). Расчет закончен.

Информация

Данный сайт создан исключительно в ознакомительных целях. Материалы ресурса носят справочный характер.

При цитировании материалов сайта активная гиперссылка на l220.ru обязательна.

Документ, определяющий правила устройства, регламентирующий принципы построения и требования как к отдельным системам, так и к их элементам, узлам и коммуникациям ЭУ, условиям размещения и монтажа.

ПТЭЭП

Требования и обязанности потребителей, ответственность за выполнение, требования к персоналу, осуществляющему эксплуатацию ЭУ, управление, ремонт, модернизацию, ввод в эксплуатацию ЭУ, подготовке персонала.

ПОТЭУ

Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок — документ, созданный на основе недействующих в настоящее время Межотраслевых правил по охране труда (ПОТ Р М-016-2001, РД 153-34.0-03.150).

Электрический паяльник – это ручной инструмент, предназначенный для скрепления между собой деталей посредством мягких припоев, путем разогрева припоя до жидкого состояния и заполнения ним зазора между спаиваемыми деталями.

Электрическая схема паяльника

Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.

Как видно из схемы, в паяльнике отсутствует возможность регулировки температуры нагрева жала. И даже, если мощность паяльника выбрана правильно, то все равно не факт, что температура жала будет требуемой для пайки, так как длина жала со временем уменьшается за счет постоянной его заправки, припои тоже имеют разные температуры плавления. Поэтому для поддержания оптимальной температуры жала паяльника приходится подключать его через тиристорные регуляторы мощности с ручной регулировкой и автоматическим поддержанием заданной температуры жала паяльника.

Устройство паяльника

Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается спиралью из нихрома до температуры плавления припоя. Стержень паяльника делается из меди благодаря высокой ее теплопроводности. Ведь при пайке нужно быстро передать жалу паяльника от нагревательного элемента тепло. Конец стержня имеет клиновидную форму, является рабочей частью паяльника и называется жалом. Стержень вставляется в стальную трубку, обернутую слюдой или стеклотканью. На слюду намотана нихромовая проволока, которая служит нагревательным элементом.

Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса паяльника.

Концы нихромовой спирали соединены с медными проводниками электрического шнура с вилкой на конце. Для обеспечения надежности этого соединения концы нихромовой спирали согнуты и сложены вдвое, что снижает нагрев в месте соединения с медным проводом. В дополнение соединение обжато металлической пластинкой, лучше всего обжим делать из алюминиевой пластины, которая имеет высокую теплопроводность и будет эффективнее отводить тепло от места соединения. Для электрической изоляции на место соединения надевают трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.

Медный стержень и нихромовая спираль закрывается металлическим корпусом, состоящим из двух половинок или сплошной трубки, как на фотографии. Корпус паяльника на трубке фиксируется накидными колечками. На трубку, для защиты руки человека от ожога, насаживается ручка из плохо провидящего тепло материала, дерева или термостойкой пластмассы.

При вставлении вилки паяльника в розетку электрический ток поступает на нихромовый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.

Виды спиралей

Внутриматочные спирали изготавливаются из пластика и бывают двух видов: спирали, содержащие медь (серебро) и спирали, содержащие гормоны. Их размер – 3X4 см. Выбор метода контрацепции и самой спирали происходит на приеме у гинеколога. Самостоятельно этого делать не стоит. Внутриматочная спираль устанавливается гинекологом во время месячных . Она невелика по размерам и напоминает по форме букву Т.

Медная спираль изготавливается из медной проволоки . Ее особенностью является способность действовать на матку таким образом, что яйцеклетка не может к ней прикрепиться. Этому способствуют два медных усика.

Гормональная спираль имеет контейнер, который содержит прогестин. Этот гормон предотвращает наступление овуляции. В случае использования гормональной внутриматочной спирали сперматозоиды не могут оплодотворять яйцеклетку. Как отмечают женщины, при использовании такой спирали менструации становятся более скудными и менее болезненными. Однако вреда это не приносит, потому что связано с действием гормонов, находящихся внутри спирали. Гинекологи рекомендуют женщинам, страдающим болезненными месячными , установку гормональной спирали.

Напряжение питания паяльников

Электрические паяльники выпускаются рассчитанные на напряжение питающей сети 12, 24, 36, 42 и 220 В, и этому есть свои причины. Главной, является безопасность человека, второй – напряжение сети в месте выполнена паяльных работ. В производстве, где все оборудование заземлено и имеется высокая влажность, разрешено использовать паяльники напряжением не более 36 В, при этом корпус паяльника должен быть обязательно заземлен. Бортовая сеть у мотоцикла имеет напряжение постоянного тока 6 В, легкового автомобиля – 12 В, грузового – 24 В. В авиации используют сеть частотой 400 Гц и напряжением 27 В.

Есть и конструктивные ограничения, например, паяльник мощностью 12 Вт сложно сделать на питающее напряжение 220 В, так как спираль потребуется мотать из очень тонкого провода и поэтому намотать много слоев, паяльник получится большим, не удобным для мелкой работы. Так как обмотка паяльника намотана из нихромовой проволоки, то питать его можно как переменным, так и постоянным напряжением. Главное чтобы напряжение питания соответствовало напряжению, на которое рассчитан паяльник.

Мощность нагрева паяльников

Мощностью электрические паяльники бывают 12, 20, 40, 60, 100 Вт и больше. И это тоже не случайно. Для того, чтобы припой при пайке хорошо растекался по поверхностям спаиваемый деталей, их нужно прогреть до температуры чуть большей, чем температура плавления припоя. При контакте с деталью тепло передается от жала к детали и температура жала падает. Если диаметр жала паяльника не достаточный или мощность нагревательного элемента мала, то отдав тепло, жало не сможет нагреться до заданной температуры, и паять будет невозможно. В лучшем случае получится рыхлая и не прочная пайка.

Более мощным паяльником можно паять маленькие детали, но возникает проблема недоступности к месту пайки. Как, например, запаять в печатную плату микросхему с шагом ножек 1,25 мм жалом паяльника размером в 5 мм? Правда есть выход, на такое жало навивают несколько витков медного провода диаметром 1мм и концом уже этого провода паяют. Но громоздкость паяльника делают работу практически не выполнимой. Есть и еще одно ограничение. При большой мощности, паяльник быстро прогреет элемент, а многие радиодетали не допускают нагрева выше 70˚С и по этому, допустимое время их пайки составляет не более 3 секунд. Это диоды, транзисторы, микросхемы.

Материалы для намотки

Чтобы намотать, понадобятся проволока и наполнитель. Первая необходима для создания нагревательного элемента, а второй нужен для фитиля. Они могут быть заменены на другие. Для койла необходима сталь, сопротивление которой отвечает заданным значениям. В ЭС применяются металлы следующих видов:

• Нихром. Можно приобрести по низкой стоимости;
• Кантал (фехраль). Дешевле, чем нихром. Однако срок службы такой же маленький;
• Нержавеющая сталь. Непопулярен из-за неудобства при создании намотки спирали, недорогой;
• Никель. Дорогостоящий материал, предназначен для девайсов с температурным контролем;
• Титан. Аналогично никелю дорогая, но нетоксичная проволока.

Чтобы изготовить фитиль, подойдут такие материалы: кремнеземный шнур. Используется нечасто из-за плохой проводимости жижи и быстрой загрязняемости. Вата — популярный материал для изготовления фитиля. Японский хлопок — дорогой, однако, отличного качества без передачи посторонних привкусов.

Ремонт паяльника своими руками

Паяльник перестает нагреваться по одной из двух причин. Это в результате перетирания сетевого шнура или перегорания нагревательной спирали. Чаще всего перетирается шнур.

Проверка исправности сетевого шнура и спирали паяльника

При пайке сетевой шнур паяльника постоянно изгибается, особенно сильно в месте выхода из него и вилки. Обычно в этих местах, особенно если сетевой шнур жесткий, он и перетирается. Сначала проявляться такая неисправность недостаточным нагревом паяльника или периодическим его охлаждением. В конечном итоге, паяльник перестает нагреваться.

Поэтому перед ремонтом паяльника нужно проверить наличие питающего напряжения в розетке. Если напряжение в розетке есть, то проверить сетевой шнур. Иногда неисправность шнура можно определить, плавно перегибая его в месте выхода из вилки и паяльника. Если паяльник при этом стал чуть теплее, значит точно неисправен шнур.

Проверить исправность шнура можно подключив к штырям вилки щупы мультиметра, включенного в режим измерения сопротивления. Если при изгибании шнура показания будут изменяться, то шнур перетерся.

Если обнаружилось что, обрыв шнура находится в месте выхода из вилки, то для ремонта паяльника достаточно будет отрезать часть шнура вместе с вилкой и установить на шнур разборную.

В случае, если шнур перетерся в месте выхода из ручки паяльника или мультиметр, подключенный к штырям вилки, при изгибании шнура не показывает сопротивление, то придётся разбирать паяльник. Для получения доступа к месту присоединения спирали к проводам шнура достаточно будет снять только ручку. Далее последовательно прикоснуться щупами мультиметра к контактам и штырям вилки. Если сопротивление равно нулю, то в обрыве спираль или плохой контакт ее с проводами шнура.

Расчет и ремонт нагревательной обмотки паяльника

При ремонте или при самостоятельном изготовлении электрического паяльника или любого другого нагревательного прибора приходится мотать нагревательную обмотку из нихромовой проволоки. Исходными данными для расчета и выбора проволоки является сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора, которое определяется исходя из его мощности и напряжения питания. Рассчитать, какое должно быть сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора можно с помощью таблицы.

Зная напряжение питания и измеряв сопротивление любого нагревательного электроприбора, например паяльника, электрочайника, электрического обогревателя или электрического утюга, можно узнать потребляемую этим бытовым электроприбором мощность. Например, сопротивление электрочайника мощностью 1,5 кВт будет равно 32,2 Ом.

Основные сведения и марки нихрома

Нихромом называют сплав никеля и хрома с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. У этого материала параметры зависят от конкретного соотношения веществ в сплаве, но в среднем лежат в пределах:

• удельное электрическое сопротивление — 1,05-1,4 Ом*мм 2 /м (в зависимости от марки сплава);
• температурный коэффициент сопротивления — (0,1-0,25)·10 −3 К −1 ;
• рабочая температура — 1100 °C;
• температура плавления — 1400°C;

В таблицах удельное сопротивление часто приводится в мкОм*м (или 10 -6 Ом*м) – численно значения те же, разница в размерности.

В настоящее время есть две самых распространённых марки нихромовой проволоки:

• Х20Н80. Состоит на 74% из никеля и на 23% хрома, а также по 1% железа, кремния и марганца. Проводники этой марки можно использовать при температуре до 1250 ᵒ С, температура плавления – 1400 ᵒ С. Также он отличается повышенным электросопротивлением. Сплав применяют для изготовления элементов нагревательных приборов. Удельное сопротивление – 1,03-1,18 мкОм·м;
• Х15Н60. Состав: 60% никеля, 25% железа, 15% хрома. Рабочая температура не более 1150 ᵒ С. Температура плавления – 1390 ᵒ С. Содержит больше железа, что повышает магнитные свойства сплава и увеличивает его антикоррозийную устойчивость.

методика проведения вычислений, справочные таблицы

Основные понятия

В целом производить расчёт нагревательного элемента из нихрома необходимо по четырём вычислениям: гидравлическому, механическому, тепловому и электрическому. Но обычно подсчёты проводят лишь в два этапа: по тепловым и электрическим показателям.

К тепловым характеристикам относятся:

• тепловая изоляция;
• коэффициент полезного действия по теплоте;
• необходимая теплоотдающая поверхность.

Основной целью расчёта нихрома является определение геометрических размеров нагревательного сопротивления.

К электрическим параметрам обогревателей являются:

• напряжение питания;
• способ регулирования мощности;
• коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия.

При выборе питающего напряжения для устройств обогрева отдают предпочтение тому, что несёт минимальную угрозу животным и обслуживающему персоналу. Напряжение сети в установках сельского хозяйства составляет 380/200 вольт с частотой тока 50 Герц. В случае применения электроустановок в особо сырых помещениях, при повышенной электроопасности напряжение следует снизить. Его значение должно не превышать 12, 24, 36 вольт.

Регулировать температуру и мощность нагревателя можно двумя способами:

• меняя напряжение;
• переменой величины сопротивления.

Наиболее распространённым способом изменять мощность является включение в работу определённого числа секций трехфазной установки. В современных нагревательных установках мощность меняют регулировкой напряжения с помощью тиристоров.

Расчёт по рабочему току основан на табличной зависимости, которая связывает токовую нагрузку на проводник из нихрома, его площадь сечения и температуру.

Табличные данные были составлены для проволоки из нихрома, которая натягивалась в воздухе без учёта колебаний и вибраций при температуре 20 °C.

Для того чтобы перейти к реальным условиям, в расчётах необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Алгоритм расчёта для однофазных установок

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

Рс = Р/ (mn)

P — мощность установки, Вт;

m — количество фаз, для однофазной m = 1;

n — число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

Ic = P с/(Un)

U — напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θр = θд/(Км Кс)

θд — допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1 — Параметры материалов для электрических нагревателей.

Материал	Удельное сопротивление при 20 °C, x10-6Ом·м	Температурный коэффициент сопротивления, x10— 6 °C -1	Допустимая рабочая температура, °C	Температура плавления, °C
Нихром двойной (Х20Н80-Н)	1,1	16,5	1200	1400
Нихром тройной (Х15Н60-Н)	1,1	16,3	1100	1390

Км — коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 — Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Конструктивное исполнение нагревателя	Км
Провод при горизонтальном размещении	1,0
Спираль из провода без тепловой изоляции	0,8 — 0,9
Спираль из провода на огнеупорном каркасе	0,7
Провод на огнеупорном каркасе	0,6 — 0,7
Нагревательные сопротивления между двумя слоями тепловой изоляции	0,5
Нагревательные сопротивления с хорошей тепловой изоляцией	0,3 — 0,4

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс — коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 — Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Условия окружающей среды	Кс
Спираль из провода в потоке воздуха со скоростью движения, м /с
3	1,8
5	2,1
10	3,1
Нагревательный элемент в неподвижной воде	2,5
Нагревательный элемент в потоке воды	3,0−3,5

Коэффициент среды даёт поправку на улучшение теплоотдачи из-за условий окружающей среды. Поэтому реальные результаты расчётов будут немного отличаться от табличных значений.

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм 2 выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 — Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф2S*10-6)/(ρ 20 [1+α(θ р -20)] Рс x103)

ρ 20 — удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α — температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Диаметр спирали:

D = (6…10) d, мм.

Определяем шаг спирали:

h = (2…4) d, мм

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

W = (lx103)/ (√h2+(πD)2)

Длина спирали:

L = h W x10-3

Если назначением проволочного нагревателя является повышение температуры жидкости, рабочий ток увеличивают в 1,5 раза от расчётного значения. В случае расчёта нагревателя с закрытым типом рабочий ток рекомендуется снизить в 1,2 раза.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

1. 200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей. Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению.
2. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели. Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.
3. От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.
4. От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.
5. От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Параметры, способствующие неполадкам

Наиболее велика вероятность выхода из строя электрических нагревателей вследствие окисления поверхности нагревательного сопротивления.

Факторы, которые влияют на скорость разрушения нагревателя:

• рабочая температура;
• условия окружающей среды, в которых работает нагреватель;
• частота включений.

Из-за того, что электронагревательные установки работают с превышением допустимых значений этих параметров, происходят наиболее частые поломки: обгорание контактов, нарушение механической прочности нихромовой проволоки.

Ремонт нагревательного элемента из нихрома осуществляется с помощью пайки или скручивания.

220v.guru

Методики расчета

По сопротивлению

Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.

Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:

Определим силу тока:

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:

Длина проволоки равна:

где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.

Или по такой формуле:

Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.

Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:

Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.

Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:

Длина одного витка:

где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.

Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:

Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.

Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.

По температуре

Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.

Приведем пример расчетов нихрома для печи.

Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:

• до 50 литров – 100Вт/л;
• 100-500 литров – 50-70 Вт/л.

Тогда в нашем случае:

Дальше считаем силу тока и сопротивление:

Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.

Делим мощность на 3 фазы:

Pф=5/3=1,66 кВт на фазу

При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.

Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.

Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.

Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см 2 , а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

Диаметр определяют по формуле:

рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:

Длина рассчитывается по формуле:

Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.

Расчёт проволочного нагревателя | AlexGyver Technologies

Расчёт проволочного нагревателя нужен в первую очередь для определения потребного источника питания, то есть таких его параметров как напряжение и ток, ну и как следствие – мощности.

Хочу обратить ваше внимание, что существую онлайн-калькуляторы для расчёта сопротивления и остальных параметров проволочного нагревателя (примеры: раз, два)

Вот огромная подробная статья с расчётом ниромовых нагревателей.

Есть много различных сплавов с высоким удельным сопротивлением, из которых можно делать нагреватели. В нашем примере рассмотрим нихром и кантал. Для простоты расчётов ниже приведена таблица, содержащая в себе отношение диаметра проволоки к её сопротивлению на 1 метр (Ом/м).

Чтобы найти полное сопротивление отрезка проволоки, нужно:

1. Определить (задать) диаметр проволоки и её материал (это можно сделать при покупке =)
2. Согласно полученным (заданным) данным, найти его сопротивление (Ом/м) из таблицы
3. Умножить длину отрезка проволоки (в метрах!) на удельное, в итоге получится величина сопротивления (Ом).

Проделав эти шаги в обратной последовательности, можно найти ДЛИНУ проволоки, зная её сопротивление, и варьируя ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ.

Зная сопротивление, можно “подключить” нашу проволоку к источнику питания, чтобы найти потребляемый ток. По закону Ома (I=U/R) ток равен напряжение (в Вольтах) / сопротивление (в Омах), на выходе получится ток в Амперах. Это нужно в такой ситуации: у вас есть блок питания например на 12 вольт и максимум на 3 Ампера. И вам нужно проверить, не будет ли ток от вашего нагревателя превышать максимальный допустимый ток с блока питания. Чтобы найти мощность нагревателя в Ваттах, нужно умножить ток на напряжение (P=U*I), где P – электрическая мощность в Ваттах.

Обратная задача: спроектировать нагреватель заданной мощности. Например, для стульчака с подогревом нужно около 30 Ватт.

1. Зададимся источником питания, пусть это будет БП на 12 Вольт от светодиодной ленты.
2. Смотрим, какой будет ток: I=P/U=30/12~2.5 Ампер. Значит, нужен блок питания как минимум на 3 Ампера, чтобы был запас по току.
3. Теперь можно найти сопротивление нагревателя из закона Ома: R=U/I=12/2,5=4.8 Ом.
4. Далее обращаемся к таблице сопротивлений, прикинув нужную длину проволоки. Допустим мне нужен нагреватель с длиной 0.5 метра. Это значит, что удельное сопротивление будет 4.8/0.5=9.6 Ом/м.
5. Ищем в таблице ближайшее удельное сопротивление (в моём примере это 9.06 Ом/м), и таким образом находим нужную нам площадь поперечного сечения провода (диаметр 0.46мм, значит площадь 0.16 мм2). Удельное будет слегка отличаться, так что можно провести проверочный расчёт, как в самом начале статьи. Зная новое удельное сопротивление (для выбранной проволоки), пересчитываем на наши 0.5 метров: 9.06*0.5=4.53 Ом. Таким образом, ток в цепи будет 12/4.53=2.65 Ампер, что несколько выше, чем мы хотели, но не выше 3 Ампер, как у нашего БП. Также увеличилась мощность, 2.65*12~32 Ватта. Если “реальное” значение вас не устраивает, можно слегка изменить ДЛИНУ нагревателя, и ток и мощность будут такие, как хотелось изначально. То есть берём не 0.5 метра, а чуть больше. Насколько чуть? Новую длину можно найти, разделив изначально нужно сопротивление на табличное удельное сопротивление, то есть в моём примере это 4.8/9.06~0.53 метра. Как видите, длина нашего нагревателя увеличилась на 3 сантиметра, но теперь мы получим нужные 30 Ватт.
6. Идём в магазин, и покупаем =)

Ещё одно важное дополнение: при последовательном соединении нагревателей их сопротивление складывается (R1+R2+R3…..). А вот при параллельном – складывается очень хитро.

Надеюсь данная статья будет полезна желающим разобраться “в сути вещей”. А так конечно можно использовать готовые калькуляторы =)

alexgyver.ru