Методика расчёта нагревателя из нихромовой проволоки

Как рассчитать нагрев нихрома?

Электрическое сопротивление — это одна из самых важных характеристик нихрома.

Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров проволоки или ленты, марки сплава.

Общая формула для активного сопротивления имеет вид:

R = ρ · l / S

R — активное электрическое сопротивление (Ом), ρ- удельное электрическое сопротивление (Ом·мм), l- длина проводника (м), S — площадь сечения (мм2)

Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки Х20Н80

Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80

Расчет нихромовой спирали

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

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 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

380 В — Х см

тогда:

X = 380 · 22 / 220 = 38 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.

Расчет массы нихрома Х20Н80 (проволока и лента)

В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.

Расчет массы вольфрамовой проволоки

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из проволоки Ø 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

380 В — Х см

тогда:

X = 380 · 22 / 220 = 38 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.

Определение сопротивления ТЭНа водонагревателя

В домашних и промышленных бойлерах трубчатые электронагреватели также часто выходят из строя. Если корпус прибора непосредственно контактирует с водой, то это неизбежно приводит к скоплению накипи на поверхности. Теплообмен постепенно ухудшается и создаются условия для перегрева, в результате чего со временем прибор перестает работать.

ТЭН перестает нагревать воду, а все датчики на корпусе прибора при этом демонстрируют исправность. Если произошел обрыв спирали, то водонагреватель может ударить человека током, поэтому выявить и устранить проблему нужно как можно скорее. Один из самых быстрых вариантов диагностики – определить сопротивление ТЭНа водонагревателя с помощью мультиметра.

При проверке сопротивления нужно следовать нескольким обязательным правилам:

1. Прибор должен быть отключен от сети. Чтобы не допустить поражений электротоком, лучше сразу отключить устройство от напряжения при малейших подозрениях на неисправность.
2. От нагревательного элемента отсоединяются все провода, а клеммы должны быть тщательно зачищены от ржавчины и загрязнений.
3. Нужно провести проверку исправности предохранительного клапана.

Сопротивление ТЭНа водонагревателя проверяется мультиметром вышеуказанным способом. Значение мощности можно посмотреть в паспорте прибора, по формуле высчитывается и основной рабочий уровень сопротивления. Если прибор показывает аналогичное или близкое к нему значение, то нагреватель можно считать исправным и искать другие причины поломки. Если мультиметр показывает 0 или 1, то ТЭН неисправен и требует замены на оригинальную или аналогичную деталь.

При проверке важно убедиться, что мультиметр исправен: провода и щупы должны быть целыми, не должно быть никаких нарушений в отображении показателей

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 отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры. Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

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

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

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы оставляете комментарий в качестве гостя. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени. Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.

Похожие публикации

Пример программы для расчёта импульсных трансформаторов с открытым кодом (первая версия оценочная, примитивная, VB6).

Доброго времени суток.

Есть ли здесь знатоки, кто мог бы на пальцах объяснить работу минут в часах с видео? а еще лучше подсказать, где можно найти схему и код на подобное. (Имеются часы: плоская дощечка длинною в 30см на которой зажигаются минуты. То есть нужна схема, при которой индикаторы зажигаются поочередно.) Я в этом деле полный профан и начал копаться в «ардуинах» с неделю назад. Если я правильно понимаю можно получить данный эффект с помощью часов реального времени (например DS 3231) подключенных к arduino и 60 светодиодов подключенных через сдвиговые резисторы плюс, разумеется, должен быть будильник и кнопки которые этим всем оркестром будут управлять, так? Реально ли найти готовые схему подключения и сам код работы подобных часов? PS: Если кто даст буду крайне благодарен (мало ли у кого-то завалялось).

На схеме имеются три электродвигателя вентиляторов. Не очень понимаю что с ними делать. Их нужно вынести с платы или на ней оставить? Объясните начинающему

Ход работы

Сначала отделяем решётку кулера от вентилятора, она нам тоже пригодится. Кладём вентилятор правильной стороной (чтобы он дул наружу) в баночку, и закрепляем его на дне при помощи нескольких винтиков. Он понадобится для того чтобы гнать горячий воздух в комнату от раскалённой проволоки. Теперь сворачиваем саму проволоку спиралью — её можно намотать на толстый карандаш и снять. Это нужно для большей отдачи тепла при прохождении воздуха мимо спирали. Закрепляем спиральку внутри корпуса, концы нужно вывести наружу и подсоединить к проводам. Наш обогревать почти готов. Осталось накрыть корпус решёткой от кулера, для безопасности. Она как будто специально создана для этого — получился отличный прибор, напоминающий горячий фен.

Отличия фехраля и хрома: что выбрать как основу нагревателя

Нихромовые и фехралевые нагреватели являются лучшими для муфельных электропечей. Но и они имеют между собой некоторые отличия

Особенности нихрома

Среди достоинств материала:

• Сохранение механических свойств при нагреве.
• Крипоустойчивость.
• Легкость плавления и сваривания.
• Простота обработки.
• Отсутствие процессов старения.

Есть у этого сплава и некоторые недостатки, среди которых:

• Высокая цена на изготовление нихромовых нагревателей из-за дороговизны никеля.
• Возможность работы при более низких температурах, в сравнении с фехралевыми элементами.

Особенности фехрали

Многокомпонентный состав имеет такие позитивные характеристики как:

• Низкая цена сплава.
• Высокий уровень жаростойкости.

К недостаткам стоит отнести:

• Хрупкость при температурном режиме более 1000 градусов.
• Магнитность из-за наличия в составе железа.
• Удлинение основы во время эксплуатации.
• Низкий уровень сопротивления ползучести.

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.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

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. От 200 до 400° C

Используются ленточные нагреватели

От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели

Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.

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.

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.

От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Процесс изготовления обогревателя по шагам

Стеклотекстолит как основа для крепления нихромовой нити

Для изготовления самодельного гаражного обогревателя потребуется лист текстолита толщиной до 1,5 см.

Он будет служить основанием для проволочной нагревательной спирали. Разделенный на две части, стеклотекстолит не только защитит от горячей проволоки, но и быстро обогреет холодное помещение.

Вся поверхность текстолитового листа является нагревающей. Однако, для обогрева гаража достаточно куска 0,5 х 0,5 м материала с каждой стороны нагревателя.

Не обязательно, чтобы обогреватель был квадратным, подойдет любая форма прямоугольника.

Здесь более важно, чтобы части текстолита были одинаковыми, и основа для крепления спирали надежно закрывала ее. Принципиальная схема гаражного обогревателя

Принципиальная схема гаражного обогревателя

1. Листы текстолита с внутренней стороны будущего калорифера обрабатываются наждачной бумагой.
2. Далее на основу наносится разметка. От нижнего и верхнего краев оставляется поле в 2 см, от боковых – отступ в 3 см.
3. Отметив границы размещения проволоки, необходимо рассчитать количество ее сложений при длине 24 метра. Длина шага обмотки равна высоте отмеченной рамки на основе обогревателя (не забываем, что верхнее и нижнее поле не учитываются).
4. После расчета количества сложений проволоки, нужно отметить расстояние между ее витками. Для наших параметров калорифера оно составляет 8-13 мм. По краю отмеченной рамки, согласно расчетам, просверливают маленькие отверстия, в которые вставляют метки — спички или зубочистки.
5. Далее высверливается еще два отверстия для выхода провода подключения к источнику питания.
6. Не натягивая, аккуратно, проволоку укладывают «змейкой». Здесь сформировать нагревательный элемент помогают спички. Уложив пять-семь витков «змейки», необходимо закрепить их бумажными полосками. Бумага, толщиной в 1 см, при помощи клея «Монолит» фиксирует нить накаливания.
7. Края «змейки» также, после снятия спичек, приклеиваются при помощи полосок бумаги.
8. В просверленные отверстия для сетевого провода вставляют заклепки из металла, на которые наматывают конец проволочной «змейки».
9. С наружной стороны обогревателя к заклепке прикрепляется шайба. Она нужна для надежной фиксации электропроводящего контакта.

Сетевой шнур можно подсоединить и внутри калорифера, недалеко от спирали накаливания. Для этого зачищенные концы электропровода наматывают на заклепки с внутренней стороны стенки обогревателя.

РАСЧЁТ ПРОВОЛОЧНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ

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.

Теперь можно найти сопротивление нагревателя из закона Ома: R=U/I=12/2,5=4.8 Ом.
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.
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.

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 =)

Сравнительный анализ нихрома и фехраля

Физические особенности

Общей характеристикой фехраля и нихрома есть их высокие показатели удельного сопротивления. Номинальное удельное сопротивление нихрома напрямую зависит от диаметра нагревателя, а у фехраля оно определяется только лишь маркировкой. Температура, при которой плавится нихром, должна составлять более 1400°C, а фехраля — 1500°C. Удельная масса нихрома достигает более 8,40 г/см3, фехраль имеет меньшую массу — 7,21-7,28 г/см3.

Прочность фехраля и нихрома без нагрева

Нихром обладает пластичностью в комнатных условиях не меньше 20% относительно удлинению либо поперечному сужению проволоки. Фехраль маркой Х15Ю5 имеет пластичность около 16%, а маркировке Х23Ю5Т характерно 10%, что говорит о более низкой прочности, чем у нихрома. Временное сопротивление разрыву по средним показателям также выше у нихрома.

А вот по твердости выигрывает фехраль, но это способствует его ломкости. Ведь чем больше в составе хрома, тем выше ломкость материала. Поэтому навивать фехралевую проволоку можно лишь после ее нагрева до 300 градусов. А чтобы навить нихром, прогрев не нужен, он отлично собирается в катушку и при комнатной температуре.

Прочность при максимальных температурах на воздухе

Фехраль пригоден для высокотемпературных нагрузок и способен функционировать длительное время. Нихром выделяется абсолютно противоположными свойствами, он легко переносит частые включения и выключения, и незаменим в часто прерываемых рабочих циклах. А вот при сильном нагреве на протяжении длительного времени нихромовый нагреватель быстро выйдет из строя.

Стойкость к окислению нихрома и фехраля

Высокая концентрация никелевого состава не позволяет нихрому интенсивно окисляться. За время нагревания на поверхности нихромового элемента появляется тоненькая защищающая пленка окиси хрома, что понижает стойкость сплава в агрессивных условиях. Нихром быстрее окисляется в электропечах с повышением кислородного давления. Фехраль из-за большего количества железа и наличия алюминия имеет более высокую окисляемость с быстрым образованием плотной защитной пленки оксидного происхождения. Поэтому эксплуатация тонких проволок и лент затруднена, но фехраль имеет устойчивость к глинозёмной керамике в серосодержащих и углеродных печах.

Сферы применения фехраля и нихрома

Нихром зачастую используют для нагревательных приборов входящих в состав электрических печей обжига и сушек промышленных и лабораторных назначений, электрических плит, нагревающих воздух систем и т. д. Нихром выполняет функцию элемента нагрева в производстве реостатов. Фехраль используют для нагревателей с высокой термической выработкой.

Форма изготовления нихрома и фехраля (полуфабрикаты)

Изготавливают фехралевый и нихромовый сплавы по ГОСТу на данную категорию продукции. В основном готовые изделия имеют вид нити намотанной на катушку и проволоки собранную в бухту. Также существуют и полуфабрикаты в виде ленты и прутка.

Цены на фехраль и нихром

Рассмотренные нами проволочные нагревательные элементы имеют значительные различия в цене, нихром в три раза дороже фехраля. Причиной этому является разная рыночная оценка на элементы входящие в состав сплавов. Например, железо, входящее в состав фехраля стоит дешевле никеля для нихрома.

Выбирая необходимый сплав важно брать во внимание не только цены на материалы, но и учитывать максимальные показатели температурной нагрузки, период беспрерывной эксплуатации, и условия окружающей среды. Ведь в итоге неправильно выбранный нагревательный элемент может быстро износиться, и издержки превзойдут стоимость производимой продукции. Поэтому выбирая сплав, ориентируйтесь не на его стоимость, а на свойства сплавов, которые необходимы для решения задач в имеющихся условиях

Также, чтобы не обмануться лучше обращайтесь к поставщику, который существует на рынке не менее пяти лет. Соблюдение таких критериев позволит подобрать максимально качественный и подходящий элемент.

Поэтому выбирая сплав, ориентируйтесь не на его стоимость, а на свойства сплавов, которые необходимы для решения задач в имеющихся условиях. Также, чтобы не обмануться лучше обращайтесь к поставщику, который существует на рынке не менее пяти лет. Соблюдение таких критериев позволит подобрать максимально качественный и подходящий элемент.

Ход работы

Сначала отделяем решётку кулера от вентилятора, она нам тоже пригодится. Кладём вентилятор правильной стороной (чтобы он дул наружу) в баночку, и закрепляем его на дне при помощи нескольких винтиков. Он понадобится для того чтобы гнать горячий воздух в комнату от раскалённой проволоки. Теперь сворачиваем саму проволоку спиралью — её можно намотать на толстый карандаш и снять. Это нужно для большей отдачи тепла при прохождении воздуха мимо спирали. Закрепляем спиральку внутри корпуса, концы нужно вывести наружу и подсоединить к проводам. Наш обогревать почти готов. Осталось накрыть корпус решёткой от кулера, для безопасности. Она как будто специально создана для этого — получился отличный прибор, напоминающий горячий фен.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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

Заключение

Таким образом вы можете посчитать длину проволоки для нихромовой спирали и определить нужный диаметр по мощности, сечению и температуре

Важно при этом учитывать:

• условия окружающей среды;
• расположение нагревательных элементов;
• температуру спиралей;
• температуру, до которой должна нагреться поверхность и другие факторы.

Даже приведенный расчет, несмотря на его сложность, нельзя назвать достаточно точным. Потому что расчет нагревательных элементов — это сплошная термодинамика и можно привести еще ряд факторов, которые влияют на его результаты, например, теплоизоляцию печи и прочее.

На практике после оценочных подсчетов спирали добавляют или убирают в зависимости от полученного результата или используют температурные датчики и устройства для её регулировки.

Нихромовая спираль — это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения. 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

Итоги

Онлайн калькулятор для расчета спирали поможет вам с быстрыми предварительными расчетами, но для точного учета всех особенностей даже второго метода расчета с учетом температуры может быть не достаточно

На практике существует еще очень много факторов, которые нужно взять во внимание при расчете параметров нагревателя

Если вам нужна помощь с расчетами нагревателей – обращайтесь к нам.

Наши специалисты имеют огромный опыт в проектировании нагревательных элементов для различного промышленного оборудования. Мы поможем с расчетами оптимальных параметров нагревательных элементов для вашего оборудования и можем изготовить любой тип нагревателей для Вас.

Источник

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине