В практике домашнего мастера системы отопления нуждаются в ремонте или строительстве. Это различные печи, нагреватели, паяльники и резаки. Чаще всего для этого используются нихромовые катушки или проволока. Основная задача — определить длину и поперечное сечение материала. В этой статье объясняется, как рассчитать длину нихромовой проволоки или катушки в зависимости от мощности, сопротивления и температуры.
Основные сведения и марки нихрома
Никель — это сплав никеля и хрома с марганцем, кремнием, железом и алюминием. Параметры этого материала зависят от конкретных пропорций веществ в сплаве, но в среднем находятся в следующих диапазонах
- Удельное электрическое сопротивление — 1,05-1,4 Ом*мм 2 /м (в зависимости от качества сплава)
- Температурный коэффициент сопротивления — (0,1-0,25)-10 -3 K-1 ,
- Рабочая температура — 1100 °C,.
- Температура плавления — 1400 °C,.
Значения сопротивления в таблицах часто приводятся в мкОм*м (или 10 -6 Ом*м). Хотя значения одинаковы, разница заключается в размерах.
В настоящее время используются две наиболее распространенные марки нихромовой проволоки.
- X20H80. состоит из 74% никеля и 23% хрома, и 1% железа, кремния и марганца. Проводники этого класса могут использоваться при температуре до 1250 ᵒC и имеют температуру плавления 1400 ᵒC. Они также характеризуются высоким электрическим сопротивлением. Этот сплав используется для изготовления компонентов для отопительного оборудования. Удельное сопротивление колеблется от 1,03 до 1,18 мкОм.
- Х15Н60. состав: 60% никель, 25% железо, 15% хром. Рабочая температура не превышает 1150ᵒ C. Температура плавления составляет 1390ᵒ C. Благодаря присутствию большего количества железа улучшаются магнитные свойства сплава и повышается коррозионная стойкость.
Узнайте больше о качествах и свойствах этих сплавов из ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90 и других.
Как уже упоминалось, нихромовая проволока используется, когда требуется нагревательный элемент. Благодаря высокому удельному сопротивлению и высокой температуре плавления нихром может использоваться в качестве основы для широкого спектра нагревательных элементов, от чайников и фенов до муфельных печей.
Методики расчета
С сопротивлением
Узнайте, как рассчитать длину нихромовой проволоки в зависимости от мощности и сопротивления. Расчет начинается с определения необходимой мощности. Предположим, вам нужна маленькая нихромовая проволока мощностью 10 Вт для паяльника, работающего от сети 12 В. Для этого используйте проволоку диаметром 0,12 мм.
Простой расчет для длины нихромовой проволоки без нагрева выглядит следующим образом
Определите силу тока.
Рассчитайте сопротивление нихромовой проволоки в соответствии с законом Ома.
Длина кабеля определяется
где S — площадь поперечного сечения, а ρ — удельное сопротивление.
В качестве альтернативы можно использовать следующее уравнение.
Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление нихромовой проволоки диаметром 0,12 мм. Это зависит от диаметра — чем он больше, тем меньше сопротивление.
Тот же результат можно получить из таблицы 8 ГОСТ 12766.1-90, где установлено значение 95,6 Ом/м. При пересчете результаты практически идентичны.
Для нагревателя мощностью 10 Вт при напряжении 12 В требуется 15,1 см.
Если вам нужно рассчитать количество витков катушки, которое нужно сделать с данной длиной нихромовой проволоки, используйте следующую формулу
Длина катушки :
где L и d — длина и диаметр проволоки, а D — диаметр стержня, на который намотана катушка.
Предположим, что нихромовая проволока намотана вокруг прутка диаметром 3 мм. Расчет производится в миллиметрах.
Однако следует проверить, способно ли поперечное сечение пропускать этот поток. Ниже приведена подробная таблица, определяющая максимально допустимый ток при определенной температуре для конкретного сечения. Проще говоря, определите, на сколько градусов нужно нагреть кабель, и выберите сечение с номинальным током.
Если нагреватель жидкостный, ток можно увеличить в 1,2-1,5 раза; если внутренний, его можно уменьшить.
В зависимости от температуры
Проблема с приведенными выше расчетами заключается в том, что они учитывают сопротивление холодной катушки относительно диаметра и длины бинной пряжи. Однако это зависит от температуры и от того, каких условий можно достичь. Для резки пенопласта или утеплителя этот расчет остается в силе. Для муфельных печей она очень грубая.
Ниже приведен пример расчета кнефермы для печи.
Сначала определите объем, скажем, 50 литров, затем определите мощность. Тогда правила таковы.
- Максимум 50 литров — 100 Вт/литр,.
- 100-500 литров — 50-70 литров в/л.
Тогда в нашем случае:.
Далее рассмотрим прочность и устойчивость.
Если спираль подключена к звезде, то для 380 В расчеты производятся следующим образом
Разделите мощность на 3 фазы:.
PF = 5/3 = 1,66 кВт на фазу.
Для подключения Aster на каждое ответвление подается напряжение 220 В (фазное напряжение может отличаться в зависимости от электроустановки), тогда ток составляет
Для треугольных соединений этот показатель рассчитывается исходя из напряжения сети 380 В.
Определите диаметр, принимая во внимание специальную поверхность нагревателя. Рассчитайте длину. Сопротивление берется из таблицы 8: ГОСТ12766.1-90, но сначала необходимо определить диаметр.
Используйте этот тип для расчета специальной поверхностной мощности нагревателя.
VEF (в зависимости от теплопоглощающей поверхности) и A (коэффициент эмиссии) — выбираются по следующей таблице.
Так, для нагрева печи до 1000 °C температура змеевика должна составлять 1100 °C, а в соответствии с таблицей выбораEF 4,3 w/см2 и выберите таблицу выбора из коэффициентов.
Диаметр определяется типом
СвиньяКонец. — Это удельное сопротивление материала нагревателя для данной Т, определяемое в соответствии с таблицей 9 ГОСТ 12766.1 (приведена ниже).
NIHIROMI x80n20-1,025
Затем, в соответствии со схемой «звезда», для подключения к трехфазной сети:.
Длина рассчитывается в зависимости от типа.
Из-за более высокой температуры змеевиков цены варьируются, а тесты не учитывают различные факторы. Таким образом, при условии длины 42 м для одной катушки, для трех катушек требуется 126 М нихрома 1,3 мм.
Заключение
Таким образом, можно рассчитать длину проволоки катушки с наконечником и определить необходимый диаметр в зависимости от мощности, сечения и температуры. Важно принимать во внимание
- Условия окружающей среды,.
- расположение нагревательных элементов
- температура змеевиков, температура
- температура, при которой необходимо нагревать поверхность, и другие факторы.
Даже приведенные выше расчеты, несмотря на их сложность, не являются достаточно точными. Это связано с тем, что расчеты нагревательных элементов являются грубо термодинамическими и на результаты влияют многие другие факторы. Например, теплоизоляция обогревателей.
На практике, после проведения оценочных расчетов, спирали добавляются или удаляются в зависимости от результатов, а для их регулировки используются температурные датчики и устройства.
