Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
W praktyce domu rzemieślnik musi naprawiać lub projektować urządzenia grzewcze. Mogą to być różne piece, grzejniki do lutowania i frezy. Najczęściej używany do tej spirali lub drutu z nichromu. Głównym zadaniem jest określenie długości i przekroju materiału. W tym artykule porozmawiamy o tym, jak obliczyć długość drutu nichromowego lub helisy pod względem mocy, oporu i temperatury.Podstawowe informacje i marka nichromu
Nichrom jest stopem niklu i chromu z dodatkiem manganu, krzemu, żelaza, aluminium. Te parametry materiału zależą od konkretnego stosunku substancji w stopie, ale średnio mieszczą się w:
- oporność elektryczna - 1, 05-1, 4 ohm * mm 2 / m (w zależności od gatunku stopu);
- współczynnik temperaturowy oporu - (0, 1-0, 25) · 10-3 K- 1 ;
- temperatura pracy - 1100 ° C;
- temperatura topnienia - 1400 ° C;
W tabelach rezystywność jest często podawana w µOhm * m (lub 10 -6 Ohm * m) - te same wartości liczbowe, różnica w wymiarach.
Obecnie istnieją dwie najbardziej popularne marki drutu nichromowego:
- X20H80. Składa się z 74% niklu i 23% chromu, a także 1% żelaza, krzemu i manganu. Przewodniki tej marki można stosować w temperaturach do 1250 ° C, temperatura topnienia wynosi 1400 ° C. Ma także zwiększoną oporność elektryczną. Stop jest używany do produkcji elementów urządzeń grzewczych. Rezystywność wynosi 1, 03-1, 18 µOhm · m;
- X15H60. Skład: 60% niklu, 25% żelaza, 15% chromu. Temperatura pracy wynosi nie więcej niż 1150 ° C. Temperatura topnienia - 1390 ° C. Zawiera więcej żelaza, co zwiększa właściwości magnetyczne stopu i zwiększa jego odporność na korozję.
Dowiesz się więcej o markach i właściwościach tych stopów od GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 i innych.
Jak już wspomniano, drut nichromowy jest stosowany wszędzie tam, gdzie potrzebne są elementy grzejne. Wysoka rezystywność i temperatura topnienia umożliwiają wykorzystanie nichromu jako podstawy dla różnych elementów grzejnych, od czajnika lub suszarki, po piec muflowy.
Metody obliczeniowe
Przez opór
Zobaczmy, jak obliczyć długość drutu nichromowego pod kątem mocy i oporu. Obliczenia rozpoczynają się od określenia wymaganej mocy. Wyobraź sobie, że potrzebujemy nici nichromu do małej lutownicy o mocy 10 W, która będzie działać z zasilacza 12V. Do tego mamy drut o średnicy 0, 12 mm.
Najprostsze obliczenie długości nichromu na mocy bez ogrzewania odbywa się w następujący sposób:
Określ siłę prądu:
P = UI
I = P / U = 10/12 = 0, 83 A
Obliczamy odporność drutu nichromowego zgodnie z prawem Ohma:
R = U / I = 12 / 0, 83 = 14, 5 omów
Długość drutu to:
l = sr / ρ,
gdzie S jest polem przekroju poprzecznego, ρ jest rezystywnością.
Lub według następującego wzoru:
l = (Rπd2) / 4 ρ
Ale najpierw musisz obliczyć rezystywność drutu nichromowego o średnicy 0, 12 mm. To zależy od średnicy - im więcej, tym mniejszy opór.
L = (14, 5 * 3, 14 * 0, 12 2) / 4 * 1, 1 = 0, 149 m = 14, 9 cm
To samo można pobrać z tabeli GOST 12766.1-90. 8, gdzie wartość jest wskazana w 95, 6 Ohm / m, jeśli ją policzymy, otrzymamy prawie to samo:
Wymagane L = R / zakładka R = 14, 4 / 95, 6 = 0, 151 m = 15, 1 cm
W przypadku grzejnika o mocy 10 W, który jest zasilany napięciem 12 V, potrzebujesz 15, 1 cm.
Jeśli chcesz obliczyć liczbę zwojów spirali, aby zrobić z nichrom drut o takiej długości, użyj następującego wzoru:
Długość jednego obrotu:
1 = π (D + d / 2),
Liczba zwojów:
N = L / (π (D + d / 2)),
gdzie L i d są długością i średnicą drutu, D jest średnicą pręta, na którym nawinięta zostanie spirala.
Przypuśćmy, że nawiniemy drut nichromowy na pręt o średnicy 3 mm, a następnie obliczenia zostaną przeprowadzone w milimetrach:
N = 151 / (3, 14 (3 + 0, 12 / 2)) = 15, 71 obrotu
Ale jednocześnie należy wziąć pod uwagę, czy taka sekcja może wytrzymać ten prąd z nichromem. Szczegółowe tabele określające maksymalny dopuszczalny prąd w określonej temperaturze dla określonych sekcji podano poniżej. W prostych słowach - określasz, ile stopni drut ma się nagrzać i wybierz jego przekrój dla obliczonego prądu.
Należy również pamiętać, że jeśli grzejnik znajduje się w cieczy, prąd może być zwiększony 1, 2-1, 5 razy, a jeśli w zamkniętej przestrzeni, to odwrotnie - aby zmniejszyć.
Według temperatury
Problem z powyższymi obliczeniami polega na tym, że rozpatrujemy opór zimnej spirali wzdłuż średnicy włókna nichromowego i jego długości. Ale zależy to od temperatury, a jednocześnie konieczne jest uwzględnienie warunków, w jakich zostanie osiągnięty. Jeśli to obliczenie ma nadal zastosowanie do cięcia pianki lub grzejnika, będzie zbyt szorstkie dla pieca muflowego.
Podajmy przykład obliczeń dla pieca nichromowego.
Najpierw określ jego objętość, powiedzmy 50 litrów, a następnie określ moc, w tym przypadku obowiązuje zasada:
- do 50 litrów - 100 W / l;
- 100-500 litrów - 50-70 W / l.
W naszym przypadku:
P = P emp * V = 50 * 100 = 5 kW.
Następnie rozważ aktualną siłę i opór:
Dla 220V:
I = 5000/220 = 22, 7 ampera
R = 220 / 22, 7 = 9, 7 omów
Dla 380V przy podłączaniu spiral z gwiazdą, obliczenia będą następujące.
Podzielimy moc na 3 fazy:
Pf = 5/3 = 1, 66 kW na fazę
Po połączeniu przez gwiazdę, 220V jest stosowane do każdej gałęzi (napięcie fazowe, może się różnić w zależności od instalacji elektrycznej), a następnie prąd:
I = 1660/220 = 7, 54 A
Opór:
R = 220 / 7, 54 = 29, 1 om
W przypadku połączenia w trójkąt obliczamy napięcie linii 380V:
I = 1660/380 = 4, 36 A
R = 380 / 4, 36 = 87, 1 omów
Aby określić średnicę, należy wziąć pod uwagę specyficzną moc powierzchniową grzejnika. Oblicz długość, przyjmujemy opór właściwy z tabeli. 8. GOST 12766.1-90, ale najpierw określ średnicę.
Aby obliczyć moc powierzchniową pieca według wzoru.
Beff (zależy od powierzchni odbierającej ciepło) i a (współczynnik efektywności promieniowania) są wybierane zgodnie z następującymi tabelami.
Aby ogrzać piec do 1000 stopni, przyjmujemy temperaturę spirali na 1100 stopni, a następnie, zgodnie z tabelą wyboru B ef, wybieramy wartość 4, 3 W / cm 2, a zgodnie z tabelą wyboru a = 0, 2.
W dodatku = In eff * a = 4, 3 * 0, 2 = 0, 86 W / cm2 = 0, 86 * 10 4 W / m2
Średnicę określa wzór:
p t - rezystywność materiału grzejnika przy danym t, jest określana zgodnie z GOST 12766.1, tabela 9 (podana poniżej).
Dla nichromu 80H20 - 1, 025
р т = р 20 * р 1000 = 1, 13 * 10 6 * 1, 025 = 1, 15 * 10 6 Ohm / mm
Następnie, aby połączyć się z siecią trójfazową w ramach schematu „Gwiazda”:
d = 1, 23 mm
Długość jest obliczana według wzoru:
L = 42m
Sprawdź wartości:
L = R / (p * k) = 29, 1 / (0, 82 * 1, 033) = 34 m
Wartości różnią się ze względu na wysoką temperaturę spirali, test nie uwzględnia wielu czynników. Dlatego bierzemy na długość 1 helisy - 42 m, a następnie na trzy spirale potrzebujesz 126 metrów nichromu 1, 3 mm.
Wniosek
W ten sposób można obliczyć długość drutu dla spirali nichromowej i określić żądaną średnicę według mocy, przekroju i temperatury. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę:
- warunki środowiskowe;
- rozmieszczenie elementów grzejnych;
- temperatura cewki;
- temperatura, do której powierzchnia musi się nagrzewać i inne czynniki.
Nawet powyższa kalkulacja, pomimo jej złożoności, nie może być nazwana wystarczająco dokładną. Ponieważ obliczanie elementów grzejnych jest stałą termodynamiką i można przytoczyć wiele czynników, które wpływają na jej wyniki, na przykład izolację cieplną pieca i tak dalej.
W praktyce, po oszacowaniu obliczeń, spirale są dodawane lub usuwane w zależności od uzyskanego wyniku, lub do regulacji są używane czujniki temperatury i urządzenia.
Materiały na ten temat:
- Jak zrobić kocioł indukcyjny własnymi rękami
- Obliczanie przekroju kabla dla mocy i prądu
- Jak obliczyć rezystancję drutu