Jak obliczyć długość drutu nichromowego

Podstawowe informacje i marki nichrom

Nikiel nazywany jest stopem niklu i chromu z dodatkiem manganu, krzemu, żelaza, aluminium. W przypadku tego materiału parametry zależą od określonego stosunku substancji w stopie, ale średnio mieszczą się w zakresie:

• rezystywność elektryczna - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (w zależności od gatunku stopu);
• współczynnik temperaturowy oporu - (0,1-0,25) · 10⁻³ To⁻¹;
• temperatura pracy - 1100 ° C;
• temperatura topnienia - 1400 ° C;

W tabelach rezystywność jest często podawana w μOhm * m (lub 10^-6 Ohm * m) - wartości liczbowe są takie same, różnica wymiarów.

Obecnie istnieją dwie najpopularniejsze 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 ^ᵒC, temperatura topnienia - 1400 ^ᵒC. Ma również wysoką oporność elektryczną. Stop służy do produkcji elementów urządzeń grzewczych. Opór właściwy wynosi 1,03–1,18 μOhm · m;
• X15H60. Skład: 60% niklu, 25% żelaza, 15% chromu. Temperatura robocza nie więcej niż 1150 ^ᵒC. Temperatura topnienia - 1390 ^ᵒC. Zawiera więcej żelaza, co zwiększa właściwości magnetyczne stopu i zwiększa jego odporność na korozję.

Dowiesz się więcej o gatunkach 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 grzewcze. Wysoka rezystywność i temperatura topnienia umożliwiają zastosowanie nichromu jako podstawy dla różnych elementów grzewczych, od czajnika lub suszarki do włosów po piec muflowy.

Metody obliczeniowe

Przez opór

Zastanówmy się, jak obliczyć długość drutu nichromowego pod względem mocy i rezystancji. Obliczenia rozpoczynają się od ustalenia wymaganej mocy. Wyobraź sobie, że potrzebujemy nitki nichromowej do małej lutownicy o mocy 10 watów, która będzie działać z zasilacza 12V. Aby to zrobić, mamy drut o średnicy 0,12 mm.

Najprostsze obliczenie długości nichromu mocy bez uwzględnienia ogrzewania wykonuje się w następujący sposób:

Określamy aktualną siłę:

P = interfejs użytkownika

I = P / U = 10/12 = 0,83 A.

Obliczanie rezystancji drutu nichromowego wykonuje się za pomocą Prawo Ohma:

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 oma

Długość drutu wynosi:

l = SR /ρ,

gdzie S jest obszarem przekroju, ρ – rezystywność.

Lub zgodnie z tym wzorem:

l = (Rπd2) / 4ρ

Ale najpierw musisz obliczyć rezystywność dla drutu nichromowego o średnicy 0,12 mm. To zależy od średnicy - im większa, 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 wskazana jest wartość 95,6 Ohm / m, jeśli ją policzysz, otrzymasz prawie to samo:

L = R_wymagane/ R_tabl= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm

W przypadku grzejnika o mocy 10 W zasilanego napięciem 12V potrzebujesz 15,1 cm.

Jeśli musisz obliczyć liczbę zwojów spirali, aby skręcić ją z drutu nichromowego o tej długości, użyj następujących wzorów:

Długość jednego zwoju:

l₁= π (D + d / 2),

Liczba zwojów:

N = L / (π (D + d / 2)),

gdzie L i d to długość i średnica drutu, D to średnica pręta, na którym spirala zostanie nawinięta.

Załóżmy, że nawijamy drut nichromowy na pręt o średnicy 3 mm, a następnie obliczenia przeprowadzane są w milimetrach:

N = 151 / (3,14 (3 + 0,12 / 2)) = 15,71 obrotu

Ale jednocześnie należy wziąć pod uwagę, czy nichrom o takim przekroju może wytrzymać ten prąd. Szczegółowe tabele do określania maksymalnego dopuszczalnego prądu w określonej temperaturze dla poszczególnych sekcji podano poniżej. Krótko mówiąc - określasz, o ile drut powinien się nagrzać, i wybierasz jego przekrój dla prądu znamionowego.

Należy również pamiętać, że jeśli grzejnik znajduje się w cieczy, wówczas prąd można zwiększyć o 1,2-1,5 razy, a jeśli jest w ograniczonej przestrzeni, to odwrotnie - zmniejszyć.

Według temperatury

Problemem powyższego obliczenia jest to, że rozważamy opór zimnej spirali wzdłuż średnicy nitki nichromowej i jej długości. Ale zależy to od temperatury, podczas gdy należy również rozważyć, w jakich warunkach można to osiągnąć. Jeśli to obliczenie nadal ma zastosowanie do cięcia pianki lub grzejnika, będzie ono zbyt duże dla pieca muflowego.

Podajemy przykład obliczeń nichromowych dla pieca.

Najpierw określ jego objętość, powiedzmy 50 litrów, a następnie określ moc, do tego istnieje zasada empiryczna:

• do 50 litrów - 100 W / l;
• 100-500 litrów - 50-70 W / l.

Następnie w naszym przypadku:

P = p_emp* V = 50 * 100 = 5 kW.

Następnie bierzemy pod uwagę aktualną siłę i odporność:

Dla 220 V:

I = 5000/220 = 22,7 Amperów

R = 220 / 22,7 = 9,7 Ohm

Dla 380 V podczas łączenia spiral z gwiazdą obliczenia będą następujące.

Podziel moc na 3 fazy:

Pf = 5/3 = 1,66 kW na fazę

Po połączeniu gwiazdą do każdej gałęzi przykładane jest napięcie 220 V. (napięcie fazowe może się różnić w zależności od instalacji elektrycznej), a następnie prąd:

I = 1660/220 = 7,54 A.

Odporność

R = 220 / 7,54 = 29,1 Ohm

W przypadku połączenia trójkątnego obliczamy według napięcia liniowego 380 V:

I = 1660/380 = 4,36 A

R = 380 / 4,36 = 87,1 Ohm

Aby określić średnicę, brana jest pod uwagę moc powierzchniowa grzejnika. Obliczamy długość, pobieramy oporność z tabeli. 8. GOST 12766.1-90, ale najpierw określamy średnicę.

Aby obliczyć właściwą moc powierzchniową pieca za pomocą wzoru.

Bet (zależy od powierzchni pochłaniającej ciepło) i a (współczynnik efektywności promieniowania) są wybierane zgodnie z następującymi tabelami.

Tak więc, aby ogrzać piec do 1000 stopni, weź temperaturę spirali 1100 stopni, a następnie zgodnie z tabelą wyboru B_ef wybierz wartość 4,3 W / cm²i zgodnie z tabelą wyboru współczynnika a - 0,2.

W_dodatkowe= B_ef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

Średnicę określa wzór:

p_t - rezystancja właściwa materiału grzejnika przy danym t jest określona zgodnie z GOST 12766.1, tabela 9 (pokazana poniżej).

Dla nichrome X80N20 - 1,025

p_t= p₂₀* p₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1,025 = 1,15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

Następnie, aby połączyć się z siecią trójfazową zgodnie ze schematem „Star”:

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; kontrola nie bierze pod uwagę wielu czynników. Dlatego bierzemy na długość 1 spirali - 42 m, a następnie na trzy spirale potrzebujesz 126 metrów 1,3 mm nichromu.

Wniosek

W ten sposób można obliczyć długość drutu dla spirali nichromowej i określić żądaną średnicę na podstawie mocy, przekroju i temperatury. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę:

• warunki środowiskowe;
• lokalizacja elementów grzewczych;
• temperatura spirali;
• temperatura, do której należy ogrzać powierzchnię i inne czynniki.

Nawet powyższe obliczenia, pomimo złożoności, nie mogą być nazwane wystarczająco dokładne. Ponieważ obliczanie elementów grzejnych jest ciągłą termodynamiką, można przytoczyć szereg czynników, które wpływają na jego wyniki, na przykład izolację cieplną pieca i tak dalej.

W praktyce, po ocenie spirali, dodają lub usuwają, w zależności od wyniku, lub używają czujników temperatury i urządzeń, aby to dostosować.

Powiązane materiały:

• Jak samemu wykonać kocioł indukcyjny
• Obliczanie przekroju kabla według mocy i prądu
• Jak obliczyć rezystancję drutu