Содержание
Калькулятор предназначен для расчета длины нихромовой проволоки марок Х20Н80, Х20Н80-Н и Х15Н60, успешно используемой в современных нагревательных и резисторных элементах.
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
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).
Для одного знакомого связиста расчет длины проволоки для нагревателя было мегазадачей. 
Он вообще не парился этим вопросом, а просто сопел и замерял сопротивление проволоки спирали омметром каждые двадцать-тридцать витков, весь окутанный сигаретным дымом от "Примы". И матерился, если наматывал слишком мало или много. Впрочем, мужик и специалист в телефонии он был классный.
На данном этапе жизни намотка обогревателей для меня не особо актуальна, но я все равно решила написать этот онлайн калькулятор расчета длины проволоки. Может кому-то будет полезен.
Для использования калькулятора вводим необходимые параметры обогревателя или электроплиты в соответствующие поля и нажимаем кнопку "Рассчитать длину проволоки для спирали нагревателя".
Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.
Требуемая мощность обогревателя или электроплиты
Вт
Напряжение питания
В
Выберете материал проволоки для намотки спирали
Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров. Не забываем, что сечение и диаметр проволоки – разные понятия. Если не знаем диаметра – пользуемся микрометром или штангельциркулем. Интересно, для чего нужен нихром диаметром в 10 мм, что им вообще такое мотать? Наверно, детонатор для термоядерного реактора.
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.
Более подробно о марках и свойствах этих сплавов вы узнаете из ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90 и других.
Как уже было сказано, нихромовая проволока применяется повсеместно где нужны нагревательные элементы. Высокое удельное сопротивление и температура плавления позволяют использовать нихром в качестве основы для разных нагревательных элементов, начиная от чайника или фена, заканчивая муфельной печью.
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.
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.
