So berechnen Sie die Länge eines Nichromdrahtes
Grundlegende Informationen und Marken von Nichrom
Nickel ist eine Legierung aus Nickel und Chrom unter Zusatz von Mangan, Silizium, Eisen und Aluminium. Für dieses Material hängen die Parameter vom spezifischen Verhältnis der Substanzen in der Legierung ab, liegen aber im Durchschnitt im Bereich:
- elektrischer Widerstand - 1,05-1,4 Ohm * mm2/ m (abhängig von der Legierungssorte);
- Temperaturkoeffizient des Widerstands - (0,1-0,25) · 10−3 Zu−1;
- Betriebstemperatur - 1100 ° C;
- Schmelzpunkt - 1400 ° C;
In den Tabellen wird der spezifische Widerstand häufig in μOhm * m (oder 10) angegeben-6 Ohm * m) - die numerischen Werte sind gleich, der Dimensionsunterschied.
Derzeit gibt es zwei der gängigsten Marken von Nichromdraht:
- X20H80. Es besteht aus 74% Nickel und 23% Chrom sowie 1% Eisen, Silizium und Mangan. Leiter dieser Marke können bei Temperaturen bis 1250 verwendet werden ᵒC, Schmelzpunkt - 1400 ᵒEs hat auch einen hohen elektrischen Widerstand. Die Legierung wird zur Herstellung von Elementen von Heizgeräten verwendet. Der spezifische Widerstand beträgt 1,03-1,18 uOhm · m;
- X15H60. Zusammensetzung: 60% Nickel, 25% Eisen, 15% Chrom. Betriebstemperatur nicht mehr als 1150 ᵒC. Schmelzpunkt - 1390 ᵒEs enthält mehr Eisen, was die magnetischen Eigenschaften der Legierung und ihre Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Weitere Informationen zu den Qualitäten und Eigenschaften dieser Legierungen finden Sie unter GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 und anderen.
Wie bereits erwähnt, wird Nichromdraht überall dort eingesetzt, wo Heizelemente benötigt werden. Hoher spezifischer Widerstand und Schmelzpunkt ermöglichen die Verwendung von Nichrom als Basis für verschiedene Heizelemente, vom Wasserkocher oder Haartrockner bis zum Muffelofen.
Berechnungsmethoden
Durch Widerstand
Lassen Sie uns herausfinden, wie die Länge eines Nichromdrahtes in Bezug auf Leistung und Widerstand berechnet wird. Die Berechnung beginnt mit der Ermittlung der erforderlichen Leistung. Stellen Sie sich vor, wir brauchen ein Nichrom-Gewinde für einen kleinen Lötkolben mit einer Leistung von 10 Watt, der mit einer 12-V-Stromversorgung funktioniert. Dazu haben wir einen Draht mit einem Durchmesser von 0,12 mm.
Die einfachste Berechnung der Nichromlänge in der Leistung ohne Berücksichtigung der Erwärmung wird wie folgt durchgeführt:
Definieren Sie die aktuelle Stärke:
P = UI
I = P / U = 10/12 = 0,83 A.
Die Berechnung des Widerstands eines Nichromdrahtes erfolgt durch Ohm'sches Gesetz:
R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 Ohm
Die Länge des Drahtes beträgt:
l = SR /ρ,
wobei S die Querschnittsfläche ist, ρ – spezifischer Widerstand.
Oder nach dieser Formel:
l = (Rπd2) / 4ρ
Zunächst müssen Sie jedoch den spezifischen Widerstand für Nichromdraht mit einem Durchmesser von 0,12 mm berechnen. Es kommt auf den Durchmesser an - je größer er ist, desto geringer ist der Widerstand.
L = (14,5 · 3,14 · 0,12 · 2) / 4 · 1,1 = 0,149 m = 14,9 cm
Dasselbe kann der Tabelle GOST 12766.1-90 entnommen werden. 8, wo ein Wert von 95,6 Ohm / m angezeigt wird, wenn Sie ihn zählen, erhalten Sie fast das gleiche:
L = R.erforderlich/ R.tabl= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm
Für eine 10-Watt-Heizung mit 12 V benötigen Sie 15,1 cm.
Wenn Sie die Anzahl der Windungen einer Spirale berechnen müssen, um sie aus einem Nichromdraht dieser Länge zu verdrehen, verwenden Sie die folgenden Formeln:
Länge einer Umdrehung:
l1= π (D + d / 2),
Anzahl der Züge:
N = L / (π (D + d / 2)),
Dabei sind L und d die Länge und der Durchmesser des Drahtes, D der Durchmesser des Stabes, auf den die Spirale gewickelt wird.
Angenommen, wir wickeln einen Nichromdraht auf eine Stange mit einem Durchmesser von 3 mm, dann werden die Berechnungen in Millimetern durchgeführt:
N = 151 / (3,14 (3 + 0,12 / 2)) = 15,71 Umdrehungen
Gleichzeitig muss jedoch berücksichtigt werden, ob ein Nichrom eines solchen Querschnitts diesem Strom standhalten kann oder nicht. Detaillierte Tabellen zur Bestimmung des maximal zulässigen Stroms bei einer bestimmten Temperatur für bestimmte Abschnitte sind nachstehend aufgeführt. Mit einfachen Worten: Sie bestimmen, um wie viel Grad sich der Draht erwärmen soll, und wählen seinen Querschnitt für den Nennstrom aus.
Beachten Sie auch, dass, wenn sich die Heizung in der Flüssigkeit befindet, der Strom um das 1,2-1,5-fache erhöht werden kann und auf engstem Raum umgekehrt.
Nach Temperatur
Das Problem der obigen Berechnung besteht darin, dass wir den Widerstand einer kalten Spirale entlang des Durchmessers des Nichromfadens und seiner Länge betrachten. Es kommt aber auf die Temperatur an, und es muss auch überlegt werden, unter welchen Bedingungen dies erreicht werden kann. Wenn diese Berechnung immer noch zum Schneiden von Schaum oder für eine Heizung gilt, ist sie für einen Muffelofen zu grob.
Wir geben ein Beispiel für Nichromberechnungen für einen Ofen.
Bestimmen Sie zuerst das Volumen, sagen wir 50 Liter, dann bestimmen Sie die Leistung, dafür gibt es eine empirische Regel:
- bis zu 50 Liter - 100 W / l;
- 100-500 Liter - 50-70 W / l.
Dann in unserem Fall:
P = pemp* V = 50 * 100 = 5 kW.
Als nächstes betrachten wir die aktuelle Stärke und den Widerstand:
Für 220V:
I = 5000/220 = 22,7 Ampere
R = 220 / 22,7 = 9,7 Ohm
Für 380 V beim Verbinden von Spiralen mit einem Stern lautet die Berechnung wie folgt.
Teilen Sie die Kraft in 3 Phasen:
Pf = 5/3 = 1,66 kW pro Phase
Bei Anschluss durch einen Stern werden an jeden Zweig 220 V angelegt (Phasenspannung kann je nach elektrischer Installation unterschiedlich sein), dann der Strom:
I = 1660/220 = 7,54 A.
Widerstand:
R = 220 / 7,54 = 29,1 Ohm
Für eine Dreiecksverbindung berechnen wir nach einer linearen Spannung von 380V:
I = 1660/380 = 4,36 A.
R = 380 / 4,36 = 87,1 Ohm
Bei der Bestimmung des Durchmessers wird die spezifische Oberflächenleistung des Heizgeräts berücksichtigt. Wir berechnen die Länge, wir nehmen den spezifischen Widerstand aus der Tabelle. 8. GOST 12766.1-90, aber zuerst definieren wir den Durchmesser.
Berechnung der spezifischen Oberflächenleistung des Ofens nach der Formel.
Bet (abhängig von der wärmeabsorbierenden Oberfläche) und a (Koeffizient der Strahlungseffizienz) werden gemäß den folgenden Tabellen ausgewählt.
Um den Ofen auf 1000 Grad zu erwärmen, nehmen Sie die Spiraltemperatur von 1100 Grad und dann gemäß der Auswahltabelle B.ef Wählen Sie einen Wert von 4,3 W / cm2und gemäß der Auswahltabelle des Koeffizienten a - 0,2.
BEIMzusätzlich= B.ef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm2 = 0,86 · 10 & supmin; & sup4; W / m2
Der Durchmesser wird durch die Formel bestimmt:
R.t - Der spezifische Widerstand des Heizungsmaterials bei einem bestimmten t wird gemäß GOST 12766.1, Tabelle 9 (siehe unten) bestimmt.
Für Nichrom X80N20 - 1.025
R.t= p20* R.1000= 1,13 · 10 & supmin; & sup6; · 1,025 = 1,15 · 10 & supmin; & sup6; Ohm / mm
Um dann eine Verbindung zu einem dreiphasigen Netzwerk gemäß dem "Star" -Schema herzustellen:
d = 1,23 mm
Die Länge wird nach folgender Formel berechnet:
L = 42 m
Überprüfen Sie die Werte:
L = R / (p · k) = 29,1 / (0,82 · 1,033) = 34 m
Die Werte unterscheiden sich aufgrund der hohen Temperatur der Spirale, wobei bei der Prüfung eine Reihe von Faktoren nicht berücksichtigt werden. Daher nehmen wir für die Länge von 1 Spirale - 42 m, dann benötigen Sie für drei Spiralen 126 Meter 1,3 mm Nichrom.
Fazit
So können Sie die Länge des Drahtes für eine Nichromspirale berechnen und den gewünschten Durchmesser anhand von Leistung, Querschnitt und Temperatur bestimmen. Es ist wichtig zu berücksichtigen:
- Umweltbedingungen;
- Anordnung der Heizelemente;
- Spiraltemperatur;
- Temperatur, auf die die Oberfläche erwärmt werden soll, und andere Faktoren.
Selbst die obige Berechnung kann trotz ihrer Komplexität nicht als ausreichend genau bezeichnet werden. Da die Berechnung von Heizelementen eine kontinuierliche Thermodynamik ist und eine Reihe von Faktoren, die die Ergebnisse beeinflussen, angeführt werden können, beispielsweise die Wärmedämmung eines Ofens und so weiter.
In der Praxis fügen sie nach der Bewertung der Spiralen je nach Ergebnis hinzu oder entfernen sie oder verwenden Temperatursensoren und -geräte, um sie einzustellen.
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