Как да изчислим дължината на нихромен проводник

Основна информация и марки на нихром

Никелът е сплав на никел и хром с добавяне на манган, силиций, желязо, алуминий. За този материал параметрите зависят от специфичното съотношение на веществата в сплавта, но средно лежат в диапазона:

• електрическо съпротивление - 1.05-1.4 Ohm * mm²/ m (в зависимост от степента на сплав);
• температурен коефициент на съпротивление - (0,1-0,25) · 10⁻³ K⁻¹;
• работна температура - 1100 ° C;
• точка на топене - 1400 ° C;

В таблиците съпротивлението често е дадено в μOhm * m (или 10^-6 Ohm * m) - числовите стойности са еднакви, разликата в измерението.

В момента има две от най-разпространените марки от нихромна тел:

• Cr20Ni80. Състои се от 74% никел и 23% хром, както и 1% желязо, силиций и манган. Проводниците на тази марка могат да се използват при температури до 1250 ^ᵒС, точка на топене - 1400 ^ᵒВ. Освен това има високо електрическо съпротивление. Сплавта се използва за производството на елементи на отоплителни устройства. Специфичното съпротивление е 1,03-1,18 μOhm · m;
• H15N60. Състав: 60% никел, 25% желязо, 15% хром. Работна температура не повече от 1150 ^ᵒВ. Точка на топене - 1390 ^ᵒВ. Съдържа повече желязо, което увеличава магнитните свойства на сплавта и повишава нейната устойчивост на корозия.

Ще научите повече за степените и свойствата на тези сплави от GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 и други.

Както вече споменахме, нихромен проводник се използва навсякъде, където са необходими нагревателни елементи. Високото съпротивление и точка на топене правят възможно използването на нихром като основа за различни нагревателни елементи, от чайник или сешоар до муфелна пещ.

Методи за изчисление

По съпротива

Нека да разберем как да изчислим дължината на нихромен проводник по отношение на мощността и съпротивлението. Изчисляването започва с определяне на необходимата мощност. Представете си, че се нуждаем от нихромна нишка за малко поялник с мощност 10 вата, който ще работи от 12V захранване. За целта имаме тел с диаметър 0,12 мм.

Най-простото изчисляване на дължината на нихрома в мощността, без да се отчита нагряването, се извършва, както следва:

Ние определяме силата на тока:

P = UI

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

Изчисляването на съпротивлението на нихромен проводник се извършва от Закон на Ом:

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 Ома

Дължината на жицата е:

l = SR /ρ,

където S е площта на напречното сечение, ρ – съпротивление.

Или според тази формула:

l = (Rπd2) / 4ρ

Но първо трябва да изчислите съпротивлението за нихромна тел с диаметър 0,12 мм. Зависи от диаметъра - колкото по-голям е, толкова по-малко съпротивление.

L = (14,5 * 3,14 * 0,12 ^ 2) / 4 * 1,1 = 0,149m = 14,9 cm

Същото може да се вземе от таблица GOST 12766.1-90. 8, където е посочена стойност от 95,6 ома / м, ако я преброите, получавате почти едно и също нещо:

L = R_TREB/ R_маса= 14.4 / 95.6 = 0.151m = 15.1cm

За 10-ватов нагревател, който се захранва от 12V, ви трябват 15,1см.

Ако трябва да изчислите броя на завоите на спирала, за да я усучете от нихромен проводник с тази дължина, използвайте следните формули:

Дължина на един оборот:

л₁= π (D + d / 2),

Брой завои:

N = L / (π (D + d / 2)),

където L и d са дължината и диаметърът на жицата, D е диаметърът на пръта, върху който ще бъде навита спиралата.

Да предположим, че ще навием нихромен проводник върху прът с диаметър 3 мм, след това изчисленията се извършват в милиметри:

N = 151 / (3.14 (3 + 0,12 / 2)) = 15,71 оборота

Но в същото време трябва да се вземе предвид дали нихромът на такова напречно сечение може да издържи или не. По-долу са дадени подробни таблици за определяне на максимално допустимия ток при определена температура за конкретни секции. С прости думи - вие определяте колко градуса трябва да нагрее жицата и изберете нейното сечение за номиналния ток.

Също така имайте предвид, че ако нагревателят е вътре в течността, тогава токът може да бъде увеличен с 1,2-1,5 пъти, а ако в затворено пространство, тогава обратно - намален.

По температура

Проблемът на горното изчисление е, че считаме съпротивлението на студена спирала по диаметъра на нихромната нишка и нейната дължина. Но това зависи от температурата, като същевременно е необходимо да се обмисли и при какви условия ще бъде възможно да се постигне това. Ако това изчисление все още е приложимо за рязане на пяна или за нагревател, тогава тя ще бъде твърде груба за муфелна пещ.

Даваме пример за изчисления на нихром за пещ.

Първо определете обема му, да речем 50 литра, след това определете мощността, за това има емпирично правило:

• до 50 литра - 100W / l;
• 100-500 литра - 50-70 W / l.

Тогава в нашия случай:

P = p_EMF* V = 50 * 100 = 5 кВт.

На следващо място, ние разглеждаме силата и съпротивлението на тока:

За 220V:

I = 5000/220 = 22,7 ампера

R = 220 / 22,7 = 9,7 ома

За 380V, когато свързвате спиралите със звезда, изчислението ще бъде следното.

Разделете мощността на 3 фази:

Pf = 5/3 = 1,66 kW на фаза

Когато е свързан със звезда, към всеки клон се прилага 220V (фазово напрежение, то може да се различава в зависимост от вашата електрическа инсталация), а след това и тока:

I = 1660/220 = 7,54 A

съпротивление:

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

За триъгълна връзка изчисляваме според линейно напрежение 380V:

I = 1660/380 = 4,36 A

R = 380 / 4.36 = 87.1 Ohm

За определяне на диаметъра се взема предвид специфичната повърхностна мощност на нагревателя. Изчисляваме дължината, вземаме съпротивлението от таблицата. 8. GOST 12766.1-90, но първо определяме диаметъра.

За да се изчисли специфичната повърхностна мощност на пещта по формулата.

Залог (зависи от топлопоглъщащата повърхност) и a (коефициент на радиационна ефективност) се избират съгласно следващите таблици.

Така че, за да загреете пещта до 1000 градуса, вземете температурата на спиралата 1100 градуса, след това според таблицата за избор B_EFF изберете стойност от 4,3 W / cm², и според таблицата за подбор на коефициент a - 0,2.

Най-_{допълнителен}= B_EFF* a = 4.3 * 0.2 = 0.86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

Диаметърът се определя по формулата:

R_т - специфичното съпротивление на нагревателния материал при дадена t се определя съгласно GOST 12766.1, таблица 9 (показана по-долу).

За нихром X80N20 - 1,025

R_т= p₂₀* стр₁₀₀₀= 1.13 * 10 ^ 6 * 1.025 = 1.15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

След това да се свържете към трифазна мрежа според схемата "Star":

d = 1,23 мм

Дължината се изчислява по формулата:

L = 42м

Проверете стойностите:

L = R / (p * k) = 29.1 / (0.82 * 1.033) = 34m

Стойностите се различават поради високата температура на спиралата; проверката не отчита редица фактори. Затова вземаме за дължина 1 спирала - 42м, тогава за три спирали са ви необходими 126 метра от 1,3 мм нихром.

заключение

По този начин можете да изчислите дължината на жицата за нихромова спирала и да определите желания диаметър по мощност, напречно сечение и температура. Важно е да се вземе предвид:

• екологични условия;
• местоположение на нагревателните елементи;
• температура на спиралата;
• температура, до която повърхността трябва да се нагрява и други фактори.

Дори горното изчисление, въпреки сложността му, не може да се нарече достатъчно точно. Тъй като изчисляването на нагревателните елементи е непрекъсната термодинамика и могат да се посочат редица фактори, които влияят на резултатите от него, например топлоизолация на пещ и т.н.

На практика, след оценка на спиралите, те добавят или премахват, в зависимост от резултата, или използват температурни сензори и устройства, за да го регулират.

Свързани материали:

• Как сами да си направите индукционен котел
• Изчисляване на напречното сечение на кабела по мощност и ток
• Как да се изчисли съпротивлението на проводниците