Hur man beräknar längden på en nikromtråd

Grundläggande information och märken för nichrome

Nickel är en legering av nickel och krom med tillsats av mangan, kisel, järn, aluminium. För detta material beror parametrarna på det specifika förhållandet mellan ämnen i legeringen, men ligger i genomsnitt inom intervallet:

• elektrisk resistivitet - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (beroende på legeringsgraden);
• temperatur motståndskoefficient - (0,1-0,25) · 10⁻³ K⁻¹;
• driftstemperatur - 1100 ° C;
• smältpunkt - 1400 ° C;

I tabellerna ges ofta resistivitet i μOhm * m (eller 10^-6 Ohm * m) - de numeriska värdena är desamma, skillnaden i dimension.

Det finns för närvarande två av de vanligaste märkena av nikromtråd:

• Cr20Ni80. Det består av 74% nickel och 23% krom samt 1% järn, kisel och mangan. Ledare av detta märke kan användas vid temperaturer upp till 1250 ^ᵒC, smältpunkt - 1400 ^ᵒC. Den har också ett högt elektriskt motstånd. Legeringen används för tillverkning av element i värmeanordningar. Det specifika motståndet är 1,03-1,18 μOhm;
• H15N60. Sammansättning: 60% nickel, 25% järn, 15% krom. Driftstemperatur högst 1150 ^ᵒC. Smältpunkt - 1390 ^ᵒC. Det innehåller mer järn, vilket ökar legeringens magnetiska egenskaper och ökar dess korrosionsbeständighet.

Du lär dig mer om kvaliteten och egenskaperna hos dessa legeringar från GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 och andra.

Som redan nämnts används nikromtråd överallt där värmeelement behövs. Hög resistivitet och smältpunkt gör det möjligt att använda nikrom som bas för olika värmeelement, från en vattenkokare eller hårtork till en muffelugn.

Beräkningsmetoder

Genom motstånd

Låt oss räkna ut hur man beräknar längden på en nikromtråd i form av kraft och motstånd. Beräkningen börjar med att bestämma den erforderliga effekten. Föreställ dig att vi behöver en nichrom tråd för en liten lödkolv med en effekt på 10 watt, som fungerar från en 12V strömförsörjning. För att göra detta har vi en tråd med en diameter på 0,12 mm.

Den enklaste beräkningen av nichromlängd i effekt utan att ta hänsyn till uppvärmning utförs enligt följande:

Vi bestämmer aktuell styrka:

P = UI

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

Beräkning av motståndet hos en nikromtråd utförs av Ohms lag:

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

Trådens längd är:

l = SR /ρ,

där S är tvärsnittsområdet, ρ – resistivitet.

Eller enligt denna formel:

l = (Rdd2) / 4ρ

Men först måste du beräkna resistiviteten för nichromtråd med en diameter på 0,12 mm. Det beror på diametern - ju större den är, desto mindre motstånd.

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

Detsamma kan tas från tabellen GOST 12766.1-90. 8, där ett värde av 95,6 Ohm / m indikeras, om du räknar det får du nästan samma sak:

L = R_TREB/ R_bord= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm

För en 10-watt värmare som drivs med 12V behöver du 15,1 cm.

Om du behöver beräkna antalet varv på en spiral för att vrida den från en nichromtråd av denna längd, använd följande formler:

Längd på en sväng:

l₁= π (D + d / 2),

Antal varv:

N = L / (n (D + d / 2)),

där L och d är trådens längd och diameter är D diametern på stången på vilken spiralen kommer att lindas.

Anta att vi kommer att linda en nikromtråd på en stång med en diameter på 3 mm, då beräkningarna utförs i millimeter:

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

Men samtidigt måste man ta hänsyn till om nichrom av ett sådant tvärsnitt kan motstå denna ström. Detaljerade tabeller för att bestämma den maximala tillåtna strömmen vid en viss temperatur för specifika sektioner anges nedan. Med enkla ord - du bestämmer hur många grader tråden ska värmas upp och väljer dess tvärsnitt för den nominella strömmen.

Observera också att om värmaren är inuti vätskan kan strömmen ökas med 1,2-1,5 gånger, och om den är i ett trångt utrymme, vice versa - minskas.

Efter temperatur

Problemet med beräkningen ovan är att vi tar hänsyn till motståndet hos en kall spiral längs nichromtrådens diameter och dess längd. Men det beror på temperaturen, medan det också är nödvändigt att överväga under vilka förhållanden det är möjligt att uppnå den. Om denna beräkning fortfarande är tillämplig för skärande skum eller för en värmare, kommer den att vara för grov för en muffelugn.

Vi ger ett exempel på nichromberäkningar för en ugn.

Bestäm först dess volym, låt oss säga 50 liter, bestäm sedan effekten, för detta finns det en empirisk regel:

• upp till 50 liter - 100W / l;
• 100-500 liter - 50-70 W / l.

I vårt fall:

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

Därefter överväger vi nuvarande styrka och motstånd:

För 220V:

I = 5000/220 = 22,7 ampere

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

För 380V vid anslutning av spiralerna med en stjärna kommer beräkningen att vara följande.

Dela upp kraften i tre faser:

Pf = 5/3 = 1,66 kW per fas

Vid anslutning av en stjärna appliceras 220V på varje gren (fasspänning, det kan variera beroende på din elektriska installation), sedan strömmen:

I = 1660/220 = 7,54 A

motstånd:

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

För en triangelanslutning beräknar vi enligt en linjär spänning på 380V:

I = 1660/380 = 4,36 A

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

För att bestämma diametern beaktas värmerens specifika ytkraft. Vi beräknar längden, vi tar resistiviteten från tabellen. 8. GOST 12766.1-90, men först definierar vi diametern.

För att beräkna ugns specifika ytkraft med formeln.

Satsning (beror på den värmeabsorberande ytan) och en (strålningseffektivitetskoefficient) väljs enligt följande tabeller.

Så, för att värma ugnen till 1000 grader, ta spiraltemperaturen 1100 grader, sedan enligt valstabellen B_eff Välj ett värde av 4,3 W / cm², och enligt valtabellen för koefficient a - 0,2.

den_ytterligare= B_eff* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

Diametern bestäms av formeln:

r_t - värmematerialets specifika motstånd vid en given t bestäms enligt GOST 12766.1, tabell 9 (visas nedan).

För nichrome X80N20 - 1,025

r_t= p₂₀* s₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1,025 = 1,15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

För att ansluta till ett trefasnätverk enligt "Star" -schemat:

d = 1,23 mm

Längden beräknas med formeln:

L = 42 m

Kontrollera värdena:

L = R / (p * k) = 29,1 / (0,82 * 1,033) = 34 m

Värdena skiljer sig på spiralens höga temperatur; kontrollen tar inte hänsyn till ett antal faktorer. Därför tar vi för längden 1 spiral - 42 m, då för tre spiraler behöver du 126 meter 1,3 mm nikrom.

slutsats

Således kan du beräkna trådens längd för en nichrom spiral och bestämma önskad diameter med hjälp av effekt, tvärsnitt och temperatur. Det är viktigt att tänka på:

• miljöförhållanden;
• placering av värmeelement;
• spiraltemperatur;
• temperatur till vilken ytan ska värmas upp och andra faktorer.

Även ovanstående beräkning, trots dess komplexitet, kan inte kallas tillräckligt korrekt. Eftersom beräkningen av värmeelement är en kontinuerlig termodynamik, och ett antal faktorer kan nämnas som påverkar dess resultat, till exempel värmeisolering av en ugn och så vidare.

I praktiken, efter att ha utvärderat spiralerna, lägger de till eller tar bort, beroende på resultatet, eller använder temperatursensorer och enheter för att justera det.

Relaterade material:

• Hur man gör en induktionspanna själv
• Beräkning av kabeltvärsnitt efter effekt och ström
• Hur man beräknar trådmotstånd