วิธีการคำนวณความยาวของเส้นลวดนิโครเมี่ยม

ข้อมูลพื้นฐานและยี่ห้อของ nichrome

นิกเกิลเรียกว่าโลหะผสมของนิกเกิลและโครเมียมด้วยนอกเหนือจากแมงกานีสซิลิคอนเหล็กอลูมิเนียม สำหรับวัสดุนี้พารามิเตอร์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนเฉพาะของสารในโลหะผสม แต่โดยเฉลี่ยอยู่ในช่วง:

• ความต้านทานไฟฟ้า - 1.05-1.4 โอห์ม * มม²/ m (ขึ้นอยู่กับเกรดของโลหะผสม);
• ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน - (0.1-0.25) · 10⁻³ ถึง⁻¹;
• อุณหภูมิในการทำงาน - 1100 ° C;
• จุดหลอมเหลว - 1,400 ° C;

ในตารางความต้านทานมักให้ในμOhm * m (หรือ 10^-6 Ohm * m) - ค่าตัวเลขเหมือนกันคือความแตกต่างในมิติ

ขณะนี้มีสองแบรนด์ที่พบมากที่สุดของ nichrome wire:

• X20H80 มันประกอบด้วยนิกเกิล 74% และโครเมียม 23% เช่นเดียวกับเหล็ก 1%, ซิลิกอนและแมงกานีส ตัวนำของยี่ห้อนี้สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 1,250 ^ᵒC, จุดหลอมเหลว - 1400 ^ᵒC. เขายังมีความต้านทานไฟฟ้าสูง โลหะผสมที่ใช้สำหรับการผลิตองค์ประกอบของอุปกรณ์ทำความร้อน ความต้านทานเฉพาะคือ 1.03-1.18 μOhm· m
• X15H60 ส่วนประกอบ: นิกเกิล 60%, เหล็ก 25%, โครเมียม 15% อุณหภูมิในการทำงานไม่เกิน 1,150 ^ᵒC. จุดหลอมเหลว - 1390 ^ᵒC. มันมีเหล็กมากขึ้นซึ่งจะเพิ่มคุณสมบัติแม่เหล็กของโลหะผสมและเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน

คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเกรดและคุณสมบัติของโลหะผสมเหล่านี้จาก GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 และอื่น ๆ

ตามที่ได้กล่าวไปแล้วลวดนิกโครถูกนำมาใช้ทุกที่ที่ต้องการองค์ประกอบความร้อน จุดต้านทานและจุดหลอมเหลวสูงทำให้สามารถใช้ nichrome เป็นพื้นฐานสำหรับองค์ประกอบความร้อนที่หลากหลายตั้งแต่กาต้มน้ำหรือเครื่องเป่าผมไปจนถึงเตาเผา

วิธีการคำนวณ

โดยความต้านทาน

ลองหาวิธีการคำนวณความยาวของเส้นลวดนิกromeในแง่ของกำลังและความต้านทาน การคำนวณเริ่มต้นด้วยการกำหนดพลังงานที่ต้องการ ลองนึกภาพว่าเราจำเป็นต้องใช้ด้าย nichrome สำหรับหัวแร้งขนาดเล็กที่มีกำลังไฟ 10 วัตต์ซึ่งจะทำงานจากแหล่งจ่ายไฟ 12V ในการทำเช่นนี้เรามีลวดที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.12 มม.

การคำนวณความยาว nichrome ที่ง่ายที่สุดในการใช้พลังงานโดยไม่คำนึงถึงความร้อนในบัญชีจะดำเนินการดังนี้:

เราพิจารณาความแข็งแกร่งในปัจจุบัน:

P = UI

I = P / U = 10/12 = 0.83 A

การคำนวณความต้านทานของเส้นลวดนิโครเมี่ยมดำเนินการโดย กฎของโอห์ม:

R = U / I = 12 / 0.83 = 14.5 โอห์ม

ความยาวของเส้นลวดคือ:

l = SR /ρ,

โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัด ρ – ความต้านทาน

หรือตามสูตรนี้:

l = (Rπd2) / 4ρ

แต่ก่อนอื่นคุณจำเป็นต้องคำนวณความต้านทานสำหรับลวดนิโครเมี่ยมที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.12 มม. มันขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง - ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดความต้านทานก็จะน้อยลง

L = (14.5 * 3.14 * 0.12 ^ 2) / 4 * 1.1 = 0.149m = 14.9cm

สามารถนำมาได้จากตาราง GOST 12766.1-90 8 โดยที่ค่า 95.6 โอห์ม / ม. ถูกระบุหากคุณนับคุณจะได้สิ่งเดียวกัน:

L = R_{จำเป็นต้องใช้}/ อาร์_tabl= 14.4 / 95.6 = 0.151m = 15.1cm

สำหรับฮีตเตอร์ 10 วัตต์ที่ใช้พลังงานจาก 12V คุณต้องมี 15.1 ซม.

หากคุณต้องการคำนวณจำนวนการหมุนของเกลียวเพื่อบิดจากลวดนิกโครมที่มีความยาวนี้ให้ใช้สูตรต่อไปนี้:

ความยาวหนึ่งรอบ:

ล.₁= π (D + d / 2)

จำนวนรอบ:

N = L / (π (D + d / 2))

โดยที่ L และ d คือความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนซึ่งเกลียวจะถูกพัน

สมมติว่าเราจะไขลวดนิโครมาลงบนแกนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. จากนั้นทำการคำนวณในหน่วยมิลลิเมตร:

N = 151 / (3.14 (3 + 0.12 / 2)) = 15.71 รอบ

แต่ในเวลาเดียวกันเราจะต้องคำนึงว่านิกโครเชต์ของภาคตัดขวางดังกล่าวสามารถทนกระแสนี้ได้หรือไม่ ตารางโดยละเอียดสำหรับการกำหนดกระแสสูงสุดที่อนุญาตที่อุณหภูมิบางอย่างสำหรับส่วนที่เฉพาะเจาะจงได้รับด้านล่าง ในคำง่าย - คุณกำหนดจำนวนองศาลวดควรร้อนขึ้นและเลือกส่วนตัดสำหรับกระแสจัดอันดับ

โปรดทราบว่าหากเครื่องทำความร้อนอยู่ภายในของเหลวกระแสไฟฟ้าสามารถเพิ่มขึ้นได้ 1.2-1.5 เท่าและหากอยู่ในที่อับอากาศก็จะลดลง

ตามอุณหภูมิ

ปัญหาของการคำนวณข้างต้นคือเราพิจารณาความต้านทานของขดลวดเย็นตามเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว nichrome และความยาว แต่มันก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในขณะที่จำเป็นต้องพิจารณาภายใต้เงื่อนไขใดที่จะสามารถทำได้ หากสำหรับการตัดโฟมหรือเครื่องทำความร้อนการคำนวณนี้ยังคงมีผลอยู่สำหรับเตาเผาแบบนี้จะหยาบเกินไป

เราให้ตัวอย่างของการคำนวณ nichrome สำหรับเตาเผา

อันดับแรกกำหนดปริมาตรสมมุติว่า 50 ลิตรจากนั้นตรวจสอบกำลังเนื่องจากมีกฎเชิงประจักษ์ดังนี้

• สูงถึง 50 ลิตร - 100W / l;
• 100-500 ลิตร - 50-70 W / l

จากนั้นในกรณีของเรา:

P = p_EMP* V = 50 * 100 = 5 kW

ต่อไปเราจะพิจารณากระแสและความต้านทานปัจจุบัน:

สำหรับ 220V:

I = 5,000/220 = 22.7 แอมป์

R = 220 / 22.7 = 9.7 โอห์ม

สำหรับ 380V เมื่อเชื่อมต่อเกลียวกับดาวการคำนวณจะเป็นดังนี้

แบ่งพลังออกเป็น 3 ขั้นตอน:

Pf = 5/3 = 1.66 kW ต่อเฟส

เมื่อเชื่อมต่อด้วยดวงดาว 220V จะถูกนำไปใช้กับแต่ละสาขา (แรงดันไฟฟ้าเฟสมันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการติดตั้งระบบไฟฟ้าของคุณ) จากนั้นกระแส:

I = 1660/220 = 7.54 A

ต้านทาน:

R = 220 / 7.54 = 29.1 โอห์ม

สำหรับการเชื่อมต่อรูปสามเหลี่ยมเราคำนวณตามแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นของ 380V:

I = 1660/380 = 4.36 A

R = 380 / 4.36 = 87.1 โอห์ม

ในการกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางจะคำนึงถึงกำลังของพื้นผิวเฉพาะของฮีตเตอร์ เราคำนวณความยาวเราใช้ความต้านทานจากตาราง 8. GOST 12766.1-90 แต่ก่อนอื่นเราจะกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง

เพื่อคำนวณพลังงานพื้นผิวเฉพาะของเตาโดยใช้สูตร

เดิมพัน (ขึ้นอยู่กับพื้นผิวที่ดูดซับความร้อน) และเลือก (ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพการแผ่รังสี) ตามตารางต่อไปนี้

ดังนั้นเพื่อให้ความร้อนกับเตา 1,000 องศาใช้อุณหภูมิเกลียว 1100 องศาจากนั้นตามตารางการเลือก B_EF เลือกค่า 4.3 W / cm²และตามตารางการเลือกค่าสัมประสิทธิ์ก - 0.2

ที่_{เพิ่มเติม}= B_EF* a = 4.3 * 0.2 = 0.86 W / cm² = 0.86 * 10 ^ 4 W / m²

เส้นผ่าศูนย์กลางถูกกำหนดโดยสูตร:

R_{เสื้อ} - ค่าความต้านทานจำเพาะของวัสดุตัวทำความร้อนที่ค่าทีกำหนดนั้นเป็นไปตาม GOST 12766.1, ตารางที่ 9 (แสดงด้านล่าง)

สำหรับ nichrome X80N20 - 1,025

R_{เสื้อ}= p₂₀* R₁₀₀₀= 1.13 * 10 ^ 6 * 1.025 = 1.15 * 10 ^ 6 โอห์ม / มม

จากนั้นเชื่อมต่อกับเครือข่ายสามเฟสตามรูปแบบ "ดาว":

d = 1.23 มม

ความยาวคำนวณโดยสูตร:

L = 42 ม

ตรวจสอบค่า:

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

ค่าแตกต่างกันเนื่องจากอุณหภูมิของเกลียวสูงการตรวจสอบไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยหลายประการ ดังนั้นเราจึงใช้ความยาว 1 เกลียว - 42 เมตรจากนั้นสำหรับสามเกลียวคุณต้อง 126 เมตรความยาว 1.3 มม.

ข้อสรุป

ดังนั้นคุณสามารถคำนวณความยาวของเส้นลวดสำหรับเกลียวขด nichrome และกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการตามกำลังไฟหน้าตัดและอุณหภูมิ มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณา:

• สภาพแวดล้อม
• ตำแหน่งขององค์ประกอบความร้อน
• อุณหภูมิเกลียว
• อุณหภูมิที่พื้นผิวควรได้รับความร้อนและปัจจัยอื่น ๆ

แม้แต่การคำนวณข้างต้นแม้จะมีความซับซ้อน แต่ก็ไม่สามารถเรียกได้ว่าถูกต้องเพียงพอ เนื่องจากการคำนวณองค์ประกอบความร้อนเป็นอุณหพลศาสตร์ต่อเนื่องและปัจจัยหลายอย่างสามารถอ้างถึงที่มีผลต่อผลลัพธ์ตัวอย่างเช่นฉนวนกันความร้อนของเตาเผาและอื่น ๆ

ในทางปฏิบัติหลังจากประเมินเกลียวแล้วจะเพิ่มหรือลบขึ้นอยู่กับผลลัพธ์หรือใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิและอุปกรณ์เพื่อปรับ

วัสดุที่เกี่ยวข้อง:

• วิธีการทำหม้อไอน้ำเหนี่ยวนำด้วยตัวคุณเอง
• การคำนวณสายตัดขวางตามกำลังไฟและกระแส
• วิธีการคำนวณความต้านทานลวด