Jak vypočítat délku nichrom drátu

Základní informace a značky nichrom

Nikl je slitina niklu a chrómu s přídavkem manganu, křemíku, železa, hliníku. U tohoto materiálu závisí parametry na specifickém poměru látek ve slitině, ale v průměru leží v rozmezí:

• elektrický odpor - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (v závislosti na druhu slitiny);
• teplotní koeficient odporu - (0,1-0,25) · 10⁻³ Do⁻¹;
• provozní teplota - 1100 ° C;
• teplota tání - 1400 ° C;

V tabulkách je odpor často uváděn v μOhm * m (nebo 10^-6 Ohm * m) - číselné hodnoty jsou stejné, rozdíl v rozměrech.

V současné době existují dvě nejběžnější značky nichrom drátu:

• X20H80. Obsahuje 74% niklu a 23% chromu, jakož i 1% železa, křemíku a manganu. Vodiče této značky lze použít při teplotách až 1250 ^ᵒC, teplota tání - 1400 ° C ^ᵒC. Má také vysoký elektrický odpor. Slitina se používá k výrobě prvků topných zařízení. Specifický odpor je 1,03-1,18 μOhm · m;
• X15H60. Složení: 60% niklu, 25% železa, 15% chrómu. Provozní teplota ne více než 1150 ^ᵒC. Teplota tání - 1390 ° C ^ᵒC. Obsahuje více železa, což zvyšuje magnetické vlastnosti slitiny a zvyšuje její odolnost proti korozi.

Dozvíte se více o stupních a vlastnostech těchto slitin od GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 a dalších.

Jak již bylo zmíněno, nichromový drát se používá všude tam, kde jsou potřeba topné prvky. Vysoká odolnost a bod tání umožňují použít nichrom jako základ pro různé topné články, od konvice nebo fénu po muflovou pec.

Metody výpočtu

Odporem

Pojďme na to, jak vypočítat délku nichrom drátu z hlediska síly a odporu. Výpočet začíná stanovením požadovaného výkonu. Představte si, že potřebujeme nichromové vlákno pro malou páječku s výkonem 10 wattů, které bude fungovat ze zdroje 12V. K tomu máme drát o průměru 0,12 mm.

Nejjednodušší výpočet délky nichromu bez zohlednění zahřívání se provádí takto:

Určujeme aktuální sílu:

P = UI

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

Výpočet odporu nichromového drátu se provádí pomocí Ohmův zákon:

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 Ohmů

Délka drátu je:

l = SR /ρ,

kde S je plocha průřezu, ρ – odpor.

Nebo podle tohoto vzorce:

l = (Rπd2) / 4ρ

Nejprve však musíte vypočítat odpor pro nichromový drát o průměru 0,12 mm. Závisí to na průměru - čím větší je, tím menší odpor.

L = (14,5 * 3,14 * 0,122) / 4 * 1,1 = 0,149 m = 14,9 cm

Totéž lze vzít z tabulky GOST 12766.1-90. 8, kde je uvedena hodnota 95,6 Ohm / m, pokud ji spočítáte, dostanete téměř to samé:

L = R_povinné/ R_tabl= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm

Pro 10-wattový ohřívač, který je napájen 12V, potřebujete 15,1 cm.

Pokud potřebujete spočítat počet závitů spirály, abyste jej zkroucili z nichromového drátu této délky, použijte následující vzorce:

Délka jednoho tahu:

l₁= π (D + d / 2),

Počet otočení:

N = L / (π (D + d / 2)),

kde L a d jsou délka a průměr drátu, D je průměr tyče, na kterou bude spirála navinuta.

Předpokládejme, že budeme navíjet nichromový drát na tyč o průměru 3 mm, pak se výpočty provádějí v milimetrech:

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

Zároveň je však třeba vzít v úvahu, zda nichrom tohoto průřezu vydrží tento proud. Podrobné tabulky pro stanovení maximálního přípustného proudu při určité teplotě pro určité sekce jsou uvedeny níže. Jednoduše řečeno - určujete, o kolik stupňů se má drát zahřívat, a vyberete jeho průřez pro jmenovitý proud.

Také si všimněte, že pokud je ohřívač uvnitř kapaliny, pak může být proud zvýšen 1,2 - 1,5 krát, a pokud je ve stísněném prostoru, pak naopak - snížen.

Podle teploty

Problém výše uvedeného výpočtu spočívá v tom, že uvažujeme odpor studené spirály podél průměru nichromové niti a její délky. Závisí to však na teplotě, přičemž je také třeba zvážit, za jakých podmínek bude možné jej dosáhnout. Pokud je tento výpočet stále použitelný pro řezání pěny nebo pro ohřívač, bude pro muflovou pec příliš hrubý.

Uvádíme příklad nichromových výpočtů pro pec.

Nejprve určete jeho objem, řekněme 50 litrů, poté určete sílu, proto existuje empirické pravidlo:

• do 50 litrů - 100 W / l;
• 100-500 litrů - 50-70 W / l.

Pak v našem případě:

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

Dále zvažujeme současnou sílu a odpor:

Pro 220V:

I = 5000/220 = 22,7 A

R = 220 / 22,7 = 9,7 Ohmů

Pro 380V při spojení spirál s hvězdou bude výpočet následující.

Rozdělte sílu do 3 fází:

Pf = 5/3 = 1,66 kW na fázi

Při připojení hvězdou je na každou větev aplikováno 220 V (fázové napětí, může se lišit v závislosti na vaší elektrické instalaci), potom aktuální:

I = 1660/220 = 7,54 A

Odpor

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

Pro připojení trojúhelníku počítáme podle lineárního napětí 380 V:

I = 1660/380 = 4,36 A

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

Pro stanovení průměru se vezme v úvahu měrný povrchový výkon ohřívače. Vypočítáme délku, vezmeme odpor z tabulky. 8. GOST 12766.1-90, ale nejprve definujeme průměr.

Pro výpočet měrné povrchové energie pece pomocí vzorce.

Sázka (v závislosti na povrchu pohlcující teplo) a (koeficient radiační účinnosti) se volí podle následujících tabulek.

Chcete-li tedy ohřát pec na 1000 stupňů, vezměte si spirálovou teplotu 1100 stupňů, poté podle tabulky výběru B_ef zvolte hodnotu 4,3 W / cm²a podle výběrové tabulky koeficientu a - 0.2.

V_další= B_ef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

Průměr je určen vzorcem:

str_t - měrný odpor materiálu ohřívače při daném t je stanoven podle GOST 12766.1, tabulka 9 (viz níže).

Pro nichrom X80N20 - 1 025

str_t= p₂₀* str₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1,025 = 1,15 * 106 ^ Ohm / mm

Poté se připojte k třífázové síti podle schématu „Star“:

d = 1,23 mm

Délka se vypočítá podle vzorce:

L = 42 m

Zkontrolujte hodnoty:

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

Hodnoty se liší v důsledku vysoké teploty spirály, kontrola nebere v úvahu řadu faktorů. Proto bereme délku 1 spirály - 42 m, pro tři spirály potřebujete 126 metrů 1,3 mm nichromu.

Závěr

Můžete tedy vypočítat délku drátu pro nichromovou spirálu a určit požadovaný průměr pomocí síly, průřezu a teploty. Je důležité zvážit:

• podmínky prostředí;
• umístění topných článků;
• spirálová teplota;
• teplota, na kterou se má povrch zahřívat, a další faktory.

Ani výše uvedený výpočet, i přes jeho složitost, nelze označit za dostatečně přesný. Protože výpočet topných prvků je spojitá termodynamika, lze citovat řadu faktorů, které ovlivňují jeho výsledky, například tepelná izolace pece atd.

V praxi po vyhodnocení spirály přidávají nebo odebírají, v závislosti na výsledku, nebo jej upravují pomocí teplotních čidel a zařízení.

Související materiály:

• Jak si vyrobit indukční kotel sami
• Výpočet průřezu kabelu výkonem a proudem
• Jak vypočítat odpor drátu