Расчет нагревателя из нихрома

Расчёт длины нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению

Основные сведения и марки нихрома

Нихромом называют сплав никеля и хрома с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. У этого материала параметры зависят от конкретного соотношения веществ в сплаве, но в среднем лежат в пределах:

  • удельное электрическое сопротивление — 1,05-1,4 Ом*мм 2 /м (в зависимости от марки сплава);
  • температурный коэффициент сопротивления — (0,1-0,25)·10 −3 К −1 ;
  • рабочая температура — 1100 °C;
  • температура плавления — 1400°C;

В таблицах удельное сопротивление часто приводится в мкОм*м (или 10 -6 Ом*м) – численно значения те же, разница в размерности.

В настоящее время есть две самых распространённых марки нихромовой проволоки:

  • Х20Н80. Состоит на 74% из никеля и на 23% хрома, а также по 1% железа, кремния и марганца. Проводники этой марки можно использовать при температуре до 1250 ᵒ С, температура плавления – 1400 ᵒ С. Также он отличается повышенным электросопротивлением. Сплав применяют для изготовления элементов нагревательных приборов. Удельное сопротивление – 1,03-1,18 мкОм·м;
  • Х15Н60. Состав: 60% никеля, 25% железа, 15% хрома. Рабочая температура не более 1150 ᵒ С. Температура плавления – 1390 ᵒ С. Содержит больше железа, что повышает магнитные свойства сплава и увеличивает его антикоррозийную устойчивость.

Более подробно о марках и свойствах этих сплавов вы узнаете из ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90 и других.

Как уже было сказано, нихромовая проволока применяется повсеместно где нужны нагревательные элементы. Высокое удельное сопротивление и температура плавления позволяют использовать нихром в качестве основы для разных нагревательных элементов, начиная от чайника или фена, заканчивая муфельной печью.

Методики расчета

По сопротивлению

Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.

Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:

Определим силу тока:

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:

Длина проволоки равна:

где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.

Или по такой формуле:

Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.

Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:

Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.

Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:

Длина одного витка:

где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.

Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:

Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.

Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.

По температуре

Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.

Приведем пример расчетов нихрома для печи.

Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:

  • до 50 литров – 100Вт/л;
  • 100-500 литров – 50-70 Вт/л.
Читайте также:  Suzuki Grand Vitara Стоит ли связываться с подержанными авто

Тогда в нашем случае:

Дальше считаем силу тока и сопротивление:

Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.

Делим мощность на 3 фазы:

Pф=5/3=1,66 кВт на фазу

При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.

Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.

Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.

Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см 2 , а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

Диаметр определяют по формуле:

рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:

Длина рассчитывается по формуле:

Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.

Заключение

Таким образом вы можете посчитать длину проволоки для нихромовой спирали и определить нужный диаметр по мощности, сечению и температуре. Важно при этом учитывать:

  • условия окружающей среды;
  • расположение нагревательных элементов;
  • температуру спиралей;
  • температуру, до которой должна нагреться поверхность и другие факторы.

Даже приведенный расчет, несмотря на его сложность, нельзя назвать достаточно точным. Потому что расчет нагревательных элементов — это сплошная термодинамика и можно привести еще ряд факторов, которые влияют на его результаты, например, теплоизоляцию печи и прочее.

На практике после оценочных подсчетов спирали добавляют или убирают в зависимости от полученного результата или используют температурные датчики и устройства для её регулировки.

Из чего лучше сделать нагреватель для муфельной электропечи — сравнение фехраля и нихрома

Наиболее значительной деталью электротепловой установки является нагревательный элемент. Основная составляющая часть приборов косвенного нагрева — резистор с высоким удельным сопротивлением. А одним из приоритетных материалов — хромоникелевый сплав. Так как сопротивление нихромовой проволоки высоко, этот материал занимает лидирующее место в качестве сырья для различных видов электротепловых установок. Расчёт нагревателя из нихромовой проволоки проводят с целью определения размеров нагревательного элемента.

Нагреватели для муфельных печей: требования к материалам изготовления

Если Вы сомневаетесь, фехраль или нихром, что лучше подойдет в качестве основы для нагревателя муфельной печи, рассмотрите их характеристики. Каждый из них имеет разные показатели:

  • Электрического сопротивления. Чем оно выше, тем лучше. Сплавы с высоким показателем электросопротивления быстрее нагреваются. Использовать их можно в меньших объемах, чем остальное сырье. Это очень удобно. В таком случае появляется возможность установить нагреватель из нихромовой проволоки внутри конструкции. Большого пространства для этого не потребуется.
  • Постоянности физических свойств. Очень трудно работать с динамичными элементами, такими как неметаллы. Приходится прибегать к применению дополнительных трансформаторов. Это может усложнить процесс эксплуатации промышленного сушильного шкафа или муфельной печи.
  • Температурного коэффициента. Когда меняется уровень температур, становится другим и электрическое сопротивление элемента. Нагреватель из нихрома изменяет свои показатели минимально.
  • Жаропрочности. Предельный уровень отличается у разных материалов. Изучив технические характеристики, Вы увидите, насколько устойчив нихром или фехраль к высоким температурам.

Промышленный сушильный шкаф должен иметь очень качественную конструкцию, в том числе, обладать надежным нагревательным элементом

Некоторые замечания

Можно усовершенствовать прибор, используя дополнительные детали:

  • гипс
  • стальная проволока
  • выключатель

Стальную скобу не придётся никак приспосабливать внутри корпуса — она нужна только в качестве удобной подставки для прибора. Выключатель позволит легко управлять прибором. Его можно установить на боку корпуса баночки, добавив туда пару винтиков. А вот гипс поможет придать прочности и сохранности нихромовой проволочке. Высыпаем сухой гипс в воду, разводим его и окунаем в раствор скрученную спиральку, после чего высушиваем под слоем гипса на воздухе, до затвердевания. Теперь нагрев будет более мягким, а прибор более долговечным и безопасным. Главное не забыть оставить на концах контакты для подсоединения проводов.

Итог: У нас получился простой и эффективный прибор для обогрева помещения. Если всё правильно выполнено — то он будет безопасен в эксплуатации и станет потреблять совсем немного мощности.

Простой самодельный панельный обогреватель: схема сборки, фото изготовления.

С наступлением холодов тема отопления жилых помещений становится актуальной, и многие задаются вопросом, как дополнительно обогреть, жилую комнату, рабочее помещение, дачу или гараж с помощью обогревателя. В этой статье мы рассмотрим, как сделать простой, дешёвый и в то же время безопасный электрообогреватель.

Читайте также:  Лада Гранта Лифтбек цена и комплектация

Отличия фехраля и хрома: что выбрать как основу нагревателя

Нихромовые и фехралевые нагреватели являются лучшими для муфельных электропечей. Но и они имеют между собой некоторые отличия

Особенности нихрома

Среди достоинств материала:

  • Сохранение механических свойств при нагреве.
  • Крипоустойчивость.
  • Легкость плавления и сваривания.
  • Простота обработки.
  • Отсутствие процессов старения.

Есть у этого сплава и некоторые недостатки, среди которых:

  • Высокая цена на изготовление нихромовых нагревателей из-за дороговизны никеля.
  • Возможность работы при более низких температурах, в сравнении с фехралевыми элементами.

Чтобы печь гарантировано давала нужный результат в обработке материалов, не забудьте предварительно провести расчет нихромовой проволоки для нагревателя.

Особенности фехрали

Многокомпонентный состав имеет такие позитивные характеристики как:

  • Низкая цена сплава.
  • Высокий уровень жаростойкости.

Некоторые нагреватели для муфельных печей из фехрали способны работать даже при температуре 1400 градусов. Важно, чтобы их диаметр был не менее 6-ти миллиметров

К недостаткам стоит отнести:

  • Хрупкость при температурном режиме более 1000 градусов.
  • Магнитность из-за наличия в составе железа.
  • Удлинение основы во время эксплуатации.
  • Низкий уровень сопротивления ползучести.

Ход работы

Сначала отделяем решётку кулера от вентилятора, она нам тоже пригодится. Кладём вентилятор правильной стороной (чтобы он дул наружу) в баночку, и закрепляем его на дне при помощи нескольких винтиков. Он понадобится для того чтобы гнать горячий воздух в комнату от раскалённой проволоки. Теперь сворачиваем саму проволоку спиралью — её можно намотать на толстый карандаш и снять. Это нужно для большей отдачи тепла при прохождении воздуха мимо спирали. Закрепляем спиральку внутри корпуса, концы нужно вывести наружу и подсоединить к проводам. Наш обогревать почти готов. Осталось накрыть корпус решёткой от кулера, для безопасности. Она как будто специально создана для этого — получился отличный прибор, напоминающий горячий фен.

Сфера применения нагревателей из нихрома и фехрали

Нихромовый нагреватель наиболее часто используется в конструкциях оборудования для обжига и сушки. Нередко его можно встретить и в основе водонагревателей и электроплит. Высокопроизводительными считаются лабораторные сушильные шкафы с нихромовыми нагревателями.

Лабораторная низкотемпературная печь – это оборудование для максимально точной термообработки

Фехралевые пластины и проволоки востребованы в разработке систем, работающих с температурными режимами до 1400 градусов. Их активно применяют в сфере высокоглиноземной керамики.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления.

Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U.

Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

  • P – выделяемая мощность;
  • U – напряжение на концах спирали;
  • R – сопротивление спирали;
  • I – сила тока.

Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки.

Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd 2 )/4ρ.

  • L – искомая длина;
  • R – сопротивление проволоки;
  • d – диаметр проволоки;
  • ρ – удельное сопротивление нихрома;
  • π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве.

В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρld, где ρld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Сколько стоят нихромовые или фехралевые нагреватели

Стоимость муфельной печи напрямую зависит от особенностей элементов ее сборки. Важную роль в формировании цены имеет и материал нагревателя. Ключевое отличие фехраль от нихрома в том, что обойдется соединение железа, хрома и алюминия в 3-5 раз дешевле, чем то, где есть никель.

Не стоит спешить при выборе сплава. Для начала просчитайте:

  • Максимальную температуру нагрева.
  • Время бесперебойного функционирования техники.
  • Частоту включений и выключений оборудования.

Только после этого стоит принимать решение о покупке. Не стоит гнаться за более низкой ценой. Если нагреватель будет быстро изнашиваться, его постоянные замены и перебои при эксплуатации прибора обойдутся значительно дороже.

Купить муфельные печи с качественными нагревателями, Вы всегда можете в . Мы подберем для Вас идеальное решение «под ключ», которое будет надежным и долговечным. Обращайтесь!

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 °С.

Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя.

При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного.

Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

Читайте также:  Меняем салонный фильтр кондиционера - Все о Chevrolet

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали.

Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение.

Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Процесс изготовления обогревателя по шагам


Стеклотекстолит как основа для крепления нихромовой нити

Для изготовления самодельного гаражного обогревателя потребуется лист текстолита толщиной до 1,5 см.

Он будет служить основанием для проволочной нагревательной спирали. Разделенный на две части, стеклотекстолит не только защитит от горячей проволоки, но и быстро обогреет холодное помещение.

Вся поверхность текстолитового листа является нагревающей. Однако, для обогрева гаража достаточно куска 0,5 х 0,5 м материала с каждой стороны нагревателя.

Не обязательно, чтобы обогреватель был квадратным, подойдет любая форма прямоугольника.

Здесь более важно, чтобы части текстолита были одинаковыми, и основа для крепления спирали надежно закрывала ее.


Принципиальная схема гаражного обогревателя

  1. Листы текстолита с внутренней стороны будущего калорифера обрабатываются наждачной бумагой.
  2. Далее на основу наносится разметка. От нижнего и верхнего краев оставляется поле в 2 см, от боковых – отступ в 3 см.
  3. Отметив границы размещения проволоки, необходимо рассчитать количество ее сложений при длине 24 метра. Длина шага обмотки равна высоте отмеченной рамки на основе обогревателя (не забываем, что верхнее и нижнее поле не учитываются).
  4. После расчета количества сложений проволоки, нужно отметить расстояние между ее витками. Для наших параметров калорифера оно составляет 8-13 мм. По краю отмеченной рамки, согласно расчетам, просверливают маленькие отверстия, в которые вставляют метки — спички или зубочистки.
  5. Далее высверливается еще два отверстия для выхода провода подключения к источнику питания.
  6. Не натягивая, аккуратно, проволоку укладывают «змейкой». Здесь сформировать нагревательный элемент помогают спички. Уложив пять-семь витков «змейки», необходимо закрепить их бумажными полосками. Бумага, толщиной в 1 см, при помощи клея «Монолит» фиксирует нить накаливания.
  7. Края «змейки» также, после снятия спичек, приклеиваются при помощи полосок бумаги.
  8. В просверленные отверстия для сетевого провода вставляют заклепки из металла, на которые наматывают конец проволочной «змейки».
  9. С наружной стороны обогревателя к заклепке прикрепляется шайба. Она нужна для надежной фиксации электропроводящего контакта.

Сетевой шнур можно подсоединить и внутри калорифера, недалеко от спирали накаливания. Для этого зачищенные концы электропровода наматывают на заклепки с внутренней стороны стенки обогревателя.

Напряжение питания паяльников

Электрические паяльники выпускаются рассчитанные на напряжение питающей сети 12, 24, 36, 42 и 220 В, и этому есть свои причины. Главной, является безопасность человека, второй – напряжение сети в месте выполнена паяльных работ. В производстве, где все оборудование заземлено и имеется высокая влажность, разрешено использовать паяльники напряжением не более 36 В, при этом корпус паяльника должен быть обязательно заземлен. Бортовая сеть у мотоцикла имеет напряжение постоянного тока 6 В, легкового автомобиля – 12 В, грузового – 24 В. В авиации используют сеть частотой 400 Гц и напряжением 27 В.

Онлайн расчет нихромовой проволоки для нагревателя

Диаметр нихромовой проволоки, мм

Требуемая мощность нагревателя, Вт

Необходимая длина проволоки, м

Применение нихромовых проволок в качестве нагревательных элементов обусловлено сочетанием следующих характеристик этих сплавов:

— высоких показателей жаростойкости сплавов никеля с хромом;
— высоким удельным электрическим сопротивлением;
— хорошей пластичностью;
— низким температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Предложенный калькулятор может быть использован для подсчета и примерной оценки необходимой длины нихромовой проволоки наиболее распространенных в настоящее время марок Х20Н80, Х20Н80-Н и Х15Н60 для нагревателей.

Для расчета потребуются следующие данные: желаемая мощность нагревателя. питающее напряжение и стандартное значение диаметра используемой проволоки.

Вначале, исходя из заданных параметров определяется сила тока (I=P/U). Далее, производится расчет сопротивления всего нагревательного элемента (R=U/I).

Затем, используя данные удельного электрического сопротивления (ρ) упомянутых выше марок проволоки находим ее необходимую длину (l=SR/ρ), которая обеспечит сопротивление нагревателя R.

После проведения расчета рекомендуется убедиться в соответствии полученного расчетного тока его допустимому значению из приведенной ниже таблицы:

Если полученный ток превышает допустимый, необходимо повторить расчет, выбрав большее значение диаметра нихромовой проволоки или снизив мощность нагревательного элемента.

Обязательно следует учесть, что допустимые значения тока в зависимости от выбранного диаметра проволоки и температуры нагрева, приведенные в таблице стоит рассматривать для нагревателей, закрепленных в горизонтальном состоянии в воздушной среде.

Так, в случае если спираль погружена в нагреваемую жидкость, то допустимый ток может быть увеличен в 1,1-1,5 раза, а закрытое расположение спирали в связи с гораздо худшим охлаждением наоборот, предполагает уменьшение допустимого тока в 1,2-1,5 раза.

Ссылка на основную публикацию
Расход кислорода при резке металла нормы расхода пропана
Как резать металл пропаном правильно (видео) По сравнению с газосварочными работами резка газом требует от человека гораздо меньших навыков. Поэтому...
Рассеиватель для светодиодной ленты – прозрачный, опаловый профиль
Отражатели для аквариумных светильников своими руками Вы знаете это наверное одна из самых популярных тем среди аквариумистов на сегодняшний день,...
Рассказ двух владельцев Mitsubishi Pajero Sport о том, как и зачем они строили свои машины — Журнал
Mitsubishi Pajero Sport III (2020-2021) цена и характеристики, фотографии и обзор Мицубиси Паджеро Спорт (2020-2021) цены и комплектация. Технические характеристики...
Расход топлива Hyundai Getz на 100 км реальный, средний, повышенный
Хендай Гетц 1 В 2002 году на Женевском автосалоне прошла презентация субкомпактного хэтчбека Hyundai Getz. Модель производилась в пятидверном и...
Adblock detector