Cum se calculează lungimea unui fir nichrom

Informații de bază și mărci de nichrom

Nichelul este un aliaj de nichel și crom cu adăugarea de mangan, siliciu, fier, aluminiu. Pentru acest material, parametrii depind de raportul specific de substanțe din aliaj, dar în medie se situează în intervalul:

• rezistivitate electrică - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (în funcție de gradul aliajului);
• coeficientul de rezistență al temperaturii - (0,1-0,25) · 10⁻³ K⁻¹;
• temperatura de operare - 1100 ° C;
• punctul de topire - 1400 ° C;

În tabele, rezistivitatea este adesea dată în μOhm * m (sau 10^-6 Ohm * m) - valorile numerice sunt aceleași, diferența de dimensiune.

În prezent, există două dintre cele mai comune mărci de sârmă nichromă:

• Cr20Ni80. Este format din 74% nichel și 23% crom, precum și 1% fier, siliciu și mangan. Conductoarele acestui brand pot fi utilizate la temperaturi de până la 1250 ^ᵒC, punct de topire - 1400 ^ᵒC. Are, de asemenea, o rezistență electrică ridicată. Aliajul este utilizat pentru fabricarea elementelor dispozitivelor de încălzire. Rezistență specifică - 1,03-1,18 μOhm · m;
• H15N60. Compoziție: 60% nichel, 25% fier, 15% crom. Temperatura de operare nu mai mult de 1150 ^ᵒC. Punctul de topire - 1390 ^ᵒC. Conține mai mult fier, ceea ce crește proprietățile magnetice ale aliajului și crește rezistența la coroziune.

Veți afla mai multe despre calitățile și proprietățile acestor aliaje de la GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 și altele.

După cum am menționat deja, sârmă de nichrom este folosită oriunde sunt necesare elemente de încălzire. Rezistența ridicată și punctul de topire fac posibilă utilizarea nichromului ca bază pentru diverse elemente de încălzire, de la un ibric sau uscător de păr până la un cuptor cu mufe.

Metode de calcul

Prin rezistență

Să ne dăm seama cum să calculăm lungimea unui fir nichrom din punct de vedere al puterii și al rezistenței. Calculul începe cu determinarea puterii necesare. Imaginați-vă că avem nevoie de un fir nichrom pentru o fieră de lipit mică, cu o putere de 10 wați, care va funcționa de la o sursă de alimentare de 12V. Pentru a face acest lucru, avem un fir cu un diametru de 0,12 mm.

Cel mai simplu calcul al lungimii nichromului la putere, fără a ține cont de încălzire, se realizează după cum urmează:

Determinăm puterea curentă:

P = UI

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

Calculul rezistenței unui fir nichrom se realizează de Legea lui Ohm:

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

Lungimea firului este:

l = SR /ρ,

unde S este zona transversală, ρ – rezistivitate.

Sau conform acestei formule:

l = (Rπd2) / 4ρ

Dar mai întâi trebuie să calculați rezistivitatea pentru sârmă nichrom cu un diametru de 0,12 mm. Depinde de diametru - cu cât este mai mare, cu atât rezistența este mai mică.

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

Același lucru poate fi luat din tabelul GOST 12766.1-90. 8, unde este indicată o valoare de 95,6 Ohm / m. Dacă o numeri, obții aproape același lucru:

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

Pentru un încălzitor de 10 wați care este alimentat cu 12V, aveți nevoie de 15,1 cm.

Dacă trebuie să calculați numărul de rotații ale unei spirale pentru a o răsuci dintr-un fir nichrom de această lungime, atunci utilizați următoarele formule:

Lungimea unei viraje:

L₁= π (D + d / 2),

Număr de rotații:

N = L / (π (D + d / 2)),

unde L și d sunt lungimea și diametrul sârmei, D este diametrul tijei pe care va fi înfășurată spirala.

Să presupunem că vom înfășura un fir nichrom pe o tijă cu un diametru de 3 mm, apoi calculele sunt efectuate în milimetri:

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

În același timp, trebuie să țineți cont dacă nichromul unei astfel de secțiuni poate rezista sau nu acestui curent. Tabelele detaliate pentru determinarea curentului maxim admis la o anumită temperatură pentru secțiuni specifice sunt prezentate mai jos. Cuvinte simple - determinați câte grade ar trebui să se încălzească firul și selectați secțiunea sa pentru curentul nominal.

De asemenea, rețineți că, dacă încălzitorul se află în interiorul lichidului, atunci curentul poate fi mărit de 1,2-1,5 ori, iar dacă se află într-un spațiu limitat, atunci invers - redus.

După temperatură

Problema calculului de mai sus este că avem în vedere rezistența unei spirale reci de-a lungul diametrului firului nichrom și a lungimii sale. Dar depinde de temperatură, în timp ce, de asemenea, este necesar să luăm în considerare în ce condiții va fi posibil să o atingem. Dacă acest calcul este încă aplicabil pentru tăierea spumei sau pentru un încălzitor, atunci va fi prea grosier pentru un cuptor cu mufe.

Dăm un exemplu de calcule nichrome pentru un cuptor.

Mai întâi, determinați volumul, să zicem 50 de litri, apoi determinați puterea, pentru aceasta există o regulă empirică:

• până la 50 litri - 100W / l;
• 100-500 litri - 50-70 W / l.

Apoi, în cazul nostru:

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

În continuare, luăm în considerare rezistența și rezistența actuală:

Pentru 220V:

I = 5000/220 = 22,7 Amperi

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

Pentru 380V când conectați spiralele cu o stea, calculul va fi după cum urmează.

Împărțiți puterea în 3 faze:

Pf = 5/3 = 1,66 kW pe fază

Când este conectat de o stea, 220V se aplică pe fiecare ramură (tensiunea de fază, poate diferi în funcție de instalația electrică), apoi de curent:

I = 1660/220 = 7,54 A

rezistență:

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

Pentru o conexiune în triunghi, calculăm în funcție de o tensiune liniară de 380V:

I = 1660/380 = 4,36 A

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

Pentru a determina diametrul, se ia în considerare puterea de suprafață specifică a încălzitorului. Calculăm lungimea, luăm rezistivitatea de pe tabelă. 8. GOST 12766.1-90, dar mai întâi definim diametrul.

Pentru a calcula puterea de suprafață specifică a cuptorului folosind formula.

Pariul (depinde de suprafața receptoare de căldură) și un (coeficient de eficiență a radiației) sunt selectate conform următoarelor tabele.

Deci, pentru a încălzi cuptorul la 1000 de grade, luați temperatura în spirală de 1100 grade, apoi conform tabelului de selecție B_eff alegeți o valoare de 4,3 W / cm², și conform tabelului de selecție a coeficientului a - 0,2.

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

Diametrul este determinat de formula:

r_T - rezistența specifică a materialului de încălzire la o dată este determinată conform GOST 12766.1, tabelul 9 (prezentat mai jos).

Pentru nichrome X80N20 - 1.025

r_T= p₂₀* p₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1.025 = 1,15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

Apoi pentru a vă conecta la o rețea trifazată conform schemei „Steaua”:

d = 1,23 mm

Lungimea este calculată după formula:

L = 42m

Verificați valorile:

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

Valorile diferă din cauza temperaturii ridicate a spiralei, verificarea nu ține cont de o serie de factori. Prin urmare, luăm pentru lungimea de 1 spirală - 42m, apoi pentru trei spirale aveți nevoie de 126 metri de 1,3 mm nichrom.

concluzie

Astfel, puteți calcula lungimea firului pentru o spirală nichromă și puteți determina diametrul dorit în funcție de putere, secțiune transversală și temperatură. Este important să aveți în vedere:

• condiții de mediu;
• amplasarea elementelor de încălzire;
• temperatura spirală;
• temperatura la care trebuie încălzită suprafața și alți factori.

Chiar și calculul de mai sus, în ciuda complexității sale, nu poate fi numit suficient de precis. Deoarece calculul elementelor de încălzire este o termodinamică continuă și se pot citi o serie de factori care influențează rezultatele acestuia, de exemplu, izolarea termică a unui cuptor și așa mai departe.

În practică, după evaluarea spiralelor, acestea adaugă sau elimină, în funcție de rezultat, sau utilizează senzori de temperatură și dispozitive pentru a-l regla.

Materiale conexe:

• Cum să faceți singur un cazan de inducție
• Calcularea secțiunii transversale a cablurilor după putere și curent
• Cum se calculează rezistența firului