Как рассчитать длину нихромовой проволоки
Iddc.ru

Все об электрике

Как рассчитать длину нихромовой проволоки

Как рассчитать длину нихромовой проволоки

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.

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.

Уроки гончарного дела

Добро пожаловать в мир керамики!

Калькулятор рассчета нагревателей из фехраля и нихрома

Для расчета нагревателя печи нужно задать значение его мощности, диаметр проволоки, напряжение сети, а также значение удельного сопротивления. Удельное сопротивление проволоки Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м. Чтобы не было перекала проволоки, значение поверхностной нагрузки не должно превышать 1,4-1,6 Вт/см.

Расчет нагревателей из фехраля или нихрома

Более подробно о подборе и расчете нагревателей в печи для обжига можно почитать на нашем форуме: Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.

комментариев 48

Спасибо разработчикам. Очень полезная, а главное, удобная вещь. Спасибо!

Здорово↨ Я бы такую програмку хотел бы на телефон и планшетник.

Ток и сопротивление не изменяются при изменении диаметра

Ошибочные данные выдает.
при 30квт 4мм 380в должно быть 67 м а не 671м
В 10 раз ошщибиться….

Скорее всего вы ввели в поле мощность не 30000 Вт, а 3000. При правильном вводе и удельном сопротивлении 1,1 получается 54.96 метра.

врет как сивый мерин прога чем больше Вт тем меньше провода хотел бы я 200000Вт получить на 3м провода аха-ха… внесите ясность в чем измеряете

Адрей, если возьмете 10 см провода, то мощность будет еще больше! Попробуйте засунуть его в розетку, и вы почувствуете всю мощь на собственном опыте))

Я Вам больше скажу, чем тоньше провод, тем меньше его нужно по расчётам мощность/сопротивление)
Программа все правильно считает, ваша задача уменьшить поверхностную нагрузку.

Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м.

в формуле сказано «удельное сопротивление (Ом×мм²/м)»
а вы указали удельное сопротивление для своего диаметра отсюда и 671 метр

Вячеслав, а запятой после 67 не было?

. неправильно считает этот калькулятор 220в, 2мм , 2000 вт, удельное 0.453, 24.2ом делим на 0.453 получаем 53,42 метра, а этот выдает 167,74 метра , хотя ток правильно показал..

Олег, не надо ругать калькулятор, у вас ошибка в расчетах, ищите…

А что такое перекал? Какая должна быть поверхностная нагрузка, чтобы нить вообще не раскалялась и её можно было бы залить термостойким силиконом?

Вопрос на засыпку) С силиконом не доводилось пока что встречаться, а перекал — это когда проволока слишком сильно накаляется — температура приближается к точке плавления металла нагревателя.

Ну мне нужно чтобы нить прогревалась не более 150 град. 220В, длина нити кратна 17 метрам. Не витая, а прямыми прядками по о.5 метров. к примеру пусть будет 0.6 или 0.7 мм диаметр. Силикон держит до 400 градусов температуру.

Читать еще:  Почему в части розеток слабое напряжение?

Здравствуйте! Скажите, почему исчез калькулятор, будет ли? Самый лучший калькулятор в сети был…

Спасибо, что написали! поправил.

Поверхностная нагрузка не должна превышать 1,4-1,6 . А если она скажем 0,4 это хорошо или это значит что спираль будет слегка красная? Как эту нагрузку подбирать, чем меньше тем лучше или приближать к 1,4-1,6? Спасибо.

Чем меньше поверхностная нагрузка, тем меньше мощность получается, а провод длиннее. Обычно же наоборот, хотят побольше мощности и при этом проволоку покороче)

Нет, мощность одинаковая 3000вт, просто если взять провод 1,5мм то нагрузка 3, а если взять 3мм то нагрузка 0,3 (примерно), при этом мощность постоянная, меняется только длинна провода

Имелось в виду при одинаковом диаметре провода. Если у вас поместится 100 м провода, то можно и 0,3 по идее.

Здравствуйте Извините , но что то я запутался .. При рабочей камере 140*100*450 и объемом в 6.3л итра с температурой 800-1100 градусов, получается — 1500 Ватт (из другого калькулятора) , напряжение 220 в. хочу использовать еврофехраль 2 мм , то ежели использовать Ваш калькулятор то проволоки требует аж 230 метров , если по вашему калькулятору считать исходя из мощности 60 литровой камеры уменьшив в 10 раз приблизительно 6еменьшив да 6 литров и 600 Ватт соответственно , то проволоки придется вообще фантастическое количество аж 575 метров !! Пожалуйста просвитите меня в ошибках , я не верю , что столького количества проволоки 2 мм нужно для этой камеры , хотя чую на глаз 20 — 30 метров хватило бы..

Тимур, если хотите короче провод, то одно из двух — либо уменьшайте толщину проволоки, либо увеличивайте мощность.

Большое Спасибо за пояснение. А как мощность увеличить ? просто увеличить объем печи ? или позволить давать большую нагрузку от розетки , в плане не дома в квартире , где ограничена потребляемость. Печь будет в гараже . там трехфазное питание и одна фаза для 220 в берется оттуда , автомат спокойно держит нагрузку 4- 5 Квт для тепловой пушки. То есть получается , что 2 мм проволоку бессмыслено использовать в такой камере в 6.3 литра — даже если я увеличу мощность печи на такой объем , всё равно длина проволоки будет большой , что бы впихнуть в такой объем печи , им наверняка греться она будет бесконечно долго.. Выходит лучше 1 мм или 1.2 мм оптимально ?

Да, вы все правильно написали — для маленькой печи лучше брать провод потоньше.

Большое спасибо Юрий буду из 1 мм делать.

Вообще эта канитель с зависимостью между величинами при изготовлении различных нагревателей для понятия взаимосвязи должна осознаваться на физике . Чем тоньше диаметр проволоки , тем выше сопротивление . Значит она будет греться меньше . А та проволока , у которой диаметр больше — будет обладать более меньшим сопротивлением . При подключении её к сети при равных длинах с тонкой нитью , она будет греться больше , а так как она толще , то и ток может пропускать больший , и её износостойкие характеристики будут выше / долго будет служить / . Правда будет в других параметрах проигрышь — размеры спирали , габариты самой печи и кое что другое могут не удовлетворить задуманному . Вот я так примерно думаю . Ведь толстой нити нужно будет на получение одного и того же сопротивления расчитанной спирали взять больше по длине . А это уже связано и с габаритами и другими перерасходами . Да и что об этом говорить — есть очень хорошие методики расчётов всех этих показателей с различными коэффициентами и прибамбасами .

Здравствуйте!
Не идут расчёты с применением вашего калькулятора и методики «Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.»
Делаю расчёт для печи с мощностью 15 квт
Считаю один нагреватель 5квт ( с учетом того то их будет 3)
Фехраль Х23Ю5Т
Калькулятор выдает
3 — диаметр проволоки
146.79 метров
380 В
13.16 Ток (А)
28.88 сопротивление (Ом)

С использованием расчёта по статье
При подключении нагрузки «треугольник»
380В
7,6 Ток (А)
50 — сопротивление (Ом)
65

метров проволока
Проверочные данные длины по формуле не совпадают (стр 27. статьи)

Вэф из таблицы 3 — 6,05.
коэффициент а- из таблицы 4 — 0,2
к- Поправочный коэффициент при 1000C — по данным ГОСТ 1,076
Pt — удельное сопротивление материала — 1,44
P20 — удельное электрическое сопротивление материала — 1,344
Bдоп — Допустимая поверхностная мощность — 1,21

Формулы из статьи:
I = P / U = 5000 / 380 = 13,16 А
R = U / I = 380 / 13,16 = 28,88 Ом
Сопротивление 1 метра проволоки фехраль 3мм из таблицы — 0,204 Ом
L = 28,8 / 0,204 = 141,57 м
Другой вариант — ρ — удельное электрическое сопротивление материала фехрали — 1,39 Ом*мм2/м
L = R * S / ρ = 28,88 * 7,065 / 1,39 = 146,79 м

Выдержка из ГОСТ 12766.1-90
Приложение 2
Обязательное
Номинальные значения электрического сопротивления 1м проволоки, ом/м
Таблица 8
Фехраль Х23Ю5Т
Диаметр 3 мм — сопротивление 0,197 ОМ ( У вас 0,204 Ом ?? Почему, откуда ?)
Сила тока в трёхфазной сети считается по более сложной формуле. В данном случае спираль подключена «треугольником» между двух фаз, например A — B. Без использования нейтрали. Напряжение на концах 380В. Ток в данном случае составит 7,6 А.
Следовательно сопротивление 50 ОМ.
Как быть с этими данными?

Про 0,204 Ом вопрос к автору статьи — Геннадию Суркову. Если считать с 0,197 Ом, то получается ближе ко второму расчету (где ρ = 1,39 Ом*мм2/м).
L = 28,88 / 0,197 = 146,6 м
Другие формулы для расчета тока на 380В мне пока неизвестны)

Вот здесь тот самый другой и правильный расчёт тока по 380В

Нихромовая спираль — расчет

При намотке спирали из нихрома для нагревательных приборов эту операцию зачастую выполняют «на глазок», а затем, включая спираль в сеть, по нагреву нихромового провода подбирают требующееся количество витков. Обычно такая процедура занимает много времени, да и нихром расходуется попусту.

Чтобы рационализировать эту работу при использовании нихромовой спирали на напряжение 220 В, предлагаю воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома =(Ом · мм² / м)C. С ее помощью можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается нихромовая спираль. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня
нихрома 0,2 мм нихрома 0,3 мм нихрома 0,4 мм нихрома 0,5 мм нихрома 0,6 мм нихрома 0,7 мм нихрома 0,8 мм нихрома 0,9 мм
Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см
1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 2 76 2 84 3 68 3 78
2 30 2 43 2 68 3 46 3 53 3 64 4 54 4 72
3 21 3 30 3 40 4 36 4 40 4 49 5 46 6 68
4 16 4 22 4 28 5 30 5 33 5 40 6 40 8 52
5 13 5 18 5 24 6 26 6 30 6 34 8 31
6 20 8 22 8 26 10 24

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 127 В из провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

Намотав нихромовую спираль, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице.

Теоретический вес нихрома Х20Н80 (проволока и лента)

В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.

Диаметр, типоразмер, мм Плотность (удельный вес), г/см³ Площадь сечения, мм² Масса 1 м, кг
0,4 8,4 0,126 0,001
0,5 8,4 0,196 0,002
0,6 8,4 0,283 0,002
0,7 8,4 0,385 0,003
0,8 8,4 0,503 0,004
0,9 8,4 0,636 0,005
1,0 8,4 0,785 0,007
1,2 8,4 1,13 0,009
1,4 8,4 1,54 0,013
1,5 8,4 1,77 0,015
1,6 8,4 2,01 0,017
1,8 8,4 2,54 0,021
2,0 8,4 3,14 0,026
2,2 8,4 3,8 0,032
2,5 8,4 4,91 0,041
2,6 8,4 5,31 0,045
3,0 8,4 7,07 0,059
3,2 8,4 8,04 0,068
3,5 8,4 9,62 0,081
3,6 8,4 10,2 0,086
4,0 8,4 12,6 0,106
4,5 8,4 15,9 0,134
5,0 8,4 19,6 0,165
5,5 8,4 23,74 0,199
5,6 8,4 24,6 0,207
6,0 8,4 28,26 0,237
6,3 8,4 31,2 0,262
7,0 8,4 38,5 0,323
8,0 8,4 50,24 0,422
9,0 8,4 63,59 0,534
10,0 8,4 78,5 0,659
1 x 6 8,4 6 0,050
1 x 10 8,4 10 0,084
0,5 x 10 8,4 5 0,042
1 x 15 8,4 15 0,126
1,2 x 20 8,4 24 0,202
1,5 x 15 8,4 22,5 0,189
1,5 x 25 8,4 37,5 0,315
2 x 15 8,4 30 0,252
2 x 20 8,4 40 0,336
2 x 25 8,4 50 0,420
2 x 32 8,4 64 0,538
2 x 35 8,4 70 0,588
2 x 40 8,4 80 0,672
2,1 x 36 8,4 75,6 0,635
2,2 x 25 8,4 55 0,462
2,2 x 30 8,4 66 0,554
2,5 x 40 8,4 100 0,840
3 x 25 8,4 75 0,630
3 x 30 8,4 90 0,756
1,8 x 25 8,4 45 0,376
3,2 x 32 8,4 102,4 0,860
Читать еще:  7 советов по выбору качественного шуруповерта

Нихромовые нагреватели (NiСг)

«Нихромы» (сплавы Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) применяются как в промышленности, так и в бытовых приборах.

«Нихромы» характеризуются: отличными механическими свойствами в «холодном» и «горячем» состоянии, а также после длительной эксплуатации, поэтому не требуют намотки на керамическую трубку; высокой однородностью структуры сплавов. Максимальная температура эксплуатации нихромов (в частности наилучшего сплава Х20Н80) – 1200 °C.

Предостережение, если вы используете нихромовые нагреватели:

  • в серосодержащих атмосферах при температурах выше 650 °C проявляется, так называемый, эффект «зеленой гнили», приводящий к интенсивному разрушению сплавов этого класса;
  • в атмосфере, содержащей углерод, в температурном интервале 600-900 °C происходит интенсивное разрушение сплавов этого класса. В процессе эксплуатации нихромовых нагревателей поверхностная защитная пленка отслаивается, образуя окалину, что приводит к загрязнению нагреваемых поверхностей и термообрабатываемых деталей.

Нихром сохраняет пластичность после остывания: спираль можно снять, поправить форму, согнуть по другому, т.е. его целесообразно применять в тех случаях, когда намотка на керамическую трубку по каким-либо причинам невозможна, например, при укладке намотанной спирали в узкие пазы из керамики.
Никельхромовые сплавы могут работать в контакте с шамотом любой марки, не взаимодействуя с ним.

Форма поставки:

  • в виде проволоки;
  • в виде ленты;
  • в бухтах.

Расчет спирали из нихрома

Те, кому очень часто приходится иметь с заменой нагревательных элементов из нихрома и самодельным изготовлением спиралей обратят внимание на несколько унифицированный поход к самой проблеме намотки спирали, когда известен диаметр стержня для намотки и диаметр нихромового провода.
Для расчета спиралей из нихрома под 220V исходим из расчета, что удельное сопротивление из нихрома равно — 1,1 х ОМ х мм²/м.
Исходя из этого можно довольно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины провода и диаметра применяемого для намотки стержня на котором, вы собираетесь наматывать вашу спираль. Приводится таблица с уже готовыми длинами намотки спирали и диаметрами применяемых стержней для намотки спирали виток к витку.

0.2мм 0,2мм 0,3мм 0,3мм 0,4мм 0,4мм 0,5мм 0,5мм 0,6мм 0,6мм 0,7мм 0,7мм 0,8мм 0,8мм 0,9мм 0,9мм 1,0мм 1,0мм
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø .
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
Ø
Стержня в мм
Длина
Спирали в см
1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 3 76 2 84 3 68 3 78 3 75
2 30 2 43 2 68 3 46 3 53 3 62 4 54 4 72 4 63
3 21 3 30 3 40 4 36 4 40 4 49 5 46 6 68 5 54
4 16 4 22 4 28 5 30 5 33 5 40 6 40 8 52 6 48
5 13 5 18 5 24 6 26 6 30 6 34 8 31 8 33
6 20 8 22 8 26 10 24 10 30
10 22

Вам всего лишь потребуется не большая корректировка в зависимости от того, что вы имеете у себя в наличии.

Если вы хотите рассчитать спираль на другое напряжение то это довольно сделать не трудно, например вам необходимо определить длину спирали на напряжение 127V из нихрома диаметром 0,3 мм при этом у вас стержень для намотки спирали диаметром 4 мм.

Из таблицы видно, что длина спирали на напряжение 220V равна 22 см из этого и составляем пропорцию, где 220V = 22 cм, а 127V = Х см. То тогда отсюда 127V х 22 / 220V = 12.7 cм.

Если вы хотите применять спирали в закрытом виде, то длину намотки спирали от получаемой в таблице необходимо увеличить на 1/3 значения это вас сбережет от быстрого перегрева и выхода из строя спирали.

Фехралевые нагреватели

Нагреватели из фехрали (FеСгАl)

«Фехраль» (сплав Fe-Cr-Al) – более прогрессивный нежели нихром материал, широко используется в электропечах сопротивления, для всех отраслей промышленности (машиностроение, литейные и термические цеха, производство керамики и стекла, сушильные цеха). Нагреватели из фехрали применяются в электропечах до температур 1400 °C. Являются аналогом материала А-1 фирмы KANTHAL.

Преимущества фехралевых нагревателей по сравнению с нихромом:

  • цена – меньше в три раза, что приводит в конечном итоге к снижению стоимости печи;
  • более длительный срок службы при одинаковой с нихромом температуре эксплуатации (в зависимости от условий эксплуатации от двух до четырех раз);
  • отсутствие окалины, вследствие чего спирали не требуется закрывать;
  • больший срок службы в восстановительных атмосферах;
  • более высокая удельная поверхностная мощность;
  • меньшая плотность.

Совокупное действие всех вышеперечисленных факторов приводит к существенному снижению массы нагревателя и, в конечном итоге, к снижению его стоимости.

Пластичность фехрали растет с ростом температуры, при температуре 800-1000 °C сплавы легко поддаются деформации под собственным весом, поэтому нагревательные элементы требуется устанавливать на керамических трубках. При нагреве до температуры 900-950 °C и выше наступает быстрый рост зерна, приводящий к необратимому охрупчиванию металла, поэтому ремонт спиралей производится с большой осторожностью, неснимая спираль с печи.

При температуре выше 1000 °C фехраль может работать в контакте лишь с высокоглинозёмистыми огнеупорными материалами (с содержанием оксида алюминия не менее 50 %). Работоспособность фехрали обеспечивается образующейся на ее поверхности защитной пленкой из Al2O3, поэтому при работе в безокислительных средах данную защитную пленку необходимо периодически возобновлять, производя отжиг в окислительной среде (на воздухе).

Применение и расчёт электрической спирали из нихрома​

Нихромовая спираль — это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения. Проволока изготавливается из нихрома — прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром. «Классический» состав этого сплава — 80% никеля, 20% хрома. Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов — «нихром».

Самые известные марки нихрома — Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72-73 % никеля и 20-23 % хрома. Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки. Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17-29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре. Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

Применение нихромовой проволоки

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава. Нихромовая спираль применяется в двух качествах — как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н. Примеры применений:

  • бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
  • ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
  • нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры. Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

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 0 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 %.

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.

Читать еще:  Гаечный ключ своими руками

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.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов. 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. Здесь:

  • 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.

Навивка спирали

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)).

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя. Проще купить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

Расчет проволочного нагревателя для печи

Компания Электронагрев производит нагреватели в основе которых используются проволочные или ленточные (нихромовые/фехралевые) греющие элементы. Сегодня мы производим нагреватели проволочного типа для высокотемпературных печей сопротивления. К устройству нагрева при этом предъявляется следующие требования:

низкий коэффициент сопротивления;

высокое удельное сопротивление;

устойчивость к перепадам температур.

Наиболее часто для печей сопротивления применяют нихромовые сплавы по составу Х20Н80, Х20Н80-Н и пр, фехралевые сплавы Х23Ю5Т, Х23Ю5 и пр. Нихромовые и фехралевые нагреватели имеют технологические и производственные отличия по применению, монтажу и эксплуатации.

Просчитать параметры проволочного нагревателя для термопечей можно по нескольким примерам, в основе которых лежат разные задачи и уже имеющиеся характеристики печной установки и фазы тока. Изначально, приступим к самой примитивной задаче, вычислению таких характеристик как диаметр и длина спирально проволочного нагревателя для печи, для которой уже определена рабочая мощность.

Пример расчета необходимых параметров нихромового нагревателя проволочного типа с маркировкой Х20Н80 по предоставленным параметрам:

Мощность нагрева Р = 1200 Вт;

Сетевое напряжение питания U = 230 В;

Температурная подача нагревательного элемента – 500 °C.

1. Для начала нужно вычислить силу тока проходящую или расчетную по формуле:

2. После этого нужно рассчитать сопротивление нагревателя:

После расчета силы тока высчитываем необходимый диаметр проволоки. Для нагревательного элемента, по которому проходит сила тока более 6 Ампер, полагаясь на табличные данные, проволока должна иметь диаметр сечения 0,55 мм. Поэтому, по рассчитанным нами параметров силы тока в 5.2 А и рабочей температуры в 800°C греющая проволока должна иметь диаметр не менее 0,6 мм, а поперечное сечение ее составлять площадь 0,283 м.кв.

Основное правило расчета диаметра проволочного нагревателя – это подбор проволоки, которая имеет силу тока не меньше расчетной по заданной формуле. Но также стоит помнить, что для минимального расходования нагревающего материала необходимо выбрать проволочный элемент с ближайшими данными по силе проходящего тока.

Далее делаем вычисления по длине нагревательного элемента:

И, соответственно, высчитаем длину самого проволочного нагревателя:

l = R • S / ρ = 44 • 0,283 / 1,11 = 9.43 м.

В предоставленном примере расчета функцию нагревательного элемента выполняет проволока из сплава нихрома диаметром 0,6 мм. По ГОСТу 12766.1-90 значение удельного электросопротивления нихромовой проволоки маркой Х20Н80 имеет следующие показатели:

1,1 Ом • мм2 / м (ρ = 1,1 Ом • мм2/ м).

Результатом вычислений выявляет, что требуемая длина нихромовой проволоки составляет 9.43 м при диаметре – 0,6 мм.

Следующие расчет параметров считается более усложненным. На этом этапе мы уже учитываем дополнительные технические особенности нагревателей. Расчет будет проводиться на примере электропечи. В качестве исходных данных возьмем внутренние параметры печной установки.

1. Первое, что необходимо сделать – посчитать объем камеры внутри печи. В данном случае возьмем h = 520 мм, d = 420 мм и l = 420 мм (высота, ширина и глубина соответственно). Таким образом, получаем объем V = h • d • l = 520• 420 • 420 = 92 • 10 6 мм

2. Далее необходимо определить мощность, которую должна выдавать печь. Мощность определяется эмпирическим правилом. Электрическая печь объемом 30 – 100 литров обладает удельной мощностью 100 Вт/л. Мощность нагревателя для такой установки должна высчитываться по следующей формуле: P = 100 • 92 = 9200 Вт = 9.2 КВт.

Стоит отметить, что при мощности 5-10 кВт нагреватели стандартно производят однофазными. При больших мощностях, чтобы обеспечить равномерную загрузку сети нагреватели создают трехфазными.

3. Затем нужно найти силу тока, проходящего через нагреватель по формуле I = P / U.

Чтобы развязать данную производственную задачу можно использовать один из двух способов подключения:

К бытовой однофазной сети – U = 230 В;

К промышленной сети трехфазного тока – U = 230 В (между нулевым проводом и фазой) или

U = 380 В (между любыми двумя фазами тока).

Однофазная сеть (бытовая).

I = P / U = 9200/230 = 40 А – вычисляем ситу тока, который проходит через нагреватель.

Далее нам нужно узнать сопротивление нагревателя действующего в печи сопротивления.

R = U / I = 230/40= 5.75 Ом.


Промышленная сеть трехфазного тока

В данной сети нагрузка тока в равномерном порядке распределяется на все имеющиеся фазы, а именно 9.2 / 3 = 3.1 кВт на каждую фазу. Исходя из этого, мы понимаем, что в наличии у нас должно быть три нагревателя. Затем следует выбрать способ, по которому произведем подключение. Существует два метода подключения нагревателей в решении данной задачи: «ЗВЕЗДА» или «ТРЕУГОЛЬНИК».

При подключении по типу “ЗВЕЗДА” нагреватель подключается между фазой и нулем. Напряжение на выводах подключеня нагревателя будет U = 230 В.

Ток, проходящий через нагреватель –

I = P / U = 3100 / 230 = 13.5 А.

Сопротивление одного нагревателя –

R = U / I = 230 / 13.5 = 17.04 Ом.


При подключении типа “ТРЕУГОЛЬНИК” нагреватель подключается между двумя фазами. Напряжение на концах нагревающего элемента будет составлять U = 380 В.

Ток, проходящий через нагреватель –

I = P / U = 3100 / 380 = 8.16 А.

Расчет сопротивления одного из трех нагревателей –

R = U / I = 380/ 8.16 = 46.6 Ом.

Вычислив сопротивление необходимо подобрать диаметр и длину проволоки. Но, перед тем как приступить к решению этой задачи придется найти значения удельной поверхностной мощности нагревателя, т.е. мощности, которая выделяется с единицы площади.

На величину поверхностной мощности устройства производящего нагрев влияют несколько факторов:

Изначальная температура объекта обогревания;

Параметры нагревательного устройства.

Для каждого материала зависимо от требуемой термической обработки существует свое определенное допустимое значение поверхностной мощности. Эти значения можно определить с помощью специальных таблиц или графиков.

Для печей с подачей высоких температур (более 700 – 800°С) допустимая поверхностная мощность, Вт/м2, равна βдоп = βэф • α, где βэф – поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды [Вт / м2], α – коэффициент эффективности излучения.

βэф выбирается с помощью специальной таблицы.

Если печь низкотемпературная (температура менее 200 – 300°С), то допустимую поверхностную мощность можно считать равной (4 – 6) • 104 Вт/м 2 .

Предположим, что температура нагревателя 900 °С, и хотим нагреть заготовку до температуры 800°С. Тогда с помощью таблиц подбираем βэф = 2.65 Вт/см2, α = 0,2, βдоп = βэф • α = 2.65 • 0,2 = 0.53 Вт/см2=0.53 • 10 4 Вт/м2.

После определения допустимой поверхностной мощности нагревателя необходимо найти его диаметр (для проволочных нагревателей) или ширину и толщину (для ленточных нагревателей), а также длину. Диаметр проволоки можно определить по следующей формуле:

Длину проволоки можно определить по следующей формуле:

Полагаясь на уже имеющиеся данные можно с легкость определить подключения к сети однофазного и трехфазного тока. Можно сразу обозначить, что для «Звезды» требуется проволока с большим диаметром, чем для «Треугольника», чтобы обеспечить мощность в 9.2 кВт. При этом длина проволоки при подключении по типу «Звезда» должна быть меньшей, чем для типа «Треугольник», а требуемая масса наоборот больше.

Для эксплуатации рассчитанной нихромовой проволоки из нее нужно создать спираль. Диаметры спирали нагревателя принимаются равными:

D = (7 ÷ 10) ⋅ d – для сплавов из никеля и хрома.

D = (4÷6) ⋅d – для хромоалюминиевых сплавов.

Для устранения перегревов, спираль нужно растянуть так, чтобы расстояние между витками было в полтора раза больше, чем имеющийся диаметр самого нагревательного элемента. Также стоит помнить, что кроме проволоки, в качестве нагревателей можно использовать и ленту. Кроме выбора размера проволоки, стоит учитывать материал нагревателя, тип, расположение.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector