Расчет нихромовой спирали. Готовы для Вас изготовить нихромовую спираль. Длина нихрома на 220 вольт

Расчет нихромовой спирали. Готовы для Вас изготовить нихромовую спираль

При навивке спирали из нихрома для нагревательных элементов, операцию зачастую выполняют методом проб и ошибок, а затем подают напряжение на спираль и по нагреву нихромовой проволоки, нити подбирают требуемое количество витков.

Обычно такая процедура занимает много времени, а нихром теряет свои характеристики при множественных перегибах, что приводит к быстрому прогоранию в местах деформации. В худшем случае из делового нихрома получается нихромовый лом.

С ее помощью можно точно определить длину намотки виток к витку. В зависимости от Ø нихромовой проволоки и Ø стержня, на который наматывается нихромовая спираль. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Ø нихрома 0,2 мм		Ø нихрома 0,3 мм		нихрома 0,4 мм		Ø нихрома 0,5 мм		Ø нихрома 0,6 мм		Ø нихрома 0,7 мм
Ø стержня, мм	длина спирали, см	стержня, мм	длина спирали, см	стержня, мм	длина спирали, см	стержня, мм	длина спирали, см	стержня, мм	длина спирали, см	стержня, мм	длина спирали, см
1,5	49	1,5	59	1,5	77	2	64	2	76	2	84
2	30	2	43	2	68	3	46	3	53	3	64
3	21	3	30	3	40	4	36	4	40	4	49
4	16	4	22	4	28	5	30	5	33	5	40
5	13	5	18	5	24	6	26	6	30	6	34
				6	20			8	22	8	26

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из проволоки Ø 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:

220 В - 22 см

380 В - Х см

X = 380 · 22 / 220 = 38 см

Расчет электронагревательных элементов из нихромовой проволоки

Длину нихромовой проволоки для изготовления спирали определяют исходя из необходимой мощности.

Пример: Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью P = 600 Вт при Uсети=220 В.

1) I = P/U = 600/220 = 2,72 A

2) R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

3) По этим данным (см. таблицу 1) выбираем d=0,45; S=0,159

тогда длина нихрома

l = SR / ρ = 0,159·81 /1,1 = 11,6 м

где l - длина проволоки (м)

S - сечение проволоки (мм2)

R - сопротивление проволоки (Ом)

ρ - удельное сопротивление (для нихрома ρ=1.0÷1.2 Ом·мм2/м)

Наша Компания ПАРТАЛ готова изготовить нихромовую спираль по ТУ и эскизам заказчика

Купить нихромовую спираль в компании ПАРТАЛ выгодно

Нихром для спирали высокого качества только российского производства. Строгое соответствие по качеству и марке

partalstalina.ru

Расчет нихромовой спирали | Полезное

Расчёт нихромовой спирали, на самом деле, очень важный процесс. Очень часто, на заводах, производствах, фабриках, этим пренебрегают и делают расчёт «на глаз», после чего включают спираль в сеть, а затем, подбирают нужное количество витков в зависимости от нагрева нихромового провода. Возможно, данная процедура очень проста, однако она занимает большой промежуток времени и часть нихрома просто расходуется попусту.

Однако данную процедуру можно выполнить намного точнее, проще и быстрее. Для того, что рационализировать свой труд, для расчёта нихромовой спирали на напряжение 220 Вольт, можно использовать ниже приведённую таблицу. Из расчёта, что удельное сопротивление нихрома равно (Ом мм2 / м)C, можно быстро рассчитать длину намотки виток к витку в зависимости от диаметра стержня, на который наматывают нихромовую нить, и непосредственно от самой толщины нихромового провода. А используя простую математическую пропорцию, без труда можно сделать расчёт длины спирали для другога напряжения.

К примеру, нужно определить длину нихромовой спирали на напряжение 127 Вольт из провода, толщина которого 0,3 мм, а стерженя для намотки 4 мм в диаметре. Посмотрев в таблицу, видно, что длина этой спирали на напряжение 220 Вольт будет равняться 22 см. Составляем простое соотношение:

220 В - 22 см 127 В - Х см тогда: X =127 22 / 220= 12,7 см

Намотав нихромовую спираль, осторожно подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в своих расчётах, а точнее в расчётах правильности намотки. И стоит помнить, что у закрытых спиралей длину намотки увеличивают на треть значения, приведенного в данной таблице.

Нихромовая проволока, расчет веса нихрома, применение нихромов

www.olakis.ru

Изготавливаем спирали электрические из НИХРОМА по ТУ и эскизам заказчика

Нихромовая спираль

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта 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.

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, Н80ХЮД-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 °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.

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=(Rπd2)/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.

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)). Расчет закончен.

Практичное решение

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.

Для этого стоит обратиться в компанию «ПАРТАЛ», которая с 1995 года является крупным поставщиком прецизионных сплавов, в том числе проволоки нихромовой, ленты и спиралей для нагревателей.

Наша компания способна полностью снять вопрос о том, где купить нихромовую спираль, поскольку мы готовы изготовить ее на заказ по эскизам и техническим условиям заказчика.

partalstalina.ru

Расчет и ремонт нагревательной обмотки паяльника

При ремонте или при самостоятельном изготовлении электрического паяльника или любого другого нагревательного прибора приходится мотать нагревательную обмотку из нихромовой проволоки. Исходными данными для расчета и выбора проволоки является сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора, которое определяется исходя из его мощности и напряжения питания. Рассчитать, какое должно быть сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора можно с помощью таблицы.

Зная напряжение питания и измеряв сопротивление любого нагревательного электроприбора, например паяльника, электрочайника, электрического обогревателя илиэлектрического утюга, можно узнать потребляемую этим бытовым электроприбором мощность. Например, сопротивление электрочайника мощностью 1,5 кВт будет равно 32,2 Ом.

Таблица для определения сопротивления нихромовой спирали в зависимости от мощности и питающего напряжения электрических приборов, Ом Потребляемая мощность паяльником, ВтНапряжение питания паяльника, В 122436127220 12243642607510015020030040050070090010001500200025003000

12	48,0	108	1344	4033
6,0	24,0	54	672	2016
4,0	16,0	36	448	1344
3,4	13,7	31	384	1152
2,4	9,6	22	269	806
1.9	7.7	17	215	645
1,4	5,7	13	161	484
0,96	3,84	8,6	107	332
0,72	2,88	6,5	80,6	242
0,48	1,92	4,3	53,8	161
0,36	1,44	3,2	40,3	121
0,29	1,15	2,6	32,3	96,8
0,21	0,83	1,85	23,0	69,1
0,16	0,64	1,44	17,9	53,8
0,14	0,57	1,30	16,1	48,4
0,10	0,38	0,86	10,8	32,3
0,07	0,29	0,65	8,06	24,2
0,06	0,23	0,52	6,45	19,4
0,05	0,19	0,43	5,38	16,1

Рассмотрим на примере как пользоваться таблицей. Допустим, требуется перемотать паяльник мощностью 60 Вт рассчитанный на напряжение питания 220 В. По самой левой колонке таблицы выбираете 60 Вт. По верхней горизонтальной строке выбираете 220 В. В результате расчета получается, что сопротивление обмотки паяльника, не зависимо от материала обмотки, должно быть равно 806 Ом.

Если Вам понадобилось сделать из паяльника мощностью 60 Вт, рассчитанного на напряжение 220 В, паяльник, для питания от сети 36 В, то сопротивление новой обмотки должно будет уже равно 22 Ом. Вы можете самостоятельно рассчитать сопротивление обмотки любого электронагревательного прибора с помощью онлайн калькулятора.

После определения требуемой величины сопротивления обмотки паяльника из ниже приведенной таблицы выбирается подходящий, исходя из геометрических размеров обмотки, диаметр нихромовой проволоки. Нихромовая проволока представляет собой хромоникелевый сплав, который выдерживает температуру нагрева до 1000˚С и маркируется Х20Н80. Это означает, что в сплаве содержится 20% хрома и 80% никеля.

Для намотки спирали паяльника имеющей сопротивление 806 Ом из примера выше, понадобится 5,75 метров нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм (нужно поделить 806 на 140), или 25,4 м проволоки диаметром 0,2 мм, и так далее.

При намотке спирали паяльника витки укладываются вплотную друг к другу. При нагревании докрасна поверхность нихромовой проволоки окисляется и образует изолирующую поверхность. Если вся длина проволоки не вмещается на гильзе в один слой, то намотанный слой покрывается слюдой и мотается второй.

Для электрической и тепловой изоляции обмотки нагревательного элемента лучшими материалами является слюда, стекловолоконная ткань и асбест. Асбест обладает интересным свойством, его можно размочить водой и он делается мягким, позволяет придавать ему любую форму, а после высыхания обладает достаточной механической прочностью. При изолировании обмотки паяльника мокрым асбестом надо учесть, что мокрый асбест хорошо проводит эклектический ток и включать паяльник в электросеть можно будет только после полного высыхания асбеста.

felstar.mypage.ru

КАК РАССЧИТАТЬ СПИРАЛЬ ИЗ НИХРОМА?

Post written by admin at 18.01.2015 23:23

Categories: 3. Домашняя электрика, Электромастерская

No Comments »

Намотку спирали из нихрома для нагревательных приборов часто 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.

При использовании спирали на напряжение 220 В можно воспользоваться данными, приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома ρ=(Ом мм2/м). С помощью этой формулы можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается спираль.

Например, если требуется определить длину спирали на напряжение 127 В из нихромового провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки диам. 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см.

Составим простое соотношение:

220 В - 22 см

Х =127 * 22 / 220 = 12,7 см.

Намотав 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.

Условные обозначения в таблице: D - диаметр стержня, мм; L - длина спирали, см.

диам. нихрома0,2 мм		диам. нихрома0,3 мм		диам. нихрома0,4 мм		диам. нихрома0,5 мм		диам. нихрома0,6 мм		диам. нихрома0,7 мм		диам. нихрома0,8 мм		диам. нихрома0,9 мм		диам. нихрома1,0 мм
D	L	D	L	D	L	D	L	D	L	D	L	D	L	D	L	D	L
1,5	49	1,5	59	1,5	77	2	64	2	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

elctricvs.ru

нихром Х20Н80 - нихромовая проволока, лента; вольфрам

Электрическое сопротивление - это одна из самых важных характеристик нихрома. Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров проволоки или ленты, марки сплава. Общая формула для активного сопротивления имеет вид: R = ρ · l / S R - активное электрическое сопротивление (Ом), ρ - удельное электрическое сопротивление (Ом·мм), l - длина проводника (м), S - площадь сечения (мм2) Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки Х20Н80 № Диаметр, мм Электрическое сопротивление нихрома (теория), Ом 1 Ø 0,1 137,00 2 Ø 0,2 34,60 3 Ø 0,3 15,71 4 Ø 0,4 8,75 5 Ø 0,5 5,60 6 Ø 0,6 3,93 7 Ø 0,7 2,89 8 Ø 0,8 2,2 9 Ø 0,9 1,70 10 Ø 1,0 1,40 11 Ø 1,2 0,97 12 Ø 1,5 0,62 13 Ø 2,0 0,35 14 Ø 2,2 0,31 15 Ø 2,5 0,22 16 Ø 3,0 0,16 17 Ø 3,5 0,11 18 Ø 4,0 0,087 19 Ø 4,5 0,069 20 Ø 5,0 0,056 21 Ø 5,5 0,046 22 Ø 6,0 0,039 23 Ø 6,5 0,0333 24 Ø 7,0 0,029 25 Ø 7,5 0,025 26 Ø 8,0 0,022 27 Ø 8,5 0,019 28 Ø 9,0 0,017 29 Ø 10,0 0,014 Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80 № Размер, мм Площадь, мм2 Электрическое сопротивление нихрома, Ом 1 0,1x20 2 0,55 2 0,2x60 12 0,092 3 0,3x2 0,6 1,833 4 0,3x250 75 0,015 5 0,3x400 120 0,009 6 0,5x6 3 0,367 7 0,5x8 4 0,275 8 1,0x6 6 0,183 9 1,0x10 10 0,11 10 1,5x10 15 0,073 11 1,0x15 15 0,073 12 1,5x15 22,5 0,049 13 1,0x20 20 0,055 14 1,2x20 24 0,046 15 2,0x20 40 0,028 16 2,0x25 50 0,022 17 2,0x40 80 0,014 18 2,5x20 50 0,022 19 3,0x20 60 0,018 20 3,0x30 90 0,012 21 3,0x40 120 0,009 22 3,2x40 128 0,009 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 Ø нихрома 0,2 мм Ø нихрома 0,3 мм Ø нихрома 0,4 мм Ø нихрома 0,5 мм Ø нихрома 0,6 мм Ø нихрома 0,7 мм Ø нихрома 0,8 мм Ø 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 380 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: 220 В - 22 см 380 В - Х см тогда: X = 380 · 22 / 220 = 38 см 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. 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 Ø 0,4 8,4 0,126 0,001 Ø 0,5 8,4 0,196 0,002 Ø 0,6 8,4 0,283 0,002 Ø 0,7 8,4 0,385 0,003 Ø 0,8 8,4 0,503 0,004 Ø 0,9 8,4 0,636 0,005 Ø 1,0 8,4 0,785 0,007 Ø 1,2 8,4 1,13 0,009 Ø 1,4 8,4 1,54 0,013 Ø 1,5 8,4 1,77 0,015 Ø 1,6 8,4 2,01 0,017 Ø 1,8 8,4 2,54 0,021 Ø 2,0 8,4 3,14 0,026 Ø 2,2 8,4 3,8 0,032 Ø 2,5 8,4 4,91 0,041 Ø 2,6 8,4 5,31 0,045 Ø 3,0 8,4 7,07 0,059 Ø 3,2 8,4 8,04 0,068 Ø 3,5 8,4 9,62 0,081 Ø 3,6 8,4 10,2 0,086 Ø 4,0 8,4 12,6 0,106 Ø 4,5 8,4 15,9 0,134 Ø 5,0 8,4 19,6 0,165 Ø 5,5 8,4 23,74 0,199 Ø 5,6 8,4 24,6 0,207 Ø 6,0 8,4 28,26 0,237 Ø 6,3 8,4 31,2 0,262 Ø 7,0 8,4 38,5 0,323 Ø 8,0 8,4 50,24 0,422 Ø 9,0 8,4 63,59 0,534 Ø 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 Ø мк Ø мм мг в 200 мм г в 1 м г в 1000 м м в 1 г 8 0,008 0,19 0,0010 0,97 1031,32 9 0,009 0,25 0,0012 1,23 814,87 10 0,01 0,30 0,0015 1,52 660,04 11 0,011 0,37 0,0018 1,83 545,49 12 0,012 0,44 0,0022 2,18 458,36 13 0,013 0,51 0,0026 2,56 390,56 14 0,014 0,59 0,0030 2,97 336,76 15 0,015 0,68 0,0034 3,41 293,35 16 0,016 0,78 0,0039 3,88 257,83 17 0,017 0,88 0,0044 4,38 228,39 18 0,018 0,98 0,0049 4,91 203,72 19 0,019 1,09 0,0055 5,47 182,84 20 0,02 1,21 0,0061 6,06 165,01 30 0,03 2,73 0,0136 13,64 73,34 40 0,04 4,85 0,0242 24,24 41,25 50 0,05 7,58 0,0379 37,88 26,40 60 0,06 10,91 0,0545 54,54 18,33

www.metotech.ru

Расчет нагревательных элементов - Расчёты - Справочник

Расчет нагревательного элемента Пример расчета. Дано:U=220В,t=700°C,тип Х20Н80,d=0,5мм-----------L,P-?Решение:По таблице 1 найдем, что диаметру d=0,5мм соответствует S=0,196мм², а ток при 700°С I=5,2А.Тип сплава Х20Н80 - нихром, удельное сопротивление которого ρ=1,11 мкОм·м.Определяем сопротивление R=U/I=220/5,2=42,3 Ом.Отсюда вычислим длину проволоки: L=RS/ρ=42,3·0,196/1,11=7,47м.Определяем мощность нагревательного элемента:P=U·I=220·5,2=1,15кВт.При накрутке спирали придерживаются следующего соотношения:D=(7÷10)d, гдеD- диаметр спирали, мм,d - диаметр проволоки, мм.Примечание:- если нагреватели находятся внутри нагреваемой жидкости, то нагрузку (ток) можно увеличить в 1,1-1,5 раза;-в закрытом исполнении нагревателя ток следует снизить в 1,2-1,5 раза. Меньший коэффициент берется для более толстой проволоки, больший - для тонкой. Для первого случая коэффициент выбирается с точностью до наоборот.Оговорюсь: речь идет о упрощенном расчете нагревательного элемента. Возможно кому-то понадобится таблица значений электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки, а также ее весТаблица 1.Допустимая сила тока нихромовой проволоки при нормальной температуре d,мм S,мм² Максимальная допустимая сила тока, А Т˚ нагрева нихромовой проволоки, ˚С 200 400 600 700 800 900 1000 0,1 0,00785 0,1 0,47 0,63 0,72 0,8 0,9 1 0,15 0,0177 0,46 0,74 0,99 1,15 1,28 1,4 1,62 0,2 0,0314 0,65 1,03 1,4 1,65 1,82 2 2,3 0,25 0,049 0,84 1,33 1,83 2,15 2,4 2,7 3,1 0,3 0,085 1,05 1,63 2,27 2,7 3,05 3,4 3,85 0,35 0,096 1,27 1,95 2,76 3,3 3,75 4,15 4,75 0,4 0,126 1,5 2,34 3,3 3,85 4,4 5 5,7 0,45 0,159 1,74 2,75 3,9 4,45 5,2 5,85 6,75 0,5 0,196 2 3,15 4,5 5,2 5,9 6,75 7,7 0,55 0238 2,25 3,55 5,1 5,8 6,75 7,6 8,7 0,6 0,283 2,52 4 5,7 6,5 7,5 8,5 9,7 0,65 0,342 2,84 4,4 6,3 7,15 8,25 9,3 10,75 0,7 0,385 3,1 4,8 6,95 7,8 9,1 10,3 11,8 0,75 0,442 3,4 5,3 7,55 8,4 9,95 11,25 12,85 0,8 0,503 3,7 5,7 8.15 9,15 10,8 12,3 14 0,9 0,636 4,25 6,7 9,35 10,45 12,3 14,5 16,5 1,0 0,785 4,85 7,7 10,8 12,1 14,3 16,8 19,2 1,1 0,95 5,4 8,7 12,4 13,9 16,5 19,1 21,5 1,2 1,13 6 9,8 14 15,8 18,7 21,6 24,3 1,3 1,33 6,6 10,9 15,6 17,8 21 24,4 27 1,4 1,54 7,25 12 17,4 20 23,3 27 30 1,5 1,77 7,9 13,2 19,2 22,4 25,7 30 33 1,6 2,01 8,6 14,4 21 24,5 28 32,9 36 1,8 2,54 10 16,9 24,9 29 33,1 39 43,2 2 3,14 11,7 19,6 28,7 33,8 39,5 47 51 2,5 4,91 16,6 27,5 40 46,6 57,5 66,5 73 3 7,07 22,3 37,5 54,5 64 77 88 102 4 12,6 37 60 80 93 110 129 151 5 19,6 52 83 105 124 146 173 206

www.elektrikii.ru

В некоторых бытовых нагревательных приборах до сих пор используется нихромовая проволока. Она обладает высокой жаростойкостью, характерной для сплава никеля и хрома. У этого материала отмечается хорошая пластичность, высокое удельное электрическое сопротивление и низкий температурный коэффициент сопротивления. Поэтому, когда выполняется расчет нихромовой проволоки для нагревателя, данные параметры должны обязательно учитываться. В противном случае результаты вычислений будут неточными и не дадут желаемого результата.

Использование калькулятора-онлайн в расчетах

Быстрые расчеты могут быть выполнены с помощью онлайн-калькулятора. С его помощью можно вычислить и приблизительно установить нужную длину нихромовой проволоки. Как правило, рассматриваются марки, получившие наиболее широкое распространение в нагревательных приборах - Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60.

Для выполнения расчетов необходимы обязательные исходные данные. Прежде всего, это величина мощности нагревателя, которую планируется получить, диаметр нихромовой проволоки и значение питающего напряжения сети.

Вычисления проводятся следующим образом. В первую очередь нужно установить в соответствии с заданными параметрами, по формуле: I = P/U. После этого рассчитывается сопротивление на весь нагревательный элемент. Далее понадобится удельное электрическое сопротивление, для конкретной марки нихромовой проволоки. Эта величина будет нужна для того, чтобы установить наиболее оптимальную длину нагревательного элемента уже по другой формуле: l = SR/ρ. Правильный выбор длины приведет сопротивление нагревателя R к нужному значению.

После выполнения расчетов, полученные данные рекомендуется проконтролировать с помощью таблицы и убедиться, что расчетный ток соответствует допустимому значению. В случае превышения расчетным током допустимых пределов, следует выполнить повторные вычисления, увеличив диаметр нихромовой проволоки или уменьшив мощность самого нагревательного элемента. Необходимо учитывать тот фактор, что все приведенные в таблицах параметры рассчитаны для нагревателей, находящихся в горизонтальном положении и функционирующих в воздушной среде.

Если же нихромовую спираль планируется использовать помещенной в жидкость, значение допустимого тока следует умножить на коэффициент 1,1-1,5. При закрытом расположении спирали , наоборот, нужно уменьшить в 1,2-1,5 раза.

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.

Если домашнему мастеру по характеру выполняемых им работ необходима муфельная печь, то он, конечно, может приобрести готовый прибор в магазине или по объявлениям. Однако, стоит подобное оборудование заводского производства – весьма недешево. Поэтому многие умельцы берутся за изготовление таких печей самостоятельно.

Основной «рабочий узел» электрической муфельной печи – нагреватель, который в условиях кустарного производства обычно исполняют в виде спирали из специальной проволоки с высокими показателями сопротивления и термической отдачи. Характеристики его должны строго соответствовать мощности создаваемого оборудования, предполагаемым температурным режимам работы, а также отвечать еще некоторым требованиям. Если планируется самостоятельное изготовление прибора, то советуем применить предлагаемые ниже алгоритм и удобные калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи.

Расчет требует определенных пояснений, которые постараемся изложить максимально доходчиво.

Алгоритм и калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Из чего делаются нагревательные спирали

Для начала – буквально несколько слов о проволоке, которая используется для навивки нагревательных спиралей. Обычно для таких целей применяется нихромовая или фехралевая.

• Нихромовая (от сокращений никель + хром) чаще всего представлена сплавами Х20Н80-Н , Х15Н60 или Х15Н60-Н .

Цены на муфельную печь

муфельная печь

Ее достоинства :

— высокий запас прочности при любых температурах нагрева;

— пластична , легко обрабатывается, поддаётся свариванию;

— долговечность, стойкость к коррозии, отсутствие магнитных качеств.

Недостатки :

— высокая стоимость;

— более низкие показатели нагрева и термоустойчивости по сравнению с фехралевой .

• Фехралевая (от сокращений феррум , хром , алюминий) – в наше время чаще используется материал из сплава Х23Ю 5Т.

Достоинства фехраля :

— намного дешевле нихрома, благодаря чему в основном материал и пользуется широкой популярностью;

— имеет более значительные показатели сопротивления и резистивного нагрева;

— высокая жаростойкость.

Недостатки :

— низкая прочность, а после даже однократного нагрева свыше 1000 градусов – выраженная хрупкость спирали;

— невыдающаяся долговечность;

— наличие магнитных качеств, подверженность коррозии из-за наличии в составе железа;

— ненужная химическая активность – способен вступать в реакции с материалом шамотной футеровки печи;

— чрезмерно большое термическое линейное расширение.

Каждый из мастеров волен выбрать любой из перечисленных материалов, проанализировав их «за» и «против» . Алгоритм расчёта учитывает особенности такого выбора.

Шаг 1 – определение мощности печи и силы тока, проходящего через нагреватель.

Чтобы не вдаваться в ненужные в данном случае подробности, сразу скажем, что существуют эмпирические нормы соответствия объема рабочей камеры муфельной печи и ее мощности. Они показаны в таблице ниже:

Если есть проектные наброски будущего прибора, то объем муфельной камеры определить несложно – произведением высоты, ширины и глубины. Затем объем переводится в литры и умножается на указанные в таблице рекомендуемые нормы мощности. Так получаем мощность печи в ваттах.

Табличные значения указаны в некоторых диапазонах, так что или применяйте интерполяцию, или принимайте примерно среднюю величину.

Найденная мощность, при известном напряжении сети (220 вольт) позволяет сразу определить силу тока, который будет проходить через нагревательный элемент.

I = P / U.

I – сила тока.

Р – определённая выше мощность муфельной печи;

U – напряжение питания.

Весь этот первый шаг расчета очень легко и быстро можно проделать с помощью калькулятора: все табличные значения уже внесены в программу вычисления.

Калькулятор мощности муфельной печи и силы тока, проходящего через нагреватель

Укажите запрашиваемые значения и нажмите
«РАССЧИТАТЬ МОЩНОСТЬ МУФЕЛЬНОЙ ПЕЧИ И СИЛУ ТОКА НА НАГРЕВАТЕЛЕ»

РАЗМЕРЫ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ МУФЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Высота, мм

Ширина, мм

Глубина, мм

Шаг 2 – определение минимального сечения проволоки для навивки спирали

Любой электрический проводник ограничен в своих возможностях. Если через него пропускать ток, выше допустимого, он попросту перегорит или расплавится. Поэтому очередной шаг в расчетах – определение минимально допустимого диаметра проволоки для спирали.

Определить его можно по таблице. Исходные данные – рассчитанная выше сила тока и предполагаемая температура разогрева спирали.

D (мм)	S (мм ²)	Температура разогрева проволочной спирали, °C
		Максимальная допустимая сила тока, А
5	19.6	52	83	105	124	146	173	206
4	12.6	37	60	80	93	110	129	151
3	7.07	22.3	37.5	54.5	64	77	88	102
2.5	4.91	16.6	27.5	40	46.6	57.5	66.5	73
2	3.14	11.7	19.6	28.7	33.8	39.5	47	51
1.8	2.54	10	16.9	24.9	29	33.1	39	43.2
1.6	2.01	8.6	14.4	21	24.5	28	32.9	36
1.5	1.77	7.9	13.2	19.2	22.4	25.7	30	33
1.4	1.54	7.25	12	17.4	20	23.3	27	30
1.3	1.33	6.6	10.9	15.6	17.8	21	24.4	27
1.2	1.13	6	9.8	14	15.8	18.7	21.6	24.3
1.1	0.95	5.4	8.7	12.4	13.9	16.5	19.1	21.5
1	0.785	4.85	7.7	10.8	12.1	14.3	16.8	19.2
0.9	0.636	4.25	6.7	9.35	10.45	12.3	14.5	16.5
0.8	0.503	3.7	5.7	8.15	9.15	10.8	12.3	14
0.75	0.442	3.4	5.3	7.55	8.4	9.95	11.25	12.85
0.7	0.385	3.1	4.8	6.95	7.8	9.1	10.3	11.8
0.65	0.342	2.82	4.4	6.3	7.15	8.25	9.3	10.75
0.6	0.283	2.52	4	5.7	6.5	7.5	8.5	9.7
0.55	0.238	2.25	3.55	5.1	5.8	6.75	7.6	8.7
0.5	0.196	2	3.15	4.5	5.2	5.9	6.75	7.7
0.45	0.159	1.74	2.75	3.9	4.45	5.2	5.85	6.75
0.4	0.126	1.5	2.34	3.3	3.85	4.4	5	5.7
0.35	0.096	1.27	1.95	2.76	3.3	3.75	4.15	4.75
0.3	0.085	1.05	1.63	2.27	2.7	3.05	3.4	3.85
0.25	0.049	0.84	1.33	1.83	2.15	2.4	2.7	3.1
0.2	0.0314	0.65	1.03	1.4	1.65	1.82	2	2.3
0.15	0.0177	0.46	0.74	0.99	1.15	1.28	1.4	1.62
0.1	0.00785	0.1	0.47	0.63	0.72	0.8	0.9	1
D - диаметр нихромовой проволоки, мм
S - площадь поперечного сечения нихромовой проволоки, мм²

И сила тока, и температура берутся ближайшие, но обязательно с приведением в большую сторону. Например, при планируемом нагреве 850 градусов следует ориентироваться на 900. И, допустим , при силе тока в этом столбце, равной 17 амперам, берется большее ближайшее – 19,1 А. В двух левых столбцах сразу определяется минимально возможная проволока – ее диаметр и площадь поперечного сечение.

Более толстую проволоку использовать можно (иногда это становится и обязательным – о таких случаях будет рассказано ниже). Но меньше – никак нельзя, так как нагреватель просто перегорит в рекордно короткий срок.

Шаг 3 – определение необходимой длины проволоки для навивки спирального нагревателя

Известны мощность, напряжение, сила тока. Намечен диаметр проволоки. То есть имеется возможность, используя формулы электрического сопротивления, определить длину проводника, который будет создавать необходимый резистивный нагрев.

L = (U / I) × S / ρ

ρ — удельное сопротивление нихромового проводника, Ом×мм²/м ;

L — длина проводника, м ;

S — площадь поперечного сечения проводника, мм².

Как видно, потребуется еще одна табличная величина – удельное сопротивление материала на единицу площади поперечного сечения и длины проводника. Необходимые для расчета данные – показаны в таблице:

Марка нихромового сплава, из которого изготовлена проволока	Диаметр проволоки, мм	Величина удельного сопротивления, Ом×мм²/м
Х23Ю5Т	независимо от диаметра	1.39
Х20Н80-Н	0,1÷0,5 включительно	1.08
	0,51÷3,0 включительно	1.11
	более 3	1.13
Х15Н60 или Х15Н60-Н	0,1÷3,0 включительно	1.11
	более 3	1.12

Еще проще покажется расчет , если использовать наш калькулятор:

Калькулятор расчета длины проволоки для спирали

Укажите запрашиваемыен значения и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ДЛИНУ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ»

Рассчитанное ранее значение силы тока, А

Площадь сечения проволоки, мм²

Марка сплава и диаметр проволоки

Довольно часто нихромовую ил фехралевую проволоку реализуют не на метры, а на вес. Значит, потребуется перевести длину в ее эквивалент по массе. Выполнить такой перевод поможет предлагаемая таблица:

Диаметр проволоки, мм	Вес погонного метра, г			Длина 1 кг, м
	Х20Н80	Х15Н60	ХН70Ю	Х20Н80	Х15Н60	ХН70Ю
0.6	2.374	2.317	2.233	421.26	431.53	447.92
0.7	3.231	3.154	3.039	309.5	317.04	329.08
0.8	4.22	4.12	3.969	236.96	242.74	251.96
0.9	5.341	5.214	5.023	187.23	191.79	199.08
1	6.594	6.437	6.202	151.65	155.35	161.25
1.2	9.495	9.269	8.93	105.31	107.88	111.98
1.3	11.144	10.879	10.481	89.74	91.92	95.41
1.4	12.924	12.617	12.155	77.37	79.26	82.27
1.5	14.837	14.483	13.953	67.4	69.05	71.67
1.6	16.881	16.479	15.876	59.24	60.68	62.99
1.8	21.365	20.856	20.093	46.81	47.95	49.77
2	26.376	25.748	24.806	37.91	38.84	40.31
2.2	31.915	31.155	30.015	31.33	32.1	33.32
2.5	41.213	40.231	38.759	24.26	24.86	25.8
2.8	51.697	50.466	48.62	19.34	19.82	20.57
3	59.346	57.933	55.814	16.85	17.26	17.92
3.2	67.523	65.915	63.503	14.81	15.17	15.75
3.5	80.777	78.853	75.968	12.38	12.68	13.16
3.6	85.458	83.424	80.371	11.7	11.99	12.44
4	105.504	102.992	99.224	9.48	9.71	10.08
4.5	133.529	130.349	125.58	7.49	7.67	7.96
5	164.85	160.925	155.038	6.07	6.21	6.45
5.5	199.469	194.719	187.595	5.01	5.14	5.33
5.6	206.788	201.684	194.479	4.84	4.95	5.14
6	237.384	231.732	223.254	4.21	4.32	4.48
6.3	261.716	255.485	246.138	3.82	3.91	4.06
6.5	278.597	271.963	262.013	3.59	3.68	3.82
7	323.106	315.413	303.874	3.09	3.17	3.29
8	422.016	411.968	396.896	2.37	2.43	2.52
9	534.114	521.397	502.322	1.87	1.92	1.99
10	659.4	643.7	620.15	1.52	1.55	1.61

Шаг 4 – Проверка соответствия удельной поверхностной мощности рассчитанного нагревателя допустимому значению

Нагреватель или не справится со своей задачей, или будет работать на грани возможностей и оттого быстро перегорит, если его поверхностная удельная мощность будет выше допустимого значения.

Поверхностная удельная мощность – это количество тепловой энергии, которое необходимо получить с единицы площади поверхности нагревателя.

Прежде всего – определяем допустимое значение этого параметра. Оно выражается следующей зависимостью:

βдоп = βэф × α

βдоп – допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/см²

βэф – эффективная удельная поверхностная мощность, зависящая от температурного режима работы муфельной печи.

α – коэффициент эффективности теплового излучения нагревателя.

βэф берем из таблицы. Данными для входа в нее являются:

Левый столбец – ожидаемая температура воспринимающей среды. Проще говоря – до какого уровня требуется разогреть помещенные в печь материалы или заготовки. Каждому уровню соответствует своя строка.

Все остальные столбцы – температура разогрева нагревательного элемента.

Пересечение строки и столбца даст искомое значение βэф.

Требуемая температура тепловоспринимающего материала, °С	Поверхностная мощность βэф (Вт/cм ²) при температуре разогрева нагревательного элемента, °С
	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350
100	6.1	7.3	8.7	10.3	12.5	14.15	16.4	19	21.8	24.9	28.4	36.3
200	5.9	7.15	8.55	10.15	12	14	16.25	18.85	21.65	24.75	28.2	36.1
300	5.65	6.85	8.3	9.9	11.7	13.75	16	18.6	21.35	24.5	27.9	35.8
400	5.2	6.45	7.85	9.45	11.25	13.3	15.55	18.1	20.9	24	27.45	35.4
500	4.5	5.7	7.15	8.8	10.55	12.6	14.85	17.4	20.2	23.3	26.8	34.6
600	3.5	4.7	6.1	7.7	9.5	11.5	13.8	16.4	19.3	22.3	25.7	33.7
700	2	3.2	4.6	6.25	8.05	10	12.4	14.9	17.7	20.8	24.3	32.2
800	-	1.25	2.65	4.2	6.05	8.1	10.4	12.9	15.7	18.8	22.3	30.2
850	-	-	1.4	3	4.8	6.85	9.1	11.7	14.5	17.6	21	29
900	-	-	-	1.55	3.4	5.45	7.75	10.3	13	16.2	19.6	27.6
950	-	-	-	-	1.8	3.85	6.15	8.65	11.5	14.5	18.1	26
1000	-	-	-	-	-	2.05	4.3	6.85	9.7	12.75	16.25	24.2
1050	-	-	-	-	-	-	2.3	4.8	7.65	10.75	14.25	22.2
1100	-	-	-	-	-	-	-	2.55	5.35	8.5	12	19.8
1150	-	-	-	-	-	-	-	-	2.85	5.95	9.4	17.55
1200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3.15	6.55	14.55
1300	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	7.95

Теперь – поправочный коэффициент α . Его значение для спиральных нагревателей показано в следующей таблице.

Простое перемножение этих двух параметров как раз и даст допустимую удельную поверхностную мощность нагревателя.

Примечание: Практика показывает, что для муфельных печей с высокотемпературным нагревом (от 700 градусов), оптимальным значением βдоп будет 1,6 Вт/см² для нихромовых проводников, и примерно 2,0÷2,2Вт/см² для фехралевых . Если печь работает в режиме нагрева до 400 градусов, то таких жестких рамок нет – можно ориентироваться на показатели от 4 до 6 Вт/ см² .

Итак, с допустимым значением поверхностной удельной мощности определись. Значит, необходимо найти удельную мощность рассчитанного ранее нагревателя и сравнить с допустимой.

В практике домашнего мастера приходится ремонтировать или конструировать нагревательные приборы. Это могут быть различные печи, обогреватели паяльники и резаки. Чаще всего для этого применяют спирали или проволоку из нихрома. Основной задачей при этом является определить длину и сечение материала. В этой статье мы расскажем о том, как рассчитать длину нихромовой проволоки или спирали по мощности, сопротивлению и температуре.

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:

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

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по :

R=U/I=12/0,83=14,5 Ома

Длина проволоки равна:

l=SR/ρ ,

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

Или по такой формуле:

l= (Rπd2)/4ρ

L=(14.5*3,14*0.12^2)/4*1,1=0,149м=14,9см

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:

L=R треб /R табл =14,4/95,6=0,151м=15,1см

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:

Количество витков:

N=L/(π(D+d/2)),

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:

N=151/(3,14(3+0,12/2))=15,71 витков

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:

I=5000/220=22.7 Ампера

R=220/22.7=9,7 Ом

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:

I=1660/220=7.54 А

Сопротивление:

R=220/7.54=29.1 Ом

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

I=1660/380=4.36 А

R=380/4.36=87.1 Ом

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 В эф выбираем значение в 4,3 Вт/см 2 , а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

В доп =В эф *а=4,3*0.2= 0,86 Вт/см 2 =0.86*10^4 Вт/м 2

Диаметр определяют по формуле:

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

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

р т =р 20 *р 1000 =1.13*10^6*1.025=1.15*10^6 Ом/мм

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

Длина рассчитывается по формуле:

Проверим значения:

L=R/(p*k)=29.1/(0.82*1.033)=34м

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

• 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.

Материалы