Меню

Допустимая сила тока проходящего через нагреватель из фехралевой проволоки

Расчет греющей нихромовой и фехралевой спирали

Нихромы — это сплавы никеля и хрома. Они имеют высокую коррозионную стойкость и температуру плавления, поэтому используются в электрических приборах и нагревательных элементах. Нихром намотан катушками с определенным электрическим сопротивлением, и через них пропускается ток, выделяющий тепло.

Фехрали — это ферромагнитные сплавы, свойства электрического сопротивления которых аналогичны никель-хромовым сплавам. Это делает их пригодными для применения в системах электрического нагрева. Хотя отсутствие никеля делает фехраль дешевле, чем нихромовые сплавы, это также делает его более подверженным коррозии. Следует проявлять осторожность при эксплуатации нагревательных элементов из фехраля в сухих условиях, чтобы минимизировать коррозию. Воздействие высоких температур также может привести к ползучести и охрупчиванию, но с соответствующими опорными элементами этих проблем можно избежать.

Используйте этот онлайн-калькулятор нихромовой и фехралевой проволоки, чтобы рассчитать сопротивление, площадь сечения, ток и длину нихромовой и фехралевой проволоки, просто указав мощность и напряжение.

Расчет длины спирали

Требуемая мощность нагревателя
Вт

Напряжение питания
В

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров.

Данные результаты не учитывают возрастание электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Расчет веса и длины

Материалы для нагревательного элемента

Нихром

Сплавы нихрома обычно состоят из 80% никеля и 20% хрома (нихром 80/20), хотя другие составы могут быть найдены в различных соотношениях. Нихром имеет серебристо-серый цвет и обладает высокой устойчивостью к электрическому потоку и теплу. Он также очень устойчив к коррозии и износу, очень прочен и имеет очень высокую температуру плавления — около 1400 ° C.

Устойчивость к окислению делает нихром популярным материалом для использования в нагревательных элементах. Например, нагревательные элементы в бытовом тостере чаще всего изготавливаются из толстой нихромовой проволоки. При таком использовании нихром обычно наматывают катушками до определенного электрического сопротивления перед тем, как пропустить ток, чтобы произвести выделяемое тепло. Когда нихром нагревается до высоких температур, на нем образуется внешний слой оксида хрома, в отличие от других металлов, которые могут начать окисляться при нагревании на воздухе. Это означает, что он в основном непроницаем для кислорода, и поэтому нагревательный элемент защищен от окисления.

Нихромовые сплавы известны своей более высокой механической прочностью при высоких температурах по сравнению со сплавами железо-хром-алюминий (FeCrAl) фехраль, а также более высокой прочностью на ползучесть. Никель-хромовые сплавы также остаются более пластичными по сравнению с железно-хромовыми алюминиевыми сплавами после длительных периодов воздействия температуры. Никель-хромовые сплавы демонстрируют хорошую коррозионную стойкость, за исключением сред, в которых присутствует сера.

Заметное увеличение удельного электросопротивления наблюдается при увеличении добавок хрома. Уровень добавления 20% хрома считается оптимальным для проводов с электрическим сопротивлением, подходящих для нагревательных элементов. Этот состав сочетает в себе хорошие электрические свойства с хорошей прочностью и пластичностью, что делает его пригодным для волочения проволоки.

Фехраль

Сплавы железа, хрома, алюминия (FeCrAl) — это материалы с высоким сопротивлением, которые обычно используются в приложениях с максимальными рабочими температурами до 1400 ° C.

Известно, что эти ферритные сплавы обладают более высокой способностью к нагрузке на поверхность, более высоким удельным сопротивлением и более низкой плотностью, чем альтернативный ни хром (NiCr), что может привести к меньшему количеству материала в применении и экономии веса. Более высокие максимальные рабочие температуры могут также продлить срок службы элемента.

Железо Хром Алюминиевые сплавы образуют светло-серый оксид алюминия (Al2O3) при температурах выше 1000 ° C, который увеличивает коррозионную стойкость, а также действует как электрический изолятор. Образование оксида считается самоизолирующим и защищает от короткого замыкания в случае контакта металла с металлом. Железо-Хром Алюминиевые сплавы имеют более низкую механическую прочность по сравнению с никель-хромовыми материалами, а также более низкий предел ползучести.

Расчет греющей нихромовой и фехралевой спирали

Расчет греющей нихромовой и фехралевой спирали

Для того, чтобы произвести расчет параметров спиральных нагревательных элементов из проволоки высокого сопротивления, можно воспользоваться несколькими алгоритмами подсчетов. Наиболее простым и быстрым будет рассчитать все параметры по формулам без учета динамики значения сопротивления под влиянием высоких температур. Для начала рассмотрим этот метод.

Расчет параметров нихромовой и фехралевой спирали от сопротивления

Тут все очень и очень просто. Нужно только знать исходные параметры, которые можно узнать, ответив на вопросы:

Какая мощность должна быть у нагревательного элемента, который вы хотите изготовить?

Какое напряжение питания будет на него подаваться?

Какая проволока имеется в наличии (материал, диаметр)?

Пусть вам требуется изготовить нагреватель с совсем небольшой мощностью в 12 Ватт, который будет работать от сети 24 Вольта. В наличии есть только катушка нихромовой проволоки с диаметром сечения 0,2 мм.

Формулы, которые мы будем использовать при расчетах по данному методу, знакомы каждому из школьного курса по физике. Мощность равна произведению силы тока и напряжения:

Р (мощность) = U (напряжение) * I (сила тока)

Из этой формулы мы можем найти силу тока в нашем нагревателе. Она будет равна

І = Р/ U = 12/24 = 0,5 Ампер

Закон Ома звучит так: «напряжение равняется произведению сопротивления и силы тока»

U (напряжение) = I (сила тока)* R (сопротивление)

R (сопротивление) = U (напряжение) * I (сила тока) = 24 : 0,5 = 48 Ом

Длину проволоки мы можем определить по формуле:

L (длина проводника) = S (площадь сечения) · R (сопротивление) : ρ (плотность проводника)

Определение сопротивления материала

Для того, чтобы узнать значение сопротивления проводника, из которого мы будем изготавливать нагреватель, можно использовать формулу и таблицу значений. Сначала нужно узнать площадь сечения. Если у нас проволока с круглым сечением с диаметром 0,2 мм, то по формуле площади круга ее сечение будет равно 0,0314 мм2. Теперь заглянем в таблицу со значениями сопротивления и ищем соответствие с вычисленным сечением. В нашем случае это 1300 мм.

С теоретическими расчетами закончили. Теперь нужно узнать, а хватит ли диаметра нашей проволоки, чтобы выдержать такой уровень силы тока. Ниже в таблице можно определить максимальное значение силы тока для каждого диаметра проволоки. Согласно таблице для проволоки с диаметром 0,2 максимальный ток равен 0,65, а это значит что рассчитанный нами показатель 0,5 А имеет допустимое значение.

Учтите, что среда нагрева также имеет большое значение! Для подогрева жидкости можно увеличивать максимально допустимую силу тока, а для замкнутого контура наоборот, нужно уменьшать.

Калькулятор нихрома и фехраля для нагревателей от компании Хитл

Калькулятор нихрома и фехраля для нагревателей от компании Хитл

Расчет параметров нихромовой и фехралевой спирали с учетом температуры

Первый метод хорош своей простотой и быстротой вычислений, однако в реальных условиях сопротивление нихрома и фехраля существенно изменяется с ростом температуры. Такие простые подсчеты можно применять только для не очень высоких температур, не более 250 градусов, а вот для более высоких значений температуры лучше применять второй способ.

Допустим, нам нужно изготовить муфельную печь с объемом камеры в 50 литров. Для того, чтобы узнать, какова же будет мощность, используем простое правило.

Для печей Параметр Rt (удельное сопротивление проводника при определенной температуре) получим из таблицы.

Калькулятор нихрома и фехраля для нагревателей от компании Хитл

Мы будем делать печь с нихромовыми спиралями из нихрома самой распространенной марки Х80Н20, Rt в таком случае будет 1,025.

Рассчитаем Рт=1,13 * 10 6 * 1,025 = 1,15 * 10 6 Ом на мм

Для подключения типа «звезда»: диаметр будет равен 1,23 мм, длина — 42 м

По упрощенной формуле первого способа L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видно, что значения будет разными и нужно учитывать температуру нагрева спирали.

Для быстрых расчетов воспользуйтесь калькулятором из данной статьи, а если хотите учесть все-все мельчайшие детали, обращайтесь к нам в компанию Хитл, мы сами произведем все нужные расчеты и изготовим нужный вам нагревательный элемент быстро и качественно.

Читайте также:  В контуре индуктивность которого 0 5 гн при изменении силы тока

Источник

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.

Калькулятор рассчета нагревателей из фехраля и нихрома: 64 комментария

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

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

вещь хорошая, но к сожалению, не измеряет поверхностную нагрузку и суперфехрали нет…

Поверхностная нагрузка добавлена, по суперфехрали — добавлена возможность вручную ввести сопротивление материала

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.

Не подскажете как искать мощность печи, которая ещё не собрана?

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.

Привет. А если мне нужна температура 1000 градусов, ввел данные, как считал по формулам, все сходится, но вот поверхностное напряжение 16 с копейками?

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)

Читайте также:  2h2o постоянный ток 2h2

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

Источник



Калькулятор расчета спирали из нихрома и фехраля для нагревателей

Электронагреватели могут производиться с нагревательными спиралями из различных материалов, но наиболее популярными все же являются нихром и фехраль. Нихром — это сплав никеля и хрома, а фехраль – сплав железа, хрома и алюминия. Они имеет высокую коррозионную стойкость и температуру плавления, поэтому и используется в электрических приборах и нагревателях.

Данная статья поможет вам разобраться в расчетах параметров греющих спиралей, а простые и удобные калькуляторы сделают быстрый подсчет нужной длины проволоки и переведут длину в вес и обратно. Воспользуйтесь этими онлайн-калькуляторами нихромовой проволоки, чтобы рассчитать сопротивление, площадь сечения, ток и длину нихромовой и фехралевой проволоки, просто указав мощность и напряжение.

Расчет длины спирали

Требуемая мощность нагревателя
Вт

Напряжение питания
В

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров.

Данные результаты не учитывают возрастание электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Расчет веса и длины

Расчет спирали из нихрома и фехраля

Существует несколько способов расчета греющих спиралей, рассмотрим для начала более простой метод, учитывающий только сопротивление материала, а потом включим в расчет еще и изменение сопротивления под воздействием темепературы.

Способ расчета спирали по сопротивлению материала

В данном способе все довольно просто. Нам нужны первоначальные данные, на основе которых мы будем проводить вычисления. Они включают в себя:

Мощность нагревательного элемента, который хотите получить

Напряжение, при котором спираль будет работать

Диаметр и тип проволоки, который имеется в наличии

Предположим, у нас имеется электроприбор, который должен работать с мощностью 12 Вт под напряжением 24 В. При этом мы используем проволоку из нихрома с сечением 0,2 мм.

Для вычислений нам потребуется самая элементарная формула из общеобразовательного курса физики:

Мощность (Р) = Напряжение (U) * Сила тока (I)

І = Р: U = 12 : 24 = 0,5 А

Теперь воспользуемся законом Ома для определения сопротивления:

Сопротивление (R ) = Напряжение (U) * Сила тока (I) = 24/0,5 = 48 Ом

Теперь нам нужна формула для определения длины проводника:

Длина (L) = Площадь сечения (S) * Сопротивление (R) / Плотность материала (ρ)

Как же узнать сопротивление нихромовой проволоки? Помочь в решении данной задачи нам помогут таблицы плотности материалов или формулы для вычисления значения. Итак, если у нас проволока имеет диаметр 0,2, значит площадь сечения по формуле будет 0,0314 мм2, сопротивление смотрим по таблице и получаем длину проволоки 1,3 м.

Но это все чисто теоретически, ведь мы не знаем, сможет ли выдержать проволока данного диаметра такой ток. Посмотрим таблицу, в ней указаны максимальные значения тока для проволоки определенного диаметра. В нашем случае это 0,65, значит наше значение 0,5 лежит в допустимых пределах.

Также не забывайте учесть среду, в которой будет работать нагреватель. Если вы греете жидкость, можно смело увеличивать силу тока вдвое, а если замкнутое пространство – наоборот, уменьшать.

Способ расчета спирали по температуре

Тот, способ, который мы описывали выше, является не очень точным по той причине, что нами не было взято в расчет изменение сопротивления резистивной проволоки при росте температуры. Поэтому его можно применять только для не слишком высоких температур до 200-250 градусов. Для высокотемпературных печей данный расчет будет совсем неточным, поэтому рассмотрим второй метод.

Возьмем муфельную печь отжига и определим объем камеры и нужную мощность. Помогут с вычислениями нам такие два правила.

Если объем печи меньше 50 литров, то подбираем мощность 100 Вт на литр

Если же объем печи больше 100 литров, мощность рассчитывается как 50-70 Вт на литр

Допустим, наша печь отжига имеет объем 50 литров, мощность тогда будет 5 кВт. Если напряжение в сети должно быть стандартные 220 В, то сила тока и сопротивление будет равны:

І = 5000:220 = 22,7 А

R = 220:22,7 = 9,7 Ом

Подключение звездой при напряжении 380 В потребует деления мощности на 3 фазы, тогда наша мощность для одной фазы будет равна 5кВт / 3 = 1,66 кВт

Подключение звездой предполагает, что на каждую из фаз будет подаваться напряжение питания 220 В, следовательно значения сопротивления и силы тока будет такими:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Второй тип подключения ТЭНов для напряжения в 380 В «треугольник» предполагает подачу линейного напряжения в 380 В, поэтому мы получим:

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

При помощи ниже указанных таблиц мы можем найти удельную поверхностную мощность нагревательного элемента и вычислить на его основе длину проволоки.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

В итоге, чтобы наша печь нагрелась до 1000 С, нагревательный элемент должен производить температуру в 1100 градусов. Возьмем таблицы и выберем соответствующие значения. Тогда получим:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр определяется по формуле d= 3 √((4*Rt*P 2 )/(π 2 *U 2 *Вдоп))

Rt — удельное сопротивление материала при нужной температуре берем из таблицы

Если наша спираль изготовлена из нихрома марки Х80Н20, Rt будет равняться 1,025. Значит Рт=1,13 * 10 6 * 1,025 = 1,15 * 10 6 Ом на мм

При подключении типа «звезда»: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Если же мы проверим результат по упрощенной формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Из этого мы видим, что не учитывая температуру мы получаем совсем другое значение длины проволоки и более правильным является выбор второго метода.

Итоги

Онлайн калькулятор для расчета спирали поможет вам с быстрыми предварительными расчетами, но для точного учета всех особенностей даже второго метода расчета с учетом температуры может быть не достаточно. На практике существует еще очень много факторов, которые нужно взять во внимание при расчете параметров нагревателя.

Если вам нужна помощь с расчетами нагревателей – обращайтесь к нам. Наши специалисты имеют огромный опыт в проектировании нагревательных элементов для различного промышленного оборудования. Мы поможем с расчетами оптимальных параметров нагревательных элементов для вашего оборудования и можем изготовить любой тип нагревателей для Вас.

Читайте также:  Стабилизатора тока для светодиода для фонарика

Источник

Расчет проволочного нагревателя для печи

расчет проволочного нагревателя

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:

I=P/U=1200/230=5.2 А,

2. После этого нужно рассчитать сопротивление нагревателя:

R=U/I=230/5.2=44 Ом.

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.

схема подключения 1

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.

схема подключения 2

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.

схема подключения 3

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:

расчет 1

Длину проволоки можно определить по следующей формуле:

расчет 2

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.

Источник