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.
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.
Источник
Как изменить «мощность» паяльника простыми способами
На практике нередко возникают ситуации, когда мощности имеющегося паяльника недостаточно для пайки массивных деталей. Или же, наоборот, жало паяльника перегревается с образованием нагара, который затрудняет пайку и ведёт к перегреву миниатюрных радиодеталей, например — бескорпусных SMD-элементов.
Конечно, такой проблемы не возникнет при наличии хорошей паяльной станции. Кроме того, существует масса схем различных электронных регуляторов мощности паяльника.
Однако в единичных, «разовых» случаях часто можно обойтись и обычным паяльником, применив некоторые простые «ухищрения». Сейчас такие вещи принято называть модным и громким словом «лайфхак», но это слово режет нежный слух автора, поэтому он называет это более привычно и банально: — полезные советы…
В настоящее время нередко попадаются паяльники неизвестного происхождения, красивые снаружи и содержащие внутри сплошные загадки. Мощность такого паяльника может оказаться какой угодно, независимо от того, что указал производитель. И даже высокая цена изделия не обязательно является показателем качества и соответствия параметров заявленным. Например, не раз попадались паяльники с явно завышенной реальной мощностью, жало которых перегревалось, отчего быстро покрывалось нагаром и попросту выгорало. Да и сами такие паяльники могут работать очень недолго, в них попросту перегорает нагревательный элемент — спираль. В таких случаях снизить мощность можно очень простым способом, с помощью одного диода, включенного в разрыв сетевого провода:
Диод можно взять любой, рассчитанный на работу с напряжением питания паяльника и соответствующей мощности. Например, КД226, 1N4007 и т.д. Суть метода в том, что диод пропустит только полжительные (или отрицательные, в зависимости от полярности его включения) полуволны переменного напряжения на паяльник, тем самым снизив его мощность.
Параллельно диоду можно включить любой подходящий переключатель (с фиксацией) и, таким образом, включать паяльник в режим полной, либо пониженной мощности. Этот метод понижения мощности прост, давно известен и не раз применялся на практике.
Но бывают случаи, когда наоборот, мощности паяльника не хватает для того, чтобы выпаять или припаять деталь. Например, при необходимости заменить мощный транзистор, диод или даже небольшой «электролит» на материнской плате компьютера. Из-за массивности самой детали или большой площади токоведущих дорожек платы температуры жала паяльника недостаточно для быстрого разогрева припоя. А продолжительное время прогрева места пайки может привести к перегреву самой детали и выходу её из строя, а также к отслоению токоведущих дорожек от платы.
В этом случае можно простым способом увеличить теплоёмкость жала, плотно намотав на него несколько витков медного провода сечением 1. 2 мм:
При этом само жало должно быть как можно более коротким и для его прогрева потребуется несколько больше времени. Оно будет способно «накопить» большее количество тепловой энергии и, соответственно, больше этой энергии отдать в момент пайки.
Как видите, советы очень простые и не требуют ни особых затрат, ни времени.
Ну а в идеале, конечно, неплохо всегда иметь под рукой хорошую паяльную станцию или просто несколько паяльников разной мощности. Тогда и читать (и писать) подобные статьи не будет никакого смысла и автор помрёт от скуки :-))
- при желании Вы можете поставить автору лайк или дизлайк. А комментарии, мне кажется, здесь вряд ли будут уместны.
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.
Источник