Как найти длину нихрома

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 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)

Отсюда

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)  / Удельное сопротивление (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*P²)/(π²*U²*В_доп))

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 * 10⁶ * 1,025 = 1,15 * 10⁶ 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.

Нихром и фехраль — два наиболее распространенных вида материалов, из которых изготавливаются нагревательные элементы. В этой статье мы собрали полезные расчеты, которые могут понадобиться при проектировании нагревательного элемента, а также вы можете воспользоваться калькулятором для расчета ваттной нагрузки тэн.

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Во-первых, давайте взглянем на расчет длины нихромовой проволоки на основе мощности и электрического сопротивления. Сначала нужно решить, какой ток потребуется нагревательной спирали. Допустим, нам нужно сделать небольшой нагреватель для электроприбора мощностью 10 Вт и напряжением 12 вольт. Предположим, что у нас есть нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый простой расчет без учета разминки проводится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:
P = U ∙ I → I = P / U = 10 / 12 = 0,83 А

Закон Ома:
R = U/I = 12/0,83 = 14,5 Ом.

Зная площадь поперечного сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ), мы можем рассчитать длину проволоки, необходимой для изготовления спирали:
І = S∙ R/ ρ

Чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра, можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома диаметром 0,1 мм сопротивление составляет 14,4 Ом, а площадь поперечного сечения — 0,008 мм2. Если потом ввести значения в формулу, то получится длина провода 10 см.

Чтобы рассчитать, сколько витков спирали нужно сделать из пряжи полученной длины, нужно воспользоваться следующими формулами:

Вычислите длину одной петли, равную:
Длина намотки = π∙(диаметр намотки + 0,5∙диаметр сечения провода)
Количество бобин = длина проволоки / длина бобины
Так если диаметр намотки нашего провода 2мм, то
Количество витков = 100/(3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты, очевидно, хороши. А на практике выдержит ли нихром с таким диаметром сечения такой ток? В приведенных ниже таблицах указан максимально допустимый ток для конкретных диаметров нихромовых нитей при данной температуре. Проще говоря, нужно определить температуру, до которой должен быть нагрет винтовой нагреватель и подобрать его сечение по номинальному току в таблице.

Если нагреватель используется в жидкой среде, силу тока можно брать в 1,2-1,5 раза больше, а если он обогревает замкнутое пространство, то его силу тока следует уменьшить.

Методика расчета по температуре

Простой расчет, описанный выше, недостаточно точен, потому что мы берем значение сопротивления холодной спирали. Но при изменении температуры изменяется и прочность материала. В этом случае также стоит учитывать, каковы условия достижения этой температуры. Для низких температур, например в нагревателях, можно свободно применять первый метод расчета, но для высоких температур в печах сопротивления этот метод будет весьма приблизительным.
Рассчитаем муфельную спираль вторым методом. Для начала нужно рассчитать объем камеры и в зависимости от этого мощность нагрева. Для муфельных печей существует правило выбора:

• Для духовок объемом до 50 литров мощность берется из расчета 100 Вт на литр.
• Для духовок объемом 100-500 литров мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр.

Возьмем, к примеру, небольшую духовку объемом 50 литров, тогда мощность духовки должна быть 50*100=5000 Вт.
Рассчитаем силу (I) и сопротивление (R) тока для напряжения питания 220В.
I = 5000/220 = 22,7 А
R = 220/22,7 = 9,7 Ом
Если соединить катушки 380В методом соединения «звезда», то мощность нужно разделить на 3 фазы, поэтому будем иметь
Мощность на фазу = 5 кВт / 3 = 1,66 кВт
При таком типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:
I = 1660/220 = 7,54 А
R = 220 / 7,54 = 29,1 Ом
Если соединение спиралей при напряжении 380 В осуществляется методом «треугольник», то расчетные формулы исходят из линейного напряжения 380 В.
I = 1660/380 = 4,36 А
R = 380/4,36 = 87,1 Ом
Диаметр можно рассчитать с учетом удельной плотности потока мощности нагревательного элемента. Рассчитаем длину нагревательной нити, взяв удельное сопротивление из таблиц.
Поверхностная мощность = βэфф * α (коэффициент полезного действия)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

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

Диаметр определяется по формуле d=³√((4*Rt*P²)/(π²*U²*В_доп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если имеем нихром Х80Н20, Rt равно 1,025. Тогда Pt = 1,13*106*1,025=1,15*106 Ом на мм
Для соединения звездой: диаметр = 1,23 мм, длина = 42 м
Проверяем значения по формуле L = R/(p*k)
Получаем 29,1/(0,82*1,033)=34 м
Итак, мы видим, что в формуле без учета температуры есть существенная разница в полученных значениях. Правильно подобрать длину одной спирали для соединения звезды длиной 42 м, тогда на 3 спирали потребуется 126 метров нихромовой проволоки диаметром 1,3.

На основе формул и калькулятора можно быстро рассчитать длину нихромовой или фехралевой проволоки и рассчитать ее диаметр исходя из требуемой мощности и температуры нагревательного элемента, но даже второй способ более сложного расчета не учитывает количество факторов. На практике после проведения теоретических расчетов необходимо манипулировать результатами в соответствии со спецификой использования нагревателя.
Для точного расчета длины спирали из фехрали и нихрома для тэн, а также консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефону или электронной почте.

Применение нихромовых проволок в качестве нагревательных элементов обусловлено сочетанием следующих характеристик этих сплавов:

— высоких показателей жаростойкости сплавов никеля с хромом;
— высоким удельным электрическим сопротивлением;
— хорошей пластичностью;
— низким температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Предложенный калькулятор может быть использован для подсчета и примерной оценки необходимой длины нихромовой проволоки наиболее распространенных в настоящее время марок Х20Н80, Х20Н80-Н и Х15Н60 для нагревателей.

Для расчета потребуются следующие данные: желаемая мощность нагревателя. питающее напряжение и стандартное значение диаметра используемой проволоки.

Вначале, исходя из заданных параметров определяется сила тока (I=P/U). Далее, производится расчет сопротивления всего нагревательного элемента (R=U/I).

Затем, используя данные удельного электрического сопротивления (ρ) упомянутых выше марок проволоки находим ее необходимую длину (l=SR/ρ), которая обеспечит сопротивление нагревателя R.

После проведения расчета рекомендуется убедиться в соответствии полученного расчетного тока его допустимому значению из приведенной ниже таблицы:

Если полученный ток превышает допустимый, необходимо повторить расчет, выбрав большее значение диаметра нихромовой проволоки или снизив мощность нагревательного элемента.

Обязательно следует учесть, что допустимые значения тока в зависимости от выбранного диаметра проволоки и температуры нагрева, приведенные в таблице стоит рассматривать для нагревателей, закрепленных в горизонтальном состоянии в воздушной среде.

Так, в случае если спираль погружена в нагреваемую жидкость, то допустимый ток может быть увеличен в 1,1-1,5 раза, а закрытое расположение спирали в связи с гораздо худшим охлаждением наоборот, предполагает уменьшение допустимого тока в 1,2-1,5 раза.

Расчет нихрома и фехрали для нагревателей

Нихром и фехраль – два самых распространенных типа материалов, из которых изготавливаются нагревательные элементы. В данной статье мы собрали полезные расчеты, которые могут понадобиться при проектировании нагревательного элемента, а также добавили два удобных калькулятора для расчета длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот.

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Для начала давайте подробнее рассмотрим расчет длины проволоки из нихрома на основе мощности и электрического сопротивления. Во-первых нужно определиться с тем, какая мощность нагревательной спирали будет нужна. Допустим, нам необходимо изготовить небольшой нагреватель для прибора с мощностью 10Вт с напряжением 12 Вольт. Допустим, у нас имеется в наличии нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый элементарный расчет без учитывания нагрева производится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

По закону Ома:

R= U/  І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

Знаючи площадь сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ) можно вычислить длину проволоки, которая нам понадобится для изготовления спирали:

І = S∙ R/ ρ

Для того, чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома с диаметром 0,1 мм сопротивление будет 14,4 Ом и площадь сечения 0,008 мм2, тогда подставив значения в формулу мы получим длину проволоки равную 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычислим длину одного витка, равную:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Таким образом, если диаметр навивки нашей проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты – это, конечно, хорошо. Но выдержит ли на практике нихром с таким диаметром сечения подобный ток? Таблицы, предоставленные ниже, показывают максимальный ток, который допустим для определенных диаметров нити нихрома при заданной температуре. Говоря проще, нужно определить температуру, до которой должен нагреваться спиральный греющий элемент, и выбрать из таблицы его сечения для расчетного тока.

Если же нагреватель будет использоваться в жидкостной среде, силу тока можно взять больше в 1,2-1,5 раз, а если он будет нагревать замкнутое пространство, то стоит его ток уменьшить.

Методика расчета по температуре

Выше описанный простой расчет недостаточно точен из-за того, что мы берем величину сопротивления спирали в холодном состоянии. Но с изменением температуры изменяется и сопротивление материала. При этом также следует учесть, каковы условия достижения данной температуры. Для небольшой температуры, к примеру в обогревателях, первый способ расчета может применяться свободно, но для высоких температур в печах сопротивления данный способ будет слишком приблизительным.

Давайте рассчитаем спираль для муфельной печи при помощи второго метода. Для начала нужно вычислить объем камеры и на его основе мощность нагрева. Для муфельных печей существует такое правило подбора:

• Для печей с объемом до 50 л мощность берется из расчета 100 Вт на литр

• Для печей с объемом от 100 до 500 л мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр

Возьмем для примера небольшую печь с объемом 50 литров, тогда мощность печи должна быть 50*100= 5000 Вт

Посчитаем силу тока (І) и сопротивление (R) для напряжения питания 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

Если подключать спирали при 380 В методом подключения «звезда», нужно мощность поделить на 3 фазы, таким образом у нас будет

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

При данном типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Если же соединение спиралей при напряжении 380 производится методом «треугольник», формулы расчета будут с учетом линейного напряжения в 380 В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр можно вычислить с учетом удельной поверхностной мощности нагревателя. Произведем расчет длины греющей нити, взяв удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

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

Диаметр определяется по формуле d=³√((4*Rt*P²)/(π²*U²*В_доп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если у нас нихром марки Х80Н20, Rt будет равным 1,025. Тогда Рт=1,13*10⁶*1,025=1,15*10⁶
Ом на мм

Для подключения типа звезда: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Проверим значения по формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видим, что в формуле без учета температуры есть существенное отличие в полученных значениях. Правильно выбрать длину одной спирали для подключения звездой равную 42 м, тогда для 3 спиралей вам понадобится 126 метров проволоки нихрома с диаметром 1,3.

Вывод

На основе формул и калькулятора можно произвести быстрый расчет длины нихромовой или фехралевой проволоки и вычислить ее диаметр исходя из необходимой мощности и температуры нагревательного элемента, однако даже второй более сложный метод расчета не учитывает ряда факторов. На практике после произведенных теоретических расчетов необходимо произвести манипуляции с результатами исходя из особенностей использования нагревателя.

Для точных расчетов длины фехралевых и нихромовых спиралей, а также для получения консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефонам или через электронную почту. У нас, кроме готовых промышленных нагревателей, вы также можете приобрести комплектующие для их создания, включая проволоку и ленту фехраль, термостойкие провода, керамические изоляторы, миканит, термостойкие разъемы и прочее.

Таблица расчета спирали нихромовой. Как рассчитать спираль из нихрома