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

Навивка нихромовой спирали для дальнейшего нагрева проводится в основном методом проб и ошибок. После навивки на элемент нагрева подается напряжение и уже по тому, как нагревается проволока, определяется нужное число витков.

Такой процесс может занимать много времени. При этом стоит помнить, что нихром способен терять при большом количестве перегибов свои характеристики. Проволока будет быстро прогорать на участках деформирования. В конечном счете, может получиться, что хороший материал превратиться в лом.

Для правильного расчета нихромовой спирали обычно пользуются специальными таблицами, где удельное сопротивление нихромовой проволоки = (Ом мм2 / м). Но, в этих таблицах выведены данные для напряжения 220В. Для работы нагревательного элемента в промышленной среде придется проводить расчет самостоятельно, подставляя имеющиеся данные.

По табличным данным можно с точностью определить длину намотки и расстояние между витками. Зависимо от диаметра проволоки и диаметра стержня намотки нихрома провести пересчет длины спирали для эксплуатации при другом напряжении будет несложно. Здесь нужно воспользоваться простой математической пропорцией.

К примеру, если нужно вычислить длину спирали для напряжения 380 В используя проволоку диаметром Ø 0,6 мм, и стержень для намотки Ø 6 мм. В таблице можно увидеть, что длина спирали при напряжении 220 В должна составлять 30 см. Далее ведем расчёт по следующему соотношению:

220 В – 30 см
380 В – Х см

Исходя из этих данных:

Х= 380 30/220=52 см

После того как спираль уже намотана ее следует подключить к энергоносителю и убедиться в правильности намотке. При этом намотанная проволока не обрезается. У спирали в закрытом нагревателе длина намотки должна на 1/3 быть больше значений, приведенных в таблице.

Расчет нагревательного элемента из нихромовой проволоки

Длина проволоки определяется исходя из показателей нужной мощности.

Как пример проведем на основе имеющихся показателей следующие исчисления.

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.

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.

Расчет проволочного нагревателя электрической печи.

Эта статья открывает самые большие секреты конструкции электрических печей - секреты расчетов нагревателей.

Как связаны объем, мощность и темп нагрева печи.

Как уже говорилось в другом месте, обычных печей не бывает. Точно также не бывает печей для обжига фаянса или игрушек, красной глины или бусин. Бывает просто печь (а здесь мы говорим исключительно об электрических печах) с некоторым объемом полезного пространства, выполненная из некоторых огнеупоров. В эту печь можно поставить на обжиг одну большую или маленькую вазу, а можно - целую этажерку плит, на которых будут лежать толстые шамотные изразцы. Обжигать вазу или изразцы нужно, может быть, на 1000 o C, а может быть и на 1300 o C. По многим производственным или бытовым соображениям, обжиг должен пройти за 5-6 часов или за 10-12.

Никто не знает, что Вам нужно от печи, лучше, чем Вы сами. Поэтому прежде, чем приступить к расчету, нужно прояснить для себя все эти вопросы. Если печь уже есть, но в нее надо установить нагреватели или поменять старые на новые, отпадает необходимость в конструировании. Если печь строится с нуля, начинать надо с выяснения габаритов камеры, то есть с длины, глубины, ширины.

Предположим, Вы уже знаете эти значения. Предположим, что Вам нужна камера с высотой 490 мм, шириной и глубиной 350 мм. Далее в тексте печь с такой камерой мы будем называть 60-литровой. Одновременно мы будем проектировать вторую печь, покрупнее, с высотой H=800 мм, шириной D=500 мм и глубиной L=500 мм. Эту печь мы будем называть 200-литровкой.

Объем печи в литрах = H x D x L,
где H, D, L выражены в дециметрах.

Если Вы правильно перевели милиметры в дециметры, объем первой печи должен получиться 60 литров, объем второй - действительно 200! Не подумайте, что автор ехидничает: самые распространенные ошибки в расчетах - ошибки в размерностях!

Приступаем к следующему вопросу - из чего сделаны стенки печи. Современные печи практически все выполнены из легких огнеупоров с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью. Очень старые печи сделаны из тяжелого шамота. Такие печи легко узнать по массивной футеровке, толщина которой чуть ли не равна ширине камеры. Если у Вас этот случай, Вам не повезло: во время обжига 99% энергии будет тратиться на нагрев стенок, а не изделий. Предполагаем, что стенки выполнены из современных материалов (МКРЛ-08, ШВП-350). Тогда на нагрев стенок будет тратиться всего 50-80% энергии.

Очень неопределенным остается масса загрузки. Хоть она, как правило, меньше, чем масса огнеупоров стенок (плюс пода и свода) печи, эта масса, конечно же, внесет свой вклад в темп нагрева.

Теперь о мощности. Мощность - это сколько тепла выделяет нагреватель в 1 секунду. Единица измерения мощности - ватт (сокращенно Вт). Яркая лампочка накаливания - это 100 Вт, электрический чайник - 1000 Вт, или 1 киловатт (сокращенно 1 кВт). Если включить нагреватель мощностью 1 кВт, он будет каждую секунду выделять тепло, которое по закону сохранения энергии будет уходить на нагрев стенок, изделий, улетать с воздухом через щели. Теоретически, если никаких потерь через щели и стенки нет, 1 кВт в состоянии за бесконечное время нагреть все что угодно до бесконечной температуры. Практически для печей известны реальные (примерные средние) теплопотери, поэтому есть следующее правило-рекомендация:

Для нормального темпа нагрева печи 10-50 литров нужна мощность
100 Вт на каждый литр объема.

Для нормального темпа нагрева печи 100-500 литров нужна мощность
50-70 Вт на каждый литр объема.

Значение удельной мощности нужно определять не только с учетом объема печи, но и с учетом массивности футеровки и загрузки. Чем больше масса загрузки, тем большее значение нужно выбирать. В противном случае печь нагреется, но за большее время. Выберем для нашей 60-литровки удельную мощность 100 Вт/л, а для 200-литровки - 60 Вт/л. Соответственно получим, что мощность нагревателей 60-литровки должна составлять 60 х 100 = 6000 Вт = 6 кВт, а 200-литровки - 200 х 60 = 12000 Вт = 12 кВт. Смотрите, как интересно: объем увеличился в 3 с лишним раза, а мощность - только в 2. Почему? (Вопрос для самостоятельной работы).

Бывает, что нет в квартире розетки на 6 кВт, а есть только на 4. Но нужна именно 60-литровка! Что же, можно посчитать нагреватель на 4 киловатта, но смириться с тем, что стадия нагрева при обжиге будет продолжаться часов 10-12. Бывает, что, наоборот, необходим нагрев за 5-6 часов очень массивной загрузки. Тогда в 60-литровую печь придется вложить 8 кВт и не обращать внимание на раскалившуюся докрасна проводку... Для дальнейших рассуждений ограничимся классическими мощностями - 6 и 12 кВт соответственно.

Мощность, амперы, вольты, фазы.

Зная мощность, мы знаем потребность в тепле для нагрева. По неумолимому закону сохранения энергии мы должны ту же мощность забрать из электрической сети. Напоминаем формулу:

Мощность нагревателя (Вт) = Напряжение на нагревателе (В) х Ток (А)
или P = U x I

В этой формуле два подвоха. Первый: напряжение нужно брать на концах нагревателя, а не вообще в розетке. Напряжение измеряется в вольтах (сокращенно В). Второй: имеется в виду ток, который течет именно через этот нагреватель, а не вообще через автомат. Ток измеряется в амперах (сокращенно А).

Нам всегда задано напряжение в сети. Если подстанция работает норамально и сейчас не час пик, напряжение в обычной бытовой розетке будет 220 В. Напряжение в промышленной трехфазной сети между любой фазой и нулевым проводом тоже равно 220В, а напряжение между любыми двумя фазами - 380 В. Таким образом в случае бытовой, однофазной, сети у нас нет выбора в напряжении - только 220 В. В случае трехфазной сети выбор есть, но небольшой - или 220, или 380 В. А как же амперы? Они получатся автоматически из напряжения и сопротивления нагревателя по великому закону великого Ома:

Закон Ома для участка электрической цепи:
Ток (А) = Напряжение на участке (В) / Сопротивление участка (Ом)
или I = U / R

Для того, чтобы получить 6 кВт из однофазной сети , нужен ток I = P / U = 6000/220 = 27,3 ампера. Это большой, но реальный ток хорошей бытовой сети. Например, такой ток течет в электроплите, у которой включены все конфорки на полную мощность и духовка тоже. Чтобы получить в однофазной сети 12 кВт для 200-литровки, потребуется вдвое больший ток - 12000/220 = 54,5 ампера! Это недопустимо ни для какой бытовой сети. Лучше воспользоваться тремя фазами, т.е. распределить мощность на три линии. В каждой фазе будет протекать 12000/3/220 = 18,2 ампера.

Обращаем внимание на последнее вычисление. На данный момент мы НЕ ЗНАЕМ, какие будут нагреватели в печи, мы НЕ ЗНАЕМ, какое напряжение (220 или 380 В) будет подано на нагреватели. Но мы точно ЗНАЕМ, что от трехфазной сети нужно отобрать 12 кВт, нагрузку распределить равномерно, т.е. по 4 кВт в каждой фазе нашей сети, т.е. по каждому фазному проводу входного (общего) автомата печи потечет 18,2А, и совсем не обязательно такой ток потечет по нагревателю. Кстати, 18,2 А будет проходить и через счетчик электроэнергии. (И еще кстати: по нулевому проводу тока не будет из-за особенностей трехфазного питания. Эти особенности здесь игнорируются, так как нас интересует исключительно тепловая работа тока). Если у Вас в этом месте изложения возникают вопросы, прочитайте все еще раз. И подумайте: если в объеме печи выделяется 12 киловатт, то по закону сохранения энергии те же 12 киловатт проходят по трем фазам, по каждой - 4 кВт...

Вернемся к однофазной 60-литровой печке. Легко найти, что сопротивление нагревателя печи должно составлять R = U / I = 220 В / 27,3 А = 8,06 Ома. Поэтому в самом общем виде электросхема печи будет выглядеть так:

По нагревателю с сопротивлением 8,06 Ома должен течь ток 27,3 А

Для трехфазной печи потребуется три одинаковых цепи нагрева: на рисунке - самая общая электросхема 200-литровки.

Мощность 200-литровой печи надо равномерно распределить на 3 цепи - A, B и C.

Но каждый нагреватель можно включить или между фазой и нулем, или между двумя фазами. В первом случае на концах каждой цепи нагрева будет 220 вольт, и ее сопротивление составит R = U / I = 220 В / 18,2 А = 12,08 Ома. Во втором случае на концах каждой цепи нагрева будет 380 вольт. Для получения мощности 4 кВт нужно, чтобы ток был I = P / U = 4000/380 = 10,5 ампера, т.е. сопротивление должно быть R = U / I = 380 В / 10,5 А = 36,19 Ома. Эти варианты подсоединений называются "звезда" и "треугольник". Как видно из значений необходимого сопротивления, поменять просто так схему питания со звезды (нагреватели по 12,08 Ома) на треугольник (нагреватели по 36,19 Ома) не получится - в каждом случае нужны свои нагреватели.

В схеме "звезда" каждая нагревательная цепь
включена между фазой и нулем на напряжение 220 Вольт. По каждому нагревателю сопротивлением 12,08 Ома течет ток 18,2 А. По проводу N ток не течет.

В схеме "треугольник" каждая нагревательная цепь
включена между двумя фазами на напряжение 380 Вольт. По каждому нагревателю сопротивлением 36,19 Ома течет ток 10,5 А. По проводу, соединяющему точку А1 с автоматом питания (точка А) течет ток 18,2 А, так что 380 х 10,5 = 220 х 18,2 = 4 киловатта! Аналогично с линиями B1 - В и С1 - С.

Домашнее задание. В 200-литровке была звезда. Сопротивление каждой цепи - 12,08 Ома. Какая получится мощность печи, если эти нагреватели включить на треугольник?

Предельные нагрузки проволочных нагревателей (Х23Ю5Т).

Полная победа! Мы знаем сопротивление нагревателя! Осталось просто отмотать кусок проволоки нужной длины. Не будем утомляться расчетами с удельным сопротивлением - все уже давно посчитано с достаточной для практических нужд точностью.

Диаметр, мм	Метров в 1 кг	Сопротивление 1 метра, Ом
1,5	72	0.815
2,0	40	0.459
2,5	25	0.294
3,0	18	0.204
3,5	13	0.150
4,0	10	0.115

Для 60-литровой печи нужно 8,06 Ома, выберем полторашку и получим, что искомое сопротивление дадут всего 10 метров проволоки, которые будут весить всего-то 140 грамм! Поразительный результат! Давайте еще раз проверим: 10 метров проволоки диаметром 1,5 мм имеют сопротивление 10 х 0,815 = 8,15 Ома. Ток при 220 вольт будет 220 / 8,15 = 27 ампер. Мощность получится 220 х 27 = 5940 Ватт = 5,9 кВт. Мы и хотели 6 кВт. Нигде не ошиблись, настораживает только то, что таких печей не бывает…

Одинокий раскаленный нагреватель в 60-литровой печи.

Нагреватель очень маленький, что ли. Такое создается ощущение при рассматривании вышеприведенной картинки. Но мы занимаемся расчетами, а не философией, поэтому от ощущений перейдем к цифрам. Цифры говорят следующее: 10 погонных метров проволоки диаметром 1,5 мм имеют площадь S = L x d x пи = 1000 x 0,15 x 3,14 = 471 кв. см. С этой площади (а откуда же еще?) в объем печи излучается 5,9 кВт, т.е. на 1 кв. см площади приходится излучаемая мощность 12,5 Ватт. Опуская детали, укажем, что нагревателю необходимо раскалиться до огромной температуры, прежде чем температура в печи существенно повысится.

Перекал нагревателя определяется значением так называемой поверхностной нагрузки p , которую мы выше и посчитали. На практике для каждого типа нагревателя существуют предельные значения p , зависящие от материала нагревателя, диаметра и температуры. С хорошим приближением для проволоки из отечественного сплава Х23Ю5Т любого диаметра (1,5-4 мм) можно пользоваться значением 1,4-1,6 Вт/см 2 для температуры 1200-1250 o C.

Физически перекал можно связать с разницей температуры на поверхности проволоки и внутри ее. Тепло выделяется во всем объеме, поэтому чем выше поверхностная нагрузка, тем сильнее будут отличаться эти температуры. При температуре на поверхности, близкой к предельной рабочей температуре, температура в сердцевине проволоки может приблизится к температуре плавления.

Если печь проектируется для невысоких температур, поверхностную нагрузку можно выбрать побольше, например, 2 - 2,5 Вт/см 2 для 1000 o C. Здесь можно сделать грустное замечание: настоящий кантал (это оргинальный сплав, аналогом которого является российский фехраль Х23Ю5Т) допускает p до 2,5 при 1250 o C. Делает такой кантал шведская фирма Кантал.

Вернемся к нашей 60-литровке и выберем из таблицы проволоку потолще - двойку. Понятно, что двойки придется брать 8,06 Ом / 0,459 Ом/м = 17,6 метра, а весить они будут уже 440 грамм. Считаем поверхностную нагрузку: p = 6000 Вт / (1760 х 0,2 х 3,14) см 2 = 5,43 Вт/см 2 . Много. Для проволоки диаметром 2,5 мм получится 27,5 метра и p = 2,78. Для тройки - 39 метров, 2,2 килограмма и p = 1,66. Наконец-то.

Теперь нам придется мотать 39 метров тройки (если лопнет - начинать мотать сначала). Но можно использовать ДВА нагревателя, включенные параллельно. Естественно, сопротивление каждого должно быть уже не 8,06 Ома, а вдвое больше. Следовательно, для двойки получится два нагревателя по 17,6 х 2 = 35,2 м, на каждый придется по 3 кВт мощности, а поверхностная нагрузка составит 3000 Вт / (3520 х 0,2 х 3,14) см 2 = 1,36 Вт/см 2 . И вес - 1,7 кг. Полкило сэкономили. Получили в сумме много витков, которые можно равномерно распределить по всем стенкам печи.

Хорошо распределенные нагреватели в 60-литровой печи.

Диаметр, мм	Предельный ток для p =2 Вт/см 2 при 1000 o C	Предельный ток для p =1,6 Вт/см 2 при 1200 o C
1,5	10,8	9,6
2,0	16,5	14,8
2,5	23,4	20,7
3,0	30,8	27,3
3,5	38,5	34,3
4,0	46,8	41,9

Пример расчета печи 200 литров.

Теперь, когда известны основные принципы, покажем, как они используются в расчете реальной 200 литровой печи. Все стадии расчета, естественно, можно формализовать и записать в простенькую программу, которая будет почти все делать сама.

Нарисуем нашу печь "в развертке". Мы как бы смотрим на нее сверху, в центре - под, по бокам стенки. Рассчитаем площади всех стенок, чтобы потом правильно, пропорционально площади, организовать подачу тепла.

"Развертка" 200-литровой печи.

Мы уже знаем, что при соединении звездой в каждой фазе должен протекать ток 18,2А. Из вышеприведенной таблицы по предельным токам следует, что для проволоки диаметром 2,5 мм можно использовать один нагревательный элемент (предельный ток 20,7А), а для проволоки 2,0 мм нужно использовать два параллельно включенных элемента (т.к. предельный ток всего 14,8А), всего в печи их будет 3 х 2 = 6.

По закону Ома рассчитываем необходимое сопротивление нагревателей. Для проволоки диаметром 2,5 мм R = 220 / 18,2 = 12,09 Ом, или 12,09 / 0,294 = 41,1 метра. Понадобится 3 таких нагревателя, примерно по 480 витков каждый, если наматывать на оправку 25 мм. Общий вес проволоки составит (41,1 х 3) / 25 = 4,9 кг.

Для проволоки 2,0 мм в каждой фазе два параллельных элемента, поэтому сопротивление каждого должно быть вдвое больше - 24,18 Ома. Длина каждого составит 24,18 / 0,459 = 52,7 метра. Каждый элемент будет иметь 610 витков при той же намотке. Общий вес всех 6 нагревательных элементов (52,7 х 6) / 40 = 7,9 кг.

Ничто не мешает нам разделить любую спираль на несколько кусков, которые затем соединить последовательно. Зачем? Во-первых, для удобства монтажа. Во-вторых, если выйдет из строя четверть нагревателя, поменять нужно будет только эту четверть. Точно так же никто не мешает засунуть в печь целиковую спираль. Тогда на дверь потребуется отдельная спираль, а у нас, в случае диаметра 2,5 мм, их всего три...

Поставили одну фазу из проволоки 2,5 мм. Нагреватель разделили на 8 независимых коротких спиралей, все они соединены последовательно.

Когда мы поставим аналогичным образом все три фазы (см. рисунок ниже), выясняется следующее. Мы забыли про под! А он занимает 13,5% площади. Кроме того, спирали находятся в опасной электрической близости друг к другу. Особенно опасно соседство спиралей на левой стенке, где между ними напряжение 220 Вольт (фаза - ноль - фаза - ноль…). Если из-за чего-то соседние спирали левой стенки коснутся друг друга, не миновать большого короткого замыкания. Предлагаем самостоятельно оптимизировать расположение и подсоединение спиралей.

Поставили все фазы.

Для случая, если мы решили воспользоваться двойкой, схема показана ниже. Каждый элемент в 52,7 метра длиной разделен на 4 последовательных спирали по 610 / 4 =152 витка (намотка на оправку 25 мм).

Вариант расположения нагревателей в случае проволоки 2.0 мм.

Особенности намотки, установки, эксплуатации.

Проволока удобна тем, что ее можно намотать в спираль, а спираль потом растянуть так, как удобно. Считается, что диаметр навивки должен быть больше 6-8 диаметров проволоки. Оптимальным шагом между витками является 2-2,5 диаметра проволоки. Но наматывать надо виток к витку: растянуть спираль очень легко, сжать - гораздо труднее.

Толстая проволока может лопнуть во время намотки. Особенно обидно, если из 200 витков осталось намотать 5. Идеально проводить намотку на токарном станке на очень медленной скорости вращения оправки. Сплав Х23Ю5Т выпускается отпущенным и неотпущенным. Последний лопается особенно часто, поэтому, если у Вас есть выбор, обязательно приобретайте проволоку, отпущенную для намотки.

Сколько нужно витков? Не смотря на простоту вопроса, ответ неочевиден. Во-первых, точно не известен диаметр оправки и, следовательно, диаметр одного витка. Во-вторых, точно известно, что диаметр проволоки слегка гуляет по длине, поэтому сопротивление спирали будет тоже гулять. В-третьих, удельное сопротивление сплава конкретной варки может отличаться от справочного. На практике наматывают спираль на 5-10 витков больше, чем по расчету, затем измеряют ее сопротивление - ОЧЕНЬ ТОЧНЫМ прибором, которому можно верить, а не мыльницей. В частности, нужно убедиться, что при коротко-замкнутых щупах прибор показывает ноль, или число порядка 0,02 Ома, которое надо будет вычесть из измеренного значения. При измерении сопротивления спираль слегка растягивают, чтобы исключить влияние межвитковых замыканий. Лишние витки откусывают.

Лучше всего располагать спираль в печи на муллито-кремнеземистой трубке (МКР). Для диаметра навивки 25 мм подойдет трубка с наружным диаметром 20 мм, для диаметра навивки 35 мм - 30 - 32 мм.

Хорошо, если печь обогревается равномерно со пяти сторон (четыре стенки + под). На поде нужно концентрировать значительную мощность, например, 20 -25% всей расчетной мощности печи. Этим компенсируется подсос холодного воздуха извне.

К сожалению, абсолютной равномерности нагрева достичь все равно нельзя. Приблизится к ней можно, используя вентиляционные системы с НИЖНИМ отбором воздуха из печи.

Во время первого нагрева или даже первых двух-трех нагревов на поверхности проволоки образуется окалина. Надо не забыть удалить ее как с нагревателей (щеткой), так и с поверхности плит, кирпичей и т.д. Окалина особенно опасна, если спираль просто лежит на кирпичах: оксиды железа с алюмосиликатами при высокой температуре (нагреватель в одном милиметре!) образуют легкоплавкие составы, из-за которых нагреватель может перегореть.

Вам понадобится

• Спираль, штангенциркуль, линейка. Необходимо знать материал спирализначения силы тока I и напряжения U при которых будет работать спираль, и из какого материала она сделана.

Инструкция

Выясните, какое сопротивление R должно быть у вашей спирали. Для этого воспользуйтесь законом Ома и подставьте значение силы тока I в цепи и напряжения U на концах спирали в формулу R=U/I.

По справочнику определите удельное электрическое сопротивление материала ρ, из которого будет сделана спираль. ρ должно быть выражено в Ом м. Если значение ρ в справочнике дано в Ом мм²/м, то умножьте его на 0,000001.Например: удельное сопротивление меди ρ=0,0175Ом мм²/м, при переводе в СИ имеем ρ=0,0175 0,000001=0,0000000175Ом м.

Длину проволоки найдите по формуле: Lₒ=R S/ρ.

Отмерьте линейкой на спирали произвольную длину l (например: l=10см=0,1м). Посчитайте число витков n, приходящих на эту длину. Определите шаг спирали H=l/n или измерьте его штангенциркулем.

Найдите сколько витков N можно сделать из проволоки длиной Lₒ: N= Lₒ/(πD+H).

Длину самой спирали найдите по формуле: L=Lₒ/N.

Шарф-спираль также называют шарф-боа, шарф-волна. Здесь главное - вовсе не вид пряжи, не рисунок вязки и не расцветка готового изделия , а техника исполнения и оригинальность модели. Шарф-спираль олицетворяет праздничность, пышность, торжественность. Он похож и на изящное кружевное жабо, и на экзотическое боа, и на обычный, но очень оригинальный шарф.

Как связать шарф-спираль спицами

Чтобы связать шарф-спираль, наберите на спицы 24 петли и провяжите 1-й ряд:
- 1 кромочная петля;
- 11 лицевых;
- 12 изнаночных петель.

Качество и цвет пряжи для этой модели спирального шарфа – на ваше усмотрение.

1-й ряд: сначала 1 кромочная петля, затем 1 накид, далее 1 лицевая петля, после этого 1 накид и 8 лицевых петель. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед. Снятую петлю возвратите на левую спицу, протяните нить между спицами назад (при этом петля получится обернутой нитью). Поверните работу и свяжите 12 изнаночных петель.

2-й ряд: сначала свяжите 1 кромочную петлю, затем 1 накид, после этого провяжите 3 лицевые петли, 1 накид и 6 лицевых петель. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед. Далее возвратите петлю на левую спицу, протяните нить между спицами назад, после чего поверните работу и свяжите 12 изнаночных петель.

3-й ряд: свяжите 1 кромочную петлю, затем 2 петли вместе лицевой, после этого 1 лицевая, далее 2 петли вместе лицевой и 4 лицевые петли. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед, возвратите петлю на левую спицу, затем протяните нить между спицами назад. После этого поверните работу и свяжите 8 изнаночных петель.

4-й ряд: свяжите 1 кромочную, затем 3 петли вместе лицевой, после этого 4 лицевых петли, *достаньте снизу обернутую петлю и провяжите вместе со следующей лицевой, 1 лицевая* (повторите вязание от * до * 3 раза). Не переворачивая работу, свяжите изнаночные петли.

Таким образом вяжите спиральный шарф до необходимой длины блоками из этих 4 рядов.

Практически перед всеми женщинами встает вопрос контрацепции. Одним из надежных и проверенных способов является внутриматочная спираль, которая востребована и сегодня.

Виды спиралей

Внутриматочные спирали изготавливаются из пластика и бывают двух видов: спирали, содержащие медь (серебро) и спирали, содержащие гормоны. Их размер – 3X4 см. Выбор метода контрацепции и самой спирали происходит на приеме у гинеколога. Самостоятельно этого делать не стоит. Внутриматочная спираль устанавливается гинекологом во время месячных. Она невелика по размерам и напоминает по форме букву Т.

Медная спираль изготавливается из медной проволоки. Ее особенностью является способность действовать на матку таким образом, что яйцеклетка не может к ней прикрепиться. Этому способствуют два медных усика.

Гормональная спираль имеет контейнер, который содержит прогестин. Этот гормон предотвращает наступление овуляции. В случае использования гормональной внутриматочной спирали сперматозоиды не могут оплодотворять яйцеклетку. Как отмечают женщины, при использовании такой спирали менструации становятся более скудными и менее болезненными. Однако вреда это не приносит, потому что связано с действием гормонов, находящихся внутри спирали. Гинекологи рекомендуют женщинам, страдающим болезненными месячными, установку гормональной спирали.

Выбор спирали

Гинекологические внутриматочные спирали бывают разных марок, как отечественного, так и зарубежного производства. Кроме того, их стоимость может варьироваться от 250 рублей до нескольких тысяч. На это влияет много факторов.

Достаточной популярность среди российских женщин пользуется спираль «Юнона Био». Она привлекает, прежде всего, невысокой стоимостью. Однако низкая эффективность действия данной спирали влечет за собой высокий риск наступления беременности.
Хорошо зарекомендовала себя внутриматочная спираль «Мирена», однако она является одной из самых дорогих в своем ряду. При этом использование внутриматочной спирали считается самым дешевым и доступным видом контрацепции.

Это гормональная спираль. Ее производители обещают, что спираль «Мирена» реже смещается в матке или выпадает. А именно это приводит к наступлению беременности, потому пациенткам рекомендуется регулярно проверять наличие внутриматочного контрацептива на положенном месте.

Стандартное напряжение в бытовой электросети U=220В. Сила тока ограничивается предохранителями в электрощитке и равна, как правило, I=16А.

Источники:

• Таблицы физических величин, И.К. Кикоин, 1976
• длина спирали формула

Электрический паяльник, это ручной инструмент , предназначенный для скрепления между собой деталей посредством мягких припоев , путем разогрева припоя до жидкого состояния и заполнения ним зазора между спаиваемыми деталями.

Электрические паяльники выпускаются рассчитанные на напряжение питающей сети 12, 24, 36, 42 и 220 В, и этому есть свои причины. Главной, является безопасность человека, второй – напряжение сети в месте выполнена паяльных работ. В производстве, где все оборудование заземлено и имеется высокая влажность , разрешено использовать паяльники напряжением не более 36 В, при этом корпус паяльника должен быть обязательно заземлен. Бортовая сеть у мотоцикла имеет напряжение постоянного тока 6 В, легкового автомобиля – 12 В, грузового – 24 В. В авиации используют сеть частотой 400 Гц и напряжением 27 В. Есть и конструктивные ограничения, например, паяльник мощностью 12 Вт сложно сделать на питающее напряжение 220 В, так как спираль потребуется мотать из очень тонкого провода и поэтому намотать много слоев, паяльник получится большим, не удобным для мелкой работы . Так как обмотка паяльника намотана из нихромовой проволоки , то питать его можно как переменным, так и постоянным напряжением. Главное чтобы напряжение питания соответствовало напряжению, на которое рассчитан паяльник.

Мощностью электрические паяльники бывают 12, 20, 40, 60, 100 Вт и больше. И это тоже не случайно. Для того, чтобы припой при пайке хорошо растекался по поверхностям спаиваемый деталей, их нужно прогреть до температуры чуть большей, чем температура плавления припоя. При контакте с деталью тепло передается от жала к детали и температура жала падает. Если диаметр жала паяльника не достаточный или мощность нагревательного элемента мала, то отдав тепло, жало не сможет нагреться до заданной температуры, и паять будет невозможно. В лучшем случае получится рыхлая и не прочная пайка. Более мощным паяльником можно паять маленькие детали, но возникает проблема недоступности к месту пайки. Как, например, запаять в печатную плату микросхему с шагом ножек 1,25 мм жалом паяльника размером в 5 мм? Правда есть выход, на такое жало навивают несколько витков медного провода диаметром 1мм и концом уже этого провода паяют. Но громоздкость паяльника делают работу практически не выполнимой. Есть и еще одно ограничение. При большой мощности, паяльник быстро прогреет элемент, а многие радиодетали не допускают нагрева выше 70˚С и по этому, допустимое время их пайки составляет не более 3 секунд. Это диоды, транзисторы, микросхемы.

Устройство паяльника

Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается спиралью из нихрома до температуры плавления припоя. Стержень паяльника делается из меди благодаря высокой ее теплопроводности. Ведь при пайке нужно быстро передать жалу паяльника от нагревательного элемента тепло. Конец стержня имеет клиновидную форму, является рабочей частью паяльника и называется жалом. Стержень вставляется в стальную трубку, обернутую слюдой или стеклотканью. На слюду намотана нихромовая проволока, которая служит нагревательным элементом.

Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса паяльника.

Концы нихромовой спирали соединены с медными проводниками электрического шнура с вилкой на конце. Для обеспечения надежности этого соединения концы нихромовой спирали согнуты и сложены вдвое, что снижает нагрев в месте соединения с медным проводом. В дополнение соединение обжато металлической пластинкой, лучше всего обжим делать из алюминиевой пластины, которая имеет высокую теплопроводность и будет эффективнее отводить тепло от места соединения. Для электрической изоляции на место соединения надевают трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.

Медный стержень и нихромовая спираль закрывается металлическим корпусом, состоящим из двух половинок или сплошной трубки, как на фотографии. Корпус паяльника на трубке фиксируется накидными колечками. На трубку, для защиты руки человека от ожога, насаживается ручка из плохо провидящего тепло материала, дерева или термостойкой пластмассы.

При вставлении вилки паяльника в розетку электрический ток поступает на нихромовый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.

Маломощные транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, микросхемы и тонкие провода паяют паяльником мощностью 12 Вт. Паяльники 40 и 60 Вт служат для пайки мощных и крупногабаритных радиодеталей, толстых проводов и небольших деталей. Для пайки крупных деталей, например, теплообменников газовой колонки, потребуется уже паяльник мощностью сто и более Вт.

Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.

Как видно из схемы, в паяльнике отсутствует возможность регулировки температуры нагрева жала. И даже, если мощность паяльника выбрана правильно, то все равно не факт, что температура жала будет требуемой для пайки, так как длина жала со временем уменьшается за счет постоянной его заправки, припои тоже имеют разные температуры плавления. Поэтому для поддержания оптимальной температуры жала паяльника приходится подключать его через тиристорные регуляторы мощности с ручной регулировкой и автоматическим поддержанием заданной температуры жала паяльника.

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.