Nichrom a fechral jsou dva nejběžnější typy materiálů, ze kterých se vyrábí topná tělesa. V tomto článku jsme shromáždili užitečné výpočty, které mohou být potřebné při návrhu topného tělesa, a můžete také použít kalkulačku pro výpočet wattového zatížení topného tělesa.
Obsah
- Výpočet nichromové spirály
- Metoda výpočtu odporu
- Metoda výpočtu teploty
Výpočet nichromové spirály
Metoda výpočtu odporu
Nejprve se podívejme na výpočet délky nichromového drátu na základě příkonu a elektrického odporu. Nejprve se musíte rozhodnout, jaký proud bude topná spirála vyžadovat. Řekněme, že potřebujeme vyrobit malý ohřívač pro elektrický spotřebič o výkonu 10 W a napětí 12 voltů. Předpokládejme, že máme nichromový drát o průměru průřezu 0,1 mm.
Nejjednodušší výpočet, bez zohlednění zahřívání, se provádí podle vzorce známého ze školního kurzu fyziky:
P = U ∙ I → I = P / U = 10 / 12 = 0,83 A
Ohmův zákon:
R u12d U / I u0,83d 14,5 / XNUMX uXNUMXd XNUMX ohmů.
Když známe plochu průřezu drátu (S) a měrný odpor nichromu (ρ), můžeme vypočítat délku drátu potřebnou k vytvoření spirály:
І = S∙ R/ ρ
Chcete-li zjistit měrný odpor nichromového drátu určitého průměru, můžete použít vzorce nebo hotovou tabulku hodnot. Pro nichrom o průměru 0,1 mm je odpor 14,4 ohmů a plocha průřezu je 0,008 mm2. Pokud pak zadáte hodnoty do vzorce, získáte délku drátu 10 cm.
Chcete-li vypočítat, kolik závitů spirály je třeba vyrobit z příze získané délky, musíte použít následující vzorce:
Vypočítejte délku jedné smyčky rovnou:
Délka vinutí = π∙ (průměr vinutí + 0,5∙průměr průřezu drátu)
Počet cívek = délka drátu / délka cívky
Pokud je tedy průměr vinutí našeho drátu 2 mm, pak
Počet otáček = 100/(3,14*(2+0,05))=15,5 otáček
Teoretické výpočty jsou samozřejmě dobré. Ale v praxi vydrží nichrom s takovým průměrem průřezu takový proud? Níže uvedené tabulky udávají maximální přípustný proud pro konkrétní průměry nichromových závitů při dané teplotě. Zjednodušeně řečeno je třeba určit teplotu, na kterou se má ohřívač šneku zahřát a zvolit jeho průřez podle jmenovitého proudu v tabulce.
Pokud je ohřívač používán v kapalném prostředí, proudová síla může být odebírána 1,2-1,5krát více, a pokud ohřívá uzavřený prostor, měla by se jeho proudová síla snížit.
Metoda výpočtu teploty
Výše popsaný jednoduchý výpočet není dostatečně přesný, protože bereme hodnotu odporu studené cívky. Ale jak se mění teplota, mění se i pevnost materiálu. V tomto případě je také na zvážení, jaké jsou podmínky pro dosažení této teploty. Pro nízké teploty, například v ohřívačích, můžete libovolně použít první metodu výpočtu, ale pro vysoké teploty v odporových pecích bude tato metoda velmi přibližná.
Vypočítejme muflovou spirálu pomocí druhé metody. Nejprve musíte vypočítat objem komory a v závislosti na tom topný výkon. Pro muflové pece platí pravidlo výběru:
- U pecí s objemem do 50 litrů je výkon odebírán rychlostí 100 W na litr.
- U pecí o objemu 100-500 litrů je výkon odebírán rychlostí 50-70 W na litr.
Vezměme si například malou troubu o objemu 50 litrů, pak by měl být výkon trouby 50*100=5000W.
Vypočítejme sílu (I) a odpor (R) proudu pro napájecí napětí 220V.
I = 5000/220 = 22,7 A
R = 220/22,7 = 9,7 Ohm
Pokud připojíte cívky 380V pomocí metody zapojení do hvězdy, pak je potřeba výkon rozdělit do 3 fází, takže budeme mít
Výkon na fázi = 5 kW / 3 = 1,66 kW
U tohoto typu připojení k třífázové síti bude do každé fáze dodáváno 220 V, proud a odpor budou stejné:
I = 1660/220 = 7,54 A
R = 220 / 7,54 = 29,1 Ohm
Pokud se připojení spirál při napětí 380 V provádí metodou „trojúhelníku“, jsou výpočetní vzorce založeny na lineárním napětí 380 V.
I = 1660/380 = 4,36 A
R = 380/4,36 = 87,1 Ohm
Průměr lze vypočítat s přihlédnutím ke specifické hustotě výkonového toku topného článku. Vypočítejme délku topného vlákna tak, že vezmeme měrný odpor z tabulek.
Povrchový výkon = βeff * α (účinnost)
Abychom tedy zahřáli muflovou pec na teplotu 1000 stupňů, potřebujeme spirálu zahřátou na 1100 C. Pomocí tabulek vybereme příslušné hodnoty a získáme:
Povrchový výkon (Vdop)=4,3∙0,2=0,86 W/cm2=8600 W/m2
Průměr je určen vzorcem d= 3 √((4*Rt*P 2 )/(π 2 *U 2 *Вdalší))
Rezistivita materiálu při požadované teplotě (Rt) je převzata z tabulky
Pokud máme nichrom X80H20, Rt se rovná 1,025. Pak Pt = 1,13*106*1,025=1,15*106 Ohm na mm
Pro připojení do hvězdy: průměr = 1,23 mm, délka = 42 m
Hodnoty zkontrolujeme pomocí vzorce L = R/(p*k)
Dostaneme 29,1/(0,82*1,033)=34 m
Vidíme tedy, že ve vzorci bez zohlednění teploty existuje významný rozdíl v získaných hodnotách. Pro správný výběr délky jedné spirály pro připojení hvězdy o délce 42 m pak 3 spirály budou vyžadovat 126 metrů nichromového drátu o průměru 1,3.
Na základě vzorců a kalkulačky můžete rychle vypočítat délku nichromového nebo fechrálního drátu a vypočítat jeho průměr na základě požadovaného výkonu a teploty topného tělesa, ale ani druhý způsob složitějšího výpočtu nezohledňuje množství faktorů. V praxi je po provedení teoretických výpočtů nutné s výsledky manipulovat v souladu s konkrétním použitím ohřívače.
Pro přesný výpočet délky fechralové a nichromové spirály pro topná tělesa a také rady ohledně topných těles kontaktujte naše specialisty telefonicky nebo emailem.