Molto spesso, se vuoi fare o riparare stufa forni elettrici fai-da-te, una persona ha molte domande. Ad esempio, quale diametro prendere il filo, quale dovrebbe essere la sua lunghezza o quale potenza si può ottenere usando un filo o un nastro con determinati parametri, ecc. Con il giusto approccio per risolvere questo problema, è necessario tenere conto di molti parametri, ad esempio la forza della corrente che passa stufa, temperatura di esercizio, tipo di rete elettrica e altro.

Questo articolo fornisce dati di riferimento sui materiali più comuni nella produzione di riscaldatori. forni elettrici, nonché la metodologia e gli esempi del loro calcolo (calcolo dei riscaldatori per forni elettrici).

Riscaldatori. Materiali per la fabbricazione di riscaldatori

Direttamente stufa- uno degli elementi più importanti del forno, è lui che esegue il riscaldamento, ha la temperatura più alta e determina le prestazioni dell'impianto di riscaldamento nel suo insieme. Pertanto, i riscaldatori devono soddisfare una serie di requisiti, elencati di seguito.

Requisiti per i riscaldatori

Requisiti di base per riscaldatori (materiali per riscaldatori):

• I riscaldatori devono avere una resistenza al calore (resistenza all'incrostazione) e una resistenza al calore sufficienti. Resistenza al calore - resistenza meccanica alle alte temperature. Resistenza al calore - resistenza di metalli e leghe alla corrosione del gas ad alte temperature (le proprietà di resistenza al calore e resistenza al calore sono descritte in modo più dettagliato nella pagina).
• Stufa in un forno elettrico deve essere di un materiale ad alta resistività elettrica. parlando linguaggio semplice Maggiore è la resistenza elettrica del materiale, più si riscalda. Pertanto, se prendi un materiale con meno resistenza, hai bisogno di un riscaldatore di maggiore lunghezza e con un'area della sezione trasversale più piccola. Non sempre un riscaldatore sufficientemente lungo può essere posizionato nel forno. Dovrebbe anche essere preso in considerazione maggiore è il diametro del filo da cui è realizzato il riscaldatore, maggiore è la sua durata . Esempi di materiali con un'elevata resistenza elettrica sono leghe di cromo-nichel, leghe di ferro-cromo-alluminio, che sono leghe di precisione con un'elevata resistenza elettrica.
• Un coefficiente di resistenza a bassa temperatura è un fattore essenziale nella scelta di un materiale per un riscaldatore. Ciò significa che quando la temperatura cambia, la resistenza elettrica del materiale stufa non cambia molto. Se il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica è elevato, per accendere il forno a freddo, è necessario utilizzare trasformatori che inizialmente forniscano una tensione ridotta.
• Le proprietà fisiche dei materiali del riscaldatore devono essere costanti. Alcuni materiali, come il carborundum, che è un riscaldatore non metallico, possono cambiare le loro proprietà nel tempo. Proprietà fisiche, in particolare la resistenza elettrica, che complica le condizioni del loro funzionamento. Per stabilizzare la resistenza elettrica vengono utilizzati trasformatori con un numero elevato di gradini e un intervallo di tensione.
• I materiali metallici devono avere buone proprietà tecnologiche, ovvero duttilità e saldabilità, in modo da poter essere trasformati filo, nastro e dal nastro - elementi riscaldanti di configurazione complessa. Anche riscaldatori può essere fatto da non metalli. I riscaldatori non metallici vengono pressati o modellati in un prodotto finito.

Materiali per la fabbricazione di riscaldatori

I più adatti e più utilizzati nella produzione di resistenze per forni elettrici sono leghe di precisione ad alta resistenza elettrica. Questi includono leghe a base di cromo e nichel ( cromo-nichel), ferro, cromo e alluminio ( ferro-cromo-alluminio). I gradi e le proprietà di queste leghe sono discussi in “Leghe di precisione. Segni". I rappresentanti delle leghe di cromo-nichel sono i gradi Kh20N80, Kh20N80-N (950-1200 ° C), Kh15N60, Kh15N60-N (900-1125 ° С), ferro-cromoalluminio - gradi Kh23Yu5T (950-1400 ° С), Kh27Yu5T ( 950-1350 °C), X23Yu5 (950-1200 °C), X15Yu5 (750-1000 °C). Esistono anche leghe ferro-cromo-nichel - Kh15N60Yu3, Kh27N70YuZ.

Le leghe sopra elencate hanno buone proprietà di resistenza al calore e resistenza al calore, quindi possono lavorare ad alte temperature. Buona resistenza al calore fornisce una pellicola protettiva di ossido di cromo, che si forma sulla superficie del materiale. La temperatura di fusione del film è superiore alla temperatura di fusione della lega stessa; non si screpola se riscaldata e raffreddata.

Portiamo caratteristica comparativa nicromo e fecrale.
Vantaggi del nicromo:

• buone proprietà meccaniche sia alle basse che alle alte temperature;
• la lega è resistente al creep;
• ha buone proprietà tecnologiche: duttilità e saldabilità;
• ben elaborato;
• non invecchia, non magnetico.

Svantaggi del nicromo:

• alto prezzo nichel - uno dei componenti principali della lega;
• temperature di esercizio inferiori rispetto a Fechral.

Vantaggi di fechral:

• lega più economica rispetto al nichelcromo, tk. non contiene ;
• ha una resistenza al calore migliore rispetto al nichelcromo, ad esempio, Fechral X23Yu5T può funzionare a temperature fino a 1400 °C (1400 °C è la temperatura massima di esercizio per un riscaldatore in filo Ø 6,0 mm o più; Ø 3,0 - 1350 °C; Ø 1,0 - 1225 °С; Ø 0,2 - 950 °С).

Svantaggi fecrali:

• lega fragile e fragile, queste proprietà negative sono particolarmente pronunciate dopo che la lega è stata a una temperatura superiore a 1000 ° C;
• perché fechral ha il ferro nella sua composizione, quindi questa lega è magnetica e può arrugginire in atmosfera umida a temperature normali;
• ha una bassa resistenza allo scorrimento;
• interagisce con il rivestimento in argilla refrattaria e gli ossidi di ferro;
• I riscaldatori Fechral si allungano notevolmente durante il funzionamento.

Anche confronto di leghe fecrale e nichelcromo prodotto nell'articolo.

A tempi recenti sono state sviluppate leghe del tipo Kh15N60Yu3 e Kh27N70YuZ, ovvero con l'aggiunta del 3% di alluminio, che ha notevolmente migliorato la resistenza al calore delle leghe, e la presenza di nichel ha praticamente eliminato gli svantaggi delle leghe ferro-cromo-alluminio. Le leghe Kh15N60YuZ, Kh27N60YUZ non interagiscono con chamotte e ossidi di ferro, sono abbastanza ben lavorate, meccanicamente resistenti, non fragili. La temperatura massima di esercizio della lega X15N60YUZ è di 1200 °C.

Oltre alle leghe sopra elencate a base di nichel, cromo, ferro, alluminio, per la fabbricazione di riscaldatori vengono utilizzati anche altri materiali: metalli refrattari e non metalli.

Tra i non metalli per la produzione di riscaldatori vengono utilizzati carborundum, disiliciuro di molibdeno, carbone e grafite. I riscaldatori al carborundum e al disiliciuro di molibdeno sono utilizzati nei forni ad alta temperatura. Nei forni con atmosfera protettiva vengono utilizzati riscaldatori a carbone e grafite.

Tra i materiali refrattari, il tantalio e il niobio possono essere usati come riscaldatori. In forni ad alta temperatura sottovuoto e in atmosfera protettiva, riscaldatori al molibdeno e tungsteno. I riscaldatori al molibdeno possono funzionare fino a una temperatura di 1700 °C sotto vuoto e fino a 2200 °C in atmosfera protettiva. Questa differenza di temperatura è dovuta all'evaporazione del molibdeno a temperature superiori a 1700 °C sotto vuoto. I riscaldatori al tungsteno possono funzionare fino a 3000 °C. In casi speciali vengono utilizzati riscaldatori al tantalio e niobio.

Calcolo dei riscaldatori di forni elettrici

Solitamente i dati iniziali sono la potenza che i riscaldatori devono fornire, la temperatura massima richiesta per l'attuazione del relativo processo tecnologico (tempra, tempra, sinterizzazione, ecc.) e l'ingombro dell'area di lavoro del forno elettrico. Se la potenza del forno non è impostata, può essere determinata dalla regola pratica. Durante il calcolo dei riscaldatori, è necessario ottenere il diametro e la lunghezza (per il filo) o l'area e la lunghezza della sezione trasversale (per il nastro), necessari per fabbricazione di riscaldatori.

È anche necessario determinare il materiale da cui realizzare riscaldatori(questo articolo non è considerato nell'articolo). In questo articolo, la lega di precisione cromo-nichel ad alta resistenza elettrica è considerata un materiale per riscaldatori, che è uno dei più popolari nella produzione di elementi riscaldanti.

Determinazione del diametro e della lunghezza del riscaldatore (filo di nichelcromo) per una data potenza del forno (calcolo semplice)

Forse l'opzione più semplice calcolo del riscaldatore di nicromo è la scelta del diametro e della lunghezza a una data potenza del riscaldatore, della tensione di alimentazione della rete, nonché della temperatura che avrà il riscaldatore. Nonostante la semplicità del calcolo, ha una caratteristica, a cui presteremo attenzione di seguito.

Un esempio di calcolo del diametro e della lunghezza dell'elemento riscaldante

Dati iniziali:
Potenza del dispositivo P = 800 W; tensione di rete u = 220 V; temperatura del riscaldatore 800 °C. Il filo di nichelcromo X20H80 viene utilizzato come elemento riscaldante.

1. Per prima cosa devi determinare la forza attuale che passerà attraverso l'elemento riscaldante:
I=P/U \u003d 800 / 220 \u003d 3,63 A.

2. Ora devi trovare la resistenza del riscaldatore:
R=U/I = 220 / 3,63 = 61 ohm;

3. In base al valore ottenuto al comma 1 della corrente transitante riscaldatore in nichelcromo, è necessario selezionare il diametro del filo. E questo momento è importante. Se, ad esempio, viene utilizzato un filo di nichelcromo con un diametro di 0,4 mm con un'intensità di corrente di 6 A, si brucerà. Pertanto, calcolata la forza di corrente, è necessario selezionare dalla tabella il valore appropriato del diametro del filo. Nel nostro caso, per un'intensità di corrente di 3,63 A e una temperatura del riscaldatore di 800 ° C, selezioniamo un filo di nichelcromo con un diametro d = 0,35 mm e area della sezione trasversale S \u003d 0,096 mm 2.

Regola generale per la scelta del diametro del filo può essere formulato come segue: è necessario scegliere un filo la cui forza di corrente consentita non sia inferiore alla forza di corrente calcolata che passa attraverso il riscaldatore. Per salvare il materiale del riscaldatore, è necessario scegliere un filo con la corrente consentita più alta (rispetto a quella calcolata) più vicina.

Tabella 1

Corrente consentita che passa attraverso un riscaldatore a filo di nichelcromo, corrispondente a determinate temperature di riscaldamento del filo sospeso orizzontalmente in aria calma a temperatura normale

Diametro, mm	Area della sezione trasversale del filo di nichelcromo, mm 2	Temperatura di riscaldamento del filo di nichelcromo, °C
		200	400	600	700	800	900	1000
		Corrente massima consentita, A
5	19,6	52	83	105	124	146	173	206
4	12,6	37,0	60,0	80,0	93,0	110,0	129,0	151,0
3	7,07	22,3	37,5	54,5	64,0	77,0	88,0	102,0
2,5	4,91	16,6	27,5	40,0	46,6	57,5	66,5	73,0
2	3,14	11,7	19,6	28,7	33,8	39,5	47,0	51,0
1,8	2,54	10,0	16,9	24,9	29,0	33,1	39,0	43,2
1,6	2,01	8,6	14,4	21,0	24,5	28,0	32,9	36,0
1,5	1,77	7,9	13,2	19,2	22,4	25,7	30,0	33,0
1,4	1,54	7,25	12,0	17,4	20,0	23,3	27,0	30,0
1,3	1,33	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,2	1,13	6,0	9,8	14,0	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	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
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	5,0	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	2,0	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	1,0

Nota :

• se i riscaldatori si trovano all'interno del liquido riscaldato, il carico (corrente consentita) può essere aumentato di 1,1 - 1,5 volte;
• quando i riscaldatori sono chiusi (ad esempio nei forni elettrici a camera), è necessario ridurre il carico di 1,2 - 1,5 volte (si prende un coefficiente più piccolo per un filo più spesso, uno più grande per uno sottile).

4. Quindi, determinare la lunghezza del filo di nichelcromo.
R = ρl/S ,
dove R - resistenza elettrica del conduttore (riscaldatore) [Ohm], ρ - resistività elettrica del materiale del riscaldatore [Ohm mm 2/m], l - lunghezza conduttore (riscaldatore) [mm], S - area della sezione trasversale del conduttore (riscaldatore) [mm 2].

Quindi, otteniamo la lunghezza del riscaldatore:
l = R S / ρ \u003d 61 0,096 / 1,11 \u003d 5,3 m.

A questo esempio il filo di nichelcromo Ø 0,35 mm viene utilizzato come riscaldatore. Secondo "Filo in leghe di precisione ad alta resistenza elettrica. Specifiche" valore nominale la resistività elettrica del filo di nichelcromo marca X20N80 è di 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ \u003d 1,1 Ohm mm 2 / m), vedi tabella. 2.

Il risultato dei calcoli è la lunghezza richiesta del filo di nichelcromo, che è di 5,3 m, diametro - 0,35 mm.

Tavolo 2

Determinazione del diametro e della lunghezza del riscaldatore (filo di nichelcromo) per un determinato forno (calcolo dettagliato)

Il calcolo presentato in questo paragrafo è più complesso di quello sopra. Qui terremo conto dei parametri aggiuntivi dei riscaldatori, proveremo a capire le opzioni per collegare i riscaldatori a una rete di corrente trifase. Il calcolo del riscaldatore verrà effettuato sull'esempio di un forno elettrico. Lascia che i dati iniziali siano le dimensioni interne del forno.

1. La prima cosa da fare è calcolare il volume della camera all'interno del forno. In questo caso, prendiamo h = 490 mm, d = 350 mm e l = 350 mm (rispettivamente altezza, larghezza e profondità). Quindi, otteniamo il volume V = h d l \u003d 490 350 350 \u003d 60 10 6 mm 3 \u003d 60 l (una misura del volume).

2. Successivamente, è necessario determinare la potenza che il forno dovrebbe erogare. La potenza è misurata in Watt (W) ed è determinata da regola del pollice: per un forno elettrico con volume di 10 - 50 litri, la potenza specifica è di 100 W/l (Watt per litro di volume), con un volume di 100 - 500 litri - 50 - 70 W/l. Prendiamo in considerazione la potenza specifica di 100 W/l per il forno in esame. Pertanto, dovrebbe essere la potenza del riscaldatore del forno elettrico P \u003d 100 60 \u003d 6000 W \u003d 6 kW.

Va notato che con una potenza di 5-10 kW riscaldatori sono solitamente realizzati in monofase. Ad alte potenze, per un carico uniforme della rete, i riscaldatori sono realizzati trifase.

3. Quindi è necessario trovare la forza della corrente che passa attraverso il riscaldatore I=P/U , dove P - potenza del riscaldatore, u - la tensione sul riscaldatore (tra le sue estremità) e la resistenza del riscaldatore R=U/I .

Ci potrebbe essere due opzioni per il collegamento alla rete elettrica:

• a una rete domestica di corrente monofase - quindi u = 220 V;
• alla rete industriale di corrente trifase - u = 220 V (tra neutro e fase) oppure u = 380 V (tra due fasi qualsiasi).

Inoltre, il calcolo verrà effettuato separatamente per i collegamenti monofase e trifase.

I=P/U \u003d 6000 / 220 \u003d 27,3 A - la corrente che passa attraverso il riscaldatore.
Quindi è necessario determinare la resistenza del riscaldatore del forno.
R=U/I \u003d 220 / 27,3 \u003d 8,06 ohm.

Figura 1 Riscaldatore a filo in una rete di corrente monofase

I valori desiderati del diametro del filo e la sua lunghezza saranno determinati nel paragrafo 5 di questo paragrafo.

Con questo tipo di collegamento il carico viene distribuito uniformemente su tre fasi, ovvero 6 / 3 = 2 kW per fase. Quindi abbiamo bisogno di 3 riscaldatori. Successivamente, è necessario scegliere il metodo di collegamento diretto dei riscaldatori (carico). Ci possono essere 2 modi: “STELLA” o “TRIANGOLO”.

Vale la pena notare che in questo articolo le formule per calcolare la forza attuale ( io ) e resistenza ( R ) per una rete trifase non sono scritti nella forma classica. Ciò viene fatto per non complicare la presentazione del materiale sul calcolo dei riscaldatori con termini e definizioni elettriche (ad esempio, tensioni e correnti di fase e lineari e la relazione tra loro non vengono menzionate). L'approccio classico e le formule per il calcolo dei circuiti trifase si trovano nella letteratura specializzata. In questo articolo vengono nascoste al lettore alcune trasformazioni matematiche effettuate su formule classiche e ciò non ha alcun effetto sul risultato finale.

Quando si collega il tipo "STAR" il riscaldatore è collegato tra fase e zero (vedi Fig. 2). Di conseguenza, la tensione alle estremità del riscaldatore sarà u = 220 V.
I=P/U \u003d 2000 / 220 \u003d 9,10 A.
R=U/I = 220 / 9,10 = 24,2 ohm.

Figura 2 Riscaldatore a filo in una rete a corrente trifase. Collegamento secondo lo schema "STAR".

Quando si collega il tipo "TRIANGOLO" il riscaldatore è collegato tra due fasi (vedi fig. 3). Di conseguenza, la tensione alle estremità del riscaldatore sarà u = 380 V.
La corrente che passa attraverso il riscaldatore è
I=P/U \u003d 2000 / 380 \u003d 5,26 A.
Resistenza di un riscaldatore -
R=U/I \u003d 380 / 5,26 \u003d 72,2 ohm.

Figura 3 Riscaldatore del filo in una rete di corrente trifase. Collegamento secondo lo schema "TRIANGOLO"

4. Dopo aver determinato la resistenza del riscaldatore con un opportuno allacciamento alla rete elettrica scegli il diametro e la lunghezza del filo.

Quando si determinano i parametri di cui sopra, è necessario analizzare potenza superficiale specifica del riscaldatore, cioè. potenza dissipata per unità di superficie. La potenza superficiale del riscaldatore dipende dalla temperatura del materiale riscaldato e dal design dei riscaldatori.

Esempio
Dai precedenti punti di calcolo (vedi paragrafo 3 di questo paragrafo), conosciamo la resistenza del riscaldatore. Per un forno da 60 litri con attacco monofase, lo è R = 8,06 ohm. Ad esempio, prendi un diametro di 1 mm. Quindi, per ottenere la resistenza richiesta, è necessario l = R / p \u003d 8,06 / 1,4 \u003d 5,7 m di filo di nichelcromo, dove ρ - il valore nominale della resistenza elettrica di 1 m del filo in [Ohm/m]. La massa di questo pezzo di filo di nichelcromo sarà m = lμ \u003d 5,7 0,007 \u003d 0,0399 kg \u003d 40 g, dove μ - peso di 1 m di filo. Ora è necessario determinare la superficie di un pezzo di filo lungo 5,7 m. S = lπ d \u003d 570 3,14 0,1 \u003d 179 cm 2, dove l – lunghezza filo [cm], d – diametro del filo [cm]. Pertanto, 6 kW dovrebbero essere assegnati da un'area di 179 cm 2. Risolvendo una semplice proporzione, otteniamo che la potenza viene rilasciata da 1 cm 2 β=P/S \u003d 6000 / 179 \u003d 33,5 W, dove β - potenza superficiale del riscaldatore.

La potenza superficiale risultante è troppo elevata. Stufa si scioglierà se viene riscaldato a una temperatura tale da fornire il valore ottenuto di potenza superficiale. Questa temperatura sarà superiore al punto di fusione del materiale del riscaldatore.

L'esempio riportato è una dimostrazione dell'errata scelta del diametro del filo che verrà utilizzato per realizzare il riscaldatore. Nel paragrafo 5 di questo paragrafo verrà fornito un esempio con la corretta selezione del diametro.

Per ogni materiale, a seconda della temperatura di riscaldamento richiesta, viene determinato il valore consentito della potenza superficiale. Può essere determinato utilizzando tabelle o grafici speciali. Le tabelle vengono utilizzate in questi calcoli.

Per forni ad alta temperatura(a una temperatura superiore a 700 - 800 ° C) la potenza superficiale ammissibile, W / m 2, è pari a β aggiungi \u003d β eff α , dove beta eff - potenza superficiale dei riscaldatori in base alla temperatura del mezzo che riceve il calore [W / m 2 ], α è il fattore di efficienza della radiazione. beta eff è selezionato secondo la tabella 3, α - secondo la tabella 4.

Se una forno a bassa temperatura(temperatura inferiore a 200 - 300 °C), quindi la potenza superficiale ammissibile può essere considerata pari a (4 - 6) · 10 4 W / m 2.

Tabella 3

Potenza superficiale specifica effettiva dei riscaldatori a seconda della temperatura del mezzo che riceve il calore

Temperatura della superficie ricevente il calore, °C	β eff, W/cm 2 alla temperatura del riscaldatore, °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	19,0	21,8	24,9	28,4	36,3
200	5,9	7,15	8,55	10,15	12,0	14,0	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	16,0	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	24,0	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	10,0	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	3,0	4,8	6,85	9,1	11,7	14,5	17,6	21,0	29,0
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	26,0
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	12,0	19,8
1150	-	-	-	-	-	-	-	-	2,85	5,95	9,4	17,55
1200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,15	6,55	14,55
1300	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	7,95

Tabella 4

Spirali di filo, semichiuse nelle scanalature del rivestimento

Spirali di filo su scaffali in tubi

Riscaldatori a filo a zigzag (asta).

Assumiamo che la temperatura del riscaldatore sia 1000 °C e vogliamo riscaldare il pezzo a una temperatura di 700 °C. Quindi, secondo la tabella 3, selezioniamo beta eff \u003d 8,05 W / cm 2, α = 0,2, β aggiungi \u003d β eff α \u003d 8,05 0,2 \u003d 1,61 W / cm 2 \u003d 1,61 10 4 W / m 2.

5. Dopo aver determinato la potenza superficiale consentita del riscaldatore, è necessario trova il suo diametro(per riscaldatori a filo) o larghezza e spessore(per riscaldatori a nastro), nonché lunghezza.

Il diametro del filo può essere determinato utilizzando la seguente formula: d - diametro del filo, [m]; P - potenza del riscaldatore, [W]; u - tensione ai capi del riscaldatore, [V]; β aggiungere - potenza superficiale ammissibile del riscaldatore, [W/m 2 ]; t - resistività materiale del riscaldatore a una data temperatura, [Ohm m].
ρ t = ρ 20 k , dove ρ 20 - resistività elettrica del materiale del riscaldatore a 20 °C, [Ohm m] K - fattore di correzione per il calcolo della variazione della resistenza elettrica in funzione della temperatura (di ).

La lunghezza del filo può essere determinata dalla seguente formula:
l - lunghezza del filo, [m].

Selezioniamo il diametro e la lunghezza del filo da nichelcromo Х20Н80. La resistenza elettrica specifica del materiale del riscaldatore è
ρ t = ρ 20 k \u003d 1,13 10 -6 1,025 \u003d 1,15 10 -6 Ohm m.

Rete elettrica domestica monofase
Per una stufa da 60 litri collegata a una rete domestica di corrente monofase, è noto dai precedenti passaggi di calcolo che la potenza della stufa è P \u003d 6000 W, tensione alle estremità del riscaldatore - u = 220 V, potenza del riscaldatore di superficie consentita β aggiungere \u003d 1,6 10 4 W / m 2. Allora arriviamo

La dimensione risultante deve essere arrotondata per eccesso allo standard più grande più vicino. Le dimensioni standard per il filo di nicromo e fechral possono essere trovate in. Appendice 2, Tabella 8. In questo caso, la misura standard più grande più vicina è Ø 2,8 mm. Diametro del riscaldatore d = 2,8 mm.

Lunghezza del riscaldatore l = 43 m.

A volte è anche necessario determinare la massa della quantità di filo richiesta.
m = lμ , dove m - massa di un pezzo di filo, [kg]; l - lunghezza del filo, [m]; μ - peso specifico (massa di 1 metro di filo), [kg/m].

Nel nostro caso, la massa del riscaldatore m = lμ \u003d 43 0,052 \u003d 2,3 kg.

Questo calcolo fornisce il diametro minimo del filo al quale può essere utilizzato come riscaldatore in determinate condizioni.. Dal punto di vista del risparmio di materiale, un tale calcolo è ottimale. In questo caso si può utilizzare anche filo di diametro maggiore, ma poi la sua quantità aumenterà.

Visita medica
Risultati di calcolo può essere verificato nel seguente modo. È stato ottenuto un diametro del filo di 2,8 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρ k) \u003d 8,06 / (0,179 1,025) \u003d 43 m, dove l - lunghezza del filo, [m]; R - resistenza del riscaldatore, [Ohm]; ρ - valore nominale della resistenza elettrica di 1 m di filo, [Ohm/m]; K - fattore di correzione per il calcolo della variazione della resistenza elettrica in funzione della temperatura.
Valore datoè uguale al valore ottenuto da un altro calcolo.

Ora è necessario verificare se la potenza superficiale del riscaldatore che abbiamo scelto non supererà la potenza superficiale consentita, che è stata trovata nel passaggio 4. β=P/S \u003d 6000 / (3,14 4300 0,28) \u003d 1,59 L / cm 2. Valore ricevuto β \u003d 1,59 W / cm 2 non supera β aggiungere \u003d 1,6 W / cm 2.

Risultati
Pertanto, il riscaldatore richiederà 43 metri di filo di nichelcromo X20H80 con un diametro di 2,8 mm, ovvero 2,3 kg.

Rete industriale in corrente trifase
Puoi anche trovare il diametro e la lunghezza del filo necessario per la produzione di riscaldatori per forni collegati a una rete di corrente trifase.

Come descritto al punto 3, ciascuno dei tre riscaldatori ha una potenza di 2 kW. Trova il diametro, la lunghezza e la massa di un riscaldatore.

Collegamento a STELLA(vedi fig. 2)

In questo caso, la misura standard più grande più vicina è Ø 1,4 mm. Diametro del riscaldatore d = 1,4 mm.

Lunghezza di un riscaldatore l = 30 m.
Peso di un riscaldatore m = lμ \u003d 30 0,013 \u003d 0,39 kg.

Visita medica
È stato ottenuto un diametro del filo di 1,4 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρ k) \u003d 24,2 / (0,714 1,025) \u003d 33 m.

β=P/S \u003d 2000 / (3,14 3000 0,14) \u003d 1,52 W / cm 2, non supera il consentito.

Risultati
Per tre riscaldatori collegati secondo lo schema "STAR", avrai bisogno
l \u003d 3 30 \u003d 90 m di filo, che è
m \u003d 3 0,39 \u003d 1,2 kg.

Tipo di connessione “TRIANGOLO”(vedi fig. 3)

In questo caso, la misura standard più grande più vicina è Ø 0,95 mm. Diametro del riscaldatore d = 0,95 mm.

Lunghezza di un riscaldatore l = 43 m.
Peso di un riscaldatore m = lμ \u003d 43 0,006 \u003d 0,258 kg.

Visita medica
È stato ottenuto un diametro del filo di 0,95 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρ k) \u003d 72,2 / (1,55 1,025) \u003d 45 m.

Questo valore coincide quasi con il valore ottenuto a seguito di un altro calcolo.

La potenza di superficie sarà β=P/S \u003d 2000 / (3,14 4300 0,095) \u003d 1,56 W / cm 2, non supera il consentito.

Risultati
Per tre riscaldatori collegati secondo lo schema "TRIANGOLO", sarà necessario
l \u003d 3 43 \u003d 129 m di filo, che è
m \u003d 3 0,258 \u003d 0,8 kg.

Se confrontiamo le 2 opzioni discusse sopra per il collegamento di riscaldatori a una rete di corrente trifase, possiamo vederlo "STAR" richiede un filo di diametro maggiore rispetto a "TRIANGLE" (1,4 mm contro 0,95 mm) per raggiungere una data potenza del forno di 6 kW. in cui la lunghezza richiesta del filo di nichelcromo quando collegato secondo lo schema "STAR" è inferiore alla lunghezza del filo quando si collega il tipo "TRIANGOLO"(90 m contro 129 m), e la massa richiesta, invece, è maggiore (1,2 kg contro 0,8 kg).

Calcolo a spirale

Durante il funzionamento, il compito principale è posizionare il riscaldatore della lunghezza stimata nello spazio limitato del forno. Il filo nicromo e fecrale è avvolto a forma di spirale o piegato a forma di zigzag, il nastro è piegato a forma di zigzag, che consente di adattare più materiale (lungo la lunghezza) nella camera di lavoro. L'opzione più comune è la spirale.

I rapporti tra il passo della spirale e il suo diametro e il diametro del filo sono scelti in modo tale da facilitare il posizionamento dei riscaldatori nel forno, assicurarne una sufficiente rigidità, escludere nella massima misura possibile surriscaldamenti locali del giri della spirale stessa e allo stesso tempo non ostacolano il trasferimento di calore dagli stessi ai prodotti.

Maggiore è il diametro della spirale e minore il suo passo, più facile è posizionare i riscaldatori nel forno, ma con un aumento del diametro, la forza della spirale diminuisce e la tendenza delle sue spire a giacere sopra ciascuna altri aumenti. Con l'aumentare della frequenza di avvolgimento, invece, aumenta l'effetto schermante della parte delle sue spire rivolta ai prodotti sul resto e, di conseguenza, si deteriora l'utilizzo della sua superficie e possono verificarsi anche surriscaldamenti locali.

La pratica ha stabilito rapporti consigliati e ben definiti tra il diametro del filo ( d ), fare un passo ( t ) e il diametro della spirale ( D ) per filo da Ø 3 a 7 mm. Questi rapporti sono i seguenti: t ≥ 2d e D = (7÷10) d per nichelcromo e D = (4÷6) d - per leghe ferro-cromo-alluminio meno durevoli, come fechral, ​​ecc. Per fili più sottili, il rapporto D e d , così come t di solito ne prendi di più.

Conclusione

L'articolo ha discusso vari aspetti relativi a calcolo delle resistenze elettriche dei forni- materiali, esempi di calcolo con i dati di riferimento necessari, riferimenti a norme, illustrazioni.

Negli esempi, solo metodi di calcolo riscaldatori a filo. Oltre al filo di leghe di precisione, il nastro può essere utilizzato anche per la produzione di riscaldatori.

Il calcolo dei riscaldatori non si limita alla scelta delle loro dimensioni. Anche è necessario determinare il materiale con cui deve essere realizzato il riscaldatore, il tipo di riscaldatore (filo o nastro), il tipo di posizione dei riscaldatori e altre caratteristiche. Se il riscaldatore è realizzato a forma di spirale, è necessario determinare il numero di giri e il passo tra di loro.

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Bibliografia

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• http://www.horss.ru/h6.php?p=45
• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html

Quando si completa questa attività, è necessario:

2. Analizza la colonna di sinistra e renditi conto di cosa caratterizzano i valori dati (proprietà del corpo, interazione, stato, cambiamento di stato, ecc.). In questo esempio, i valori di cui sopra caratterizzano lo stato del corpo e il loro cambiamento è associato a un cambiamento di stato.

3. Analizzare il processo descritto nella condizione e confrontare le quantità fisiche con la natura del loro cambiamento in questo processo.

4. Scrivi nella tabella i numeri degli elementi selezionati della colonna di destra.

Compiti per lavoro autonomo

147. La palla di piombo viene raffreddata in frigorifero. Come cambiano in questo caso l'energia interna della palla, la sua massa e la densità della sostanza della palla?

Per ogni grandezza fisica, determinare la natura appropriata del cambiamento.

1) aumentato

2) diminuito

3) non è cambiato

Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti.

I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

ENERGIA INTERNA	DENSITÀ DELLA SOSTANZA

Il nichelcromo fu inventato nel 1905 da Albert Marsh, che combinava nichel (80%) e cromo (20%). Oggi ci sono una decina di modifiche di leghe di vari gradi. Come droganti aggiuntivi vengono aggiunti alluminio, manganese, ferro, silicio, titanio, molibdeno, ecc.. Grazie alle sue eccezionali qualità, questo metallo è diventato ampiamente utilizzato per la produzione di ingegneria elettrica.

Le principali qualità del nicromo

Nichrome è diverso:

• elevata resistenza al calore. Ad alte temperature, le sue proprietà meccaniche non cambiano;
• plasticità, che consente la produzione di spirali di nichelcromo, fili, nastri, fili dalla lega;
• facilità di elaborazione. I prodotti in nichelcromo sono ben saldati, stampati;
• elevata resistenza alla corrosione in vari ambienti.
• la resistenza al nicromo è elevata.

Proprietà di base

• La densità è 8200-8500 kg/m3.
• Il punto di fusione del nicromo è 1400 C.
• La temperatura massima di esercizio è di 1100°C.
• Forza - 650-700 MPa.
• La resistenza specifica del nicromo è 1,05-1,4 ohm.

Marcatura del filo di nichelcromo

Il filo di nichelcromo è un materiale eccellente per vari elementi riscaldanti elettrici, utilizzati in quasi tutti i settori. Quasi tutti i dispositivi di riscaldamento domestici hanno elementi in nichelcromo.

Contrassegno della lettera del filo:

• "H" - viene utilizzato, di regola, negli elementi riscaldanti.
• "C" - utilizzato negli elementi di resistenza.
• "TEN" - è destinato ai riscaldatori elettrici tubolari.

Secondo gli standard nazionali, ci sono diversi marchi principali:

• Doppio filo Х20Н80. La composizione della lega comprende: nichel - 74%, cromo - 23%, nonché 1% ciascuno di ferro, silicio e manganese.
• Triplo Х15Н60. La lega è composta per il 60% da nichel e per il 15% da cromo. Il terzo componente è il ferro (25%). La saturazione della lega con il ferro consente di ridurre significativamente il costo del nicromo, il cui prezzo è piuttosto elevato, e allo stesso tempo di mantenerne la resistenza al calore. Inoltre, la sua lavorabilità è aumentata.
• La versione più economica del nichelcromo è X25H20. È una lega ricca di ferro in cui vengono mantenute le proprietà meccaniche, ma la temperatura di esercizio è limitata a 900°C.

L'uso del nicromo

Grazie alla loro alta qualità e alle caratteristiche uniche, i prodotti in nicromo possono essere utilizzati dove sono necessarie affidabilità, robustezza, resistenza ad ambienti chimicamente aggressivi e temperature molto elevate.

Le spirali e il filo in nichelcromo sono parte integrante di quasi tutti i tipi di dispositivi di riscaldamento. Il nichelcromo è presente in tostapane, panifici, stufe, forni. La lega ha anche trovato impiego in resistori e reostati operanti ad alte temperature. C'è il nichelcromo nelle lampade elettriche e nei saldatori. Le spirali in nichelcromo hanno una resistenza al calore e una resistenza significativa, che consente loro di essere utilizzate in forni di essiccazione e cottura ad alta temperatura.

Trova applicazione e rottami di nicromo. Viene fuso e il materiale viene riutilizzato. Viene utilizzata una lega di nichel e cromo laboratori chimici. Questa composizione non reagisce con la maggior parte degli alcali e degli acidi. Le bobine di riscaldamento al nichelcromo deformate sono utilizzate nelle sigarette elettroniche.

Rispetto al ferro precedentemente utilizzato per questi scopi, i prodotti in nicromo sono più sicuri, non fanno scintille, non arrugginiscono e non presentano zone fuse.

Il punto di fusione del nicromo è di 1400°C, quindi durante la cottura non si avvertono odori e fumi.

Gli ingegneri stanno ancora esplorando le proprietà uniche di questo materiale, ampliandone costantemente la portata.

In casa, il filo di nichelcromo viene utilizzato per realizzare attrezzature fatte in casa, seghetti alternativi e tronchesi, come ad esempio una macchina per tagliare la schiuma o il legno, un saldatore, un bruciatore a legna, saldatrici, stufe domestiche, ecc.

Il più popolare è il filo X20H80 e X15H60.

Dove posso acquistare il filo di nichelcromo

Questo prodotto è venduto in rotoli (bobine, bobine) o sotto forma di nastro. La sezione trasversale del filo di nichelcromo può avere la forma di un ovale, un cerchio, un quadrato e anche un trapezio, il diametro è compreso tra 0,1 e 1 millimetro.

Dove acquistare o acquistare prodotti in nicromo? Offriamo di considerare le opzioni più comuni e possibili:

1. Prima di tutto, puoi contattare l'organizzazione che produce questi prodotti ed effettuare un ordine. Puoi scoprire l'indirizzo esatto di tali imprese in informazioni speciali su beni e servizi, che sono disponibili in quasi tutti principali città e insediamenti. L'operatore sarà in grado di suggerire dove acquistare e fornirà un numero di telefono. Inoltre, le informazioni sulla gamma di tali prodotti sono disponibili sui siti Web ufficiali dei produttori.
2. Puoi acquistare prodotti in nicromo in negozi specializzati, ad esempio vendendo componenti radio, materiale per artigiani come "Skillful Hands", ecc.


3. Acquista da privati ​​che vendono componenti radio, pezzi di ricambio e altri prodotti in metallo.
4. Qualsiasi negozio di ferramenta.
5. Sul mercato, puoi acquistare qualche vecchio dispositivo, ad esempio un reostato da laboratorio, e prendere il nicromo.
6. Il filo di nichelcromo si trova anche a casa. Ad esempio, è da esso che viene ricavata una spirale di piastrelle elettriche.

Se devi effettuare un ordine di grandi dimensioni, la prima opzione è la più adatta. Se hai bisogno di una piccola quantità di filo di nichelcromo, in questo caso, puoi considerare tutti gli altri elementi della lista. Al momento dell'acquisto, assicurati di prestare attenzione all'etichettatura.

Avvolgimento a spirale in nichelcromo

Oggi, una bobina di nichelcromo è uno degli elementi principali di molti dispositivi di riscaldamento. Dopo il raffreddamento, il nicromo è in grado di mantenere la sua plasticità, in modo che una spirale di tale materiale possa essere facilmente rimossa, cambiata di forma o, se necessario, adattata a una dimensione adeguata. Avvolgere la spirale ambiente industriale effettuata automaticamente. A casa, puoi anche eseguire la carica manuale. Diamo un'occhiata più da vicino a come farlo.

Se i parametri della spirale di nichelcromo finita nelle sue condizioni di lavoro non sono troppo importanti, durante l'avvolgimento è possibile effettuare un calcolo, per così dire, "a occhio". Per fare ciò, selezionare il numero di giri richiesto in base al riscaldamento del filo di nichelcromo, includendo periodicamente una spirale nella rete e riducendo o aumentando il numero di giri. Questa procedura di avvolgimento è molto semplice, ma può richiedere molto tempo e parte del nicromo viene sprecato.

Per aumentare la semplicità e la precisione del calcolo dell'avvolgimento della spirale, puoi utilizzare uno speciale calcolatore online.

Dopo aver calcolato il numero di giri richiesto, puoi iniziare ad avvolgere sull'asta. Senza tagliare il filo, collegare accuratamente la bobina di nichelcromo alla sorgente di tensione. Quindi controlla la correttezza dei calcoli per l'avvolgimento della spirale. È importante considerare che per le spirali di tipo chiuso, la lunghezza dell'avvolgimento deve essere aumentata di un terzo del valore ottenuto nel calcolo.

Per garantire la stessa distanza tra le spire adiacenti, è necessario inserire l'avvolgimento in 2 fili: uno è in nichelcromo, il secondo è qualsiasi rame o alluminio, con un diametro uguale alla distanza desiderata. Quando l'avvolgimento è completato, il filo ausiliario deve essere avvolto con cura.

Il costo del nichelcromo

L'unico inconveniente che ha il nicromo è il prezzo. Quindi, una lega bicomponente se acquistata al dettaglio è stimata in circa 1.000 rubli per chilogrammo. Il costo dei francobolli in nicromo con una legatura è di circa 500-600 rubli.

Conclusione

Quando si scelgono prodotti da nicromo, è necessario tenere conto dei dati su Composizione chimica del prodotto di interesse, la sua conducibilità e resistenza elettrica, le caratteristiche fisiche del diametro, la sezione, la lunghezza, ecc. È importante anche informarsi sulla documentazione di conformità. Inoltre, devi essere in grado di distinguere visivamente la lega dai suoi, per così dire, "concorrenti". La corretta scelta del materiale è la chiave dell'affidabilità dell'ingegneria elettrica.

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ESEMPI DI COMPITI

Parte 1

1. La corrente nel conduttore è raddoppiata. Come cambierà la quantità di calore rilasciata in esso per unità di tempo, con la resistenza del conduttore invariata?

1) aumenterà di 4 volte
2) diminuirà di 2 volte
3) aumenterà di 2 volte
4) diminuire di 4 volte

2. La lunghezza della spirale della stufa elettrica è stata ridotta di 2 volte. Come cambierà la quantità di calore rilasciata nella spirale per unità di tempo a una tensione di rete costante?

1) aumenterà di 4 volte
2) diminuirà di 2 volte
3) aumenterà di 2 volte
4) diminuire di 4 volte

3. La resistenza del resistore ​(R_1)​ è quattro volte inferiore alla resistenza del resistore ​(R_2)​. Lavoro attuale nel resistore 2

1) 4 volte di più rispetto alla resistenza 1
2) 16 volte più del resistore 1
3) 4 volte meno che nel resistore 1
4) 16 volte in meno rispetto al resistore 1

4. La resistenza del resistore ​(R_1)​ è 3 volte la resistenza del resistore ​(R_2)​. La quantità di calore che verrà rilasciata nella resistenza 1

1) 3 volte di più rispetto alla resistenza 2
2) 9 volte più del resistore 2
3) 3 volte meno che nel resistore 2
4) 9 volte meno che nel resistore 2

5. Il circuito è assemblato da una sorgente di corrente, una lampadina e un sottile filo di ferro collegati in serie. La lampadina si illuminerà di più se

1) sostituire il filo con un ferro più sottile
2) ridurre la lunghezza del filo
3) scambiare filo e lampadina
4) sostituire il filo di ferro con il nichelcromo

6. La figura mostra un grafico a barre. Mostra i valori di tensione alle estremità di due conduttori (1) e (2) della stessa resistenza. Confronta i valori del lavoro corrente ​(A_1)​ e ​(A_2)​ in questi conduttori per lo stesso tempo.

1) ​(LA_1=LA_2)​
2) (LA_1=3LA_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

7. La figura mostra un grafico a barre. Mostra i valori della forza di corrente in due conduttori (1) e (2) della stessa resistenza. Confronta i valori del lavoro corrente (A_1)​ e ​(A_2) in questi conduttori per lo stesso tempo.

1) ​(LA_1=LA_2)​
2) (LA_1=3LA_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

8. Se utilizzi lampade con una potenza di 60 e 100 W in un lampadario per illuminare la stanza, allora

A. Una grande corrente sarà in una lampada da 100 W.
B. Una lampada da 60 W ha più resistenza.

True(s) è(sono) le affermazioni

1) solo A
2) solo B
3) sia A che B
4) né A né B

9. Fornello elettrico collegato alla fonte corrente continua, consuma 108 kJ di energia in 120 s. Qual è la forza attuale nella spirale della piastrella se la sua resistenza è di 25 ohm?

1) 36 A
2) 6 A
3) 2.16 A
4) 1,5 A

10. Una stufa elettrica con una corrente di 5 A consuma 1000 kJ di energia. Qual è il tempo in cui la corrente passa attraverso la spirale della piastrella se la sua resistenza è di 20 ohm?

1) 10000 s
2) anni 2000
3) 10 sec
4) 2 sec

11. La bobina nichelata della piastra calda è stata sostituita con una bobina di nichelcromo della stessa lunghezza e area della sezione trasversale. Abbina tra quantità fisiche e le loro eventuali modifiche quando le piastrelle sono collegate alla rete elettrica. Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

QUANTITÀ FISICA
A) resistenza elettrica della bobina
B) forza corrente elettrica in una spirale
B) corrente elettrica consumata dalle piastrelle

NATURA DEL CAMBIAMENTO
1) aumentato
2) diminuito
3) non è cambiato

12. Stabilire una corrispondenza tra le grandezze fisiche e le formule con cui queste grandezze vengono determinate. Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti.

QUANTITÀ FISICHE
A) corrente di lavoro
B) forza attuale
b) potenza attuale

FORMULA
1) ​(frac(q)(t))​
2) ​(qU)​
3) (frac(RS)(L))​
4) ​(UI)​
5) (frac(U)(I))​

Parte 2

13. Il riscaldatore è collegato in serie con un reostato con una resistenza di 7,5 ohm a una rete con una tensione di 220 V. Qual è la resistenza del riscaldatore se la potenza della corrente elettrica nel reostato è 480 W?