Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Сопротивление провода

Введение

Нагревательные элементы, изготовленные из высокоомных сплавов на основе хрома и никеля, применяются во всех современных бытовых устройствах, предназначенных для преобразования электричества в тепло. Спирали или ленты из нихрома отличаются высокой сопротивляемостью к окислению благодаря образованию оксидных плёнок. По этой причине надежная пайка нихромовых нагревателей при отсутствии специального оборудования (вакуумные камеры, газовые среды) должна проводиться после обработки соединяемых поверхностей флюсами, в состав которых входят кислоты, способные разрушать защитный слой окислов. Нихромовые спирали служат дольше аналогов из фехральных сплавов, однако и они подвергаются разрушению при длительной эксплуатации. Вероятность возникновения пережиганий и обрывов увеличивается на таких участках проводника, где имеются механические повреждения, зазубрины, перегибы или перехлёсты с поверхностью соседних нагревательных элементов. Ремонт повреждённой спирали из нихрома возможно провести в домашних условиях. При соблюдении несложных технологий эксплуатационные характеристики электрооборудования будут полностью восстановлены.

Разновидности

Нихромовая спираль может быть выполнена из различных модификаций сплава и быть разной толщины. Марки отличаются по своему составу и делятся (условно) на три основные группы:

  • Для резисторов: Х20Н80 (20 % хрома, 80 % никеля); Х20Н73ЮМ-ВИ (20 % хрома, 73 % никеля, 3 %, алюминия, 1,5 %, молибдена, до 0,3 % марганца, до 0,05 %, титана, 2 %, железа, до 0,05 % углерода, выплавлен вакуумно-индукционным методом).
  • Для использования при температуре не выше 900 градусов.
  • Для нагревательных элементов с повышенной устойчивостью к высоким температурам: ХН70Ю-Н (27 % хрома, 70 % никеля, 3 % алюминия, до 0,3 % марганца, до 0,03 % цезия, до 0,1 % бария, до 1,5 % железа, до 0,1 % углерода).

От пропорций, входящих в него компонентов, зависят свойства сплава. Большое количество хрома предотвращает окисление.

Технические параметры

При выборе продукции из нихрома важно учитывать следующие особенности:

  • номинальное удельное сопротивление;
  • диаметр, сечение и вес;
  • фактическое сопротивление и рабочие температурные границы в зависимости от физических параметров.

Номинальные значения основной параметрической характеристики определяются ГОСТом и зависят от марки и состава.

Марка

Удельное сопротивление, Ом*м

Х20Н80

1175

Х15Н60-Н

1150-1210

ХН70Ю-Н

1300

ХН20ЮС

1020

Диаметр проволоки-нихрома определяет ее сечение, вес мотка и соответственное объективное сопротивление.

Диаметр, мм

Площадь сечения, мм2

Вес на 100 м, г

Сопротивление, Ом

0,1

0,079

6,5

127

0,15

0,018

14,5

55-60

0,3

0,07

58

14-15

0,4

0,126

103

8

0,5

0,196

161

5

Таким образом, вес проволоки (нихром) на 100 метров продукции прямо пропорционален ее размерам, а диаметр и площадь сечения – обратно пропорциональны фактическому сопротивлению.

Рабочая температура зависит не только от химического состава, но и от параметрических характеристик.

Марка

Рабочая температура, ˚С

диаметр продукции, мм

0,2

0,4

1,0

3,0

Х20Н80

950

1000

1100

1150

Х15Н60-Н

900

950

1000

1075

ХН70Ю-Н

950

1000

1100

1175

ХН20ЮС

900

950

1000

1050

Диаметр проволоки, изготавливаемой производителями, представляется в пределах 0,05-12 мм, а ленты – 0,15-3,2 мм.

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.

Методики расчета

По сопротивлению

Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.

Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:

Определим силу тока:

P=UI

I=P/U=10/12=0,83 A

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:

R=U/I=12/0,83=14,5 Ома

Длина проволоки равна:

l=SR/ρ,

где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.

Или по такой формуле:

l= (Rπd2)/4ρ

Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.

L=(14.5*3,14*0.12^2)/4*1,1=0,149м=14,9см

Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:

L=Rтреб/Rтабл=14,4/95,6=0,151м=15,1см

Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.

Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:

Длина одного витка:

l1=π(D+d/2),

Количество витков:

N=L/(π(D+d/2)),

где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.

Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:

N=151/(3,14(3+0,12/2))=15,71 витков

Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.

Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.

По температуре

Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.

Приведем пример расчетов нихрома для печи.

Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:

  • до 50 литров – 100Вт/л;
  • 100-500 литров – 50-70 Вт/л.

Тогда в нашем случае:

P=Pэмп*V=50*100=5 кВт.

Дальше считаем силу тока и сопротивление:

Для 220В:

I=5000/220=22.7 Ампера

R=220/22.7=9,7 Ом

Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.

Делим мощность на 3 фазы:

Pф=5/3=1,66 кВт на фазу

При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:

I=1660/220=7.54 А

Сопротивление:

R=220/7.54=29.1 Ом

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

I=1660/380=4.36 А

R=380/4.36=87.1 Ом

Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.

Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.

Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.

Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см2, а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

Вдопэф*а=4,3*0.2= 0,86 Вт/см2 =0.86*10^4 Вт/м2

Диаметр определяют по формуле:

рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

рт201000=1.13*10^6*1.025=1.15*10^6 Ом/мм

Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:

d=1,23 мм

Длина рассчитывается по формуле:

L=42м

Проверим значения:

L=R/(p*k)=29.1/(0.82*1.033)=34м

Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.

Теплоемкость, линейное расширение, плотность и теплопроводность нихрома

В таблице представлены следующие физические свойства нихрома: удельная теплоемкость при 25°С, средний коэффициент теплового линейного расширения в интервале температуры от 20 до 1000°С и плотность нихрома при 25°С.

Следует отметить, что рассмотренные марки нихрома имеют близкие значения физических свойств. Плотность нихрома находится в диапазоне 8200…8660 кг/м3 и повышается с увеличением содержания в сплаве никеля. Коэффициент теплового линейного расширения нихрома при 20…1000°С имеет значение (17…18)·10-6 град-1. Удельная теплоемкость нихрома, в зависимости от марки, составляет 440…460 Дж/(кг·град).

Удельная теплоемкость, линейное расширение и плотность нихрома
Марка нихромаC, Дж/(кг·град)α·106, град-1ρ, кг/м3
Нихром (10%Cr + 90%Ni)460188660
Х15Н60460178200
Х20Н80-Н440188400
Nikrothal 8046017,28300

Теплопроводность нихрома имеет величину, близкую по значению с теплопроводностью нержавеющей стали. В таблице приведены данные по теплопроводности рассмотренных сплавов при различных температурах в интервале от 0 до 600°С.

Теплопроводность нихрома увеличивается при нагревании. С повышением содержания никеля в сплаве его коэффициент теплопроводности повышается. К примеру, сплав, содержащий 10% Cr и 90% Ni, имеет наибольшую теплопроводность из рассмотренных сплавов, равную 17,4 Вт/(м·град) при 20°С.

Теплопроводность нихрома при различных температурах, Вт/(м·град)
t, °С →20100200300400500600
Нихром (10%Cr + 90%Ni)17,117,418,920,922,824,7
Х15Н6011,813,314,616,117,5
Х20Н80-Н12,213,613,815,617,218,922,6
Nikrothal 8015151515171921
  1. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  2. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.
  3. ГОСТ 12766.1-90 Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  4. ГОСТ 12766.3-90 Сплавы калиброванные прецизионные с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  5. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник Киев: Наукова думка, 1985 — 439 с.
  6. Сайт www.kanthal.com

Сферы применения нихромовой проволоки

Специфические свойства нихрома нашли своё применение в различных сферах деятельности, как бытового, так и промышленного характера.

Всевозможные разновидности этого сплава используются в качестве нагревательных элементов различных приборов: электрических печей, сушилок, термопар, а также в керамических изделиях, исполняя роль несущего каркаса.

Нихромовая проволока, как основной исполнительный орган электронагревательных приборов, в большинстве случаев представляет собой спираль, через которую пропускают электрический ток заданного значения. Такая форма признана наиболее оптимальной для данных устройств, так как позволяет добиться большей теплоотдачи за счет увеличения длины токопроводящего элемента. Высокая степень пластичности представленного материала существенно увеличивает срок службы таких устройств, ввиду высокой устойчивости к деформациям.

Где же взять нихромовую проволоку в домашних условиях? Этот сплав повсеместно используется в различных бытовых приборах. Их примерами могут служить электрообогреватели, фены, паяльники, тостеры и духовки. Кроме этого, их применяют в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока: критерии выбора

Реализация проекта по созданию различных видов электротермического оборудования предполагает тщательный анализ номинальных эксплуатационных параметров, который и послужит отправной точкой в расчете ключевых показателей нихромовой проволоки.

В первую очередь необходимо рассчитать электрическое сопротивление рабочего элемента. Оно зависит от трех физических величин, а именно: удельное сопротивления материала, его длина и площадь поперечного сечения. Формула расчета активного сопротивления выглядит следующим образом: R = ρ · l / S.

Для получения недостающих данных необходимо произвести расчет длины спирали. В зависимости от приложенного на неё напряжения, следует остановиться на наиболее оптимальном значении длины проволоки, её диаметра, а также размера сердечника. Для того чтобы избавить себя от трудоёмких расчетов, можно воспользоваться сводной таблицей, в которой приводятся значения длины спирали, в зависимости от диаметра проволоки и сердечника для нихрома диаметром от 0,2 до 0,5 мм.

D 0,2 ммD 0,3 ммD 0,4 ммD 0,5 мм
D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

1,5491,5591,577264
230243268346
321330340436
41422428530
513518524626
620

Представленная таблица применима для расчета длины спирали при использовании напряжения 220 В. Например, для проволоки диаметром 0,4 мм и диаметром сердечника равным 3 мм, длина спирали для бытовой электросети составит 40 см. Стоит отметить, что при помощи данной таблицы не составит труда рассчитать искомое значение для напряжения 380 В. Для этого достаточно подобрать нужные данные и составить пропорцию следующего вида: 220 В – 40 см / 380 В – х.

В том случае, если под рукой не оказалось мерительного инструмента и определить диаметр проволоки не представляется возможным, всегда можно воспользоваться простым, но в то же время действенным способом. Для этого достаточно взять обыкновенный карандаш и намотать на него проволоку, плотно прижимая виток за витком. В том случае, если 10 витков спирали укладываются в 1 мм. длины карандаша, то диаметр проволоки будет составлять 1\10 мм.

Методики расчета

По сопротивлению

Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.

Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:

Определим силу тока:

P=UI

I=P/U=10/12=0,83 A

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:

R=U/I=12/0,83=14,5 Ома

Длина проволоки равна:

l=SR/ρ,

где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.

Или по такой формуле:

l= (Rπd2)/4ρ

Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.

L=(14.5*3,14*0.12^2)/4*1,1=0,149м=14,9см

Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:

L=Rтреб/Rтабл=14,4/95,6=0,151м=15,1см

Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.

Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:

Длина одного витка:

l1=π(D+d/2),

Количество витков:

N=L/(π(D+d/2)),

где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.

Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:

N=151/(3,14(3+0,12/2))=15,71 витков

Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.

Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.

По температуре

Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.

Приведем пример расчетов нихрома для печи.

Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:

  • до 50 литров – 100Вт/л;
  • 100-500 литров – 50-70 Вт/л.

Тогда в нашем случае:

P=Pэмп*V=50*100=5 кВт.

Дальше считаем силу тока и сопротивление:

Для 220В:

I=5000/220=22.7 Ампера

R=220/22.7=9,7 Ом

Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.

Делим мощность на 3 фазы:

Pф=5/3=1,66 кВт на фазу

При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:

I=1660/220=7.54 А

Сопротивление:

R=220/7.54=29.1 Ом

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

I=1660/380=4.36 А

R=380/4.36=87.1 Ом

Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.

Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.

Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.

Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см2, а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

Вдопэф*а=4,3*0.2= 0,86 Вт/см2 =0.86*10^4 Вт/м2

Диаметр определяют по формуле:

рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

рт201000=1.13*10^6*1.025=1.15*10^6 Ом/мм

Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:

d=1,23 мм

Длина рассчитывается по формуле:

L=42м

Проверим значения:

L=R/(p*k)=29.1/(0.82*1.033)=34м

Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.

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.

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

Напечатать

Как проверить сопротивление нихрома

Электрическое сопротивление нихромовой проволоки легко измеряется при помощи бытовых мультиметров. Операция проводится в целях расчет удельного сопротивления. Один контакт закрепляется на конце проводника. Второй контакт присоединяется на различном удалении от места создания первого контакта. Полученные показания заносятся в таблицу. Зависимость роста сопротивления от длины носит линейный характер. Для получения данных об удельном сопротивлении проволоки длиной 1 м нужно провести измерение этой характеристики у проводника соответствующих размеров, либо вывести этот параметр расчетным путем, если проволока имеет недостаточный размер. Перед снятием показаний прибор калибруется, либо измеряется собственное сопротивление проводов прибора в целях определения поправки, на величину которой следует уменьшить данные, полученные при измерении сопротивления нихрома.

Область применения в промышленности и в быту

Нихромовую продукцию используют в местах, требующих качественного металла. Особенно востребована в индустриальном производстве.

В промышленном производстве

Одно из первых мест металлическая продукция занимает на рынке промышленного и бытового электрического оборудования. Широкое применение она нашла в производственных отраслях, использующих электронагревательные печи, печи обжига и сушки, печи, нагревающиеся до высоких температур, аппараты, обладающие тепловым воздействием. Ее используют в сварочных аппаратах, бытовых обогревателях и системах обогрева стекол и зеркал заднего вида автомобиля, в резисторах, узлах сопротивления и реостатах в качестве нагревательного или резисторного элемента. Как уже отмечалось выше, материал находит широкое применение среди домашних умельцев.

В домашнем хозяйстве

В бытовой сфере применяется для резки пенопласта и полистирола. В домашних условиях разрезать эти материалы довольно проблематично. Есть несколько способов. Часто для этих целей используется нож, от которого материал начинает крошиться.

Домашние умельцы знают, чем резать пенопласт в домашних условиях, чтобы он не крошился. Для этого понадобится нихромовая проволока. Она нужна для того, чтобы сделать станок, режущим инструментом которого является разогретая струна. С его помощью можно резать пенопласт и изготавливать изделия из него своими руками.

Для резки пенопласта в домашнем хозяйстве можно сконструировать простейший станок с вертикальным или горизонтальным расположением режущего инструмента

Как сделать резак для пенопласта своими руками

Сделать станок не представляет сложности. Для этого потребуется:

  • понижающий трансформатор;
  • подкладка из трубы (труба толщиной не менее 20 мм, толщина пенопласта – не менее 2 см);
  • пружины для натяжки струны;
  • металлическая струна.

Для изготовления столешницы понадобится стол, доска и лист профнастила.

Простейший вариант станка для резки пенопласта, который можно сделать своими руками

Понижающий трансформатор можно изготовить своими руками из трансформаторного железа. Понадобится сделать реостат, чтобы подобрать величину тока. Для этого можно взять спираль из электроплитки, предварительно растянув ее в струну. Каркас обмотки сооружается из асбестоцементной или керамической трубы толщиной 15-20 мм и длиной около 80 мм.

Для фигурной резки используется терморезак из куска нихромовой проволоки. Его закрепляют на ручке из изоляционного материала. Самодельный резак для пенопласта отлично справляется с задачей, в том числе и с фигурной резкой материала Приспособление позволяет делать углубления, вырезать полости, работать с пенопластом так, как скульптор работает с глиной.

Резак для пенопласта можно сравнить с инструментом скульптора, работающего с глиной

С помощью самодельных приспособлений, в которых нашла применение нихромовая проволока, можно не только нарезать пенопласт, но и выжигать по дереву. Также ее можно использовать в самодельных бытовых обогревателях, сварочных аппаратах, в системах обогрева автомобильных стекол и зеркал заднего вида.

Сферы применения нихромовой проволоки

Специфические свойства нихрома нашли своё применение в различных сферах деятельности, как бытового, так и промышленного характера.

Всевозможные разновидности этого сплава используются в качестве нагревательных элементов различных приборов: электрических печей, сушилок, термопар, а также в керамических изделиях, исполняя роль несущего каркаса.

Нихромовая проволока, как основной исполнительный орган электронагревательных приборов, в большинстве случаев представляет собой спираль, через которую пропускают электрический ток заданного значения. Такая форма признана наиболее оптимальной для данных устройств, так как позволяет добиться большей теплоотдачи за счет увеличения длины токопроводящего элемента. Высокая степень пластичности представленного материала существенно увеличивает срок службы таких устройств, ввиду высокой устойчивости к деформациям.

Где же взять нихромовую проволоку в домашних условиях? Этот сплав повсеместно используется в различных бытовых приборах. Их примерами могут служить электрообогреватели, фены, паяльники, тостеры и духовки. Кроме этого, их применяют в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока: критерии выбора

Реализация проекта по созданию различных видов электротермического оборудования предполагает тщательный анализ номинальных эксплуатационных параметров, который и послужит отправной точкой в расчете ключевых показателей нихромовой проволоки.

В первую очередь необходимо рассчитать электрическое сопротивление рабочего элемента. Оно зависит от трех физических величин, а именно: удельное сопротивления материала, его длина и площадь поперечного сечения. Формула расчета активного сопротивления выглядит следующим образом: R = ρ · l / S.

Для получения недостающих данных необходимо произвести расчет длины спирали. В зависимости от приложенного на неё напряжения, следует остановиться на наиболее оптимальном значении длины проволоки, её диаметра, а также размера сердечника. Для того чтобы избавить себя от трудоёмких расчетов, можно воспользоваться сводной таблицей, в которой приводятся значения длины спирали, в зависимости от диаметра проволоки и сердечника для нихрома диаметром от 0,2 до 0,5 мм.

D 0,2 ммD 0,3 ммD 0,4 ммD 0,5 мм
D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

1,5491,5591,577264
230243268346
321330340436
41422428530
513518524626
620

Представленная таблица применима для расчета длины спирали при использовании напряжения 220 В. Например, для проволоки диаметром 0,4 мм и диаметром сердечника равным 3 мм, длина спирали для бытовой электросети составит 40 см. Стоит отметить, что при помощи данной таблицы не составит труда рассчитать искомое значение для напряжения 380 В. Для этого достаточно подобрать нужные данные и составить пропорцию следующего вида: 220 В – 40 см / 380 В – х.

В том случае, если под рукой не оказалось мерительного инструмента и определить диаметр проволоки не представляется возможным, всегда можно воспользоваться простым, но в то же время действенным способом. Для этого достаточно взять обыкновенный карандаш и намотать на него проволоку, плотно прижимая виток за витком. В том случае, если 10 витков спирали укладываются в 1 мм. длины карандаша, то диаметр проволоки будет составлять 1\10 мм.

Маркировка

У нихромовой проволоки не одна марка, поэтому каждый вид изделия имеет определенные качественные характеристики. Основные группы нихрома такие.

  1. Резисторный.
  2. Материал встречается в составе конструкции нагревательных элементов бытового и промышленного типа. Группа имеет высокие жаропрочные возможности.
  3. Группа нихрома, предназначенная для работы с завышенной температурой до 9 сотен градусов.

Проволока резисторной группы характеризуется диаметром 0,009-0,4 миллиметра.

Этим материалам характерно высокое электросопротивление, устойчивость к температурным режимам до 1400 градусов по Цельсию. Несмотря на все вышеперечисленные преимущества, канталы и фехрали не так надежны, как нихром, но стоят намного дешевле.

Нихромовая продукция имеет разное процентное соотношение составных частей. К наиболее распространенным можно отнести такие.

Х20Н73ЮМ плавится вакуумно-индукционным способом и в качестве составных элементов содержит такие доли веществ: 20% хрома, 73% никеля, 3% алюминия, 1, 5% молибдена.

Покупая нихром, стоит брать во внимание на маркировку:

  • Н – категория нагревательных элементов;
  • С – используется в элементах сопротивления;
  • ТЭН – для бойлеров с трубчатым типом конструкции.

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.

Чтобы правильно рассчитать  нихромовую спираль (напряжение сети 220 В), предлагаем воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома = (Ом · мм2 / м)

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.

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня

Ø нихрома 0,2 ммØ нихрома 0,3 мм нихрома 0,4 мм Ø нихрома 0,5 ммØ нихрома 0,6 ммØ нихрома 0,7 мм
 Ø стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØстержня, ммдлина спирали, смØстержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, см
1,5491,5591,577264276284
230243268346353364
321330340436440449
416422428530533540
513518524626630634
620822826

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

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. 

 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.

Решение:

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)

Допустимая сила тока (l), А1234567
Ø нихрома при 700 °C, мм0,170,30,450,550,65 0,750,85
Сечение проволоки (S), мм20,02270,07070,1590.2380,3320,4420,57

Удельное сопротивление некоторых веществ

Некоторые металлы, уступая меди в проводимости, превосходят ее по другим свойствам. Поэтому они также применяются в электротехнике.

Алюминий

Удельное сопротивление данного металла составляет 0,028 Ом*мм2/ м. Также он уступает меди в пластичности: нельзя получать тонкие провода, после нескольких сгибов ломается.

Но есть и важные достоинства:

низкая стоимость. Объясняется большей, в сравнении с медью, распространенностью;

малый вес. Легче меди в 3,5 раза

Это важно при прокладке воздушных ЛЭП: уменьшается нагрузка на опоры;

коррозионная стойкость: на воздухе покрывается оксидной пленкой, защищающей от разрушения.

В электротехнике применяют алюминий отличающихся степенью очистки, марок:

  • АВ0000 — самый чистый, доля примесей не превышает 0,004%: применяется редко, для исследовательских и прочих специфических задач;
  • АВ00 — примесей до 0,03%: изготавливают фольгу, электродную продукцию, электролитические конденсаторы;
  • А1 — примесей не более 0,5%: кабели, клеммы и пр.

В первую очередь стремятся сократить содержание в алюминии химических элементов, способствующих возрастанию удельного сопротивления – таллия и марганца. Никель, цинк и кремний на этом параметре почти не отражается.

Железо

Железо применяется не в чистом виде, а как сплав с углеродом — сталь.

Удельное сопротивление и железа в чистом виде, и стали очень высоко (0,1 Ом*мм2/ м), но и этот материал нашел применение в электротехническом производстве благодаря своим достоинствам:

  • низкая стоимость: железо — самый распространенный и дешевый металл;
  • прочность, деформационная стойкость;
  • пластичность.

Недостаток стали — подверженность коррозии. С этим борются при помощи нержавеющих покрытий — цинкового или медного.

Натрий

Сложный в эксплуатации металл с относительно высоким удельным сопротивлением (0,047 Ом*мм2/ м), но считается перспективным для использования в электротехнике из-за следующих достоинств:

  • широкое распространение: получают из расплава поваренной соли (NaCl) путем электролиза. Это сырье присутствует на планете практически в неограниченных количествах;
  • малый вес: легче меди в 9 раз, что позволяет изготавливать сверхлегкие провода.

Сложность в эксплуатации обусловлена следующими свойствами:

  1. мягкость. Натрий крайне податлив, потому провода из него нуждаются в жесткой оболочке;
  2. химическая активность. Стремительно окисляется на воздухе и бурно реагирует с водой, даже в виде пара (также содержится в воздухе). Из-за этого оболочку натриевого провода требуется делать герметичной.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации