Comment calculer la longueur d'un fil nichrome

Informations de base et marques de nichrome

Le nickel est un alliage de nickel et de chrome avec l'ajout de manganèse, de silicium, de fer et d'aluminium. Pour ce matériau, les paramètres dépendent du rapport spécifique des substances dans l'alliage, mais se situent en moyenne dans la plage:

• résistivité électrique - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (selon la qualité de l'alliage);
• coefficient de température de résistance - (0,1-0,25) · 10⁻³ À⁻¹;
• température de fonctionnement - 1100 ° C;
• point de fusion - 1400 ° C;

Dans les tableaux, la résistivité est souvent donnée en μOhm * m (ou 10^-6 Ohm * m) - les valeurs numériques sont les mêmes, la différence de dimension.

Il existe actuellement deux des marques les plus courantes de fil nichrome:

• X20H80. Il est composé de 74% de nickel et 23% de chrome, ainsi que de 1% de fer, de silicium et de manganèse. Les conducteurs de cette marque peuvent être utilisés à des températures allant jusqu'à 1250 ^ᵒC, point de fusion - 1400 ^ᵒC. Il a également une résistance électrique élevée. L'alliage est utilisé pour la fabrication d'éléments d'appareils de chauffage. La résistance spécifique est de 1,03 à 1,18 μOhm · m;
• X15H60. Composition: 60% nickel, 25% fer, 15% chrome. Température de fonctionnement pas plus de 1150 ^ᵒC. Point de fusion - 1390 ^ᵒC. Il contient plus de fer, ce qui augmente les propriétés magnétiques de l'alliage et augmente sa résistance à la corrosion.

Vous en apprendrez plus sur les nuances et les propriétés de ces alliages de GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 et autres.

Comme déjà mentionné, le fil nichrome est utilisé partout où des éléments chauffants sont nécessaires. La résistivité et le point de fusion élevés permettent d'utiliser le nichrome comme base pour divers éléments chauffants, d'une bouilloire ou d'un sèche-cheveux à un four à moufle.

Méthodes de calcul

Par résistance

Voyons comment calculer la longueur d'un fil nichrome en termes de puissance et de résistance. Le calcul commence par la détermination de la puissance requise. Imaginez que nous ayons besoin d'un fil nichrome pour un petit fer à souder d'une puissance de 10 watts, qui fonctionnera à partir d'une alimentation 12V. Pour ce faire, nous avons un fil d'un diamètre de 0,12 mm.

Le calcul le plus simple de la longueur du nichrome en puissance sans tenir compte du chauffage est effectué comme suit:

Nous déterminons la force actuelle:

P = UI

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

Le calcul de la résistance d'un fil nichrome est effectué par La loi d'Ohm:

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 Ohms

La longueur du fil est:

l = SR /ρ,

où S est l'aire de la section transversale, ρ – résistivité.

Ou selon cette formule:

l = (Rπd2) / 4ρ

Mais vous devez d'abord calculer la résistivité du fil nichrome d'un diamètre de 0,12 mm. Cela dépend du diamètre - plus il est grand, moins il y a de résistance.

L = (14,5 * 3,14 * 0,12 ^ 2) / 4 * 1,1 = 0,149 m = 14,9 cm

La même chose peut être tirée du tableau GOST 12766.1-90. 8, où une valeur de 95,6 Ohm / m est indiquée, si vous la comptez, vous obtenez presque la même chose:

L = R_requis/ R_tabl= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm

Pour un radiateur de 10 watts alimenté en 12V, vous avez besoin de 15,1 cm.

Si vous devez calculer le nombre de tours d'une spirale pour la tordre à partir d'un fil nichrome de cette longueur, utilisez les formules suivantes:

Durée d'un tour:

l₁= π (D + d / 2),

Nombre de tours:

N = L / (π (D + d / 2)),

où L et d sont la longueur et le diamètre du fil, D est le diamètre de la tige sur laquelle la spirale sera enroulée.

Supposons que nous enroulions un fil nichrome sur une tige d'un diamètre de 3 mm, puis les calculs sont effectués en millimètres:

N = 151 / (3,14 (3 + 0,12 / 2)) = 15,71 tours

Mais en même temps, il faut tenir compte de la capacité du nichrome d'une telle section à résister à ce courant. Des tableaux détaillés pour déterminer le courant maximal admissible à une certaine température pour des sections spécifiques sont donnés ci-dessous. En termes simples - vous déterminez combien de degrés le fil doit chauffer et sélectionnez sa section pour le courant nominal.

Notez également que si le radiateur est à l'intérieur du liquide, le courant peut être augmenté de 1,2 à 1,5 fois, et si dans un espace confiné, puis vice versa - réduit.

Par température

Le problème du calcul ci-dessus est que nous considérons la résistance d'une spirale froide le long du diamètre du fil nichrome et de sa longueur. Mais cela dépend de la température, alors qu'il faut aussi considérer dans quelles conditions il sera possible de l'atteindre. Si ce calcul est toujours applicable pour la découpe de mousse ou pour un radiateur, il sera alors trop grossier pour un four à moufle.

Nous donnons un exemple de calculs de nichrome pour un four.

Déterminez d'abord son volume, disons 50 litres, puis déterminez la puissance, pour cela il y a une règle empirique:

• jusqu'à 50 litres - 100W / l;
• 100-500 litres - 50-70 W / l.

Alors dans notre cas:

P = p_emp* V = 50 * 100 = 5 kW.

Ensuite, nous considérons la force et la résistance actuelles:

Pour 220V:

I = 5000/220 = 22,7 ampères

R = 220 / 22,7 = 9,7 Ohms

Pour 380V lors de la connexion des spirales avec une étoile, le calcul sera le suivant.

Divisez la puissance en 3 phases:

Pf = 5/3 = 1,66 kW par phase

Lorsqu'il est connecté par une étoile, 220V est appliqué à chaque branche (tension de phase, elle peut différer selon votre installation électrique), puis le courant:

I = 1660/220 = 7,54 A

Résistance

R = 220 / 7,54 = 29,1 Ohm

Pour une connexion triangle, nous calculons selon une tension linéaire de 380V:

I = 1660/380 = 4,36 A

R = 380 / 4,36 = 87,1 Ohm

Pour déterminer le diamètre, la puissance de surface spécifique du réchauffeur est prise en compte. Nous calculons la longueur, nous prenons la résistivité du tableau. 8. GOST 12766.1-90, mais nous définissons d'abord le diamètre.

Pour calculer la puissance de surface spécifique du four à l'aide de la formule.

Bet (dépend de la surface absorbant la chaleur) et a (coefficient d'efficacité de rayonnement) sont sélectionnés selon les tableaux suivants.

Donc, pour chauffer le four à 1000 degrés, prenez la température en spirale de 1100 degrés, puis selon le tableau de sélection B_ef choisissez une valeur de 4,3 W / cm², et selon le tableau de sélection du coefficient a - 0,2.

Dans_{supplémentaire}= B_ef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

Le diamètre est déterminé par la formule:

p_t - la résistance spécifique du matériau de chauffage à un t donné est déterminée selon GOST 12766.1, tableau 9 (illustré ci-dessous).

Pour nichrome X80N20 - 1,025

p_t= p₂₀* p₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1,025 = 1,15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

Ensuite pour se connecter à un réseau triphasé selon le schéma "Star":

d = 1,23 mm

La longueur est calculée par la formule:

L = 42m

Vérifiez les valeurs:

L = R / (p * k) = 29,1 / (0,82 * 1,033) = 34 m

Les valeurs diffèrent en raison de la température élevée de la spirale; le contrôle ne prend pas en compte un certain nombre de facteurs. Par conséquent, nous prenons pour la longueur d'une spirale - 42m, puis pour trois spirales, vous avez besoin de 126 mètres de nichrome de 1,3 mm.

Conclusion

Ainsi, vous pouvez calculer la longueur du fil pour une spirale nichrome et déterminer le diamètre souhaité par la puissance, la section et la température. Il est important de considérer:

• conditions environnementales;
• emplacement des éléments chauffants;
• température en spirale;
• température à laquelle la surface doit être chauffée et autres facteurs.

Même le calcul ci-dessus, malgré sa complexité, ne peut pas être qualifié de suffisamment précis. Parce que le calcul des éléments chauffants est une thermodynamique continue, et un certain nombre de facteurs qui peuvent affecter ses résultats, par exemple, l'isolation thermique d'un four et ainsi de suite, peuvent être cités.

En pratique, après avoir évalué les spirales, elles ajoutent ou suppriment, selon le résultat, ou utilisent des capteurs de température et des dispositifs pour l'ajuster.

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