Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчёт мощности ТЭНа по сопротивлению

Расчет мощности ТЭНов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.

  1. 625 Вт
  2. 933 Вт
  3. 1,25 кВт
  4. 1,6 кВт
  5. 1,8 кВт
  6. 2,5 кВт

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так: I = P / U.

Где I — сила тока в амперах.

P — мощность в ваттах.

U — напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I = 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R = U / I, где

R — сопротивление в Омах

U — напряжение в вольтах

I — сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P = U 2 / R где,

P — мощность в ваттах

U 2 — напряжение в квадрате, в вольтах

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.

Таблица 1.1. Значения для последовательного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭНМощность (Вт)Сопротивление (Ом)Сила тока (А)
1125038,85,7
262577,52,8
3416116,21,9
4312154,91,4
5250193,61,1
6208232,40,9
71782710,8
8156309,80,7

Таблица 1.2. Значения для параллельного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭНМощность (Вт)Сопротивление (Ом)Сила тока (А)
2250019,411,4
3375012,917
450009,722,7
562507,728,4
675006,534
787505,539,8
8100004,845,5

Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.

Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона Ома, пользуясь выше приведенными формулами.

19 авг. 07 25 янв. 20, 12:39

Рейтинг 324.3K Поделиться ссылкой

Расчет ТЭНа

Допустимая удельная поверхностная мощность PF=P⁄F,

где Р – мощность проволочного нагревателя, Вт;

F=π∙d∙l – площадь поверхности нагревателя, м2; l – длина провода, м.

Согласно первому методу

где ρд – удельное электрическое сопротивление материала провода при действительной температуре, Ом•м; U – напряжение проволочного нагревателя, В; PF – допустимые значения удельной поверхностной мощности для различных нагревателей:

Во втором методе используют таблицу токовых нагрузок (см. таблицу 1), составленную по экспериментальным данным. Для того чтобы воспользоваться указанной таблицей, необходимо определить расчетную температуру нагрева Tр, связанную с действительной (или допустимой) температурой провода Tд соотношением:

где Kм – коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение условий охлаждения нагревателя из-за его конструктивного исполнения; Kс – коэффициент среды, учитывающий улучшение условий охлаждения нагревателя по сравнению с неподвижной воздушной средой.

Для нагревательного элемента из провода, свитого в спираль, Kм=0,8…0,9; то же, с керамическим основанием Kм=0,6…0,7; для провода нагревательных плиток и некоторых ТЭНов Kм=0,5…0,6; для провода электронагревателей пола, почвы и ТЭНов Kм=0,3…0,4. Меньшее значение Kм соответствует нагревателю меньшего диаметра, большее – большего диаметра.

При работе в условиях, отличающихся от свободной конвекции, для нагревательных элементов в воздушном потоке принимают Kс=1,3…2,0; для элементов в неподвижной воде Kс=2,5; в потоке воды – Kс=3,0…3,5.

Если заданы напряжение Uф и мощность Pф будущего (проектируемого) нагревателя, то его ток (на одну фазу)

По расчетному значению тока нагревателя для требуемой расчетной температуры его нагрева по таблице 1 находят необходимый диаметр нихромового провода d и рассчитывают необходимую длину провода, м, для изготовления нагревателя:

где d – выбранный диаметр провода, м; ρд – удельное электрическое сопротивление провода при действительной температуре нагрева, Ом•м,

Для того чтобы определить параметры спирали из нихрома, принимают средний диаметр витков D=(6…10)∙d, шаг спирали h=(2…4)∙d,

длину спирали lсп=h∙n.

При расчете ТЭНов следует помнить, что сопротивление провода спирали после опрессовки ТЭНа

где k(у.с) – коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления спирали; по опытным данным k(у.с)=1,25. Следует также учитывать, что удельная поверхностная мощность провода спирали больше в 3,5. 5 раз удельной поверхностной мощности на трубке ТЭНа.

В практических расчетах ТЭНа сначала определяют температуру на его поверхности Tп=Tо+P∙Rт1,

где Tо – температура окружающей среды, °С; P – мощность ТЭНа, Вт; Rт1 – термическое сопротивление на границе трубка – среда, о С/Вт.

Затем определяют температуру спирали: Tсп=Tо+P∙(Rт1+Rт2+Rт3 ),

где Rт2 – термическое сопротивление стенки трубки, о С/Вт; Rт3 – термическое сопротивление наполнителя, о С/Вт; Rт1=1⁄(α∙F), где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^2• о С); F – площадь поверхности нагревателя, м2; Rт2=δ⁄(λ∙F), где δ – толщина стенки, м; λ – теплопроводность стенки, Вт/(м• о С).

Таблица 1. Таблица токовых нагрузок

Пример 1. Рассчитать электрический нагреватель в виде проволочной спирали по допустимой удельной поверхностной мощности PF.

Условие. Мощность нагревателя P=3,5 кВт; напряжение питания U=220 В; материал провода – нихром Х20Н80 (сплав из 20 % хрома и 80 % никеля), поэтому удельное электрическое сопротивление провода ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; температурный коэффициент сопротивления αр=16∙10^(-6) 1/ о С; спираль открытая, находится в металлической пресс-форме, рабочая температура спирали Tсп=400 о С, PF=12∙10^4 Вт/м2. Определить d, lп, D, h, n, lсп.

Решение. Сопротивление проволочной спирали: R=U^2⁄P=220^2⁄3500=13,8 Ом.

Удельное электрическое сопротивление при Tсп=400 о С

Находим диаметр провода:

Из выражения R=(ρ∙l)⁄S получаем l⁄d^2 =(π∙R)⁄(4∙ρ), откуда длина провода

Средний диаметр витка спирали D=10∙d=10∙0,001=0,01 м=10 мм. Шаг спирали h=3∙d=3∙1=3 мм.

Число витков спирали

Длина спирали lсп=h∙n=0,003∙311=0,933 м=93,3 см.

Пример 2. Конструктивно рассчитать проволочный нагреватель сопротивления при определении диаметра провода d с помощью таблицы токовых нагрузок (см. табл. 1).

Условие. Мощность проволочного нагревателя P=3146 Вт; напряжение питания U=220 В; материал провода – нихром Х20Н80 ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; αр=16∙10^(-6) 1/℃; спираль открытая, расположенная в потоке воздуха (Kм=0,85, Kс=2,0); допустимая рабочая температура провода Tд=470 о С.

Определить диаметр d и длину провода lп.

Tр=Kм∙Kс∙Tд=0,85∙2∙470 о С=800 о С.

Ток проектируемого нагревателя I=P⁄U=3146⁄220=14,3 А.

По таблице токовых нагрузок (см. табл. 1) при Tр=800 о С и I=14,3 А находим диаметр и сечение провода d=1,0 мм и S=0,785 мм2.

Длина провода lп=(R∙S)⁄ρ800,

где R=U^2⁄P=220^2⁄3146=15,3 Ом, ρ800=1,1∙10^(-6)∙[1+16∙10^(-6)∙(800-20)]=1,11∙10^(-6) Ом•м, lп=15,3∙0,785∙10^(-6)⁄(1,11∙10^(-6) )=10,9 м.

Далее при необходимости аналогично первому примеру могут быть определены D, h, n, lсп.

Пример 3. Определить допустимое напряжение на трубчатом электрическом нагревателе (ТЭНе).

Условие . Спираль ТЭНа выполнена из нихромовой проволоки диаметром d=0,28 мм и длиной l=4,7 м. ТЭН находится в спокойном воздухе, имеющем температуру 20 о С. Характеристика нихрома: ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; αр=16∙10^(-6) 1/°С. Длина активной части оболочки ТЭНа Lа=40 см.

ТЭН гладкий, наружный диаметр dоб=16 мм. Коэффициент теплоотдачи α=40 Вт/(м^2∙°С). Термические сопротивления: наполнителя Rт3=0,3 о С/Вт, стенки оболочки Rт2=0,002 о С/Вт.

Определить, какое максимальное напряжение можно приложить к ТЭНу, чтобы температура его спирали Tсп не превышала 1000 ℃.

Решение. Температура спирали ТЭНа

где Tо – температура окружающего воздуха; P – мощность ТЭНа, Вт; Rт1 – контактное термическое сопротивление на границе трубка – среда.

Мощность ТЭНа P=U^2⁄R,

где R – сопротивление спирали нагревателя. Следовательно, можем записать Tсп-Tо=U^2/R∙(Rт1+Rт2+Rт3), откуда напряжение на ТЭНе

где ρ1000=ρ20∙[1+αр∙(T-20)]=1,1∙10^(-6)∙[1+16∙10^(-6)∙(1000-20)]=1,12∙10^(-6) Ом•м.

Тогда R=1,12∙10^(-6)∙(4∙4,7) ⁄ (3,14∙(0,28∙10^(-3) )^2)=85,5 Ом.

Контактное термическое сопротивление Rт1=1⁄(α∙F),

где F – площадь активной части оболочки ТЭНа; F=π∙dоб∙Lа=3,14∙0,016∙0,4=0,02 м2.

Находим Rт1=1⁄(40∙0,02=1,25) о С/Вт.

Определяем напряжение на ТЭНе U=√((85,5∙(1000-20)) / (1,25+0,002+0,3))=232,4 В.

Если номинальное напряжение, указанное на ТЭНе, равно 220 В, то перенапряжение при Tсп=1000 о С составит 5,6%∙Uн.

Калькулятор расчета мощности трубчатого ТЭНа. Как определить мощность тэна по сопротивлению

Рад приветствовать тебя, дорогой читатель, в этой первой статье моего блога! Ее я посвятил самому основному закону, который должен хорошо понимать современный человек, работающий с электричеством.

Мой онлайн калькулятор закона Ома создан для участка цепи. Он значительно облегчает электротехнические расчеты в домашней проводке, подходит для цепей переменного и постоянного тока.

Им просто пользоваться: прочти правила ввода данных и работай!

  • Полезная информация для начинающего электрика
      Как использовать закон Ома на практике
  • Что такое участок цепи
  • Как использовать треугольник закона Ома
  • Шпаргалка электрика для новичков

    Правила работы на калькуляторе

    В быту нас интересуют, как правило, четыре взаимосвязанных характеристики электричества:

    1. напряжение;
    2. ток;
    3. сопротивление;
    4. или мощность.

    Если тебе известны две величины, входящие в закон Ома (U, R, I), то вводи их в соответствующие строки, а оставшийся параметр и мощность будут вычислены автоматически.

    Будь внимательным, чтобы не допустить ошибки.

    Все значения надо заполнять в одной размерности: амперы, вольты, омы, ватты без использования обозначений дольности или кратности.

    Осуществить переход к ним тебе поможет наглядная таблица.

    Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн

    Расчет мощности ТЭНа с помощью онлайн-калькулятора выполняется учетом объема бака самодельного водонагревателя. Кроме того, учитывается начальная и конечная (требуемая) температура воды, а также предполагаемое время нагрева. На точность результатов оказывает влияние фактическое напряжение электрической сети и особенности конструкции данного ТЭНа. Все эти исходные данные вводятся в онлайн-калькулятор расчета мощности.

    Основой всех расчетов служит формула, определяющая математические показатели мощности: P=0,0011m(tk-tн)/T, где:

    • Р — это мощность ТЭНа,
    • m — масса воды, подлежащей нагреву,
    • tk-tн — температура воды в начале и конце нагрева,
    • Т — время, необходимое для нагрева воды.

    Калькулятор позволяет вычислить мощность нагревательного элемента без учета потерь тепла, различающихся в соответствии с конструкцией той или иной емкости. Кроме того на тепловые потери влияет температура окружающей среды и другие факторы.

    Во время расчетов ТЭНа следует учитывать показатели фактического напряжения электрической сети, значительно отличающиеся от предполагаемого номинала. Например, пониженное напряжение может привести к снижению расчетной температуры рабочей поверхности ТЭНа. Поэтому времени для нагрева одного и того же объема воды потребуется значительно больше.

    Во время расчетов в окне калькулятора «Объем нагреваемой воды» может быть вставлено значение массы этой воды с учетом ее удельного веса, составляющего 1 г/см3. Нередко холодная вода для нагрева поступает из городских систем водоснабжения. В этих случаях предусмотрена ее начальная температура, которая рекомендуется в летний период примерно 5-8 градусов, а в зимний период — 13-18 градусов. Конечный результат расчетной мощности Р в формуле подходит не только для одного ТЭНа, но и для нескольких элементов, соединенных параллельно.

    Расчет параметров нагревателей из нихрома и фехрали

    Расчет длины проволоки для спирали

    Требуемая мощность нагревателя
    Вт

    Напряжение питания
    В

    Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров.

    Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

    Расчет веса и длины

    Нихром и фехраль являются самыми распространенными материалами для создания резистивного нагревателя. Нихром (в частности, нихром 80) изготавливается из смеси никеля и хрома. Фехраль или другое название Кантал представляет собой сплав железо-хром-алюминий (FeCrAl).

    Краткий анализ

    Fechral – сплавы группы железо-хром-алюминий (FeCrAl), используемые в широком диапазоне сопротивлений и при высоких температурах. Сплавы известны своей способностью выдерживать высокие температуры (до 1400 ° C (2550 ° F)), и имеющие промежуточное электрическое сопротивление (1,20 — 1,30 Ом · м).

    Типичные области применения сплавов FeCrAl — это электрические нагревательные элементы в высокотемпературных печах для термообработки, керамической, стекольной, сталелитейной и электронной промышленности.

    Среди достоинств фехрали можно отметить следующие:

    высокая рабочая температура;
    Ферритные сплавы FeCrAl можно использовать в среднем до 1400 °C, в то время как аустенитные сплавы NiCr имеют максимальную рабочую температуру до 1250 °C.

    высокое удельное сопротивление;
    Удельное сопротивление сплавов FeCrAl выше, чем сплавов NiCr. Это дает возможность выбирать материалы с большим поперечным сечением, тем самым продлевая срок службы элементов. Значительная экономия веса может быть получена, особенно при использовании тонкой проволоки — чем выше удельное сопротивление, тем меньше материалов используется. Кроме того, на удельное сопротивление сплавов FeCrAl меньше влияет холодная обработка и термообработка по сравнению со сплавами NiCr.

    более долгая жизнеспособность;
    Сплавы FeCrAl могут использоваться от 2 до 4 раз дольше, чем сплавы NiCr, эксплуатируемые при той же температуре в атмосфере.

    более высокая поверхностная нагрузка;
    Более высокая рабочая температура и более длительный срок службы сплавов FeCrAl гарантируют способность выдерживать высокие поверхностные нагрузки.

    небольшой вес и невысокая стоимость;
    Вес сплавов FeCrAl ниже, чем сплавов NiCr. Благодаря тому, что сплавы FeCrAl не содержат никель, его цена ниже, чем на сплавы NiCr. В результате в большом количестве применений может быть достигнута значительная экономия веса и стоимости элементов.

    отличные окислительные свойства;
    Оксид алюминия (Al2O3), образующийся на поверхности сплавов FeCrAl, имеет лучшие адгезионные свойства и, следовательно, менее загрязняется.

    стойкость к сере;
    Сплавы FeCrAl могут противостоять коррозии в атмосфере и материалах, загрязненных серой или ее соединениями. В таких условиях сплавы NiCr подвержены сильной эрозии.

    Нихром (NiCr) — группа сплавов с содержанием Ni 55-78%, Cr 15-23% в зависимости от марки и добавками Mn, Si, Fe и Al. Сплавы известны своей способностью выдерживать высокие температуры (до 1250 ° C (2280 ° F), и имеют промежуточное электрическое сопротивление (1,05–1,40 Ом * м). Сплавы NiCr обладают отличнойустойчивостью к высокотемпературному окислению, коррозии и имеют хорошую износостойкость.

    Благодаря своей стойкости к окислению и стабильности при высоких температурах нихром широко используется в электронагревательных установках, таких как электрические печи, печи для обжига и сушки, его используют в производстве различных нагревательных устройств.

    Среди достоинств нихрома можно отметить следующие:

    идеальная стабильность формы при высоких температурах;
    Сплавы NiCr устойчивы к деформации и сохраняют очень хорошую стабильность формы при высоких температурах благодаря тому факту, что они имеют более высокий предел прочности при нагревании и ползучести, чем сплавы FeCrAl.

    немагнитные свойства;
    Сплав NiCr — немагнитный материал, который можно использовать при низких температурах. Между тем сплав FeCrAl немагнитен при температурах выше 600 °C.

    хорошая пластичность после длительного использования;
    Сплавы NiCr остаются пластичными после длительного использования. Это свойство делает нагревательные элементы более прочными.

    высокая излучательная способность;
    Сплавы NiCr имеют более высокий коэффициент излучения, чем сплавы FeCrAl в полностью окисленном состоянии. При одинаковой поверхностной нагрузке температура элементов сплава NiCr ниже, чем сплавов FeCrAl.

    устойчивость к коррозии;
    Как правило, сплавы NiCr имеют лучшую коррозионную стойкость при комнатной температуре, чем неокисленные сплавы FeCrAl (за исключением серной среды и контролируемой атмосферы).

    Расчеты нагревательных элементов. Калькуляторы вычисления длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот

    Расчёт сопротивления

    В первую очередь стоит определить длину проволоки. За основу для расчета берется мощность и сопротивление. К примеру, нужно изготовить нагревательный элемент для устройства, мощность которого составлять должна 10Вт, а напряжение 12Вольт. Для примера вычислений возьмем нихромовую проволоку, диаметр сечения которой составляет 0,1 мм.

    Без учетов нагрева можно применить элементарную формулу расчета:

    Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

    R= U/ І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

    На основе имеющихся данных площади сечения проволоки (S) и удельного сопротивления нихромового сплава (ρ) длина проволоки вычисляется довольно просто:

    Для определения удельного сопротивления проволоки из нихрома с конкретным диаметром можно использовать формулы или готовую таблицу. Нихром, диаметр которого составляет 0,1 мм будет обладать сопротивлением 14,4 Ом и иметь площадь сечения 0,008 мм.кв — внеся эти данные в таблицу мы определим, что длина такой проволоки должна составлять 10 см.

    Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

    Вычисление длины одного витка, равного:

    Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

    Количество витков = длина проволоки / длина витка

    Исходя из этого, проводим следующее соотношение, если диаметр витков проволоки будет 2 мм, то

    Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

    В теории все складно и хорошо. Но, что покажет практика? Сможет ли нихромовая проволока такого диаметра выдерживать подобную нагрузку. Расчеты в таблицах представленных ниже предоставляют данные максимального тока, который допустим для конкретных показателей диаметра нихромовой нити при определенной температурной нагрузке.

    Другими словами, следует высчитать температурный показатель, выше которого не должна прогреваться спираль и подобрать в значениях таблицы подходящее сечение для расчетного тока.

    Следует отметить, что для электронагревателей, предназначенных для работы в жидкой среде сила тока должна браться с большим расчетом на 1,5 раза. Для устройств предназначенных для работы в замкнутом пространстве следует ток уменьшить.

    Температурный расчет

    Данный расчет является более сложным и более точным, чем предыдущий. В нем учитывается величина сопротивления материала в холодном состоянии. Ведь логически должно быть понятно, что при изменении температуры меняться должно и сопротивление. Также важно учитывать еще и в каких условиях работает нагревательный прибор. При небольших температурах, например в случае использования обычных обогревателей, первую методику расчета можно легко использовать, для печей высокого сопротивления, где температурная подача сверхвысокая, такой метод уже будет не актуален.

    Чтобы показать пример расчета спирали на основе второго метода возьмем греющий элемент, предназначенный для работы в муфельной печи. В первую очередь определяем объем рабочей камеры и исходя из этого высчитываем мощность необходимую при нагреве. Для муфельной печи подбор происходит на основе следующего правила:

    Для печных установок, камера которых имеет объем менее 50 л., расчет проводим исходя из 1 литр на 100 Вт

    Для оборудования с рабочей камерой более 100 л., но меньше 500 л. Мощность рассчитывается 50-70 Вт на 1 литр

    В качестве примера берем печную установку объемом 50 л. Мощность такой печки составляет 50*100= 5000 Вт

    Определим силу тока (І) и сопротивление (R) для сети 220В

    І = 5000/220 = 22,7 А

    R = 220/22,7 = 9,7 Ом

    При подключении спирального нагревателя способом «звезда», мощность делим на три фазы.

    Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

    Такой тип подключения в трехфазную сеть предполагает подачу к каждой фазе 220В, то есть ток и сопротивление будут соответствовать следующему расчету:

    І = 1660/220 = 7,54 А

    R = 220/7,54 = 29,1 Ом

    При соединении нагревательного элемента в условиях напряжения 380 В использоваться будет схема подключения «треугольник». Расчет будет проведен по формуле учитывающей линейное напряжение 380В.

    І = 1660/380 = 4,36 А

    R = 380/4,36 = 87,1 Ом

    Диаметр определяется при учете удельной поверхностной мощности нагревательного элемента. Рассчитаем длину нагревательной спирали, беря за основу удельные сопротивления из таблиц.

    Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

    Из проведенной работы можно свободно сделать вывод, что для муфельной печки, которая должна прогреваться до 1000 градусов Цельсия необходимо взять спираль, рассчитанную на подачу температуры в 1100 градусов Цельсия. На основе табличных данных выбираем соответствующие показатели и получаем:

    Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

    Диаметр d=3√((4*Rt*P2)/(π2*U2*Вдоп))

    Удельное сопротивление проволоки при необходимой термической нагрузке (Rt) подбирается из таблицы

    При использовании нихромового сплава маркой Х80Н20, Rt составляет 1,025. Исходя из этого, Рт=1,13*106*1,025=1,15*106 Ом на мм

    Для подключения греющего элемента по типу звезда: диаметр составляет 1,23 мм, длина = 42 м

    Проверяем значения по формуле L=R/(p*k)

    Получаем в итоге 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

    Как видно, при использовании формулы, где температура не учитывается, конечные данные имеют значительные отличия от полученных показателей. Правильно выберите длину одной спирали для соединения звезды равной 42 м, тогда для 3-х спиралей понадобится 126 метров нихромовой проволоки диаметром 1,3.

    Выводы

    При помощи калькуляторов и формул удастся быстро произвести расчет длины греющей проволоки. Определить диаметр на основе необходимой мощности и температурной выработки греющей спираль также не затруднительно. Но, даже при помощи второго более сложного способа расчета невозможно учесть различные факторы, которые могут возникнуть при непосредственной эксплуатации нагревателя и внести свои коррективы в его работу. Практика показывает обратное. После проведения полных расчетов все же придется подгонять полученные результаты под конкретные условия работы нагревателя.

    Провести полный и высокоточный расчет всех параметров нихромовой и фехралевой спирали вам помогут специалисты «Технонагрев». Наши технологи обладают большим опытом и навыками при проектировке и изготовлении нагревателей любой сложности. То, что для вас может показаться нерешаемой задачей для нас окажется работой на несколько минут.

    ТЭН. Выбор, расчет, обозначение, характеристики нагревательных элементов ТЭНов.

    1. Нагревательные элементы

    Под нагревательным элементом понимают нагревательное сопротивление, его изоляцию, каркас и защитную оболочку.

    Нагреватели подразделяются на открытые, защищенные и герметические. Открытые передают тепло излучением и конвекцией. Нагреватели защищенного типа и герметического исполнения передают тепло в основном конвекцией.

    Наиболее широко распространены трубчатые электронагревательные элементы — ТЭНы, которые можно устанавливать почти во все нагревательные приборы. Однако во многих низкотемпературных приборах используют открытые спирали, защищенные самой конструкцией прибора, как более простые и дешевые.

    Заводы серийно выпускают трубчатые электронагреватели диаметром трубки 9—16 мм, при толщине стенки — 0,8—1,5 мм и максимальной длине 6 м.

    Нагревательная спираль, как правило, изготавливается из поволоки сплава Х20 Н80 и Х15 Н60 диаметром 0,2—1,6 мм.

    Рис. 1. Трубчатый электронагреватель: 1 — спираль; 2 — теплоизоляционный материал; 3 — металлическая трубка; 4 — токоведущий стержень; 5 — изоляционная втулка

    Внешняя трубка выполняется из стали Ст10 или 1 Х18 Н10 Т, меди, латуни, алюминия. При изготовлении ТЭНы заполняют периклазом (плавленая окись магния), затем обжимают и герметизируют. Трубке нагревателя можно придать любую желаемую форму при условии, что изгиб делается в холодном состоянии после отжига трубки и радиус изгиба не меньше 2,5 диаметров трубки. Спираль при этом сохраняет центральное положение в трубке.

    Срок службы ТЭНов 10000 часов, гарантийный срок 3000 часов.

    1.1. ТЭНы промышленного назначения, ГОСТ 13268—88

    Рис. 2. Примеры конфигурации ТЭНов промышленного назначения

    Нагрев воздуха, литейных форм и т.д. Материал оболочки: ст.10, нержавеющая сталь. Мощность от 0,2 до 5 кВт

    Нагрев воды, воздуха и т.д.

    Материал оболочки: ст.10, нержавеющая сталь, латунь. Мощность: от 0,2 до 6,3 кВт

    Нагрев воды, воздуха и т.д.

    Материал оболочки: ст.10, нержавеющая сталь, латунь. Мощность: от 0,2 до 6,3 кВт

    ТЭНы для дистилляторов.

    Материал оболочки: нержавеющая сталь, латунь. Мощность: от 0,5 до 3 кВт

    Нагрев воды, воздуха и т.д.

    Материал оболочки ст.10, нержавеющая сталь, латунь. Мощность от 0,2 до 3,6 кВт

    Нагрев воды, воздуха и т.д.

    Материал оболочки ст.10, нержавеющая сталь, латунь. Мощность до 5 кВт

    Материал оболочки ст.10, нержавеющая сталь. Мощность до 4 кВт

    Оребренные ТЭНы. Мощность до 6,3 кВт

    1.2. Обозначение ТЭНов по ГОСТ 13268—88 (для промышленного оборудования)

    Пример обозначения ТЭНа: ТЭН 170 С 13/0,4 S 220

    170 — развернутая длина ТЭН по трубе: от 30 до 450 см; С — тип контактного стержня (длина), см. табл.

    Как проверить (прозвонить) ТЭН?

    Приветствую вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info!

    В этой статье мы подробно рассмотрим, как своими руками можно проверить исправность ТЭНа — нагревательного элемента.

    В настоящее время в быту широко применяются водонагревательные приборы. Это — стиральные машины, электрочайники , электроплиты, бойлеры, и другие приборы.

    Во всех этих приборах нагрев воды происходит при помощи ТЭНа — трубчатого электронагревателя.

    Внутри ТЭНа находится проволочная спираль с высоким удельным электрическим сопротивлением, которая при прохождении по ней электрического тока нагревается.

    Пространство между спиралью и корпусом ТЭНа заполнено электроизоляционным наполнителем с высокой теплопроводностью, который хорошо проводит тепло.

    Когда электронагревательные приборы перестают нагревать воду, чаще всего виной этому — выход из строя ТЭНа.

    Итак, как проверить ТЭН?

    1. Перед проверкой необходимо рассчитать сопротивление ТЭНа. Для этого необходимо знать его мощность. Она обычно указывается на корпусе прибора и в паспорте к нему.

    Зная мощность, рассчитываем ток, протекающий через ТЭН — это отношение мощности к напряжению электросети (220В):

    I=P/U, Ампер.

    После расчета тока, определяем сопротивление: отношение напряжения (220В) к току:

    R=U/I, Ом.

    Либо же можно сразу рассчитать сопротивление по следующей формуле:

    R=U²/P, Ом.

    Предположим, что у нас ТЭН мощностью 2000 Вт (2 кВт), напряжение питающей сети 220В, подставляя эти значения в формулу, получим:

    Т.е. напряжение подставляем в Вольтах, мощность в Ваттах — сопротивление получаем в Омах.

    2. Теперь приступаем непосредственно к проверке ТЭНа мультиметром (тестером).

    Перед проведением измерений необходимо отключить электроприбор от питающей электросети и отсоединить провода от разъемов ТЭНа.

    Переводим мультиметр в режим измерения сопротивления с диапазоном 200 Ом.

    Касаемся щупами мультиметра к клеммам ТЭНа:

    — если ТЭН исправен, то прибор должен показывать сопротивление, близкое к расчетному.

    — если показывает ноль — значит замыкание внутри ТЭНа и его надо заменить.

    — если показывает 1 (единицу) — обрыв ТЭНа и тоже замена (стрелочный тестер покажет ∞).

    3. После этого проверяем пробой ТЭНа на корпус.

    Переключатель прибора переводим в режим прозвонки «зуммер». Один щуп прибора подключаем к выводу ТЭНа, второй к корпусу ТЭНа (можно к клемме подключения заземления на ТЭНе).

    Если пробоя на корпус нет — зуммер мультиметра не должен пищать.

    Если зуммер пищит — значит ТЭН имеет пробой на корпус и требует замены.

    Таким вот несложным способом можно проверить исправность трубчатого электронагревателя — ТЭНа с помощью мультиметра.

    4. Но также возможен случай, когда изоляция ТЭНа со временем начинает портиться и возникает ток утечки на корпус. В этом случае для измерения сопротивления изоляции ТЭНа понадобится мегаомметр.

    Если в цепи с ТЭНом установлено УЗО, то в случае ухудшениия или старения изоляции, ток утечки может может достигать величины, достаточной для срабатывания этого УЗО. Как я уже подробно объяснял в курсе по аппаратам защиты, УЗО может начать срабатывать, начиная с половины значения номинального отключающего дифференциального тока:
    — от 5 мА для УЗО с уставкой 10 мА;
    — от 15 мА для УЗО с уставкой 30 мА.

    Мультиметр этого не покажет, поскольку нет короткого замыкания на корпус.

    Также вы можете посмотреть, как проверить ТЭН в видеоформате:

    Подпишитесь на мой канал на YouTue, и первым получайте доступ к новым видео по электрике.

    Если видео было для Вас полезным, не забудьте нажать НРАВИТСЯ.

    Также рекомендую прочитать:

    Проходные выключатели схема без ответвительной коробки

    Как выбрать квартирный электрощит

    Что еще почитать?

  • Почему перегорает удлинитель?
  • Разделение электропроводки на группы
  • Неотключаемые линии
  • Электропроводка — зачем делить на группы
  • Инструмент для снятия изоляции — стриппер
  • Распределительный щит — полезности при сборке

    все понятно, кроме замыкание внутри тена когда сопротимвление = 0…обьясните пожалуста ..

    Внутри ТЭНа находится проволочная спираль с высоким удельным электрическим сопротивлением, которая при прохождении по ней электрического тока нагревается.

    Пространство между спиралью и корпусом ТЭНа заполнено электроизоляционным наполнителем с высокой теплопроводностью, который хорошо проводит тепло.

    Когда ТЭН исправен, его сопротивление должно быть близко к расчетному.

    Когда происходит замыкание витков спирали ТЭНа, его сопротивление уменьшается и близко к нулю.

    Спасибо, всё написано доступным языком.

    Благодарю автора за предоставленнные статьи и видеоинструкции. Хотя я и имею инженерное образование, но получал его от такого «препода», который не знал к каким клемам подключить сварочный аппарат, когда он позвал нас сварить ему гаражные ворота. Сейчас вижу, что простые общеизвестные формулы можно и нужно применять на практике, в домашних условиях и не бояться, что замкнешь или напартачишь. Главное получать знания от практиков, и что не маловажно, от таких которые могут доходчиво объяснить, что вопросов не остается.

    При прозвонке ТЭНа мультиметр издает короткий писк, сопротивление порядка 400 — 500 Ом, которое стремительно возрастает до бесконечности. При периодической проверке сопротивление стремится к бесконечности. После интервала в 30-4- секунд и более история повторяется (короткий писк при начале измерения и возрастание сопротивления). При работе выбивает УЗО на шнуре водонагревателя и диф. автомат в щите. Произвел разборку, очистил ТЭНы (была ржавчина и накипь) — результата не дало. Что можете посоветовать?

    Вы измеряете сопротивление или прозваниваете в режиме зуммера? Похоже, Вам необходимо заменить ТЭН. А выбивает УЗО и с ним диф. на вводе, поскольку у них нет селективности.

    если показывает 1 (единицу) — обрыв ТЭНа и тоже замена (стрелочный тестер покажет ∞). Объясните пожалуйста.

    Когда спираль ТЭНа перегорает, цепь разрывается и по ней перестает протекать ток. Т.е. в цепи — обрыв.
    Мультиметр в этом случае показывает 1 (единицу), а стрелочный тестер — ∞ (бесконечность).

    Спасибо автору за доходчивое объяснение. Сам имею вышку по энергетике, только силовым сетям (основная сеть). Практики было мало по эксплуатации электрооборудования. Сейчас понадобилось. И очень благодарен, что все автор разложил по полочкам. Еще раз спасибо.

    Пожалуйста, рад, что информация пригодилась!

    Д. день такая же проблема как и под №6, только тен выдает 18 Ом. На корпус не звонится, как и должно быть. Но УЗО в щитке и на шнурке сразу вышибает оба при включнии. Ума не приложу при каких условиях такое может быть. Два года без проблем.

    Здравствуйте. УЗО срабатывает, если в цепи есть утечка тока. Причина может быть не только в ТЭНе. Влажная среда — смотрите нет ли влаги.

    Если есть возможность, проверьте мегаометром сопротивление изоляции ТЭНа. При наличии тока утечки УЗО будет срабатывать.

    Выбивают оба УЗО, т.к. нет селективности по времени,так и будет при наличии утечки — будут выбивать оба, либо вышестоящее.

    Попробуйте проверить всю эл.цепь бойлера до вилки.
    Не поможет, попробуйте заменить ТЭН.

    Здравствуйте. Спасибо за статью помогла разобраться в том, что тэн не сгорел, но к сожалению не смог решить проблему с бойлером. Попробую описать проблему и буду рад есть посоветуете где «копать».
    Бойлер Timberk с 2-мя тенами каждый по 1Kw. На каждый тэн свой выключатель 1 и 2. При включении 1 все работает… т.е. нагрев идет и поддержание температуры термостатом. Но если включить 2 тэн (даже без 1-го) через 3-4 секунды выбивает УЗО которое стоит на вилке бойлера.
    Думал, что сгорел или замкнул тэн… разобрал бойлер, нашел Вашу статью, отключил провода. Без подключенного тэна N2 если включить УЗО не выбивает, но и сопротивление он дает верное и «зуммер» не пищит на корпус тэна… Я в ступоре…может есть идеи куда еще «копать»…. Заранее благодарен.
    PS: сам тэн N2 еще из бойлера не вытаскивал.

    Попробуйте проверить сопротивление изоляции ТЭНа мегаомметром.
    УЗО может начать срабатывать, начиная с половины значения номинального отключающего дифференциального тока:
    — от 5 мА для УЗО с уставкой 10 мА;
    — от 15 мА для УЗО с уставкой 30 мА.

    Спасибо Вам большое. Все дело было утечке через поврежденную изоляцию. На снятом ТЭНе получилось 4.4мА. Вот почему выбивало УЗО с задержкой в 3-4 сек. ТЭН заменил все стало ОК.
    Но созрел еще один вопрос. Оригинального ТЭНа я не нашел и купил похожий (но на 1.3 Кв). То, что он немного мощнее это я думаю особо не страшно, быстрее будет греть, но вот в конструкции он отличается.
    Попробую объяснить.
    Старый ТЭН имеет трубку для термометра выше чем сам нагревательный элемент(НЭ), а новый имеет НЭ длинной как раз как старая трубка для термометра (т.к. он мощнее), а также новый ТЭН имеет 2 трубки для термометра разного диаметра, причем разного 4мм и 6мм. Та которая 4мм выше чем 6мм, но ниже на 1/3 чем в старом ТЭНе, а та которая на 6мм так вообще посередине ТЭНа заканчивается.
    Но на старом трубка для термометра была как раз 6мм.
    Я все-таки с набольшим усилием затолкал датчик температурный в 4мм канал (который повыше) и провел эксперимент … Включил новый ТЭН один на нагрев 45 градусов …..замерил температуру на выходе она была 50…затем включил еще 1 ТЭН (старый на 1 Кв, но с датчиком температуры выше т.е по факту у меня 2 датчика получается) и установил температуру 55 … после нагрева мерею термометром получается четко 55.
    Вот теперь вопросики…
    1. Я правильно понимаю, что термостат отключает по любому из сработавших датчиков температуры или он рассчитывает среднее значение?
    2.Насколько «неправильно», что на новом ТЭНе я вставил датчик в «узкую» трубку.
    3.Когда я достал неисправный ТЭН накипь лежала аккуратно внизу ТЭНа и была «рыхлой», а сам элемент был достаточно чист, но анода на нам не было (хотя место посадочное есть)
    В новом тоже есть место для анода, но я его не поставил…
    может все же надо было, как думаете (старый ТЭН был медным, а новый нержавейка)?
    Вообще конечно пользуемся бойлером очень редко, когда горячую воду на профилактику отключают (макс. 1 мес. в год), но раз уж думаю в бойлер «залез» надо бы разобраться до конца что к чему.
    Спасибо заранее за ответы, и что дочитали весь этот «опус» до конца

    А как проверить пробой тена, если на амперметре нет зуммера?
    Тем которым меряют ток в амперах.

    Если у вас амперметр, то вы не проверите. Нужен прибор для проверки сопротивления.
    Можно проверить стрелочным:
    — обрыв будет показывать бесконечность (цепь разорвана);
    — пробой на корпус, КЗ покажет ноль.

    Здравствуйте Купил бак для нагрева воды.С ТЭНом 2кВт.Включил.ТЭН сразу начал гудеть.Остальное вроде в порядке.Подскажите почему гудит.Гудение похоже на сетевой фон.

    Бывает шумит, как в чайнике при нагреве воды. Может быть гудит как трансформатор или дроссель, поскольку внутри ТЭНа проволочная спираль и витки могут издавать гул. Это не есть хорошо, обратитесь в сервис.

    Здравствуйте. Измеряю тестером вилку стиральной машины. между 1 жилой и землей на вилке 1 кОм, между той же жилой и землей в розетке приблизительно тоже. Сопротивление непостоянное плавает. Машина еще старая с переключателем без электроники. Автомат 24А перестал держать и темное пятно в районе контакта. Говорит ли это о пробое тэна. Спасибо если ответите, если нет все равно спасибо за ваш труд.

    Добрый день. ТЭН проверяйте мультиметром, отключив от него клеммы, тогда результат будет правильным.
    На стир.машину устанавливают автомат максимум на 16А при кабеле 2,5 мм2.

    Всем привет, вот такая у меня проблема.
    Бойлер не греет воду, все проверил, термостаты рабочие, ТЭН на корпус не пробивает, вот только одно непонятно, меряю сопротивление ТЭНа показывает 10.2 МОм, хотя должно быть примерно 31 Ом(по формуле 250 в кв/2000)
    Отдельно снимал термостат с ТЭНом включал в розетку на 15 сек, ТЭН нагревается.
    В чем может быть проблема.
    Заранее благодарен!

    Для 2-х киловаттного ТЭНа сопротивление должно быть 220²/2000=24,2 Ом.
    Вы измеряете мультиметром? Обычно мультиметр не измеряет МОм.
    Если при снятом ТЭНе греет, проверьте всю эл.цепь бойлера, возможно где-то повреждение.

    Здравствуйте. Водонагребатель аристон 1.5 квт. С светодиодной индикацией температуры. Сопротивление тена почти правильные 33 ома, накорпус не пробивает , но узо на вилке стандартное сразу выключает систему после включения или сброса .. мегометра нету проверить сопротивление изоляции.
    Подскажите, пожалуйста, что ещё проверить или посмотреть.

    Автор молодец,спасибо! У меня коротнула проводка из-за эл.чайника. Я вскрыл чайник и проверил ТЭН,поставив мультиметр на ЗУМ и он зазвенел,как при коротком! Я подумал,что ТЭНу кирдык и хотел выбросить,но потом почитал вашу статью и посмотрел видео и попробовал прозвонить,поставив на тестере 200 Ом,он у меня показал 25.6 Ом. По ходу,коротило где-то в реле и я его отключил,кинув на прямую провода на ТЭН. Короче чайник я спас,а релюшка мне и не нужна была! Только до сих пор не пойму,почему при исправном ТЭНе зуммер звенел,как при коротком? Спасибо за полезную статью!

    Здравствуйте, Валерий.
    Рад, что мои материалы помогли справиться с вашей проблемой.
    ТЭН правильно проверять, предварительно отключив его клеммы из общей цепи. Возможно, в вашем случае показывало КЗ из-за неисправного реле и не отключенных клеммах ТЭНа.

    Огромное спасибо за помощь.Очень полезная информация и ничего лишнего.

    Садимся за парты… Урок физики.

    Закон Ома определяет связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи.

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

    Где: I — сила тока (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ом)

    P=U▪I — Электрическая мощность

    Где: P — мощность (Вт), U — напряжение (В), I — сила тока (А)
    Эта формула справедлива для расчета мощности постоянного тока.

    Зная сопротивление ТЭНа и напряжение в сети мы можем рассчитать мощность ТЭНа:

    P=U▪U/R

    и наоборот — зная рабочие напряжение и мощность ТЭНа можем рассчитать его сопротивление:

    R=U▪U/P

    Для расчета мощность переменного тока используется формула

    P=U▪I▪cosφ

    P=U▪U▪cosφ/R

    Где: cos φ — коэффициент мощности (φ — сдвиг фаз между силой тока и напряжением), который можно принимать равным 0,95…1

    Следовательно, зная мощность и напряжение в сети мы можем рассчитать силу тока:

    I=P/U — Сила тока

    Сила тока = мощность, разделенная на напряжение в сети.
    Где: I — сила тока (А), P — мощность (Вт), U — напряжение (В)

    Например, для ТЭНа в 2000Вт сила проходящего тока составит

    10А:
    I = 2000Вт / 220В / 0.95 = 9,57А

    Напряжение 220В

    Мощность, Вт10001200150020002500300035004000450050005500
    Ток, А4.55-4.785.45-5.746.82-7.189.09-9.5711.36-11.9613.64-14.3515.91-16.7518.18-19.1420.45-21.5322.73-23.9225.00-26.32
    Напряжение 380В

    Мощность, Вт10001200150020002500300035004000450050005500
    Ток, А2,63-2.773.16-3.323.95-4.165.25-5.546.58-6.937.89-8.319.21-9.7010.53-11.0811.84-12.4713.16-13.8514.47-15.24

    Подбор сечения кабеля по мощности подключаемого оборудования:

    Схемы подключения ТЭНов

    к 1-фазной и 3-фазной электрической сети.

    Подключение трёх равномощных ТЭНов к трехфазной сети напряжением 380V возможно по 3-м вариантам:

    • 380В на каждый ТЭН (треугольник Δ, используются 3 фазы L1, L2 и L3);
    • 220В на каждый ТЭН (звездаΥ с нулём, используются 3 фазы L1, L2, L3 и ноль N);
    • 220В на каждый ТЭН при симметричной нагрузке и 190В на каждый ТЭН при отключении одной фазы, что приводит к уменьшению суммарной мощности в 2 раза (звездаΥ без нуля, используются 3 фазы L1, L2, L3)
    голоса
    Рейтинг статьи
    Читать еще:  Как соединить выключатель с розеткой при подключении светильника
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector