Как рассчитать мощность тэна по сопротивлению? - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Как рассчитать мощность тэна по сопротивлению?

Как определить сопротивление тэна

В каких случаях нужно определять сопротивление ТЭНа, технология проверки трубчатого электронагревателя. Как использовать мультиметр, способы проверки работоспособности нагревательного элемента без тестера.

Причин неполадок электроприборов, в которых установлены трубчатые электронагреватели, довольно много. И не всегда это выход из строя ТЭНа. Чтобы исключить этот вариант, может потребоваться его тестирование при помощи специального прибора – мультиметра.

Когда может потребоваться определение сопротивления ТЭНа

Знать, как измерить сопротивление ТЭНа, потребуется во многих случаях. Обычно – если бытовое устройство, которое использует ТЭН, начало функционировать неверно. В частности, тревожными симптомами могут быть:

  • Отказ устройства включаться;
  • Нарушение температурного режима работы устройства;
  • Слишком сильное и быстрое нагревание;
  • Появление искр или даже дыма;
  • Так называемый «пробой» на корпус, а также неисправности иного рода.

Не обязательно они связаны с выходом из строя ТЭНа: причины могут быть самыми разными. Поэтому не будет лишним знать, как проверить сопротивление ТЭНа.

Если вдруг бытовое оборудование стало вести себя подозрительно, необходимо немедленно отключить его от электросети и приступить к диагностике возможных неполадок.

Что нужно выполнить перед проверкой

Перед тем, как измерить сопротивление ТЭНа мультиметром, можно рассчитать значение его сопротивления на бумаге. Для этого потребуется определить мощность устройства. Как правило, данный параметр указан в эксплуатационном паспорте. В крайнем случае можно всегда просмотреть нужную информацию на сайте производителя или поискать данные в Интернете.

Зная значение мощности, нужно сначала рассчитать протекающий через нагреватель ток. Любой, кто знаком со школьным курсом физики за 8 класс, ответит, что сила тока в данном случае будет равна отношению мощности к напряжению (обычно это 220 вольт):

После этого можно будет по Закону Ома (все тот же 8 класс физики) высчитать и значение сопротивления – разделив напряжение на силу тока:

Как вариант – воспользоваться другой формулой:

В качестве примера: перед тем, как определить сопротивление ТЭНа рассчитывается его теоретический показатель при мощности в 2 киловатта (2 000 ватт) при стандартном напряжении в 220 вольт:

R=(220 В)²/2 000 Вт = 24.2 Ом.

Это и будет искомое теоретическое сопротивление. Часто мастера и электрики, тестируя ТЭН мультиметром, просто придерживаются показателей в промежутке между 20 и 30 омами. Это будет не совсем верно: все-таки, чем точнее измеренный показатель будет совпадать с теоретическим, тем лучше.

Технология проверки ТЭНа

Перед тем как проверить сопротивление ТЭНа, устройство необходимо отключить от электропитания. Это обязательно! При необходимости, пользуясь специальными инструкциями, ТЭН извлекается из своего посадочного гнезда в приборе. Как это сделать – зависит от каждого конкретного устройства и его модели, а также от производителя.

После того как ТЭН извлечен и отсоединен от проводов, нужно включить мультиметр в режиме замера сопротивления и выставить диапазон до 200 Ом. Щупами устройства нужно прикоснуться к выводным контактам ТЭНа.

Использование измерительного прибора

Собственно, это и есть проверка сопротивления ТЭНа. Мультиметр может показать разные значения. Возможно три варианта развития событий:

  • На дисплее показывается точно такое же значение, какое было рассчитано выше, по формуле. Если это так – ТЭН исправен, причина неполадки бытового прибора кроется в чем-то ином;
  • Дисплей показывает нулевое значение. Пользоваться таким ТЭНом категорически запрещается! Ноль свидетельствует о наличии короткого замыкания. Поможет лишь замена нагревателя;
  • Если высвечивается значение – единица или знак бесконечности, то где-то в цепи имеет место разрыв. Например, произошло механическое разрушение ТЭНа. Соответственно, его также потребуется заменить.

Кроме как измерить сопротивление ТЭНа мультиметром, можно проверить, нет ли утечки тока. Чтобы это сделать, мультиметр переводится в режим зуммирования, после чего один из его щупов подводится к контакту вывода, а другой – к корпусу ТЭНа. Если зуммер издал сигнал – имеет место пробой. В этом случае нагреватель также подлежит замене.

Можно провести проверку сопротивления изоляционного слоя ТЭНа при помощи мегаомметра. Чтобы это сделать, на приборе выставляется диапазон до 500 В. Один из щупов подводится к выводному контакту ТЭНа, а другой – к корпусу прибора. Считается нормальным показание от 0.5 Ома.

Перед тем, как определить сопротивление ТЭНа посредством прозвона, нужно его внимательно осмотреть. На нем не должно присутствовать механических повреждений. Причиной неисправности может стать накипь. В случае с явными повреждениями – вздутие, трещины (пусть и самые незначительные), сколы и т.д. – ТЭН просто подлежит замене. Можно даже не проводить никаких замеров. Накипь устраняется через вымачивание в течение двух суток элемента в растворе уксуса или лимонной кислоты.

Утечка тока на корпус

Бывает и так, что с течением времени изоляционный слой ТЭНа изнашивается. При этом наблюдается так называемая утечка тока на корпус оборудования. Определить это можно уже описанным выше способом – посредством мегаомметра.

Если в доме стоит УЗО, то из-за износа изоляционного слоя автоматика может отключаться. Происходит это при достижении половины значения от номинального отключающего дифференциального тока. Мультиметром определить этот факт будет невозможно, поскольку у него отсутствует короткое замыкание на корпус.

Проверка ТЭНа без мультиметра

Если под рукой нет мультиметра, бывалый мастер может провести проверку нагревателя на предмет обрыва и без него. Для этого потребуется контрольная лампа электрика. Ее можно изготовить самому, но лучше приобрести заводской прибор.

Для проверки нужно один контакт ТЭНа подать на ноль от сети, а другой – фазу через контрольную лампу. Если лампочка загорелась – обрыва в цепи нет. Минус этого способа в том, что полноценная проверка сопротивления ТЭНа таким образом невозможна, однако проконтролировать целостность цепи все-таки получится.

Аналогичными способами можно выполнять проверку ТЭНа во многих электроприборах – начиная от посудомоечной машины, заканчивая обогревателями и электрическими чайниками.

Советы по поводу того, как продлить срок службы ТЭНа

В заключение – немного о том, как продлить срок работы ТЭНа. Нет ничего приятного в том, когда выходит из строя водонагревательное устройство в бытовой технике. Однако существуют некоторые рекомендации, которые позволят отодвинуть это неприятное событие:

  • Необходимо своевременно проводить замену магниевого анода, который защищает ТЭН;
  • Самым главным требованием является использование как можно более качественной воды. При необходимости следует установить на водопровод фильтрующие устройства;
  • Не повредит минимум один раз в год осматривать ТЭН на предмет целостности и образования на нем накипи;
  • Если требуется проводить замену деталей, лучше всего использовать оригинальные комплектующие.

Не нужно без крайней необходимости задавать максимальный нагрев воды в устройстве. Обычно производитель указывает оптимальный температурный режим его работы. Это позволит сэкономить электричество и продлить срок работы ТЭНа.

Ничего особенно сложного в том, как измерить сопротивление ТЭНа, нет. Но только в том случае, если есть полная уверенность в правильности проводимых операций. В противном случае лучшим выходом будет обратиться за помощью к специалисту.

Мощность тэна по сопротивлению онлайн. Как рассчитать мощность тэна для нагрева воды

Онлайн расчет и подбор электрических калориферов производства ООО
Т.С.Т. Онлайн-калькулятор мощности электрических калориферов для приточной вентиляции

  1. Нагреваемая среда – воздух
  2. Формула расчета мощности тэна по сопротивлению
  3. 2. Выбор спирали нагревательного элемента
  4. Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн
  5. Виртуальная Абхазия: Абхазский государственный музей
  6. Китайские имена мужские Где у китайцев имя где фамилия
  7. Значение пиктограммы. Пиктографическое письмо. Что такое пиктограмма в пиктографическом письме
  8. Расчет расхода отдельных видов топлива
  9. Как проверить электронагреватель (ТЭН) тестером? Узнаём его мощность по сопротивлению.
  10. Расчет веса и длины
  11. Электротены для отопления виды
  12. Общие данные, необходимые для вычислений
  13. Подсчет скорости движения воды в трубах калорифера
  14. Косинус фи для различных потребителей – таблица
  15. Типы и принцип работы
  16. Информация
  17. Количество электроэнергии кВт·ч и стоимость нагрева воды.
  18. Расчет мощности ТЭНа
  19. Основной вид нагрева
  20. Вспомогательный обогрев частного дома
Читайте также  Как рассчитать время зарядки батареек?

Нагреваемая среда – воздух

Для нагрева воздуха используется два типа ТЭНов:

  • ТЭНы для «спокойного» воздуха. Маркировка таких ТЭНов по ГОСТ 13268-88 – «S» и «T». Удельная мощность на единицу поверхности соответственно 2,2 ватт/кв. см и 5,0 ватт/кв. см. Максимальная температура на поверхности – 450 и 650 градусов. Съем тепла с поверхности нагревателя происходит за счет конвекции «спокойного» воздуха, контактирующего с нагретой поверхностью.
  • ТЭНы для «подвижного» воздуха, еще их называют «обдуваемые», с маркировкой «О» и «К», удельной мощностью 5,5 Вт/кв. см и 6,5 Вт/кв. см. Съем тепла с поверхности нагревателя осуществляется подвижной струей воздуха, создаваемой, например вентилятором и движется эта струя со скоростью не менее 6 м/с (по ГОСТ). Естественно, что «обдуваемый» ТЭН по сравнению со «спокойным», имея одинаковые характеристики (размеры, материал, напряжение и пр.), может иметь значительно большую мощность и генерировать на своей поверхности больше тепла. При этом «обдуваемый» ТЭН не перегревается, т.к. избыток тепла интенсивно отбирается движущимся воздухом.

Когда речь идет об обогреве обычных помещений, в которых температуру воздуха нужно поднять до уровня 20-25 градусов, выбор ТЭНов не представляет затруднений: из таблицы ТЭНов на сайте выбирается ТЭН нужного типоразмера, мощности и напряжения, количество ТЭНов определятся общей необходимой мощностью из расчета (в среднем) 1 кВт на 10-12 кв. м площади помещения при стандартной высоте потолка 3 м и общепринятой утепленности здания. При этом температура ТЭНа повышается незначительно, т.е. это собственная температура ТЭНа плюс 20-30 градусов. Иначе обстоит дело, когда температуру воздуха нужно поднять до 150, 200 и даже 250 градусов. Это происходит в сушилках, печках-пекарнях, окрасочных камерах. В этом случае общая температура ТЭНа будет очень высокая: собственная температура ТЭНа плюс 250 градусов окружающего воздуха. Такая температура может неблагоприятно сказаться на «здоровье» ТЭНа – он может попросту перегреться.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, в камере для порошковой окраски изделий необходимо создать температуру +200 градусов. Опуская детали расчета, используем для этой цели ТЭН 140 В13/2,5 Т 220 (трубка длиной 140см, диаметром 13мм, мощностью 2,5кВт, из нержавеющей стали). Этот ТЭН имеет удельную мощность около 4,8 Вт/кв. см, а собственную температуру около 600 градусов. В рабочем режиме температура ТЭНа достигает 600+200=800 градусов, что превышает максимально допустимую температуру ТЭНа. А если учесть «разрешенные» скачки напряжения (+10%), разрешенное отклонение по мощности ТЭНа (+5%), то общая температура ТЭНа может быть еще выше. Долговечность такого ТЭНа становится под вопросом.

Возьмем ТЭН 140 В13/2,0 Т 220 (такой же, как и предыдущий, только мощностью ниже -2,0 кВт вместо 2,5 кВт). У этого ТЭНа удельная мощность равна 3,86 Вт/кв. см, собственная температура – примерно 480 градусов, суммарная температура ТЭНа около 680 градусов, что уже не так критично.

Очевидно, первый ТЭН, как более мощный, разогреет камеру быстрее, количество этих ТЭНов, исходя из необходимой общей мощности для разогрева камеры до нужной температуры, потребуется меньше. Но в конечном итоге эти «плюсы» могут перекрыться «минусами»: более мощные, но перегретые ТЭНы будут чаще выходить из строя, а это потребует более частой остановки окрасочной камеры и сборки-разборки ТЭНовых узлов.

ВЫВОД: при подборе воздушных ТЭНов необходимо увязывать такие параметры, как:

  • размеры и материал трубки ТЭНа;
  • мощность и собственную температуру ТЭНа;
  • эксплуатационные условия – температуру воздуха, качество обдува и др.

Формула расчета мощности тэна по сопротивлению

Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

Так записывается основная формула:

Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

2. Выбор спирали нагревательного элемента

Зная температуру и мощность спирали, размеры проволоки можно подобрать из табл. 2.1.

Таблица 2.1. Выбор нихромовой проволоки в зависимости от температуры и мощности

Мощность и длина проволоки

Спирали в изоляции из периклаза в канавках конфорки

Спирали в керамической изоляции пластинчатого элемента

Как рассчитать мощность тэна по сопротивлению?

Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

Читайте также  Как рассчитать мощность пускателя?

В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

Так записывается основная формула:

Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

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 ℃.

Читайте также  Как рассчитать катушку тесла?

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

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.

ГдеI- 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- 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 + R3и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное77,45Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P- мощность в ваттах

U2- напряжение в квадрате, в вольтах

R- общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения625 Вт.

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

В таблице 1.1 приведены значения для последовательного соединения ТЭНов.

Кол-воТЭН Мощность(Вт) Сопротивление(Ом) Напряжение(В) Сила тока(А)
1 1250,000 38,725 220 5,68
Последовательное соединение
2 625 2 ТЭН =77,45 220 2,84
3 416 3 ТЭН =1 16,175 220 1,89
4 312 4 ТЭН=154,9 220 1,42
5 250 5 ТЭН=193,625 220 1,13
6 208 6 ТЭН=232,35 220 0,94
7 178 7 ТЭН=271,075 220 0,81
8 156 8 ТЭН=309,8 220 0,71

В таблице 1.2 приведены значения для параллельного соединения ТЭНов.

Кол-воТЭН Мощность(Вт) Сопротивление(Ом) Напряжение(В) Сила тока(А)
Параллельное соединение
2 2500 2 ТЭН=19,3625 220 11,36
3 3750 3 ТЭН=12,9083 220 17,04
4 5000 4 ТЭН=9,68125 220 22,72
5 6250 5 ТЭН=7,7450 220 28,40
6 7500 6 ТЭН=6,45415 220 34,08
7 8750 7 ТЭН=5,5321 220 39,76
8 10000 8 ТЭН=4,840 220 45,45

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, мощностью1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно законаОма,пользуясь выше приведенными формулами.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: