Задание №3. Расчет нагревательного элемента и выбор проводникового материала
Задание: рассчитать и сконструировать нагревательный элемент для бытового прибора (электроплита, паяльник, фен). Выбрать материал для нагревательного элемента,
рассчитать необходимые параметры (диаметр проволоки не должен быть больше 2,5 мм, если получится больше – предложить пути уменьшения диаметра). Написать техническое задание для работника.
Задано: мощность нагревательного элемента; рабочее напряжение; рабочая температура нагревательного элемента; допустимая плотность тока через нагревательный элемент.
Решение:
Выбрать конкретный бытовой прибор, описать устройство и принцип действия.
1. Ток, протекающий через нагревательный элемент I:
I |
P |
, |
|
U |
|
||
|
p |
|
|
|
|
|
|
где Р – мощность нагревательного элемента [Вт], U p - рабочее напряжение [В]. 2. Минимальная площадь сечения проводника нагревательного элемента Smin:
S |
|
|
I |
, |
|
min |
j |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
где j - допустимая плотность тока через нагревательный элемент [А/мм2].
3. Необходимая площадь сечения с учетом коэффициента запаса по мощности S:
S S |
min |
K |
з |
[мм2 |
], |
|
|
|
|
где Кз=(1,2-2,5) – коэффициент запаса по мощности (взять любое число из промежутка).
4. Диаметр проволоки для нагревательного элемента d:
|
d |
2 |
|
4 S |
|
|
|
|
|
|
|
S |
4 |
; |
d |
|
[мм]. |
|
|
|
|
Если диаметр проволоки больше 2,5 мм – предложить пути снижения диаметра, если диаметр проволоки меньше или равен 2,5 мм – перейти к расчету пункта 5.
5. Активное сопротивление проводника нагревательного элемента R:
R |
U |
p |
[Ом]. |
|
|||
I |
|
||
|
|
|
Теперь необходимо выбрать металл либо сплав для проводника нагревательного элемента.
В зависимости от мощности нагревательного элемента, заданной температуры, области применения бытового прибора и расчетных данных можно выбрать, например: нихром, фехраль, хромаль (указать конкретную марку) – т.е. выбрать металлы и справы с высоким удельным сопротивлением.
Описать состав сплава.
Вставить скрин необходимых данных, а именно: удельного электрического
сопротивления |
0 |
при 20 С либо отношения |
t |
(если нет данных с |
|
||||
|
|
|
0 |
|
же температурного коэффициента удельного сопротивления .
|
0 |
|
), а так
Если в справочнике нет отношения
|
t |
|
|
|
0 |
|
при рабочей температуре – решить
пропорцию либо взять ближайшее большее. Далее перейти к расчету пункта 6.
6. Удельное |
электрическое сопротивление t при рабочей температуре |
||||||||||
нагревательного элемента Т: |
|||||||||||
|
t |
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
T T |
|
[Ом м], |
|
где T0 20 C .
7. Длина проволоки для нагревательного элемента l:
l |
R S |
[м], |
|
|
|
||
|
t |
|
|
|
|
|
|
где площадь S должна иметь размерность [м2].
В этой работе выводом считается техническое задание для работника.