ИДЗ / ИДЗ_3_Васильев_Л_5А47_ИШЭ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Подразделение: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение: Электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3

Расчет нагревательного элемента и выбор проводникового материала

по дисциплине:

«Электротехническое материаловедение»

Вариант 4

Исполнитель:
студент группы	5А47		Васильев Леонид Максимович				14.05.2026
Руководитель:
Доцент ОЭЭ ИШЭ			Сапугольцева Ольга Владимировна
	к.т.н.

Томск - 2026 г

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.

Таблица 1 – Исходные данные

Р, кВт	Uр, В	t, 0С	j, А/мм^2
55	380	900	2.6

Согласно исходным данным по таблице 1 имеем высокую мощность, рабочую температуру и напряжение, соответственно будем выбирать нагревательный элемент не для простого бытового прибора, а для промышленной установки.

Промышленная проходная электропечь сопротивления - это установка непрерывного действия для термической обработки изделий, которые перемещаются через её рабочее пространство от загрузочного окна к разгрузочному. Данная установка, полностью соответствует заданным параметрам (55 кВт, 380 В, 900 °C). Обладает системой принудительной циркуляции горячего газа, где нагрев осуществляется за счёт конвекции.

Рис. 1 Устройство промышленной проходной электропечи сопротивления

1. Ток, протекающий через нагревательный элемент:

2. Минимальная площадь сечения нагревательного элемента:

где j − допустимая плотность тока через нагревательный элемент А/мм2;

3. Необходимая площадь сечения с учетом коэффициента запаса по мощности:

где Кз = 1,2 ÷ 2,5 – коэффициент запаса по мощности;

4. Диаметр проволоки для нагревательного элемента:

Диаметр проволоки получился больше 2,5 мм, следовательно, нужно найти способ уменьшения диаметра.

Делим площадь сечения на количество проволок (многожильный провод).

4. Диаметр проволоки для нагревательного элемента

5. Активное сопротивление проводника нагревательного элемента:

В качестве нагревательного элемента для проходной электропечи сопротивления используем нихром Х20Н80, поскольку данный сплав обладает высокой рабочей температурой, практически не окисляется, высокая жаропрочность и пластичность (легко навивать спирали). Химический состав сплава представлен на рисунке 2. Нихром Х20Н80 применяется для изготовления различных электрических нагревательных приборов, таких как печи, сушилки, обогреватели, стило для выжигания и т.д. Сплав также используется для изготовления элементов сопротивления, реостатов, резисторов и других электротехнических устройств

Рис. 2 Химический состав сплава с высоким электрическим сопротивление марки Х20Н80

Таблица 2 – Справочные данные сплава Нихром Х20Н80

Удельное сопротивление при рабочей температуре нагревательного элемента:

где − удельное объемное сопротивление стали при = 20 ℃, Ом∙ м;

− температурный коэффициент удельного сопротивления, К−1;

7. Длина проволоки для нагревательного элемента:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на изготовление промышленной проходной электропечи сопротивления

1. Заказчик: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, пр. Ленина, д. 30. Исполнитель определяется по результатам торгов

2. Исходные данные: Нагревательный элемент в виде спиралевидной проволоки из сплава Нихром Х20Н80 длинной l = 21.12 м, диаметром d = 2.1 мм, площадью поперечного сечения S = 66.78 , температура нагрева t = 900℃

3. Требование заказчика:

Подрядчик должен иметь лицензию на право проведения изготовительных работ.

Все работы должны выполняться в соответствии с нормативными требованиями.

Гарантийный срок на выполнение работы не менее 1 месяца

Срок выполнения работы: май 2026 г. По окончании изготовления представить отчетную документацию, оформленную в соответствие с нормативными документами

Все поставляемое оборудование должно иметь сертификат качества и паспорта.

Список использованной литературы

1. Справочник по электротехническим материалам. Под редакцией: Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. Том 3. 1988., - 728 с.

2. Дудкин А.Н., Ким В.С. Электротехническое материаловедение. Учебное пособие. - Томск: Издательство ТПУ, 2004. - 198 с.

7