Розрахунок нагрівальних елементів

Електронагрівачі широко використовуються в побутових електроприладах: чайниках, праски,
камінах, плитках, типах припоїв і т. д. Щоб виготовити або відремонтувати електронагрівач, потрібно попередньо зробити електричні розрахунки нагрівальних елементів.

При проходженні електричного струму через нерухомі металеві провідники

єдиним результатом роботи струму є нагрівання цих провідників, і, отже, за законом збереження енергії вся робота, здійснена струмом, перетворюється в тепло.

Робота (в джоулях), що здійснюються струмом при проходженні його через ділянку ланцюга, обчислюється за формулою:

де U - напруга, В; I - сила струму, A; t - час, с.
Кількість теплоти (Дж), виділене в провіднику при проходженні по ньому електричного струму, пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження струму і обчислюється за законом Джоуля - Ленца:

де R - опір провідника, Ом.

Зробимо розрахунок кількості теплоти, необхідної для того, щоб закип'ятити воду в чайнику, що вміщає 2 л. Напруга мережі U = 220 В. Струм, споживаний електрочайником, I = 4 А. Визначити час закипання води, якщо ККД його 80% і початкова температура води 20 ° С.
Вихідні дані: U = 220 В; I = 4 А; m = 2 кг; ККД = 0,8; t = 20с С; Iкіп = 100 ° С. Питома теплоємність води С = 4200. Визначимо кількість теплоти, необхідне для нагрівання води до температури кипіння.

Qпол = Сm (t кип - to) = 4200 • 2 (100-20) = 672 000 Дж. Визначимо загальна кількість теплоти, яке має виділити нагрівальний елемент електрочайника, з урахуванням втрат на нагрівання кераміки, корпусу чайника і зовнішнього середовища:

Визначимо час закипання води в чайнику:

Звідси знаходимо t:

t = Qобщ / UI = 840000 / (220 х 4) = 954 с = 15 хв. 54 с.

Знаючи роботу, що здійснюються струмом за деякий проміжок часу, можна розрахувати і потужність струму, під якою, так само як і в механіці, розуміють роботу, що здійснюються за одиницю часу. З формули, яка визначає роботу постійного струму A = UIt, слід, що потужність його (Р) дорівнює:

Нерідко говорять про потужності електричного струму, споживаної від мережі, бажаючи цим висловити
думка, що за допомогою електричного струму (за рахунок струму) нагріваються праски, електроплитки
і т. д. Відповідно до цього на приладах нерідко позначається їх потужність, т. е. потужність струму, необхідна для нормального дії цих приладів. Так, наприклад, для нормальної роботи електроплитки на 220 В потужністю 500 Вт вимагаєте ток близько 2,3 А при напрузі 220 В (2, З Х 220 = 500).

Довжину і діаметр дроту нагрівального елементу розраховують виходячи з величини
напруги мережі і заданої потужності нагрівального елементу. Сила струму, при цьому напрузі і потужності визначається за формулою:

Провідникові провідника завжди обчислюється за формулою:

Знаючи величину струму, можна знайти діаметр і перетин дроту (табл. 1.). Підставляючи отримані значення в формулу:

де L - довжина дроту, м; S - перетин дроту, мм²; R - опір дроту. Ом; q - питомий опір дроту (для ніхрому q = 1,1, для фехралю q = 1,3), Ом мм² / м, отримаємо необхідну довжину дроту для нагрівального елементу.