Электрический расчет электронагревателей

 

Задачей электрического расчета нагревателя является определение материала и основных размеров нагревателя - сечение, длины.

Расчет ведется на одну фазоветвь и одну ветвь в фазе, если есть еще параллельные ветви.

Исходные данные для расчета:

1) мощность нагревателя на фазоветвь Р=2000 Вт;

2) напряжение на нагревателе U=220 В;

3) температура, до которой нужно нагреть изделие Т_н =170 .

По температуре нагрева выбирается материал нагревателя. Рабочая температура нагревателя должна быть больше температуры изделия и меньше максимально допустимой температуры для материала данного нагревателя.

По исходным данным диапазон регулирования температуры составляет 90-170 . Для данных температур выбираем материал нагревателя – сортовая сталь (прокат). Характеристики материала нагревателя:

· максимальная рабочая температура 400-500 ;

· плотность 7860 кг/м³ при 20 ;

· удельное электрическое сопротивление 10∙10^-8 Ом∙м при 0 ;

· теплоемкость 0,481∙10^-3 Дж/(кг∙ );

· теплопроводность 45-55 Вт/(м∙ );

· температурный коэффициент сопротивления 9∙10^-3 К^-1.

Расчетные формулы для определения основных размеров нагревателя получаются совместным решением двух уравнений, одно из которых отражает условие теплообмена, а другое дает связь между электрическими параметрами.

 

 

Но

, ,

 

Тогда

 

 

Откуда

 

 

Из первого уравнения следует

 

,

 

где P- мощность нагревателя на фазоветви, кВт;

U- напряжение на нагревателе, В;

R- сопротивление нагревателя, Ом;

- удельное сопротивление материала нагревателя в горячем состоянии, Ом м;

l- длина нагревателя, м.

S- сечение нагревателя, м²;

- периметр нагревателя, м;

F_н- площадка поверхности нагревателя, м²;

W_доп- удельная поверхностная мощность реального нагревателя, Вт/м²;

d- диаметр проволочного нагревателя, м.

Приравниваем полученные выражения

 

Для нагревателя круглого сечения

 

 и

 

Подставляя значение периметра и сечение в полученное равенство, выведем формулу для диаметра:

 

 

Откуда диаметр проволоки:

 

 м;

 Ом∙м;

 

Удельная поверхностная мощность реального нагревателя или значение зависят от конструкции нагревателя, условий его размещения на стенках печи, материала нагреваемого изделия, а также от относительных тепловых потерь.

Выбираем проволочный зигзагообразный свободно подвешенный нагреватель, нагреваемый материал - алюминий.

Для него =0,68;

Удельная поверхностная мощность реального нагревателя определяется формулой:

 

 Вт/м²;

 

где - удельная поверхностная мощность идеального нагревателя. Теоретически это вариант, когда тепловые потери отсутствуют и вся мощность от нагревателя передается изделию.

Величину удельной поверхностной мощности идеального нагревателя , полагая его абсолютно черным, определяемой по графикам зависимости (рис.2)  от температуры изделия  и рабочей температуры нагревателя Т_н.

 Вт/см²=0,01∙10⁴ Вт/м²;

Полученные значения округляются до ближайших значений по стандарту.

Выбираем диаметр проволочного нагревателя равным 6 мм.

 

 м²;

 

Длина проволоки на фазоветвь:

 м;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель бакалаврской работы успешно выполнена. Спроектирован электрический аппарат на базе микропроцессора, способный измерять и регулировать температуру в заданном диапазоне температур.

При выполнении бакалаврской работы мною были закреплены навыки работы с технической, справочной и методической литературой, действующими отраслевыми и государственными стандартами, получен опыт разработки конструкторской документации.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гордон А. Н. Основы температурных измерений. - М.: Энергоатомиздат, 1992. – 304 с.

2. Крамарухин Ю. Е. Приборы для измерения температуры. - М: Машиностроение, 1990. – 208 с.

3. Тули М. Карманный справочник по электронике: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 176 с.

4. Микросхемы АЦП и ЦАП. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005.- 432 с.

5. Гусев В. Г. Электроника и микропроцессорная техника. - М: Высшая школа, 2005. – 790 с.

6. Коваленко А. А. Основы микроэлектроники. - М: Издательский центр «Академия», 2006. – 240 с.

7. Ефимов И. Е., Козырь И. Я. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. - М: Высшая школа, 1987. – 416 с.

8. Лачин В. И., Савелов Н. С. Электроника. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 703 с.

9. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е. М. Душина.- Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с.

10. Пароль Н. В. Знакосинтезирующие индикаторы и их приминение: Справочник. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.

11. Электротехнологические промышленные установки. Под ред. А. Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982. – 399 с.

12. Проектирование электрических аппаратов. Под ред. Г. Н. Александрова.- Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 448 с.

13. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. – М.: Солон-пресс, 2006. – 416 с.