Это перегоревшая спираль нагревательного элемента. Даже если есть в наличии нихромовая проволока подходящего диаметра и длины, намотать новую спираль практически может, не получится (для паяльника, рассчитанного на напряжение 220 вольт точно), уж больно близко должны располагаться витки спирали друг к другу чтобы поместилось необходимое количество. Такая намотка под силу только специальному оборудованию. Не беру в расчёт отдельных энтузиастов, которым это удалось. Что же касается паяльников рассчитанных на напряжение 110 вольт и ниже (), то тут уже всё более реально. Необходимое сопротивление нагревательного элемента (нихрома) гораздо ниже и соответственно длина проволоки, которую надо намотать должным образом, значительно меньше. Но есть ещё изолирующий диэлектрик под названием слюда, которая по своей сути «недотрога» - крошится и рассыпается даже при самом нежном с ней обращении. Короче больше заниматься не собирался и вдруг нахожу информацию, что слюду может прекрасно заменить тандем, состоящий из самого обычного талька и конторского клея, которые образуют защитное покрытие сродни керамическому. Попробовал - получилось.
Для изготовления миниатюрного нагревательного элемента необходимо: нихром диаметром до 0,1 мм, тонкая (чуть толще нихрома) не упругая стальная проволока, асбестовая нить и самая тонкая швейная игла, вставленная в разметочный предмет чертёжного набора под названием «готовальня». Первое действие это прочное и компактное соединение концов нихромовой и стальной проволок методом скрутки.
Теперь нужно собрать представленную схему. Она поможет определиться с длиной нихромовой проволоки, из которой следует намотать нагревательную спираль.
Когда всё подключено, плавно увеличиваем напряжение, смотрим на показания вольтметра блока питания и амперметра. В данном случае при напряжении в 11 вольт токопотребление составило практически 0,5 А. Перемножив эти показатели, получаем ориентировочную мощность будущего нагревательного элемента - 5,5 Вт. Спираль ещё не разогрелась до красна (на полную мощность) и не надо её жечь, уже и так ясно, что можно будет по готовности нагревательного элемента подавать на него и 12 и даже 13 вольт. Так что желаемая мощность в 8 Вт будет легко достигнута. Напоследок замеряется сопротивление участка нихромовой проволоки, на которую подавалось напряжение - для сопоставимого контроля длины при намотке спирали.
Для начала процесса намотки стальная проволочка продевается в тоже «ушко», что и иголка, на которую насажена асбестовая нить призванная выполнить роль оправки для намотки спирали и одновременно основания будущего нагревательного элемента. Важно - перед началом намотки место соединения нихрома и стальной проволочки должно находиться, по крайней мере, в нескольких миллиметрах (2 - 3 мм) от края асбестовой нити в сторону её середины (на верхнем фото сбилось, перед намоткой поправлял). Намотать лучше немного больше, когда игла будет вытащена отмотать лишнее можно легко - домотать, не получится. Снятую с иглы спираль на асбестовой нити измеряют на предмет определения сопротивления и подгоняют под необходимое.
Далее потребуется тальк и конторский (силикатный) клей. Предстоит самое неконкретное действие, ибо способ нанесения защитного слоя (полного диэлектрика в будущем, после высыхания) может в принципе быть разным. Предлагаю посмотреть видео с тем, который показался наиболее прогрессивным по всем показателям. И в первую очередь по расходу талька.
Видео
Это первый этап покрытия, второй после 10 минутного подсыхания. Можно в принципе и не делать, всё решает визуальный контроль при помощи увеличительного стекла. Витки нихрома не должно быть видно.
Почти готовый нагревательный элемент (осталась просушка), длина 15 мм, диаметр 2 мм. Оптимальное напряжение питания 12 В, мощность 8 Вт. Просушка - на горячую батарею отопления, на следующий день подключил к БП подал напряжение достаточное для нагрева до 50 градусов (контроль мультиметром в режиме измерения температуры) - дал остыть и разогрел до 100 градусов, потом ещё до 150. Можно ставить по месту, эксплуатационные испытания на следующий день.
Вывод
На этом заканчивать не собираюсь, метод весьма перспективный и многообещающий, в ближайших планах изготовление более крупного керамического нагревательного элемента. Изюминка метода в том, что спираль, лишённая контакта с кислородом воздуха более выносливая и соответственно долговечная. Автор материала - Babay iz Barnaula.
Электрические нагревательные элементы применяются в бытовой и промышленной технике. Применение различных нагревателей известно всем. Это электрические плиты, жарочные шкафы и духовки, электрокофеварки, электрические чайники и отопительные приборы всевозможных конструкций.
Электрические водонагреватели, чаще именуемые , тоже содержат нагревательные элементы. Основой многих нагревательных элементов служит проволока с высоким электрическим сопротивлением. И чаще всего эта проволока изготовлена из нихрома.
Открытая нихромовая спираль
Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.
Конец провода нужной длины вставляется в пропил воротка, сам провод пропускается между двумя деревянными брусками. Тиски нужно зажать так, чтобы вся конструкция держалась, как показано на рисунке. Усилие зажима должно быть таким, чтобы провод проходил сквозь бруски с некоторым усилием. Если усилие зажима будет велико, то провод попросту оборвется.
Рисунок 1. Навивка нихромовой спирали
Вращением воротка проволока протаскивается сквозь деревянные бруски, и аккуратно, виток к витку, укладывается на металлический стержень. В арсенале электриков был целый набор воротков различного диаметра от 1,5 до 10 мм, что позволяло навивать спирали на все случаи жизни.
Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке 2 показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.
Рисунок 2. Расчет электрической спирали нагревательного элемента (для увеличения нажмите на рисунок)
Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.
При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600Вт на напряжение 220В. Все расчеты выполняются по закону Ома .
О том, как перевести амперы в ватты и, наоборот, ватты в амперы:
I = P/U = 600/220 = 2,72 A
Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.
Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,
где ρ - удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом.мм2/м), L - длина проводника в метрах, S - сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.
Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.
В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.
Прежде всего, это достаточно высокая температура нагрева - 700…800˚C. Нагретая спираль имеет слабое красное свечение, случайное прикосновение к ней может причинить ожог. Кроме того возможно поражение электрическим током. Раскаленная спираль выжигает кислород воздуха, привлекает к себе пылинки, которые выгорая, дают весьма неприятный аромат.
Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкция которого показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Самодельный обогреватель «козел»
Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке 4.
Рисунок 4. «Козел» домашний
Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем рисунке.
Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.
Рисунок 5. Обогреватель рефлекторного типа
Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения - выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.
Нагревательные элементы с закрытой спиралью
Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели - ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке 6.
Рисунок 6. Конструкция ТЭНа
Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).
После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом - трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.
Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.
При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.
По условиям эксплуатации ТЭНы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.
Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.
Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.
Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.
Водяные ТЭНы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные ТЭНы , дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.
Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.
Тут можно привести простой пример: при выкипании воды в обычном электрическом чайнике ТЭН может разогреться докрасна, после чего прогореть до дыр. Такую же картину можно наблюдать и с обычными кипятильниками, предназначенными для кипячения воды в стакане или в ведре.
Приведенный пример наглядно говорит о том, что водяные ТЭНы ни в коем случае нельзя применять для работы в воздушной среде. Воздушные ТЭНы для нагрева воды использовать можно, вот только придется долго ждать, пока вода закипит.
Не на пользу водяным ТЭНам пойдет и слой накипи, образующийся в процессе работы. Накипь, как правило, имеет пористую структуру, и ее теплопроводность невелика. Поэтому тепло, выделяемое спиралью, в жидкость уходит плохо, зато сама спираль внутри нагревателя разогревается до весьма высокой температуры, что рано или поздно приведет к ее перегоранию.
Чтобы такого не произошло, желательно периодически очищать ТЭНы с помощью различных химических средств. Например, в телевизионной рекламе для защиты нагревателей стиральных машин рекомендуется средство «Calgon». Хотя по поводу этого средства существует множество самых различных мнений.
Как избавиться от накипи
Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.
Электронные умягчители воды
В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Электронный умягчитель воды
Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.
Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.
Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации - однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.
Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства - от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.
Подключение и проверка ТЭНов
При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.
Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1КВт (1000Вт) на напряжение питания 220В. Для такого нагревателя получается, что ток составит
I = P/U = 1000/220 = 4,545A.
Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5мм2 (11А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.
Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000Вт этот расчет выглядит так:
220*220/1000=48,4Ом.
Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.
Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.
Вообще для проверки изоляции применяется , но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.
Как уже было сказано, ТЭНы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.
Некоторые ТЭНы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.
Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.
ТЭНы с терморегулятором
При отсутствии горячего водоснабжения приходится пользоваться бойлерами. Конструкция бойлеров достаточно проста. Это металлическая емкость, спрятанная в «шубу» из теплоизолятора, поверх которого находится декоративный металлический корпус. В корпус же врезан термометр, показывающий температуру воды. Конструкция бойлера показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Бойлер накопительного типа
Некоторые бойлеры содержат магниевый анод. Его назначение защита от коррозии нагревателя и внутреннего бака бойлера. Магниевый анод является расходным материалом, его приходится периодически менять при обслуживании бойлера. Но в некоторых бойлерах, видимо, дешевой ценовой категории, такая защита не предусмотрена.
В качестве нагревательного элемента в бойлерах применяется ТЭН с терморегулятором, конструкция одного из них показана на рисунке 9.
Рисунок 9. ТЭН с терморегулятором
В пластмассовой коробке расположен микровыключатель, который срабатывает от жидкостного термодатчика (прямая трубка рядом с ТЭНом). Форма собственно ТЭНа может быть самой разнообразной, на рисунке показана самая простая. Все зависит от мощности и конструкции бойлера. Степень нагрева регулируется за счет положения механического контакта, управляемого белой круглой рукояткой, расположенной внизу коробки. Здесь же находятся клеммы для подвода электрического тока. Крепление нагревателя производится при помощи резьбы.
Мокрые и сухие ТЭНы
Подобный нагреватель находится в непосредственном контакте с водой, поэтому такой ТЭН называют «мокрым». Срок службы «мокрого» ТЭНа находится в пределах 2…5 лет, после чего его приходится менять. В общем-то, срок службы невелик.
Для увеличения срока службы нагревательного элемента и всего бойлера в целом французской компанией Atlantic в 90-х годах прошлого века была разработана конструкция «сухого» ТЭНа. Если сказать проще, то нагреватель был спрятан в металлическую защитную колбу, исключающую прямой контакт с водой: нагревательный элемент греется внутри колбы, которая передает тепло воде.
Естественно, что температура колбы намного ниже, чем собственно ТЭНа, поэтому образование накипи при той же жесткости воды происходит не столь интенсивно, в воду передается большее количество тепла. Срок службы таких нагревателей достигает 10…15 лет. Сказанное справедливо для хороших условий эксплуатации, прежде всего стабильности напряжения питания. Но даже и в хороших условиях «сухие» ТЭНы тоже вырабатывают свой ресурс, и их приходится менять.
Вот здесь обнаруживается еще одно достоинство технологии «сухого» ТЭНа: при замене нагревателя нет никакой необходимости сливать воду из бойлера, для чего следует отключать его от трубопровода. Достаточно просто вывернуть нагреватель и заменить его на новый.
Компания Atlantic, конечно же, запатентовала свое изобретение, после чего стала продавать лицензию другим фирмам. В настоящее время бойлеры с «сухим» нагревательным элементом выпускают и другие фирмы, например, Electrolux и Gorenje. Конструкция бойлера с «сухим» ТЭНом показана на рисунке 10.
Рисунок 10. Бойлер с «сухим» нагревателем
Кстати, на рисунке показан бойлер с керамическим стеатитовым нагревателем. Устройство такого нагревателя показано на рисунке 11.
Рисунок 11. Керамический нагреватель
На керамическом основании закреплена обычная открытая спираль из проволоки с высоким сопротивлением. Температура нагрева спирали достигает 800 градусов и передается в окружающую среду (воздух под защитной оболочкой) конвекцией и теплоизлучением. Естественно, что такой нагреватель применительно к бойлерам может работать только в защитной оболочке, в воздушной среде, прямой контакт с водой попросту исключен.
Спираль может быть намотана в несколько секций, о чем говорит наличие нескольких клемм для подключения. Это позволяет менять мощность нагревателя. Максимальная удельная мощность подобных нагревателей не превышает 9Вт/см 2 .
Условием нормальной работы такого нагревателя является отсутствие механических нагрузок, изгибов и вибраций. На поверхности не должно быть загрязнений в виде ржавчины и масляных пятен. И, конечно же, чем более стабильным будет напряжение питания, без выбросов и скачков, тем более долговечна работа нагревателя.
Но электротехника не стоит на месте. Технологии развиваются, усовершенствуются, поэтому кроме ТЭНов в настоящее время разработаны и успешно применяются самые разнообразные нагревательные элементы. Это керамические нагревательные элементы, карбоновые нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы, но это будет темой для другой статьи.
Нихром был изобретен в 1905 году Альбертом Маршем, который соединил никель (80%) и хром (20%). Сегодня существует около десяти модификаций сплавов различных марок. В качестве дополнительных легирующих примесей добавляется алюминий, марганец, железо, кремний, титан, молибден и т. д. Благодаря своим выдающимся качествам этот металл стал широко использоваться для производства электротехники.
Основные качества нихрома
Нихром отличается:
- высокой жаростойкостью. При высоких температурах его механические свойства не меняются;
- пластичностью, которая позволяет изготавливать из сплава нихромовые спирали, проволоки, ленты, нити;
- простотой обработки. Изделия из нихрома хорошо свариваются, штампуются;
- высокую стойкость к коррозии в различной среде.
- сопротивление нихрома высокое.
Основные свойства
- Плотность составляет 8200-8500 кг/м3.
- Температура плавления нихрома - 1400 С.
- Максимальная рабочая температура - 1100°С.
- Прочность - 650-700 МПа.
- нихрома 1,05-1,4 Ом.
Маркировка нихромовой проволоки
Прекрасный материал для различных электронагревательных элементов, которые используются практически во всех отраслях промышленности. Практически каждый бытовой имеет элементы, выполненные из нихрома.
Буквенная маркировка проволоки:
- «Н» - используется, как правило, в нагревательных элементах.
- «С» - применяется в элементах сопротивления.
- «ТЭН» - предназначается для
Согласно отечественным стандартам, существуют несколько основных марок:
- Двойная проволока Х20Н80. В состав сплава входит: никель - 74%, хром - 23%, а также по 1% железа, кремния и марганца.
- Тройная Х15Н60. Сплав состоит из 60% никеля и 15% хрома. Третий компонент - железо (25%). Насыщение сплава железом позволяет значительно удешевить нихром, цена на который довольно высокая, и при этом сохранить его жаростойкость. Кроме того, повышается его обрабатываемость.
- Наиболее дешевый вариант нихрома - Х25Н20. Это богатый железом сплав, в котором механические свойства сохраняются, но рабочая температура ограничена 900°С.
Применение нихрома
Благодаря своим качественным и уникальным характеристикам нихромовые изделия могут применяться там, где нужна надежность, прочность, устойчивость к химически агрессивной среде и очень высоким температурам.
Нихромовые спирали и проволока являются неотъемлемой частью практически всех видов нагревательных приборов. Нихром присутствует в тостерах, хлебопекарнях, обогревателях, духовках. Сплав также нашел применение в резисторах и реостатах, работающих при сильном нагреве. Имеется нихром и в электрических лампах и паяльниках. обладают жаростойкостью и значительным сопротивлением, что позволяет их использовать в сушки и обжига.
Находит применение и лом нихрома. Он переплавляется, и материал снова идет в дело. Сплав никеля с хромом используется в химических лабораториях. Данный состав не вступает в реакцию с большинством щелочей и кислот. Деформированные нагревательные нихромовые спирали применяют в электронных сигаретах.
По сравнению с ранее используемым для этих целей железом, изделия из нихрома более безопасны, не искрят, не ржавеют, не имеют оплавленных участков.
Температура плавления нихрома 1400°С, поэтому при приготовлении пищи не чувствуются посторонние запахи и гарь.
Инженеры до сих пор исследуют уникальные свойства этого материала, постоянно расширяя сферу его применения.
В домашних условиях нихромовая проволока используется для изготовления самодельного оборудования, электролобзиков и резаков, таких как, например, или дерева, паяльник, приспособление для выжигания по дереву, сварочные аппараты, бытовые обогреватели и т. д.
Самой популярной считается проволока Х20Н80 и Х15Н60.
Где можно приобрести нихромовую проволоку
Реализация данного продукта производится в рулонах (бухтах, катушках) либо же в виде ленты. Сечение нихромовой проволоки может быть в виде овала, круга, квадрата, а также трапеции, диаметр составляет в пределах от 0,1 до 1 миллиметра.
Где же взять или купить изделия из нихрома? Предлагаем рассмотреть самые распространенные и возможные варианты:
- Прежде всего, можно обратиться в организацию, изготавливающую данную продукцию и сделать заказ. Узнать точный адрес таких предприятий можно в специальных справочных по товарам и услугам, которые имеются практически во всех крупных городах и населенных пунктах. Оператор сможет подсказать, где приобрести, и даст номер телефона. Кроме того, информацию об ассортименте такой продукции можно найти на официальных сайтах производителей.
- Купить нихромовые изделия можно в специализированных магазинах, например, продающих радиодетали, материал для мастеров типа «Умелые руки» и т. д.
- Купить у частных лиц, торгующих радиодеталями, запасными частями и прочими металлическими изделиями.
- В любом хозяйственном магазине.
- На рынке можно приобрести какой-нибудь старый прибор, например лабораторный реостат, и взять нихром.
- Нихромовую проволоку также можно найти и у себя дома. К примеру, именно из нее изготовлена спираль электрической плитки.
Если необходимо сделать большой заказ, тогда больше всего подойдет именно первый вариант. Если нужно небольшое количество проволоки из нихрома, в этом случае можно рассматривать все остальные пункты списка. При покупке необходимо обязательно обратить внимание на маркировку.
Навивка нихромовой спирали
Сегодня нихромовая спираль является одним из основных элементов многих нагревательных приборов. После остывания нихром способен сохранять свою пластичность, благодаря чему спираль из такого материала можно легко снять, изменить ее форму или при необходимости подогнать под подходящий размер. Намотка спирали в промышленных условиях осуществляется автоматическим путем. В домашних условиях можно осуществить также ручную намотку. Рассмотрим подробнее, как это сделать.
Если не слишком важны параметры готовой нихромовой спирали в ее рабочем состоянии, при намотке можно произвести расчет, так сказать, «на глаз». Для этого следует подобрать нужное количество витков в зависимости от нагрева нихромового провода, при этом включая периодически спираль в сеть и уменьшая или увеличивая число витков. Такая процедура намотки очень простая, но может занять достаточно много времени, да и часть нихрома при этом расходуется впустую.
Для повышения простоты и точности расчета намотки спирали можно воспользоваться специальным онлайн-калькулятором.
Рассчитав необходимое количество витков, можно приступать к намотке на стержень. Не обрезая провод, следует осторожно подключить нихромовую спираль к источнику напряжения. Затем проверить правильность расчетов по намотке спирали. Важно учитывать, что для спиралей закрытого типа длина намотки должна быть увеличена на треть полученного при расчете значения.
Для обеспечения одинакового расстояния между соседними витками нужно вводить намотку в 2 провода: один - нихромовый, второй - любой медный или алюминиевый, с диаметром, который равен нужному зазору. Когда намотка будет окончена, вспомогательный провод следует аккуратно смотать.
Стоимость нихрома
Единственный недостаток, который имеет нихром, - цена. Так, двухкомпонентный сплав при покупке в розницу оценивается примерно в 1000 рублей за один килограмм. Стоимость марок нихрома с лигатурой - около 500-600 рублей.
Заключение
Выбирая продукцию из нихрома, необходимо учитывать данные о химическом составе интересующего товара, его электропроводность и сопротивление, физические характеристики диаметра, сечение, длину и т. д. Важно также поинтересоваться документацией соответствия. Кроме того, нужно уметь визуально отличать сплав от его, так сказать, «конкурентов». Правильность выбора материала является залогом надежности электротехники.
Проще и дешевле сделать обогреватель на основе нихрома. Отрез длиною метр саморегулирующегося кабеля стоит за 330 рублей и до бесконечности. Продавцы на удивление согласованно забывают указать температуру настройки системы, зато приводят сведения о мощности, напрямую зависящую от условий, причем показатель по определению в описанном случае непостоянный. Если бы речь шла о резистивном кабеле, вышеуказанное имело бы смысл. К примеру, саморегулирующийся работает самостоятельно, не нуждается в термостате. Имеет высокую отказоустойчивость. Значит, риск пожара минимальный, случись изготовить самодельный обогреватель.
Обогреватели и кабели
Не каждому доводилось сталкиваться с саморегулирующимся кабелем, расскажем чуть подробнее об этих любопытных комплектующих систем размораживания водостоков зданий. Омическая проволока выделяет тепло по закону Джоуля-Ленца. Эффект прямо пропорционален току, обратно пропорционален сопротивлению, зависит от времени работы конструкции. Люди для получения полезного тепла в обогревателях искали материалы с повышенным сопротивлением. Это, кажется, уменьшает эффект Джоуля-Ленца, но тривиальный провод не удается присоединить к сети 230 В – жила сгорает. Выходит короткое замыкание. Постарайтесь сделать обогреватель своими руками без опасности для окружающих.
К примеру, для получения обогревателя на 2 кВт возьмите провод сопротивлением 28 Ом. Попробуйте набрать вещицу из медной проволоки. Нихром наделен значительным удельным сопротивлением, 3-5 метров материала позволят намотать спираль. Если уменьшить длину отреза, мощность возрастет, но ситуация невыгодна. Проводник охарактеризован некой предельной мощностью на погонный метр, которую рассеивает. Если значение завышено, спираль сгорит. Быстро процесс пройдет на воздухе.
Первый совет, как сделать обогреватель:
Изучайте рынок на предмет похожих конструкций заводского изготовления. Каковы мощность и внутреннее устройство обогревателя, из каких материалов изделие изготовлено.
Дальше копируем технические характеристики. Посмотрите в справочнике, какую погонную мощность рассеивает нихром. Кстати, в технике используется фехраль из Норвегии, состав материала – тайна, в магазинах не достать.
Что сделать из нихрома. На заводах из металла изготавливают:
- ТЭНы.
- Спирали.
Везде используется способность давать тепло дозированно (в отличие от меди, где выделяемая погонная мощность мала, шанс сжечь пробки велик). Отличие трубчатых электрических нагревателей в том, что спираль защищена прессованным порошком от воды и воздуха. Внешняя медная оболочка используется для сохранения формы диэлектрика. Это позволит провести электрическую изоляцию прибора. Не забывайте, нихром металл, легко получить удар током, если не соблюдать мер предосторожности.
Саморегулирующийся кабель самостоятельно следит за температурой. Доводим до сведения читателей, что резистивный кабель сделан из омического проводника. Не нихром и не медь.
Состав резистивного кабеля неважен, главное, что выделяет тепло, пока подают питающее напряжение. Новые технологии привели к появлению матрицы из диэлектрика с вкраплениями графита. Концепция положена в основу саморегулирующихся кабелей и при повышении температуры расширяются. В результате графитовые вкрапления перестают контактировать друг с другом постепенно.
За счет этого сопротивление участка растет. Напряжение постоянное – 220 В – значит, ток падает. Следовательно, уменьшается эффект Джоуля-Ленца. При охлаждении участка происходит обратный процесс. Саморегулирующаяся матрица сжимается, графитовых мостиков становится больше, сопротивление падает, ток увеличивается, тепловой эффект повышается. Для изготовления кабеля берется два параллельных медных провода для подачи потенциала. Между ними по длине прокладывается саморегулирующаяся матрица с графитовыми включениями. Прелесть конструкции в том, что фрагменты станут обогреваться независимо. Определяющую роль в величине теплового эффекта играет температура.
Матрица настраивается на заводе. Чаще встретим изделия с температурой нагрева в области небольших положительных температур, чуть выше нуля. Подавляющая часть кабелей используется в ветках разморозки конструктивных элементов зданий, поэтому свойства выбираются сообразно. Чуть ледком прихватило, температура стала нулевой, матрица сжалась, кабель начал греть. Плюс конструкции – не нужно контроля за устройством. В то же время резистивный кабель дает фиксированный тепловой эффект.
Если не контролировать процесс, температура растет безгранично, пока оболочка кабеля не расплавится, не начнется пожар. Понятно, что связываться с термостатами не хочется: сложно и дорого.
Стоит резистивный кабель копейки, а цену саморегулирующегося уже указывали. В свете сказанного считаем, что первый лучше использовать для теплых полов (но не потолков), второй идеален для нетипичных конструкций, наподобие греющей подстилки под сиденье. Не забудьте, что нужно правильно провести изоляцию. К примеру, водворить между человеком и кабелем экран из фольги, надежно заземленный. В этом случае при пробое страшного не случится. Подобные приборы лучше все-таки включать через дифференциальное устройство защиты.
Примеры самодельных обогревателей
Как уже отметили, проще сделать обогреватель из нихрома. Понадобится отрез с сопротивлением 27 – 28 Ом, чтобы получить мощность 2 кВт. Не соединяйте такие спирали параллельно. В этом случае мощность умножается на количество нагревательных элементов, а домашний распредщиток в хрущевке тянет 5 кВт. Если не брать во внимание современные многоэтажки. Мощность вычисляется по формуле:
При сопротивлении 28 Ом получается 1728 Вт, если действующее значение напряжения 220 В. Вряд ли получится дома собрать трубчатый водонагреватель, а нихромовые спирали – сколько угодно. Наматывайте проволоку на стержень из керамики, как это делается в электрокаминах, либо на пластины, как в фенах или ветродувках. Где взять жаропрочный материал. Стоит копейки на рынке столицы, в сети брать дорого. Разберите старую технику и позаимствуйте необходимое. Не используйте для намотки сталь, действие вызовет непредсказуемые последствия. Кстати, в паяльнике внутри изолятор из керамики.
Если ничего не приходит в голову, отколите с кирпича специальным молотком (для кирпичей) тонкую пластину и используйте. Фрагмент тяжелый, но надежный. Если найдете огнеупорный кирпич, лучше использовать жаропрочный. Подойдет керамическая плитка. Не забудьте по торцам пластинки сделать углубление под проволоку, мотайте в один слой, не больше. В этом случае нарушаются условия теплообмена, нихром может сгореть. Кстати, плитку дырявьте специальными сверлами (для плитки, с камнем на конце). Если предполагается принудительный обдув, к примеру, процессорным кулером, это улучшит теплообмен.
Кстати, вентиляторы используются вовсе не для увеличения мощности, как кажется. Тепловой эффект нихрома мало зависит от температуры воздуха. Просто ветер подхватывает тепло и быстрее по помещению разнесет. Обогрев получается поравномернее. Керамическая плитка монтируется любым методом, допустимо на жаропрочный клей (температуры не менее 800 градусов). При нагреве нихром светится и работает инфракрасным обогревателем. Если сказанного недостаточно, введите обдув.
Двигатели лучше берите на 230 В. Подходят асинхронные моторы небольшой мощности, используемые в вытяжках или бытовых вентиляторах. Не применяйте коллекторные двигатели: шумные и искрят. Кстати, асинхронные электромоторы раздобудете в холодильнике, кухонной вытяжке или кондиционере. Следует избегать линейных компрессоров, внутри нет вращающихся деталей. Самодельный обогреватель для квартиры собирают на основе кассетного магнитофона. Внутри стоят тихие двигатели, нужно правильно отрегулировать обороты на перемотку.
Если требуется самодельный обогреватель для дачи, соберите горелку на основе инжектора. Описывали подобную конструкцию, такие популярны в США. Не применяйте бензин для получения тепла, пары взрывоопасны. Не рекомендуем в обогревателе продувать ионизированный воздух через сопло, а поместить в огонь продырявленную плитку возможно. Послужит керамической решеткой, аккумулятором и излучателем тепла. Проще сделать самодельный обогреватель получается на основе цангового туристического баллона. Необходимо правильно изготовить насадку, к примеру, на основе покупной для приготовления пищи.
Делятся на открытые и закрытые. Первые представлены спиралями, которые состоят из основы (керамической или миканитовой) с намотанной сверху проволокой из специального материала с хорошими электроизоляционными свойствами.
Компания «Элемаг» в качестве основы спирали предлагает именно миканитовые пластины, поскольку миканит имеет ряд преимуществ:
- Надежная электроизоляция;
- Высокая прочность на изгиб и механическая устойчивость кромок к крошению;
- Отсутствие расслаивания и потери механических свойств при нагреве;
- Низкие показатели абсорбции воды, позволяющие с успехом использовать миканит даже в среде с высокой влажностью.
К материалу проволоки в нагревательной спирали выдвигается несколько требований. Это низкая окисляемость, тугоплавкость и большое удельное сопротивление. Такими свойствами обладает множество материалов, например, медь. Однако по сравнению с другими металлами и их сплавами, меди для изготовления спирали понадобится в несколько раз больше (иногда до 10).
Поэтому обычно используются такие материалы:
- Нихром
- Фехраль
- Многокомпонентные сплавы на основе фехрали с лигирующими элементами (еврофехраль, суперфехраль и т.д.)
Нихромовые спирали
Появившись в начале века, она сразу завоевали широкую популярность благодаря высокому удельному сопротивлению, жаростойкости и низкой цене. К сожалению, из-за стремления сэкономить, процентное содержание никеля постепенно снижалось, его заменяли железом, в результате чего проволоки стали менее пластичными, ломкими и подверженным коррозии, а длительность эксплуатации снизилась (при нормальном содержании он составляет 5-6 месяцев).
Фехралевые спирали
Используются в электропечах при температуре до 1400°C. В отличие от нихромовых, они стоят в 3 раза меньше, служат около 2 лет, имеют большую удельную поверхностную площадь и меньшую плотность.
Многокомпонентные сплавы
Компания «Элемаг» в оборудовании для обогрева использует спирали из многокомпонентных сплавов. Это ведущие производители, такие как Kanthal, Rescal, а также Aluchrom. Надежные и выносливые спирали французской фирмы Рескал применяются в промышленных печах и нагревателях, которые предназначены для эксплуатации в тяжелых условиях при температуре до 1200°С. А жаропрочной проволоке от бренда Кантал (Швеция), который является мировым лидером по производству нагревательных систем, по качеству значительно уступают любые другие резистивные элементы.
Многокомпонентные сплавы типа Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y характеризуются следующими преимуществами по сравнению с нихромом и обычным фехралем:
- Больший срок эксплуатации (например, для Кантала он составляет 10 лет и более) при умеренной цене;
- Меньшая плотность материала, позволяющая сэкономить до 17% веса;
- Более высокие показатели удельного сопротивления (1,39-1,45);
- Однородность структуры, лучшее качество поверхности и высокая пластичность (в 2 раза больше, чем у обычных фехралей);
- Превосходная стойкость к воздуху, вакууму, аргону, водяному пару;
- Хороший предел ползучести, предотвращающий провисание элементов;
- Низкие и стабильные показатели ТКЭС;
- Отличная «свариваемость» сплава.
Передача тепла в нагревательных спиралях осуществляется конвекцией и излучением. Их основные достоинства - это простота конструкции, умеренная стоимость, быстрый нагрев, а также легкость ремонта. Спирали с проволокой Кантал и Рескал широко применяются в промышленности:
- В составе