Опишите физические и электрические свойства и область применения нихрома, в том числе сплава Х13Ю4. Определите максимальную длину нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм из этого сплава для изготовления нагревателя мощностью 1 кВт на напряжение 220 В. Температура нагрева проволоки должна быть оптимальной, а плотность тока лежать в допустимом диапазоне.
Решение
Х13Ю4 – высокоомный сплав. Химический состав приведён в таблице 1.1 [5].
Таблица 1.1 – Химический состав Х13Ю4
С Si
Mn
Ni
Cr
Al Cu S P
<0,15 0,8…1,1 0,5…0,8 0,5…0,8 12…15 3,5…5,8 0,4…0,6 <0,04 <0,035
Физико-механические свойства Х13Ю4 приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Физико-механические свойства Х13Ю4
ГОСТ Состояние поставки σв, МПа σ0,2, МПа δ5,% α, К-1 ρ, ГОм·м
12766-67 Горячекатаный прокат 520 380 18 15·10−6 1180…1340
Температура нагрева нихромовой проволоки обычно берётся в интервале 400…1000 °С. При меньших значениях тепловая отдача нагревателя чрезвычайно мала, а при больших начинается интенсивное окисление проволоки, что приводит к преждевременному выходу нагревательного элемента из строя.
Рассчитываем ток, который будет протекать по проводу:
Тогда сопротивление проводника должно составлять:
Удельное сопротивление сплава Х13Ю4 составляет 1,36 Ом∙мм2/м. Известно, что зависимость сопротивления металлических проводников от температуры определяется следующим выражением [1]:
ρt = ρ20[1+αρ(t-20)],
где ρt - удельное сопротивление проводника при действительной температуре;
ρ20 - удельное сопротивление проводника при 20 °С;
αρ - температурный коэффициент сопротивления;
t - температура, при которой определяется удельное сопротивление.
Зададимся температурой спирали в 900 °С. Зная, что для сплава Х13Ю4 αρ = 15·10−6 К-1, находим:
ρt = 1,36[1+15·10−6 (900-20)] = 1,38 Ом∙м.
Следовательно длина провода должна быть равна:
Оцениваем плотность тока:
Поскольку δ < [δ] = 35 А/мм2, расчёт можно считать выполненным удовлетворительно.
2. Задача 4-05
Опишите электротехнические горячекатаные стали. В магнитопроводе объёмом 0,51 м3, выполненном из листов 0,35 мм горячекатаной стали любой марки с коэффициентом заполнения 0,98, общие потери в стали составляют 13 кВт
. Определите напряжённость магнитного поля.
HYPERLINK "http://www.supplysteel.ru/cena.php" Электротехническая сталь - тонколистовая магнитно-мягкая сталь для магнитопроводов (сердечников) электротехнического оборудования (трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т. д.). В зависимости от требуемого уровня магнитных свойств электротехническая сталь содержит различное количество кремния. В соответствии с технологией производства электротехническую сталь подразделяют на холоднокатаные и горячекатаные; в качестве легирующей добавки электротехническая сталь может содержать до 0,5% Al. Иногда электротехническую сталь условно разделяют на динамную и трансформаторную.
Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05…1 мм. К электротехнической стали относится также чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1…8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.
Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и магнитной индукцией), изотропностью магнитных свойств (разницей в значениях магнитных свойств металла вдоль и поперёк направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами электроизоляционного покрытия.
Электротехническая сталь обычно поставляется в отожжённом состоянии.
Положим, что магнитопровод изготовлен из стали 3424, для которой Hc = 28 А/м, В0 = 1,7 Тл,
Напряжённость магнитного поля в сердечнике можно определить по формуле:
Общие потери в сердечнике состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи:
Для расчёта потерь энергии за один цикл перемагничивания в единице объёма вещества применяется эмпирическая формула:
где η — коэффициент, зависящий от материала (для электротехнической стали при индукции 1…1,5 Тл η = 0,7…1);
— максимальная индукция, достигаемая в течение цикла;
n — показатель степени (n = 1,6…2,0),
Мощность, расходуемая на гистерезис:
где f — частота тока;
V — объем сердечника.
Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления сердечника
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
