Домой / _Электрика / Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов в электробытовых приборах

Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов в электробытовых приборах

Электронагреватели широко используются в бытовых электропри­борах: чайниках, утюгах, каминах, плитках, паяльниках и т. д.

Тепловое действие тока. При прохождении электрического тока че­рез неподвижные металлические проводники единственным результатом работы тока является нагревание этих проводников, и, следовательно, по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превра­щается в тепло.

Работа (в джоулях), совершаемая током при прохождении его че­рез участок цепи, вычисляется по формуле

А = ши

где II — напряжение, В; / — сила тока, А; (— время, с.

Количество теплоты (Дж), выделенное в проводнике при прохож­дении по нему электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и вы­числяется по закону Джоуля — Ленца:

— т,

где Я — сопротивление проводника, Ом.

Произведем расчет количества теплоты, необходимой для того, что­бы вскипятить воду в чайнике, вмещающем 2 л. Напряжение сети У—220 В. Ток, потребляемый электрочайником, /== 4 А. Определить вре­
мя закипания воды в чайнике, если КПД его 80% и начальная тем­пература воды 20° С.

Исходные данные: 11=220 В; 1=4 А; т=2 кг; КПД=0,8; /=20° С; / п = 100° с. Удельная теплоемкость воды С“4200.

Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения.

С™ = ст (1кт — О = 4200-2 (100 — 20) = 672 000 Дж.

Определим общее количество теплоты, которое должен выделить на­гревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев кера­мики, корпуса чайника и внешней среды:

= 840000 Дж.

Мощность электрического тока. Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность то­ка, под которой, так же как и в механике, понимают работу, совершае­мую за единицу времени. Из формулы, определяющей работу постоян­ного тока А = ии, следует, что мощность его (Р) равна:

Р_4 = 1/Л

Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой от сети, желая этим выразить мысль, что при помощи электрического тока (за счет тока) нагреваются утюги, электроплитки и т. д.

В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощ­ность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, для нормальной работы электроплитки на 220 В мощностью 500 Вт требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 В (2,3 • 220» 500).

На практике применяют более крупные единицы мощности: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт и 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт.

Таким образом, 1 Вт есть мощность, выделяемая током 1 А в про­воднике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.

Единица работы, совершаемой электрическим током в течение 1 с при помощи 1 Вт, называется ватт-секундой, или иначе джоулем. При­меняют и более крупные единицы работы: 1 гектоватт-час (гВт-ч) или 1 киловатт-час (кВт-ч), который равен работе, совершаемой элек­трическим током в течение 1 ч при мощности 1 кВт.

Длину и диаметр проволоки нагревательного элемента рассчиты­вают исходя из величины напряжения сети и заданной мощности наг­ревательного элемента. Сила тока при данном напряжении и мощности определяется по формуле

омическое сопротивление проводника всегда вычисляется по формуле

Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение проволоки.

где I — длина проволоки, м; 5 — сечение проволоки, мм2; К — сопро­тивление проволоки, Ом; р—удельное сопротивление проволоки (для нихромар = 1,1, для фехраляр =1,3), Ом-мм2/м, получим необходимую длину проволоки для нагревательного элемента.

Пример. Определить длину проволоки из нихрома для нагрева­тельного элемента плитки мощностью Р = 600 Вт при напряжении сети У = 220 В.

Ц = 2.72А; * = Ц=81 Ом.

По этим данным находим диаметр и сечение проволоки: й=0,45 мм, 5=0,159 мм2. Тогда длина проволоки будет равна:

= 11,6 м.

Точно так же можно рассчитать нагревательные элементы и для других электронагревательных приборов.

Примечание. При эксплуатации электрорадиотехнической аппара­туры необходимо знать сечение монтажных проводов — в зависимости от величины проходящего по ним тока. В таблице приведены макси­мально допустимые токи нагрузки для медных проводов различного се­чения.

Допустимые токи нагрузки медных проводов (монтажных)

Параметр Ссченне провода, мм2
0.05 0,07 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5 0.7 1 1 ,5 2 2,5 4 6 10
Наибольший
допусти­мый ток, А 0,7 1 1,3 2,5 3,5 4 5 7 10 14 17 20 25 30 54