Как рассчитать мощность обогревателя – Далтан производство и продажа электрических нагревательных элементов

Для простоты мы будем считать, что окружающая среда, переходные процессы, емкость и т.д. не оказывают никакого влияния на нашу систему нагреватель-жидкость:
A=C(T1-T2)m,
где А – это работа, которую необходимо совершить для изменения температуры жидкой массы “m” от T1 до T2.
С – удельная теплоемкость жидкости;
и формула для работы электрического тока:
A=Pt,
где А – работа электрического тока,
Р – мощность установки (в нашем случае нагревательных элементов), Вт,
t – время действия электрического тока, сек.
Пример: Сколько времени необходимо мощности 2,0 кВт, чтобы нагреть воду массой 1,0 кг с 20 до 80°C?
Справочные данные: С для воды = 4200 Дж/кг* градус.
C(T1-T2)m=Pt, следовательно t=C(T1-T2)m/P=4200*(80-20)*1.0/2000=126 секунд.
Ответ: вода массой 1,0 кг будет нагрета нагревателем мощностью 2 кВт от 20 до 80 градусов за 2 минуты 6 секунд.

Как рассчитать мощность нагревателя

Расчет мощности нагревателя, необходимой для поддержания заданной температуры в помещении,

описано в пункте 1 “Справочные данные”.

Чтобы проверить соответствие справочных данных фактическому номиналу, проверьте сопротивление нагревательного элемента.

Сопротивление нагревателя следует проверять омметром, когда он горячий. В этом случае различными коэффициентами можно пренебречь.
P=U*U/R,
где P – мощность, которую нужно найти, W
U – рабочее напряжение, В;
R – измеренное сопротивление нагревателя в горячем состоянии, в Ом.
Например:
Напряжение сети составляет 220 В, измеренное сопротивление – 22 Ом. Тогда мощность нагревателя составит: P=220*220/22=2200 Вт=2,2 кВт. 2.

Чтобы рассчитать время, необходимое нагревательному элементу для нагрева воды, мы используем формулу термодинамики.

Для простоты мы будем считать, что окружающая среда, переходные процессы, емкость и т.д. не оказывают никакого влияния на нашу систему FEN – жидкость:
A=C(T1-T2)m,
где А -Необходимо выполнить работу по изменению температуры массы жидкости “m” от T1 до T2.
С – удельная теплоемкость жидкости;
и формула для работы электрического тока:
A=Pt,
где А – работа электрического тока,
Р – мощность установки (в нашем случае нагревательных элементов), Вт,
t – время действия электрического тока, сек.
Пример: Сколько времени необходимо мощности 2,0 кВт, чтобы нагреть воду массой 1,0 кг с 20 до 80°C?
Справочные данные: С для воды = 4200 Дж/кг* градус.
C(T1-T2)m=Pt, следовательно t=C(T1-T2)m/P=4200*(80-20)*1.0/2000=126 секунд.
Ответ: вода массой 1,0 кг будет нагрета нагревателем мощностью 2 кВт от 20 до 80 градусов за 2 минуты 6 секунд.

3.Выбор нагревателя оптимальной мощности.

Мощность обогревателя определяет его способность поддерживать определенную температуру в помещении. Вторая величина, от которой это зависит, – объем помещения. Обязательным условием является то, чтобы теплоизоляция помещения соответствовала климатической зоне.
Для стандартной высоты помещения 2,2-2,5 метра в России соотношение мощности к площади составляет 1:10, т.е. радиатор мощностью 1 кВт может обогреть помещение площадью 10 квадратных метров.
Если высота помещения превышает указанное выше значение, необходимо применить поправочный коэффициент. Например, если высота помещения составляет 3 метра, то: K = 3 метра/2,5 метра=1,2. Это означает, что в данном случае соотношение между мощностью агрегата и обогреваемой площадью составляет 1,2 кВт : 10 кв. м.

4 Зависимость объема теплоносителя (жидкости) в системе отопления от мощности.

Приблизительный расчет объема рассола можно сделать, используя следующее преобразование: для системы отопления с котлом мощностью 1 кВт требуется 15 литров рассола. Поэтому объем системы отопления с котлом мощностью 10 кВт составляет примерно 150 литров.
Данные, полученные в результате расчетов объема теплоносителя в системе отопления, не учитывают специфику данной системы отопления и носят ориентировочный характер.

где Rt2 – термическое сопротивление стенки трубы, о С/Вт; Rt3 – термическое сопротивление заполнения, о С/Вт; Rt1=1⁄(α∙F), где α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2 – о С); F – площадь поверхности радиатора, м2; Rt2=δ⁄(λ∙F), где δ – толщина стенки, м; λ – теплопроводность стенки, Вт/(м – о С).

Расчет ТЭН

Расчет нагревательных элементов

F=π∙d∙l – площадь поверхности радиатора, м2; l – длина воздуховода, м.

В соответствии с первым методом

где ρd – удельное электрическое сопротивление материала проводника при фактической температуре, Ом-м; U – напряжение нагревателя провода, В; PF – допустимые значения удельной мощности поверхности для различных нагревателей:

Второй метод использует таблицу токовой нагрузки (см. таблицу 1), основанную на экспериментальных данных. Для использования этой таблицы необходимо определить расчетную температуру нагрева Tp, которая связана с фактической (или допустимой) температурой проводника Td соотношением:

где Km – коэффициент установки, учитывающий ухудшение условий охлаждения калорифера из-за его конструкции; Kc – коэффициент, учитывающий улучшение условий охлаждения калорифера по отношению к стационарной воздушной среде.

Для нагревательного элемента из спиральной проволоки Km=0,8 … 0,9; то же с керамической подложкой Km=0,6 … 0,7; для проволоки для нагревательных пластин и некоторых электронагревательных элементов Км=0,5 … 0,6; для провода для электрического пола, грунта и электронагревательных элементов Км=0,3 … 0,4. Меньшее значение Km соответствует нагревателю с меньшим диаметром, большее значение – нагревателю с большим диаметром.

При работе в условиях, отличных от свободной конвекции, для нагревательных элементов в воздушном потоке Kc=1,3 … 2,0; для элементов в стоячей воде Kc=2,5; в потоке воды – Kc=3,0 … 3,5.

Если напряжение Uф и мощность Рф будущего (проектируемого) радиатора заданы, то его ток (для одной фазы)

Необходимый диаметр нихромовой проволоки d и необходимая длина проволоки m для нагревателя определяются из расчетного значения тока нагревателя для требуемой расчетной температуры его нагрева в соответствии с табл. 1:

где d – выбранный диаметр проволоки, м; ρd – удельное электрическое сопротивление проволоки при фактической температуре нагрева, Ом-м,

Для определения параметров нихромовой спирали принимаем средний диаметр витков D=(6…10)∙d, шаг спирали h=(2…4)∙d,

длина спирали ∙p=h∙n.

При расчете нагревательных элементов следует помнить, что сопротивление обмоточного провода после запрессовки нагревательного элемента

где k(w.s.) – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления спирали; по экспериментальным данным k(w.s.)=1.25. Следует также учитывать, что удельная поверхностная мощность спиральной проволоки в 3.5. 5 раз больше удельной поверхностной мощности на трубке нагревательного элемента.

В практических расчетах для нагревательных элементов сначала определяется температура поверхности Tn=To+P∙Rt1,

где То – температура окружающей среды, °С; Р – мощность нагревательного элемента, Вт; Rt1 – термическое сопротивление на границе раздела трубка-носитель, о С/Вт.

Затем определяется температура катушки: Tcp=To+P∙(Rt1+Rt2+Rt3 ),

где Rt2 – термическое сопротивление стенки трубы, примерно С/Вт; Rt3 – термическое сопротивление наполнителя, примерно С/Вт; Rt1=1⁄(α∙F), где α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2 – примерно. С); F – площадь поверхности радиатора, м2; Rt2=δ⁄(λ∙F), где δ – толщина стенки, м; λ – теплопроводность стенки, Вт/(м-прибл. С).

Таблица 1: Таблица пропускной способности по току

Текущая таблица

Пример 1. Рассчитать электронагреватель в виде катушки проволоки в зависимости от допустимой удельной поверхностной мощности PF.

Пререквизиты. Мощность нагревателя P=3,5 кВт; напряжение питания U=220 В; материал проволоки – NiCr20H80 (сплав, состоящий из 20% хрома и 80% никеля), поэтому удельное сопротивление проволоки ρ20=1,1∙10^(-6) Ом; температурный коэффициент сопротивления αр=16∙10^(-6) 1/o C; открытая катушка, помещенная в металлическую форму, рабочая температура катушки Tsp=400 o C, PF=12∙10^4 Вт/м2. Определите d, ln, D, h, n, lsp.

Решение. Сопротивление проволочной катушки: R=U^2⁄P=220^2⁄3500=13,8 Ом.

Удельное сопротивление при Tsp=400 о С

Найдите диаметр проволоки:

Средний диаметр катушки D=10∙d=10∙0,001=0,01 m=10 мм. Шаг спирали h=3∙d=3∙1=3 мм.

Количество витков спирали

Длина спирали Ісп=h∙n=0,003∙311=0,933 м=93,3 см.

Пример 2: Спроектируйте проволочный нагреватель сопротивления, определив диаметр провода d с помощью таблицы токовой нагрузки (см. таблицу 1).

Пререквизиты. Мощность нагревателя провода P=3146 Вт; напряжение питания U=220 В; материал провода – NiCr20H80 ρ20=1,1∙10^(-6) Ом; αр=16∙10^(-6) 1/℃; открытая спираль, размещенная в потоке воздуха (Км=0,85, Кс=2,0); допустимая рабочая температура провода Td=470 о С.

Определите диаметр d и длину проволоки ln.

Ток проектируемого нагревателя I=P⁄U=3146⁄220=14,3 А.

По таблице токовых нагрузок (см. табл. 1) при Тр=800оС и I=14,3 А находим диаметр и сечение провода d=1,0 мм и S=0,785 мм2.

Кроме того, при необходимости D, h, n, lsp могут быть определены таким же образом, как и в первом примере.

Пример 3: Определите допустимое напряжение трубчатого электронагревателя (ТЭНа).

Предварительные требования . Катушка нагревательных элементов изготовлена из нихромовой проволоки диаметром d=0,28 мм и длиной l=4,7 м. Нагревательный элемент находится в неподвижном воздухе при температуре 20 o C. Характеристики нихрома: ρ20=1,1∙10^(-6) Ом; αp=16∙10^(-6) 1/°C. Длина активной части покрытия EН Lа=40 см.

Резистивный элемент гладкий и имеет внешний диаметр 16 мм. Коэффициент теплопередачи α=40 Вт/(м^2∙°C). Тепловое сопротивление: наполнитель Rt3=0,3 о С/Вт, стенка оболочки Rt2=0,002 о С/Вт.

Определите максимальное напряжение, которое можно подать на нагревательный элемент, чтобы температура его спирали Tsp не превышала 1000 ℃.

Решение. Температура теплообменника ТЭНа

Где To – температура окружающего воздуха; P – мощность нагревательного элемента, Вт; Rt1 – сопротивление теплового контакта на границе раздела труба-медиа.

Мощность ТЭНа P=U^2⁄R,

где R – сопротивление катушки нагревателя. Поэтому можно записать Tsp-To=U^2/R∙(Rt1+Rt2+Rt3), отсюда напряжение на нагревательном элементе

Сопротивление теплового контакта Rt1=1⁄(α∙F),

где F – площадь активной части оболочки ТЭНа; F=π∙day∙∙La=3,14∙0,016∙0,4=0,02 м2.

Найти Rt1=1⁄(40∙0.02=1.25) о С/Вт.

Определите напряжение нагревательного элемента U=√((85,5∙(1000-20)) / (1,25+0,002+0,3))=232,4 В.

Если номинальное напряжение, указанное на нагревательном элементе, составляет 220 В, то перенапряжение при Тср=1000о С составит 5,6%∙Un.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Затем прикоснитесь жалом индикатора фазы сначала к противоположному контактному стержню нагревательного элемента (индикатор должен загореться), а затем к трубке (индикатор не должен загораться).

Когда может потребоваться определить сопротивление нагревательного элемента

Знание того, как измерить сопротивление нагревательного элемента, необходимо во многих случаях. Обычно – когда бытовой прибор, использующий нагревательный элемент, начал работать неисправно. В частности, тревожные симптомы могут включать:

  • Невозможность включения прибора;
  • Температурный режим работы прибора неправильный;
  • Чрезмерный и быстрый нагрев;
  • Появление искр или даже дыма;
  • Так называемый “провал” в корпусе, а также другие виды неисправностей.

Они не обязательно вызваны неисправным нагревательным элементом: причины могут быть самыми разными. Поэтому полезно знать, как проверить сопротивление нагревательного элемента.

Если бытовой прибор вдруг ведет себя подозрительно, немедленно отключите его от сети и приступайте к диагностике возможных неисправностей.

R = U / I, где

Мощность нагревателя в зависимости от напряжения и сопротивления (таблица)

Определите сопротивление нагревателя в зависимости от его мощности

Иногда необходимо определить фактическую мощность нагревателя, для этого измерьте его сопротивление мультиметром между двумя клеммами катушки. Зная это сопротивление в омах и напряжение сети из этой таблицы, можно определить фактическую мощность нагревателя, для которой он предназначен.

Я сделал эту таблицу специально для этого сайта, возможно, кто-то найдет эти данные такими же полезными, как и я. Обратите внимание, что в таблице указана мощность нагревателей при напряжении 220 и 240 вольт. Это даст вам представление о фактической мощности нагревателей, продаваемых на Aliexpress, где они заземлены на 240 вольт.

Сводная таблица мощности нагревателя в зависимости от напряжения, тока сети и его сопротивления.

Мощность вентилятора, ВтПри 220 ВПри 240 В
Ток I, амперыСопротивление, ОмТок I, амперСопротивление, Ом
1000,45484,000,42576,00
2000,91242,000,83288,00
3001,36161,331,25192,00
4001,82121,001,67144,00
5002,2796,802,08115,20
6002,7380,672,5096,00
7003,1869,142,9282,29
8003,6460,503,3372,00
9004,0953,783,7564,00
10004,5548,404,1757,60
11005,0044,004,5852,36
12005,4540,335,0048,00
13005,9137,235,4244,31
14006,3634,575,8341,14
15006,8232,276,2538,40
16007,2730,256,6736,00
17007,7328,477,0833,88
18008,1826,897,5032,00
19008,6425,477,9230,32
20009,0924,208,3328,80
21009,5523,058,7527,43
220010,0022,009,1726,18
230010,4521,049,5825,04
240010,9120,1710,0024,00
250011,3619,3610,4223,04
260011,8218,6210,8322,15
270012,2717,9311,2521,33
280012,7317,2911,6720,57
290013,1816,6912,0819,86
300013,6416,1312,5019,20
310014,0915,6112,9218,58
320014,5515,1313,3318,00
330015,0014,6713,7517,45
340015,4514,2414,1716,94
350015,9113,8314,5816,46
360016,3613,4415,0016,00
370016,8213,0815,4215,57
380017,2712,7415,8315,16
390017,7312,4116,2514,77
400018,1812,1016,6714,40
410018,6411,8017,0814,05
420019,0911,5217,5013,71
430019,5511,2617,9213,40
440020,0011,0018,3313,09
450020,4510,7618,7512,80
460020,9110,5219,1712,52
470021,3610,3019,5812,26
480021,8210,0820,0012,00
490022,279,8820,4211,76
500022,739,6820,8311,52
550025,008,8022,9210,47
600027,278,0725,009,60
650029,557,4527,088,86
700031,826,9129,178,23
750034,096,4531,257,68
800036,366,0533,337,20
850038,645,6935,426,78
900040,915,3837,506,40
950043,185,0939,586,06
1000045,454,8441,675,76

Как я могу самостоятельно рассчитать сопротивление нагревателя, если правильное значение не указано в таблице? Это очень просто. Например, если у вас есть нагревательный элемент мощностью 6300 Вт, вам необходимо знать его сопротивление.

Сначала необходимо рассчитать ток, протекающий в сети при ее работе, для этого используем формулу: I = P / U

где
I
– ток в амперах,
P
– мощность в ваттах,
U
– напряжение в вольтах. Поэтому
I
= 6300 / 220 , что дает значение 28,63 Ампера.

Затем рассчитайте сопротивление по формуле: R = U / I

где
R
– сопротивление в омах,
U
– напряжение в вольтах,
I
– ток в амперах. Вы получаете
R
= 220 / 28,63, значение сопротивления нагревательного элемента составляет 7,68 Ом.

Так просто сделать, надеюсь, этот материал будет полезен читателям сайта. Все еще есть вопросы? Напишите их в комментариях!

cos φ – это безразмерная величина, которая равна отношению активной мощности к явной мощности и показывает, насколько эффективно используется энергия.

Формулы для расчета мощности

Мощность – это физическая величина, которая равна отношению количества работы к времени, необходимому для ее выполнения.
Мощность электрического тока (P) – это величина, которая описывает скорость преобразования электрической энергии в другие формы энергии. Международной единицей измерения является ватт (Вт/Вт).

– Сила тока и напряжение (постоянный ток): P = I × U
– Ток и напряжение (однофазный переменный ток) P = I × U × cos φ
– Мощность с током и напряжением (переменный трехфазный ток): P = I × U × cos φ × √3
– Сила тока и сопротивления: P = I 2 × R
– Мощность по напряжению и сопротивлению: P = U 2 / R

  • I – сила тока, A;
  • U – напряжение, В;
  • R – сопротивление, Ом;
  • cos φ – коэффициент мощности.

Вычисление мощности (закон Ома)

Для определения мощности воспользуемся законом Ома, т.е. следующей формулой:

Как рассчитать электрическую мощность нагревательного элемента, зная его сопротивление

Измерив сопротивление, можно определить фактическую мощность трубчатого электронагревателя и проверить, что она совпадает с заявленной мощностью устройства и достаточна для нагрева устройства.

Для определения мощности воспользуемся законом Ома, т.е. следующей формулой:

P=U 2 /R, W, где P = мощность, Ватт; U = напряжение сети, Вольт; R = электрическое сопротивление, Ом;

Пример расчета

Например, при измерении мы получаем результат 20 Ом. Подставив это в формулу, вы можете рассчитать:

P, WМощность нагревательного элемента = 220 2 В Повышение напряжения в национальной сети до второй мощности / 20 Омсопротивление нагревательного элемента = 2 420 W

Таким образом, мощность нагревательного элемента, который мы тестировали, составила 2420 Вт, что в точности соответствует заявленной в техническом паспорте. А учитывая, что все остальные тесты прошли успешно, это означает, что проблема не на его стороне и нужно искать дальше, например, проверить электрические цепи или измерить напряжение на розетке.

Если мультиметр показывает 100 Ом, мощность составляет всего около 500 Вт. Этого явно недостаточно для нормальной работы и правильного нагрева воды.

Увеличение сопротивления может быть вызвано различными процессами: уменьшением сечения проводника, окислением или загрязнением контактов и т.д. В любом случае, это измерение предоставит информацию, необходимую для дальнейшего поиска причины неисправности.

Как видите, проверить работу нагревательного элемента довольно просто, все, что вам нужно – это мультиметр и немного свободного времени. Многие проблемы можно определить с помощью простой перемычки, а если это не помогает, то путем измерения сопротивления нагревателя.

А если вы столкнулись с проблемой, не описанной здесь, хотите что-то добавить или нашли ошибку – пишите в комментариях, уверен, это будет полезно многим.

Читайте далее:
Сохранить статью?