Hallo Experten,
ich habe eine Frage zu Heizleistungen von Heizelementen, und zwar in
wieweit Strom und Spannung eine Rolle spielen.
Konkretes Beispiel an unserem Institut: 1000°C Ofentemperatur soll mit
Netzgerät der Leistung etwa 3-5 kW (max. 300A/270V ,min: 80V) aufgeheizt
werden.
Wie spielen Strom und Spannung zum Erreichen der Temperatur zusammen?
Wie erreiche ich eine ideale Leistungsabgabe der Heizelemente?
Angeboten haben wir Heizelemente von Schupp, MolyCom Ultra U-Form.
Gruß,
Chris
Das ist eine sehr schwammige Frage.
Wenn der Ofen sehr gut thermisch isoliert ist, dann kannst du auch mit
20 Watt die 1000 Grad erreichen. Ist dann nur eine Frage der Zeit.
Wie gross ist der Ofen, und welche thermischen Verluste hat er.
Das wären grundsätzliche Grössen, die man für eine Berechnung benötigt.
Chris schrieb:> Wie spielen Strom und Spannung zum Erreichen der Temperatur zusammen?
Leistung = Strom * Spannung
> Wie erreiche ich eine ideale Leistungsabgabe der Heizelemente?
Einfach die Spannung so lange erhöhen, bis das Heizelemente seine
Maximale Heizleistung (= Leistungsaufnahme) abgibt (sollte im Datenblatt
stehen).
Chris schrieb:> Wie spielen Strom und Spannung zum Erreichen der Temperatur zusammen?
P = U*I
P = U²/R
P = I²*R
Der Wärmeverlust (in Form einer Wärmemenge pro Zeit, also auch einer
Verlustleistung) ist näherungsweise proportional zur Differenztemperatur
zwischen innen und aussen.
Chris schrieb:> Wie erreiche ich eine ideale Leistungsabgabe der Heizelemente?
Durch Optimierung der Aufheizung unter Beachtung der thermischen
Trägheit. Also erst Volldampf heizen und dann langsamer der
Endtemperatur annähern um Spitzen zu vermeiden.
Von außen lässt sich das nicht sagen.
Interessanterweise haben (Widerstands-)Heizelemente fast 100%
Wirkungsgrad, was bedeutet: Du bekommst was für dein (Strom-)Geld.
Aber die Hauptfaktoren bei diesem Spiel sind:
Die Masse des leeren Ofens bzw. seines Innenteils.
Die Masse des Heizgutes.
Die Isolation des Ofens.
Interessant ist auch noch die Wärmeleitfähigkeit des Heizguts. Diese
begrenzt die maximal sinnvolle Heizleistung. Es bring nämlich nichts,
wenn an manchen Stellen das Heizgut schon Verbrannt ist, während "innen"
noch Kälte vorherrscht.
Chris schrieb:> Netzgerät der Leistung etwa 3-5 kW (max. 300A/270V
Das sind aber nicht 3-5kW sondern 81 kW.
Chris schrieb:> Wie spielen Strom und Spannung zum Erreichen der Temperatur zusammen?
Nach dem Ohmschen Gesetz, das sind normalerweise reine
Widerstandslasten.
Chris schrieb:> Wie erreiche ich eine ideale Leistungsabgabe der Heizelemente?
indem Du dafuer sorgst, dass die Waerme von den Elementen ungehindert
abgestrahlt oder abgefuehrt werden kann.
fonsana
Udo Schmitt schrieb:> P = U²/R> P = I²*R
So einfach ist das nicht. Der Widerstand ändert sich mit der Temperatur.
Wie wird die Wärme überhaupt übertragen? Leitung, Strahlung, Konvektion
oder Zwangsumwälzung? Oder herrscht im Ofen gar ein Vakuum, dann
reagiert das System äußerst träge?
Das ist eigentlich ein Frage der Regelungstechnik/ Thermodynamik, sie
sollte mit mehr Butter bei de Fische in einem darauf spezialisierten
Forum gestellt werden.
meine angegebenen 3-5 kW beziehen sich auf unsere Zielrechnung, die wir
auch simulieren wollen.
Das verfügbare Netzteil für die Heizdrähte schafft nur diese (max.
300A/270V ,min: 80V), was nicht heißt, dass wir dies auch erreichen
wollen. Uns genügen wie gesagt die 3-5 kW zunächst.
Allerdings hat mir der Heizdrahthersteller einen maximalen Strom von
470A angegeben, bei 7,1V, um auf 3,3kW zu kommen. Das ist was mich
verwirrt, kann ich auch einfach die Spannung erhöhen, um 3,3kW
erreichen, oder wird die Wärmeleistung nur die die hohen Ströme
erreicht? Weiß nicht genau wie das zusammenspielt, mit I²R als
Verlustleistung - ob dann die Spannung egal ist?
Schau dir nochmal das Ohmische Gesetz an!
Dann rechne mal was für ein Widerstand die Heizung hat.
Der maximale Strom der da fließen darf ist 470A.
Was passiert wohl wenn du die Spannung erhöhst?
Jürgen D. schrieb:> Was passiert wohl wenn du die Spannung erhöhst?
Klaro, der Widerstand ist 0,015 Ohm. Aber bleibt der gleich?
Ich kann logisch nach dem Ohmschen Gesetz einfach mit 80V bei dann 5333A
den Widerstand konstant halten.
Oder aber um bei 3335 Watt zu bleiben, I=P/U= 42A Strom aufgeben.
Frage ist nur, ob denn bei 42A sich die Heizleiter genauso erwärmen, wie
bei 470A ? Irgend einen Grund muss es doch haben, dass die
Heizleiterhersteller mit so niedrigen Spannungen (7,1V) bei so höhen
Strömen (470A) arbeiten!?
Naja, inwieweit sich die Heizelemente bei 42A erwärmen könnte evtl das
Datenblatt der Heizelemente verraten. Wenn nicht, kannst du das nur
experimentell selbst rausfinden.
Chris schrieb:> Klaro, der Widerstand ist 0,015 Ohm. Aber bleibt der gleich?> Ich kann logisch nach dem Ohmschen Gesetz einfach mit 80V bei dann 5333A> den Widerstand konstant halten.
Für gewöhnlich bleibt der gleich, oder verändert sich geringfügig, aber
auch dazu gibt das Datenblatt Aufschluss. Es wäre aber nicht sehr
sinnvoll für ein Heizelement einen PTC oder NTC einzusetzen.
Die niedrige Spannung wird was mit dem Berührungsschutz zu tun haben. So
kann man blanke Drähte nehmen, die die Wärme besser an die Umgebung
abgeben, als isolierte. Lässt man die blanken Drähte und macht trotzdem
eine hohe Spannung muss der Kunde dafür sorgen, das man die Elemente
nicht anfassen kann. Das macht Aufwand für die Kunden und das will der
Hersteller nicht. Ist nur eine Vermutung, genau weis ich es auch nicht,
aber wird schon was mit der max. Berührungsspannung zu tun haben.
MfG Dennis
Hallo,
wirklich Berührungsschutz ? - Die typischen Leistungsbereiche wo solche
Heizelemente (wohl meist dann direkt auch mehrere) verwendet werden sind
so extrem hoch das dort ganz bestimmt keiner hinlangen wird - bzw. falls
das doch geschehen sollte ist der Effekt des durch den Körper fließenden
Strom sowieso nur noch nebensächlich - typische Anwendungen wo solche
Heizelemente angewendet werden fangen vielleicht mit 10 kW an und enden
irgendwo im Bereich von mehreren 100 kW Heizleistung - da bleibt nicht
mehr viel überig was der Strom noch am Körper anrichten könnte.
Auch sind geringe Spannungen bei hohen möglichen Strömen (Quelle kann
"wirklich" hohe Ströme liefern) nicht ungefährlich - nicht durch die
direkten elektrische Effekte auf den Körper - das Ohmsche Gesetz behält
natürlich seine Gültigkeit- aber "überbrückt" doch mal die
Spannungsversorgung einer Aluschmelze, Elektrolyse und ähnliches mit
einen Schraubenschlüssel - das herumspritzende Metall wird viel freude
bereiten...
Zurück zu den Heizelementen : Warum wird denn nun mit solch geringen
Spannungen und hohen Stromstärken gearbeitet ?
Anders herum scheint es doch sinnvoller und einfacher zu sein - ist es
wohl aber doch nicht - aber warum ?
hot electron
hot electron schrieb:> Zurück zu den Heizelementen : Warum wird denn nun mit solch geringen> Spannungen und hohen Stromstärken gearbeitet ?
Weil dann die Drähte dick und mechanisch stabil sind.
Mir ist schon klar, das man eine funktionierende Heizwendel nicht
anfassen wird, und wenn doch, wird es nicht die Spannung sein, die
Probleme macht.
Aber was ist, wenn Drahtbruch ist, in der Zuleitung zu den Heizelementen
und dort dann irgend ein Trottel anfasst. Für so einen Fall muss man ja
auch vorsorgen, Trottel gibts genug.
MfG Dennis
Chris schrieb:> Wenn nun der Widerstand einigermaßen konstant bleibt, erhalte ich ja bei> 80V/0,015Ohm = 5333A ; brauche ich einen Strombegrenzer, um dann auf> 3,3kW zu kommen?
Das erhälst du etwa 1 Sekunde lang, danach gibt es Metalldampf und
flüssige Metallspritzer weil der Draht deines Heizelements verdampft ist
Sag mal fällt dir nichts auf? Dein Heizelement ist max. für Spannungen
bis
Chris schrieb:> Allerdings hat mir der Heizdrahthersteller einen maximalen Strom von> 470A angegeben, bei 7,1V, um auf 3,3kW zu kommen.
während dein Netzteil mindestens 80V liefert.
Chris schrieb:> Das verfügbare Netzteil für die Heizdrähte schafft nur diese (max.> 300A/270V ,min: 80V)
Das ist so als wenn du ein Auto mit einem Eurofightertriebwerk betreiben
willst, das geht nicht.
Dir fehlen absolute Grundlagen. Sorry aber du solltest max. mit 9V
Blocks und Leds rumspielen, nicht mit lebensgefährlichen Spannungen und
Leistungen im 2-3 stelligen KW Bereich!
Chris schrieb:> Wenn nun der Widerstand einigermaßen konstant bleibt, erhalte ich ja bei>> 80V/0,015Ohm = 5333A ; brauche ich einen Strombegrenzer, um dann auf>> 3,3kW zu kommen?
So langsam kommst du ja hinter diese doch recht einfachen Formeln :)
Der Widerstand bleibt natürlich so einigermassen Konstant. Ein
Heizwendel ist kein spannungsabhäniger Widerstand.
Die Teile sind meist aus Konstantandraht, da ändert sich der Widerstand
auch nicht so stark mit der Temperatur.
Also bleibt da nur dein Strombegrenzer.
Nur was macht so ein Teil? Das Ohmische Gesetz kann auch der nicht
aushebeln.
Ein Vorwiderstand währe z.B ein Strombegrenzer. Denn must du so
berechnen das nur 3,3 KW an deinem Heizelement entsteht.
Um es kurz zu machen, wenn du das erreichst hat kanst du genau 470A und
7,1V an deinem Heizelement messen.
Was die 72,9V und 470A an deinem Vorwiderstand machen darfts du gerne
selber berechnen :)
Jürgen D. schrieb:> Also bleibt da nur dein Strombegrenzer.
Unfug. er braucht einen zu seinem Netzteil passenden Widerstand (mit
höherem Widerstand) oder ein Netzteil mit kleinerer Spannung
Jürgen D. schrieb:> Der Widerstand bleibt natürlich so einigermassen Konstant. Ein> Heizwendel ist kein spannungsabhäniger Widerstand.> Die Teile sind meist aus Konstantandraht, da ändert sich der Widerstand> auch nicht so stark mit der Temperatur.
Hättest Du Dir das von Chris verlinkte Datenblatt angeschaut dann
wüsstest Du:
Es sind Heizelemente aus MoSi2. Und die Temperaturkurve ist auch dabei:
der Widerstand ändert sich zwischen 100°C und 1700°C um etwa Faktor 9.
Also mit dem ohmschen Gesetz kann man leider doch nicht so einfach
rechnen ...
Dazu muss man die Temperatur des Heizelemente kennen, und die hängt
wieder von den thermischen Eigenschaften des Aufbaus ab und von der
Heizleistung, die man aber nicht rechen kann, wenn man die Temperatur
nicht kennt usw. usw. ...
Da muss man Chris doch etwas rehabilitieren - so einfach ist die Sache
nicht :-((
Gruß Dietrich
Ich glaube eigendlich nicht das sich da jeder Anwender solcher
Heizelemente mal auf die schnelle eine Stromversorgung dafür
zusammenbastelt. Da wird es doch bestimmt was fertiges für zu kaufen
geben.
Warscheinlich sogar gleich mit Regler.
Da müsste man beim Hersteller doch was drüber erfahren.
Dietrich L. schrieb:> Und die Temperaturkurve ist auch dabei:> der Widerstand ändert sich zwischen 100°C und 1700°C um etwa Faktor 9.
Macht auch Sinn, so kann man anhand vom Widerstand ungefähr die
Temperatur am Heizelement bestimmen, um einen
Nase schrieb:> Regler
zu bauen.
MfG Dennis
Dennis H. schrieb:> Macht auch Sinn, so kann man anhand vom Widerstand ungefähr die> Temperatur am Heizelement bestimmen
"Ungefähr" ist gut ausgedrückt. Andere bauen damit
Präzisionsthermometer, selbst wenn der Widerstand sich zwischen z.B. 0°C
und 800°C nur knapp einen Faktor 4 ändert und nennen das dann Pt100.
Dafür muss man nur das Material kennen und es muss stabil sein.
