WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
УДК 631.371:621.3(075.8) ББК 40.76 П317 Утверждено Редакционно-издательским советом университета Р е ц е н з е н т Доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Химическая инженерия» Н.Ц. Гатапова С о с т а в и т е л и :

Е.А. Печагин, Ж.А. Зарандия П317 Электрооборудование электротермических установок : методические указания / сост. : Е.А. Печагин, Ж.А. Зарандия. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 32 с. – 100 экз.

Даны методические указания к выполнению лабораторных работ для практического изучения наиболее распространенных способов воздействия электричества с целью технологического преобразования веществ и материалов.

Предназначены для студентов 4 курса специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

УДК 631.371:621.3(075.8) ББК 40.76 © ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ), 2008 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Светотехника и электротехнология» для студентов 4 курса специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Тамбов Издательство ТГТУ 2008 Учебное издание ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Методические указания Составители:

ПЕЧАГИН Евгений Александрович, ЗАРАНДИЯ Жанна Александровна Редактор Ю.В. Ш и м а н о в а Инженер по компьютерному макетированию М.А. Филатова Корректор О.М. Ярцева Подписано в печать 27.05.2008 Формат 60 84/16. 1,86 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 265.

Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛИ СОПРОТИВЛЕНИЯ Цель работы. Изучить устройство и принципы расчета электрических нагревателей сопротивления (НС), исследовать нагрузочные характеристики, коэффициенты среды и монтажа нагревателей.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я По литературе [1, с. 46 – 68; 2, с. 63 – 94] изучить материалы и конструкции нагревателей сопротивления, методы их теплового и электрического расчета.

Основная задача расчета резистивных нагревателей состоит в определении их сечения S и длинны l для заданного напряжения электрической сети U, при котором будет выделена необходимая мощность P.

Сопротивление нагревательного элемента при рабочей температуре U l R = = t, Ом, P S где t – удельное электрическое сопротивление (Ом · м) материала нагревателя при рабочей температуре t, °C.

Допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя P P Pд = =, Вт/м2, F Пl где F – площадь боковой поверхности нагревателя, м2; П – периметр поперечного сечения нагревателя, м.

Из предыдущих выражений можно выразить:

U S P P2t l = =, отсюда ПS =.

Pt ПPд U Pд Для проволочного нагревателя круглого сечения d П = d; S =.

Выражаем диаметр нагревателя 4P2t d =, м.

2U Pд Длина нагревателя для данного диаметра RS PU l = =, м.

t 4PдАналогичным образом можно рассчитать параметры нагревателя любого другого сечения, например, для проводника в виде ленты:

S = a · b; П = 2(а + b) = 2(m + 1)а, b где m = ; a – толщина; b – ширина ленты.

a Также можно производить приближенный расчет по допустимой плотности тока материала jдоп (для нихрома jдоп = 4…30 А/мм2):

I S =.

jдоп При превышении допустимой температуры резко возрастает процесс окислительного разрушения НС, и нагреватель выходит из строя. Для нихромов ориентировочно tдоп = 1100 °С, фехраля – 600 °С, стальной проволоки – 300 °С.

Определение рабочей температуры нагревателя производится в тепловой части расчета. Тепловой расчет производится по формулам теории теплопередачи и для большинства случаев связан с известными трудностями и громоздкими вычислениями [1, с. 55 – 63; 2, c. 71 – 81]. Поэтому в практических расчетах часто применяют приближенные методы, основанные на использовании экспериментальных данных (в виде таблиц и графических зависимостей), которые отражают связь между силой тока нагрузки I, температурой, размерами сечения и диаметром. Графические зависимости или табличные данные [1, с. 65, табл. 3.9; 2, с. 93, табл. 6,7] получены для определенных (стандартных) условий, когда проволока натянута горизонтально в спокойном воздухе при температуре 293 К. Действительную температуру tд поверхности приводят к расчетной tp (табличной) при помощи коэффициентов монтажа и среды: tp = tдKмKс, где Kм и Kс – коэффициенты монтажа и среды. Для стандартных условий Kм = Kс = 1.

Коэффициент монтажа учитывает ухудшение теплоотдачи в реальном нагревателе по сравнению со стандартными условиями, в которых получены табличные данные (Kм 1). Для проволочной спирали в неподвижном воздухе Kм = 0,8…0,9;

для спирали на изоляционном каркасе (стержне) Kм = 0,7; для спирали или провода в трубчатом электронагревателе (ТЭН), электрообогреваемом полу, почве, панели Kм = 0,3…0,4.

Коэффициент среды учитывает улучшение теплоотдачи по сравнению со стандартными условиями за счет воздействия нагреваемой среды (Kс 1). Для проволочной спирали, проволоки в подвижном воздухе Kс = 1,1…4,0; для нагревателей защищенного и герметического исполнения в неподвижной воде Kс = 2,5; для нагревателей в подвижной воде Kс = 2,8…3.

Таким образом, с помощью коэффициентов Kм и Kс осуществляется переход от табличных условий к реальным.

В лабораторной работе исследуются открытые нагреватели из нихрома Х20Н80: ЕК1 – спираль из проволоки диаметром 0,5 мм на керамической трубке; ЕК2 – спираль из проволоки диаметром 0,5 мм, подвешенной в свободном состоянии;



ЕК3 – прямолинейный отрезок проволоки диаметром 0,5 мм; ЕК4 – прямолинейный отрезок проволоки диаметром 0,8 мм.

Нагреватели расположены в воздуховоде перпендикулярно к направлению потока воздуха. На каждом нагревателе на стороне, обратной направлению потока воздуха, закреплены термопары, подключаемые к прибору измерения температуры (милливольтметр типа Ш4500). Для изменения условий теплоотдачи служит вентилятор, осуществляющий подачу потока воздуха к нагревателям. Управление вентилятором производится с помощью переключателя, выведенного на переднюю панель стенда, при этом в положении «0» вентилятор отключен, а в положениях «1» и «2» осуществляется подача воздуха со скоростью соответственно 3 и 6 м/с (рис. 1).

Коэффициент монтажа Kм определяется для нагревателей ЕК1 и ЕК2 по отношению к нагревателю ЕК3 по экспериментальным значениям температуры при t1, t2, t3 соответственно нагревателей ЕК1, ЕК2, ЕК3 при заданном токе:

t1,Kм =.

t SA0 1 2 • QF • А А V1 VTV1 • • EKEKE1 EKN • TV2 SA• • • • M • • • • • 0 3 • • • • • • Рис. 1. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда Коэффициент среды определяется для всех нагревателей при разных скоростях воздуха 3 и 6 м/с, при заданном токе:

tKс =, t3,где t0, t3, t6 – температура нагревателя при скорости воздуха v соответственно 0, 3, 6 м/с.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы 1. Ручку автотрансформатора TV1 перевести в крайнее левое положение, переключатель управления вентилятором SA– в положение «0».

2. Исследовать нагрузочные характеристики нагревателей – зависимость температуры t и удельной поверхностной мощности Руд от величины тока I, который изменяется от 0 до 2 А с интервалом 0,25 А, при скоростях воздуха 0, 3, 6 м/с.

Результаты измерений занести в табл. 1.

3. Вычислить расчетные величины табл. 1.

4. Построить зависимости t = f(I); Руд = f(I) и сделать выводы по работе.

Таблица Измеренные величины Вычисленные величины Площадь активной поверхности F·103 мЕК1 9,ЕК2 10,ЕК3 0,ЕК4 1,К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы АААААААА АА с м, ° С, B, A, Вт, Вт / м v, м / с нагр уд Нагреватель 1. Из каких материалов изготавливают и какие бывают типы электрических нагревателей сопротивления по исполнению 2. От чего зависит срок службы электрических нагревателей сопротивления 3. В чем заключается тепловой и электрический расчеты нагревателей сопротивления 4. Чем определяется температура нагревательного сопротивления 5. Что такое коэффициенты монтажа и среды, как они определяются 6. Область применения электрических нагревателей сопротивления.

7. Преимущества и недостатки изучаемых нагревателей.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а ЭЛЕМЕНТНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ Цель работы. Изучить устройство и принцип действия, схемы управления элементных проточных и емкостных аккумулирующих водонагревателей; исследовать рабочие характеристики трубчатых электронагревателей (ТЭН) воды.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я По литературе [1, с. 55 – 68, 103 – 111; 2, с. 150 – 154; 3, с. 108 – 113; 4, с. 107 – 113; 5, с. 9 – 22; 6, с. 40 – 45] изучить основы косвенного электронагрева воды; конструкции, технические характеристики и схемы управления элементных водонагревателей. При подготовке к работе сделать эскиз ТЭН.

Полезная мощность Pпол = VC(tк – tн)/к, Вт.

Присоединенная мощность P = UI, Вт.

Pпол КПД, = 100%.

P Производительность нагревателя L = V3600/к, л/ч.

Удельный расход электрической энергии P Aуд =, кВт·ч/л·°С.

L(tк - tн ) Стоимость нагрева литра воды на 1 °С Cуд = AудCэ, к./л°С.

Здесь к – время нагрева воды до tк; С – удельная теплоемкость воды 4,19103 Дж/кг°С; – плотность воды, кг/м3; Сэ – тариф на электрическую энергию, к./кВтч.

Маркировка ТЭН по ГОСТ:

ТЭН-123/456, где 1 – развернутая длина: 0,25; 0,30; 0,35; 0,42;0,50; 0,60; 0,70; 0,78; 0,85; 1,00; 1,20; 1,40; 1,70; 2,00; 2,40; 2,80; 3,50; 4,00;

4,75; 5,60; 6,30 (м); 2 – условное обозначение длины контактного вывода. Длина контактного стержня (мм) в заделе:

А Б В Г Д Е Ж З 40 65 100 125 160 250 400 3 – наружный диаметр трубки: номинальные диаметры: 8; 9,5; 10; 12,5; 13; 16 (мм); 4 – номинальная мощность Pном: 50; 60;

80; 100; 120; 160; 200; 250; 320; 400; 600; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 3500; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000;

12000; 12500; 16000; 20000; 25000 (Вт); 5 – условное обозначение нагреваемой среды:

• вода, слабый раствор щелочей и кислот (кипячение) Х, П, Р, Ю (в зависимости от удельной мощности);

• жиры и пищевые масла И (до 300 °С);

• щелочи, селитры Ш (до 600 °С) и плавление;

• олово, свинец, типографский сплав Ф (до 450 °С) и плавление;

• металлические формы (стальные и чугунные) М (ТЭН залиты в алюминий), нагрев до 200 °С;

• воздух и смеси газов:

- С (в спокойном состоянии до 450 °С);

- Т (450 °С – 700 °С);

- О (среда движется со скоростью 6 м/с, 450 °С);

- K (среда движется со скоростью 6 м/с, 450 °С – 600 °С);

6 – номинальное напряжение: 12; 24; 36; 48; 55; 60; 110; 127; 220; 380 (В).

Например: ТЭН-32А10/0,4Р220.

Принципиальная электрическая схема проточного элементного водонагревателя типа ВЭП-600 показана на рис. 2.





~ 320 B, 50 Гц TV VDQFFU CКМR1 RSKКVQF1 QFVT1 KVКМКМ2 SA КМ1 P O A КVVDКМ1 HL R CМ R2 R1 SKЕК KVVTРис. 2. Принципиальная электрическая схема проточного элементного водонагревателя типа ВЭП-Водонагреватель (рис. 3) состоит из корпуса 1, снабженного теплоизоляцией 2, в который помещена вода 3. Для измерения температуры воды на крышке 6 смонтирована термопара 5. Нагрев воды осуществляется трубчатым электронагревателем 4. Подключение нагревателя к источнику питания осуществляется при помощи автоматического выключателя QF1.

Контроль тока, протекающего в нагревателе, и напряжения на нем осуществляется при помощи амперметра А и вольтметра V, выведенных на переднюю панель стенда.

~ ~ 220 В, 50 Гц A N SBSBKKКМQFКМКМV A KK EK а) б) Рис. 3. Технологическая (а) и принципиальная электрическая (б) схемы исследуемого элементного водонагревателя П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы 1. Заполнить бак водонагревателя водопроводной водой в количестве V = 3 л. С помощью автоматического выключателя QF1, выведенного на переднюю панель стенда, подключить водонагреватель к источнику питания.

Произвести измерение начальной температуры воды tн в нагревателе. Включить кнопкой SB2 пускатель КM1 и снять кривую разгона водонагревателя t(). Измерение времени производить в моменты времени, когда стрелка вторичного прибора для измерения температуры проходит через оцифрованные деления (через 10 °С). Эксперимент закончить при достижении температуры воды tк = 80 °С. Полученные данные занести в табл. 2.

2. Рассчитать рабочие и энергетические характеристики водонагревателя.

3. По результатам опыта построить кривую разгона (динамическую характеристику) водонагревателя t().

4. Содержание отчета: схема лабораторной установки, протоколы испытаний, график динамической характеристики модели водонагревателя, выводы по результатам исследований, эскиз ТЭН.

Таблица Измеренные величины Результаты расчетов tн … tk = К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы 1. Устройство и применение трубчатых электронагревателей.

2. Задача и принцип расчета трубчатых электронагревателей.

3. Выбор трубчатых электронагревателей.

4. Основные достоинства и недостатки элементных водонагревателей емкостного типа.

5. Основные энергетические характеристики установки, от чего они зависят 6. Изменяется ли мощность и ток нагревателя в процессе нагрева и почему 7. Какие мероприятия предусмотрены для обеспечения электробезопасности при работе с элементными водонагревателями 8. В чем различие между проточным и емкостным водонагревателями 9. Какие типы проточных элементных водонагревателей Вы знаете 10. Какие типы емкостных аккумулирующих водонагревателей Вы знаете 11. В чем преимущества электрических водонагревателей от водонагревателей, использующих химическую энергию сжигаемого топлива 12. Какие средства используются для автоматического управления работой электрических водонагревателей 13. Как осуществляется регулирование температуры в водонагревательных элементных установках 14. Что влияет на срок службы элементных электронагревателей 15. Объяснить принцип действия электрической схемы водонагревателя ВЭП-600 по рис. 2.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а ЭЛЕКТРОДНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ Цель работы. Изучить устройство и принцип действия схемы управления электродных водонагревателей и парогенераторов; исследовать динамическую характеристику и зависимость рабочего тока, мощности и КПД от температуры воды.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я По литературе [1, с. 34 – 36; 2, c. 48 – 52; 3, c. 113 – 125; 4, c. 113 – 127; 5, c. 118 – 136] изучить теоретический материал.

Чистые жидкости, а также водные растворы органических соединений электропроводимостью почти не обладают. Но при растворении в воде неорганических веществ растворы (электролиты) приобретают заметную электропроводимость. Носителями тока в растворах электролитов являются не электроны, а заряженные атомы или части молекул (ионы). Ионы появляются в растворе благодаря распаду на части молекул растворенного вещества под действием молекул растворителя (избыточный заряд за счет захвата одного или нескольких электронов одним из атомов – отрицательный ион и потери их другими – положительный ион). К положительному полюсу (аноду) подходят ионы с отрицательным зарядом, к отрицательному полюсу (катоду) подходят ионы с положительным зарядом, отдавая избыточный заряд, превращаясь в атомы.

В электролите ион оказывается окруженным молекулами растворителя (воды), обладающими значительными дипольными моментами. Взаимодействуя с ионом, каждые молекулы поворачиваются к нему своими концами, имеющими заряд, знак которого противоположен знаку заряда иона, поэтому упорядоченное движение иона в электрическом поле затрудняется и подвижность ионов не превышает 3·10–7 м2/В·с. Поэтому удельная электропроводность электролитов по сравнению с удельной электропроводностью металлов меньше и составляет 102…103 См/м.

пол уд Ток, А, кВт · ч / л · ° С уд действия, % Полезная мощность на ° С,, к./( л · ° С ) Производительность водонагревателя, Вт водонагревателя, л / ч Температура воды, ° С Коэффициент полезного водонагревателя, Вт Напряжение питания, В Присоединенная мощность Стоимость нагрева литра воды Объем воды в нагревателе, л Продолжительность нагрева, с Удельный расход электроэнергии Таким образом, в электролитах допустимы незначительные плотности тока и небольшие напряженности электрических полей, при которых подвижность ионов практически постоянна и, следовательно, электролиты подчиняются закону Ома.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.