УКРАЇНА

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І

ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

Кафедра електропривода та електротехнологій

ПРАКТИКУМ

З ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЙ.

ЧАСТИНА 3.

ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ В АПК

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з

дисципліни "Електротехнології в АПК" для студентів

факультету енергетики і автоматики

КИЇВ 2012

2

УДК 631.371:621.365/075.8

Наведено теоретичні основи та положення з підготовки,

проведення та оформлення лабораторних робіт, викладено основні

правила дотримання техніки безпеки.

Для студентів заочної і стаціонарної форм навчання факультету

енергетики і автоматики.

Рекомендовано Вченою радою ННІ енергетики і автоматики

НУБіП України (протокол № від 05.09.2012 р).

Укладачі: Г.М. Борщ, Ю.М.Лавріненко, О.Ю.Синявський,

В.В.Савченко

Рецензенти: М.О. Чуєнко, О.В. Окушко

Навчальне видання

ПРАКТИКУМ З ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЙ.

Частина 3. Електротехнології в АПК

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Електротехнології в

АПК" для студентів факультету енергетики і автоматики

Укладачі: Борщ Григорій Михайлович,

Лавріненко Юрій Миколайович,

Синявський Олександр Юрійович,

Савченко Віталій Васильович

Відповідальний за випуск доц. Г.М. Борщ

Зав. Видавничим центром НУБіП України А.П. Колесніков

Редактор І.В. Сикотюк

Підписано до друку 20.11.12 Формат 60х84 1/16.

Ум. друк. арк. Обл.-вид. арк.

Наклад 100 пр. Зам. №4711 від 28.09.2012 р.

Видавничий центр НУБіП України.

03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15.

3

Загальна частина

Організація підготовки і виконання лабораторних робіт

На лабораторних заняттях студенти набувають навиків з

дослідження та налагодження електротехнологічних установок, а

також поповнюють, поглиблюють і закріплюють теоретичні знання.

У лабораторних заняттях можна виділити чотири основні етапи:

підготовчий; відтворення процесу, що вивчається; вимірювання

характерних показників його проходження; аналіз та узагальнення

отриманих результатів. Виконання кожного етапу потребує серйозної

підготовки і свідомого ставлення до роботи.

Готуватись до кожної лабораторної роботи студент повинен

завчасно, вивчаючи відповідні розділи навчального посібника або

підручника, конспекти лекцій та практичних занять, методичні

вказівки, наведені в цьому практикумі, паспорти досліджуваного

обладнання.

Студенти повинні добре засвоїти мету, зміст, фізичну сутність

процесів, що вивчаються, та методику виконання лобораторної

роботи. Після цього складаються план і схема проведення дослідів,

заготовлюються форми таблиць для запису результатів дослідів,

виконуються необхідні попередні розрахунки. Всі ці матеріали

записуються в журнал спостережень (робочий зошит). Форма журналу

може бути довільною, але в ньому повинні бути обов’язково

відображені: тема лабораторної роботи; прізвища виконавців; дата

виконання; план і схема проведення досліду; технічні дані

досліджуваної установки; засоби вимірювання; таблиці для запису

результатів дослідів і розрахунків з обов’язковим визначенням

одиниць вимірювання величин; заготовки з міліметрового паперу з

нанесеними осями графіків згідно з програмою роботи; графи для

відмітки про допуск до виконання лабораторної роботи та

прийнятності отриманих результатів.

На початку лабораторного заняття студенти ознайомлюються з

обладнанням робочого місця і після перевірки викладачем ступеня

підготовки до занять допускаються до виконання лабораторної

роботи.

Складання електричної схеми виконується одним членом

бригади, але перевірити правильність складання повинен кожний

студент бригади. За вказівкою викладача складання силових кіл і кіл

керування виконується різними членами бригади. Так само

4

виконується складання незалежних паралельних або послідовних

електричних кіл.

Електричні схеми для проведення досліджень складаються

частинами: спочатку головні (силові) кола, потім - кола керування,

сигналізації та вимірювання. Під час складання схем спочатку

складаються послідовні (струмові) кола, а потім приєднуються

паралельні (вольтметри, обмотки напруг ватметрів і лічильників

електричної енергії, кола керування, сигналізації і т.п.). При цьому

кола напруги повинні підключатись без проміжних електричних

зв’язків. Це полегшує перевірку схеми членами бригади та

викладачем. Під час складання і перевірки схеми особливу увагу слід

приділити відповідності вимірювальних приладів роду струму та

межам вимірювання, цілісності і надійності контактів з’єднувальних

провідників. Після закінчення складання схеми і перевірки її членами

бригади викладач приймає схему і дає дозвіл на вмикання

випробовуваної установки та проведення дослідів.

Під час проведення досліду необхідно фіксувати всі

характеристики досліджуваного процесу. У першу чергу записують ті

параметри, які під час досліду змінюються найшвидше, не

допускаючи суб’єктивного впливу на результат вимірювань.

Неуважність часто призводить до великих викривлень і помилок. У

разі отримання в одному статичному ряді величин, що сильно

різняться між собою, слід записати всі дані, а потім, якщо необхідно,

повторити дослід і вказати обставини, які супроводжують зазначене

вимірювання. Це дозволить установити причину викривлень і

кваліфікувати вимірювання як відповідне реальному ходу процесу або

як похибку (грубу помилку).

Під час експерименту необхідно робити попередню обробку

результатів та їх аналіз для того, щоб бути впевненим у правильності

проведення досліду і скоротити час на оформлення звіту.

Виконувати лабораторну роботу необхідно в певній

послідовності за програмою роботи, методичними вказівками та

рекомендаціями керівника. У випадку виникнення непорозумінь під

час виконання роботи необхідно звернутися до керівника занять.

Експериментальна частина роботи вважається виконаною лише

після перевірки і затвердження результатів дослідів викладачем.

Схему дослідження до цього моменту розбирати не можна, оскільки,

якщо результати дослідів будуть визнані незадовільними, то їх

необхідно повторити.

Після закінчення виконання експериментальної частини роботи

з дозволу викладача необхідно розібрати схему, покласти на місця

5

вимірювальні прилади, з’єднувальні провідники та інше обладнання,

здати викладачеві або лаборантові видані прилади, привести в

порядок робоче місце.

Результати вимірювань та спостережень, отримані в процесі

виконання лабораторної роботи, частково опрацьовують на поточному

занятті, а остаточно – на аудиторних самостійних заняттях під

керівництвом викладача. Тому студенти при собі повинні мати

обчислювальну техніку, засоби для креслення електричних схем і

побудови графіків тощо. На заключному етапі складається звіт про

виконану лабораторну роботу.

Правила з техніки безпеки під час виконання

лабораторних робіт

Під час виконання лабораторних робіт необхідно точно

виконувати правила техніки безпеки. На першому лабораторному

занятті викладач проводить інструктаж з техніки безпеки, під час

якого в загальних рисах характеризує основне обладнання лабораторії

і більш докладно – об’єкти, які являють собою велику небезпеку. При

цьому особливу увагу приділяють установкам з напругою понад

1000 В і установкам, які мають конденсатори значної ємності. Увага

студентів звертається на те, що багато електротехнологічних

установок є небезпечними не тільки через можливість ураження

електричним струмом, але й отримання променевих та контактних

опіків.

Студенти повинні бути ознайомлені із схемою електроживлення

робочих місць, розміщенням апаратури для відключення живлення

всієї лабораторії. Крім того, студенти мають дотримуватись основних

правил з техніки безпеки під час експлуатації електроустановок:

вмикати складну схему установки, яка підлягає

випробуванню, можна лише після дозволу керівника занять і,

переконавшись у тому, що ніхто з оточуючих не може потрапити під

напругу;

при кожному вмиканні установки під напругу попереджувати

оточуючих словом “вмикаю”;

забороняється виконувати будь-які зміни в електричних колах

установки під напругою, якщо це не передбачено програмою роботи;

при появі будь-яких ознак ненормальної роботи обладнання

(дим, запах гару, іскріння, підвищений шум і т. п.) слід негайно

вимкнути живлення установки і повідомити про це керівника заняття.

Без дозволу викладача повторне вмикання установки не дозволяється.

6

Після проведення інструктажу всі студенти розписуються в

спеціальному журналі і після цього несуть особисту відповідальність

за дотримання правил з техніки безпеки та збереження обладнання

лабораторії.

7

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 10

Дослідження елементного водонагрівача термосного

типу

Мета роботи. Вивчення будови, правил експлуатації та

визначення енергетичних параметрів елементного водонагрівача

термосного типу. Дослідження водоногрівача на електричній моделі.

Загальні відомості

Водонагрівач ЭВ-150М складається з циліндричного бака

місткістю 150 л, який установлений на трьох ніжках, та металевого

кожуха. У баці встановлені три трубчасті нагрівачі (ТЕНи) загальною

потужністю 6 кВт та чутливий елемент (термобалон) температурного

манометричного реле типу КР-1.

Забір води з водонагрівача здійснюється відкриттям вентиля на

вхідному патрубку. При цьому вода з водопроводу потрапляє в

нижню частину бака і витискає з верхньої його частини теплу воду.

Під час експлуатації елементних водонагрівачів необхідно

дотримуватись таких правил техніки безпеки:

корпус водонагрівача повинен бути заземлений;

до водопровідної мережі водонагрівач необхідно приєднувати

через ізоляційну вставку довжиною не менше 1 м;

для запобігання вибуху бака в разі підвищення тиску

забороняється встановлювати вентиль на вихідному патрубку;

для запобігання прогорянню трубчастих водонагрівачів забо-

роняється вмикати в мережу незаповнений водою водонагрівач.

В основу моделювання теплових процесів на електричних

моделях покладено формальну аналогію математичних рівнянь, які

описують різні за фізичною сутністю процеси. Якщо записати закон

Ома для ділянок теплового та електричного кіл, легко помітити цю

аналогію:

PRT

1 2 ; I UR R

1 2 ,

де Р – потужність теплового потоку, який протікає по тепловому

колу, Вт; 1 та 2 – температура на межах ділянки теплового кола, оС;

RT – термічний опір теплопровідності ділянки теплового кола, оС/Вт;

І – сила електричного струму, який проходить по ділянці

8

електричного кола, А; U – спад напруги на ділянці електричного кола,

В; R – електричний опір ділянки кола, Ом; 1 та 2 – електричні

потенціали на межах ділянки кола, В.

Таким чином, електричний струм може виступати аналогом

теплового потоку, електрична напруга – аналогом різниці температур,

електричний потенціал – аналогом температури, а електричний опір –

аналогом термічного опору теплопровідності. Розглядаючи останній

параметр (опір), також можна знайти аналогію між співвідношеннями

FhRT

; Sl

SlR ,

де h – товщина шару ділянки теплового кола, по якому протікає

тепловий потік, м; – питома теплопровідність матеріалу ділянки

теплового кола, Вт/(моС); F – площа поперечного перерізу ділянки

теплового кола, по якому протікає тепловий потік Р, м2; – питомий

електричний опір матеріалу провідника, Ом·м; l – довжина

провідника, по якому проходить електричний струм, м; S – площа

поперечного перерізу провідника, по якому проходить електричний

струм, м2; – питома електропровідність матеріалу провідника,

1/(Ом·м).

Оскільки протікання електричного струму і теплового потоку

описується аналогічними за формою диференціальними рівняннями,

то електричні водонагрівачі, як і інші електронагрівальні установки,

можна досліджувати на електричній моделі. Це дозволяє з меншими

витратами засобів і часу проводити дослідження і давати оцінку

конструкторським розробкам.

Електричну модель – аналог водонагрівача можна побудувати

на основі рівняння теплового балансу водонагрівача:

cmddtFPdt ов )( ,

де Р – потужність водонагрівача, Вт; в та о – відповідно

температура води та навколишнього середовища, оС; F – площа

поверхні тепловіддачі водонагрівача, м2; – коефіцієнт тепловіддачі,

Вт/(м2.о

С); с – питома теплоємність води, Дж/(кг.оС); m – маса води,

кг.

Розділивши праву і ліву частини останнього рівняння на dt,

отримаємо рівняння балансу потужності водонагрівача:

9

dtdC

RP

T

ов ,

де F

RT

1 – термічний опір тепловіддачі,

оС/Вт; С =сm – повна

теплоємність води, Дж/оС.

Отримане рівняння аналогічне рівнянню для електричного кола,

що зображене на рис. 10.1:

dt

dUC

R

EUI .

Рис. 10.1. Електрична схема – аналог теплових процесів

З розгляду останніх двох рівнянь випливає, що потужність

теплового потоку Р, яка підводиться до водонагрівача, витрачається

на покриття втрат в навколишнє середовище T

о

Rв та підвищення

температури води Cddt

. Вона є аналогом сили електричного струму

І, що утворюється джерелом стабільного струму GA, і який дорівнює

сумі струму витікання IU E

R RR1 2 через опір R та струму

зарядки конденсатора I CdUdtc .

Таким чином, джерело стабільного струму GA моделює

нагрівальні елементи водонагрівача, ємність конденсатора С – повну

теплоємність води, електричний опір R – термічний опір тепловіддачі,

напруга джерела GV – температуру навколишнього середовища. Реле

10

напруги KV моделює терморегулятор, високоомний вольтметр PV –

прилад для вимірювання температури води.

Програма роботи

1. Вивчити будову, гідравлічну й електричну схеми та правила

експлуатації елементного водонагрівача ЭВ-150М.

2. Провести нагрівання води і побудувати дослідну криву

=f(t). 3. Визначити питому поверхневу потужність трубчастих

електронагрівачів.

4. Визначити питомі втрати електроенергії на нагрівання води.

5. Визначити коефіцієнт корисної дії водонагрівача.

6. Розрахувати параметри електричної моделі водонагрівача.

7. Скласти і настроїти на заданий режим схему електричної

моделі водонагрівача.

8. Дослідити і побудувати криву нагрівання =f(t) на

електричній моделі водонагрівача.

9. Порівняти дослідну і зняту на моделі криві нагрівання та

оцінити похибку моделі.

Методика виконання роботи

Для дослідження кривої нагрівання =f(t) складають схему

автоматичного керування водонагрівачем (рис.10.2). Перед вмиканням

водонагрівача в мережу перевіряють наявність води в ньому. Для

цього відкривають вентиль на вхідному патрубку і тримають його

відкритим доти, поки вода не буде витікати з вихідного патрубка.

Запис показів електровимірювальних приладів і термометра

виконують через кожні 5 хв.

Результати досліду заносять у табл. 10.1.

10.1. Експериментальні дані дослідження водонагрівача

ЭВ-150М

t, хв н, оС U, B I, A P, Вт

11

Рис. 10.2. Схема автоматичного керування водонагрівачем

Питому поверхневу потужність ТЕНів, Вт/см2, визначають за

формулою:

P PFnuT ,

де P i F – відповідно потужність і площа бокової поверхні ТЕНів. У

водонагрівача ЭВ-150М площа бокової поверхні одного ТЕНа 300 см2.

Питомі витрати електроенергії на нагрівання води,

кВт.год/(л

оС):

)(106 4nk

VPta ,

де V – ємність водонагрівача, л; t – час нагрівання води, хв; n і k –

відповідно температура води на початку і в кінці нагріву, оС.

Коефіцієнт корисної дії водонагрівача:

%10060

)(

Pt

Vc nk ,

де с=4190 – питома теплоємність води, Дж/лоС.

12

Розрахунок параметрів електричної моделі водонагрівача

виконується в такій послідовності.

Приймають масштаб часу mt, масштаб температур m і ємність

конденсатора С (у лабораторії С=200 мкФ). Для прискорення

відтворення на моделі процесу нагрівання води можна прийняти

mt=180. Масштаб температур приймають залежно від джерела

стабільного струму і допустимої напруги конденсатора (можна взяти

m =1 оС/В).

Після цього визначають теплоємність заповненого водою

водонагрівача:

сзаг.=mbcb+mkck , Дж/оС,

де mb – маса води у водонагрівачі, кг; mk – маса водонагрівача (для

водонагрівача ЭВ-150М mb=155 кг, mk=80 кг); cb i ck – відповідно

питома теплоємність води і корпуса водонагрівача (заліза), Дж/(кгоС).

Масштаб теплоємності, Дж/(оС.Ф), mc=сзаг/с.

Виходячи з того, що час зарядки конденсатора визначається

виразом

RCt ,

масштаб термічних опорів, (оС/Вт)/Ом, дорівнює:

mmmR

t

c .

Величина електричного опору, Ом, що моделює термічний опір

тепловіддачі:

R Rm

T

R

,

де RТ – термічний опір тепловіддачі, оС/Вт.

Величина термічного опору:

FRT

1 ,

де – коефіцієнт тепловіддачі (для металевих пофарбованих

поверхонь при температурі до 50 оС можна прийняти =7 Вт/м

2оС);

F – площа тепловіддачі поверхні водонагрівача (для водонагрівачів

ЭВ-150М F=2 м2).

Виходячи з закону Ома для ділянки теплового кола:

PRT

.

Масштаб потужності теплового потоку, Вт/А:

13

mmmp

R

.

Величина струму, А, джерела стабільного струму:

I Pmp

,

де Р – потужність нагрівальних елементів водонагрівача, Вт.

Після настроювання на заданий режим модель вмикають і через

кожні 5 с записують покази вольтметра, який вимірює напругу на

конденсаторі. Вимірювання проводять, починаючи з напруги, що

відповідає температурі навколишнього середовища (початковій

температурі води), яка задається за допомогою джерела стабільної

напруги, до спрацювання реле, яке моделює терморегулятор. У разі

необхідності повторення досліду модель необхідно відключити і

розрядити конденсатор.

Результати експерименту заносять у табл.10.2.

10.2. Результати дослідження водонагрівача на електричній

моделі

tм, с tн=tм.mt, хв Uc, B м,

оС

Криві нагрівання, досліджені з натури н=f(t) та на моделі

м= (t), будують в одних координатах.

Похибку моделювання визначають за формулою:

%100H

MH .

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електричні схеми (рис. 10.1 і 10.2).

3. Перелік обладнання і вимірювальних приладів.

4. Таблиці експериментальних і розрахункових даних (табл. 10.1

і 10.2).

5. Графіки залежностей н=f(t), м=f(t).

6. Обчислення параметрів Рпит, а, , . 7. Висновки.

14

Контрольні запитання

1. Дати конструкцію елементного водонагрівача термосного

типу ЭВ-150М.

2. Наведіть правила з техніки безпеки під час експлуатації

елементних водонагрівачів.

3. Які переваги і недоліки елементних водонагрівачів ємнісного

типу.

4. Яких режимів роботи “бояться” елементні водонагрівачі?

5. Способи запобігання виникненню аварійних режимів роботи.

6. Що покладено в основу моделювання теплових процесів на

електричних моделях?

7. Назвіть аналоги процесів, що протікають у теплових та

електричних колах.

8. Запишіть закон Ома для ділянки теплового кола.

9. Намалюйте блок-схему моделі-аналога елементного

водонагрівача.

10. Які можливості відкриває моделювання теплових процесів

на електричних моделях і за рахунок чого?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 11

Дослідження елементного проточного водонагрівача

ЭПВ-2А

Мета роботи. Вивчення будови, правил експлуатації та

визначення енергетичних характеристик проточного водонагрівача

типу ЭПВ-2А.

Загальні відомості

Проточний водонагрівач типу ЭПВ-2А складається із зварного

металевого корпуса з подвійними стінками, усередині якого розміщені

три нагрівальні елементи типу ТЕН. Ці елементи з номінальною

напругою 220 В залежно від напруги мережі з’єднуються в “зірку” або

“трикутник”. Сумарна потужність нагрівальних елементів становить

10,5 кВт. Оскільки потужність нагрівальних елементів постійна, то

температура води на виході з водонагрівача (при постійній тем-

пературі на вході) залежить від продуктивності водонагрівача.

15

У разі підігрівання води на 20 оС продуктивність водонагрівача

дорівнює 400 л/год, а при підігріванні на 80 оС – близько 100 л/год.

Максимальна температура нагрівання води у водонагрівачі – 95 оС.

При досягненні цієї температури водонагрівач вимикається з мережі

за допомогою температурного реле ТР-200, вбудованого в кришку

водонагрівача. Температура нагрівання води регулюється ступенем

відкриття вентиля на вхідному патрубку.

Для запобігання пошкодженню від підвищення тиску, яке може

виникнути при закритому вентилі і несправному температурному

реле, водонагрівач обладнаний запобіжним клапаном,

відрегульованим на тиск 2.10

5 Па. З цієї ж причини забороняється

встановлювати вентиль на водозабірному патрубку.

Порівняно з водонагрівачами термосного типу проточний має

такі переваги: малі габарити, компактність, можливість отримати

гарячу воду вже через декілька хвилин після вмикання в мережу.

Водонагрівач ЭПВ-2А не можна вмикати без води, оскільки в

результаті зменшення тепловіддачі ТЕНи нагріваються вище

допустимої амплітуди і перегоряють.

Програма роботи

1. Ознайомитись з будовою і правилами експлуатації

проточного водонагрівача та обладнанням робочого місця.

Вивчити, накреслити і скласти електричну схему для

дослідження енергетичних характеристик водонагрівача (рисунок), з

натури накреслити технологічну схему лабораторної установки.

2. Ознайомитись з будовою і правилами експлуатації

проточного водонагрівача та обладнанням робочого місця.

3. Вивчити, накреслити і скласти електричну схему для

дослідження енергетичних характеристик водонагрівача (рис. 11.1), з

натури накреслити технологічну схему лабораторної установки.

4. Дослідити і побудувати залежність температури підігрівання

води (різниці температур води на вході і виході) від продуктивності

водонагрівача =f(Q). 5. На основі дослідних даних розрахувати і побудувати

залежність ККД водонагрівача від температури підігрівання води

=f( ). 6. Розрахувати і побудувати залежність питомих витрат

електроенергії від температури підігрівання води а= ( ).

16

Електрична схема дослідження енергетичних характеристик

водонагрівача

Методика виконання роботи

Під час виконання роботи необхідно враховувати, що в

лабораторному водонагрівачі з метою зменшення споживаної

потужності трубчасті нагрівачі з номінальною напругою 220 В

вмикаються в мережу 220/127 В при з’єднанні “зіркою”. Приблизно

можна вважати, що споживана потужність і продуктивність

водонагрівача пропорційні квадрату підведеної напруги. Тому

17

номінальну потужність Рн і продуктивність Qн при напрузі 380/220 В і

з’єднанні ТЕНів у “зірку” можна визначити з виразів: 2

U

нU

PPH ;

2

U

нU

QQH ,

де P i Q – відповідно споживана потужність і продуктивність

водонагрівача під час досліду; U i Uн – відповідно напруга під час

досліду і номінальна напруга ТЕНів.

Перед вмиканням водонагрівача в мережу необхідно пере-

конатись, що він заповнений водою. Для цього відкривають вентиль

на вході водонагрівача і чекають доти, поки з водозабірного патрубка

почне витікати вода. Витрати води під час досліду (продуктивність)

регулюють ступенем відкриття вентиля і визначають їх за допомогою

диференціального манометра та трубки Вентурі. При цьому

продуктивність водонагрівача, л/год, обчислюється за формулою:

ghkQ 2 ,

де k – коефіцієнт, який залежить від співвідношення діаметрів

розширеної та звуженої частин трубки Вентурі (визначається

дослідним шляхом); g =9,8 – прискорення сили тяжіння, м/с2; h –

різниця рівнів води в трубках диференціального манометра, мм.

Спочатку визначають продуктивність, що відповідає

максимальному перепаду води в трубках диференціального

монометра. Після запису усталеного значення температури на вході і

виході з водонагрівача встановлюють менші перепади рівнів води в

трубках манометра з таким розрахунком, щоб отримати не менше

п’яти точок.

ККД і питомі втрати електроенергії (кВт.год/л) при різній

продуктивності визначаються з виразів:

%1003600PQc

; a PQ

,

де с=4,19 – питома теплоємність води, кДж/(лоС); – різниця

температур води на вході і виході, оС; Р – потужність, споживана

водонагрівачем, кВт.

Дослідні і розрахункові дані заносять у таблицю.

За результатами дослідів і розрахунків будують залежності

=f(Q), =f( ), a= ( ).

18

Експериментальні і розрахункові дані дослідження

водонагрівача ЭПВ-2А

вх, оС

вих, оС

, оС

h,

мм

Q,

л/год

U,

B

I,

A

P,

кВт ,

%

a,

кВт·год/л

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Технологічна схема лабораторної установки.

3. Електрична схема.

4. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

5. Таблиця експериментальних і розрахункових даних.

6. Графіки залежностей =f(Q), =f( ), a= ( ). 7. Висновки.

Контрольні запитання

1. Конструкція елементного проточного водонагрівача ЭПВ-2А.

2. Правила експлуатації елементних проточних водонагрівачів.

3. Переваги елементних проточних водонагрівачів порівняно з

ємнісними (термосними).

4. Методика визначення витрати води в лабораторній установці.

5. Як можна регулювати температуру води на виході

водонагрівача?

6. Які режими роботи недопустимі для елементних

водонагрівачів?

7. Пояснити хід залежності =f( ). 8. Чому в разі збільшення витрати води через водонагрівач

різниця температур води на вході і виході зменшується?

9. Призначення запобіжного клапана.

10.Як зміниться потужність водонагрівача в разі перемикання

ТЕНів із “зірки” на “трикутник”?

19

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 12

Дослідження електричного водонагрівача ВЭП-600

Мета роботи. Вивчення будови, принципу роботи, схеми авто-

матизації та дослідження енергетичних характеристик водонагрівача

ВЭП-600.

Загальні відомості

Водонагрівач електричний ВЭП-600 призначений для

підігрівання води в системі автонапування тварин у зимовий період

при прив’язному утриманні і може використовуватись для нагрівання

води до 80 оС для господарських потреб.

До комплекту установки ВЭП-600 входять: водонагрівач, насос і

шафа керування.

Водонагрівач складається з бака, кожуха з теплоізоляцією, блока

ТЕНів, запобіжного клапана, датчиків температури, технічного

термометра в оправі і трьох зворотних клапанів Б-32-16.

Запобіжний клапан пружинного типу спрацьовує при тиску

3.10

5 Па.

Технічні дані водонагрівача ВЭП-600

Продуктивність при нагріванні води від 5 до 10 оС, л/год 600

Місткість бака, л 100

Потужність нагрівальних елементів, кВт 10,5

Напруга, В 380/220

Установки регулятора температури води у водонагрівачі, оС

10, 16, 22

Потужність електродвигуна насоса, кВт 0,6

Кількість худоби, що обслуговується, голів 200

У шафі керування встановлені автоматичний вимикач,

запобіжники, магнітні пускачі і два терморегулятори АК1 і АК2

(рисунок).

Терморегулятор являє собою напівпровідниковий пристрій,

який підсилює сигнал датчика температури. Він включає проміжне

реле, транзистор, резистори, конденсатор, випрямний міст. Датчиком

температури є електроконтактний термометр. Терморегулятор, датчик

SK1 якого встановлений у бачку водонагрівача, вмикає і вимикає

ТЕНи, а терморегулятор, датчик SK2 якого встановлений у кінці

водопровідної мережі системи напування, керує роботою

електродвигуна М циркуляційного насоса.

20

Принципіальна електрична схема водонагрівача ВЭП-600

Водонагрівач в електричну мережу вмикається пакетним

вимикачем QS. При цьому через розмикаючий контакт проміжного

реле KV1 отримує живлення котушка магнітного пускача КМ1, і

магнітний пускач вмикає нагрівальні елементи. У момент досягнення

заданої температури в бачку замикається контакт ртутного

21

контактного термометра SK1, спрацьовує реле KV1, яке розмикає

своій контакт у колі котушки магнітного пускача КМ1, головні

контакти пускача вимикають нагрівні елементи.

Циркуляційний насос може працювати як у ручному, так і в

автоматичному режимах. У ручному режимі керування насосом

виконується перемикачем SA, а в автоматичному – терморегулятором

АК2, датчик SК2 якого встановлений у кінці водопровідної мережі

системи напування.

Програма роботи

1. Ознайомитись з обладнанням робочого місця, зарисувати з

натури технологічну схему системи автонапування тварин з

електропідігрівом води за допомогою водонагрівача ВЭП-600.

2. Вивчити будову та схему автоматичного керування

водонагрівачем і циркуляційним насосом (рисунок).

3. Скласти електричну схему, увімкнути установку в мережу і

опробувати її роботу.

4. Дослідити і побудувати залежність температури води від часу

в=f(t) при працюючому насосі.

5. Визначити питому поверхневу потужність трубчастих

електронагрівачів і питомі витрати електроенергії на підігрівання

води.

Методика виконання роботи

Перед вмиканням водонагрівача в мережу необхідно пере-

конатися, що система заповнена водою. Для цього натискають на

клапан автонапувалки. Якщо при цьому вода не надходить до неї, то

необхідно відкрити вентиль на живильному трубопроводі і заповнити

систему водою.

Для дослідження залежності в=f(t) установку вмикають у

мережу і проводять дослід протягом одного циклу (до повторного

вмикання нагрівальних елементів після охолодження води в системі

при працюючому циркуляційному насосі). Під час досліду через

кожні 5 хв записують покази амперметра, вольтметра і термометра.

Питому поверхневу потужність (Вт/см2) трубчастих нагрівних

елементів, встановлених у водонагрівачі, визначають з виразу:

F

н неР

Pпит ,

22

де Рне н – потужність, яка споживається нагрівальними елементами

при номінальній напрузі, Вт; F – площа бокової поверхні

нагрівальних елементів, см2 (для ВЭП-600 F =750 см

2).

Оскільки для зменшення споживаної потужності ТЕНи водо-

нагрівача з номінальною напругою 220 В ввімкнені в мережу 220/127

В, з’єднаними в “зірку”, то їх номінальна потужність може бути

обчислена за формулою: 2

U

нU

неPн неP ,

де РНЕ – потужність, яка споживається ТЕНами під час досліду, Вт; U

– напруга на ТЕНах під час досліду, В; UH – номінальна напруга

ТЕНів, В.

Потужність, споживану електродвигуном, наближено

визначають за формулою:

cosндвUIPдв 3 ,

де н і cos н – відповідно номінальні ККД і коефіцієнт потужності

електродвигуна.

Питомі витрати електроенергії (кВт год/л) на підігрівання води:

V310

Pt,

де Р – сумарна потужність, яка споживається нагрівальними

елементами та електродвигуном циркуляційного насоса під час

досліду, Вт; t – час роботи установки протягом одного циклу, год; V –

об’єм води в системі, л (у нашому випадку V =110 л).

Результати досліду і розрахунків заносять у табл. 12.1 і 12.2.

12.1. Експериментальні дані

t, хв в, оС U, B Iдв, А ІНЕ, А

12.2. Розрахункові дані cos н= , н= , Uн= В , F = см

2 , t = год , V = л .

Pдв,

Вт

Рне,

Вт

Рне н ,

Вт

P=Рдв+Pне н,

Вт

Рпит ,

Вт/см2

а,

кВт.год/л

23

За результатами досліду будують залежність в=f(t).

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Ескіз водопровідної мережі системи автонапування тварин

з водонагрівачем ВЭП-600.

3. Електрична схема (рисунок).

4. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

5. Таблиця експериментальних даних (табл. 12.1).

6. Таблиця розрахункових даних (табл. 12.2).

7. Графік залежності в=f(t). 8. Висновки.

Контрольні запитання

1. Призначення, будова та основні технологічні

характеристики водонагрівача ВЭП-600.

2. Схема циркуляції води в літній і зимовий періоди.

3. Робота схеми керування водонагрівачем ВЭП-600 у

ручному режимі.

4. Які датчики температури використовуються у водонагрівачі

і де вони встановлюються?

5. Призначення транзисторного підсилювача в схемі

керування.

6. Призначення насоса. Чому його роботою керує один із

датчиків температури?

7. Призначення зворотних клапанів та гумових вставок у

системі водопроводу.

8. Який режим роботи недопустимий для водонагрівача ВЭП-

600?

9. Призначення запобіжного клапана і місце його

встановлення.

10. Робота схеми керування водонагрівачем ВЭП-600 в

автоматичному режимі.

24

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 13

Дослідження електрокотельної установки з

електродним котлом типу ЭПЗ-100И1

Мета роботи. Вивчення будови, принципу дії та схеми автома-

тичного керування електрокотельною установкою. Дослідження

енергетичних характеристик електродного котла.

Загальні відомості

Електродний проточний водогрійний котел ЭПЗ-100И1

призначений для нагрівання води в системах опалення та гарячого

водопостачання будівель. При використанні котла в системі гарячого

водопостачання необхідний теплообмінник, у первинний замкнутий

контур якого вмикається котел, а з вторинного відкритого контуру

здійснюється відбір гарячої води.

Котел являє собою циліндричний стальний корпус, який має

теплоізоляцію, закриту стальним кожухом. У корпус вварені два

патрубки: нижній – для підведення, а верхній – для відведення гарячої

води. На верхній кришці змонтовані три елементи електродної групи.

Кожний елемент складається з фазного електрода, антиелектрода та

ізоляційної труби. Електроди та антиелектроди виготовлені із

стальних труб та розміщені концентрично відносно один одного.

Ізоляційні труби закріплені на траверсі. В процесі регулювання

потужності траверса переміщується по ходовому гвинту, який

приводиться в рух маховиком.

Через верхню кришку проходять в ущільнених ізоляторах три

струмопроводи до електродів.

До верхнього патрубка кріпиться перехідний патрубок, в який

уварені два штуцери для встановлення датчиків температури.

У днищі бака передбачений патрубок для зливання води.

Для запобігання виносу електричного потенціалу за межі

водонагрівача його патрубки з’єднуються із вхідною і вихідною

трубами через гумові ізолюючі вставки.

Нагрівання води здійснюється під час проходження через неї

електричного струму між фазними електродами та антиелектродами.

Потужність, яка споживається котлом, регулюється зміною ступеня

екранування електродів ізоляційними трубами.

Прилади та апарати керування і захисту розміщені в станції

25

керування типу ШУА-1. Автоматичне керування котлом та його

аварійне відключення (якщо температура води перевищує встановлене

максимальне значення) здійснюється за командами термометрів SK1 i

SK2 типу ТПГ-СК.

Схему керування водонагрівачем ЭПЗ-100 наведено на рисунку.

У момент вмикання автоматичного вимикача QF запускається

двигун М циркуляційного насоса і замикається допоміжний контакт

QF електричного блокування в колі керування котлом. Для вмикання

котла замикають рубильник QS1 і перемикачем SA вибирають режим

роботи: ручний або автоматичний.

При ручному керуванні через контакти 3–4 перемикача SA

подається живлення на котушку проміжного реле KV2, яке своїм

контактом KV2.3 керує контактором КМ. Останній підключає котел до

мережі.

В автоматичному режимі проміжним реле KV2 керує

електроконтактний термометр SK1. Якщо температура води, яка

виходить із котла, нижче встановленого мінімального значення,

контакт SK1.2 замкнений, і реле KV2 спрацьовує. При цьому

контактом KV2.3 вмикається контактор КМ, контактом KV2.2

блокується контакт SK1.2, а контактом KV2.1 готується до роботи

коло котушки реле KV1. При нагріванні води до встановленого

максимального значення замикається контакт SK1.1 і спрацьовує реле

KV1, яке контактом KV1.2 вимикає реле KV2, що обумовлює

повернення контактора КМ. Повторне вмикання котла відбувається в

разі зниження температури води до встановленого мінімального

значення і замикання контакту SK1.2.

Якщо температура води перевищує встановлене максимальне

значення, електроконтактний термометр SK2 вмикає реле KV3, яке

контактом KV3.1 знеструмлює реле KV2, а контактом KV3.2

самоблокується. Реле KV2 вимикає пускач КМ. Повторне вмикання

здійснюється встановленням перемикача SA в нульове положення, а

потім в один із режимів роботи.

Головні кола котла від коротких замикань захищаються

запобіжниками FU1-FU3, а кола керування – запобіжниками FU4 i

FU5. Амперметр контролює навантаження водонагрівача і є

індикатором вмикання його в мережу.

При несиметрії живильної напруги (наприклад, перегоряння

запобіжника в головному колі), що може призвести до появи

небезпечного потенціалу на корпусі водонагрівача, спрацьовує реле

KA, яке відключає котел від мережі.

26

При

нц

ип

іальн

а ел

ектр

ич

на

схем

а е

лек

трод

но

го к

отл

а Э

ПЗ-1

00

27

При вимиканні двигуна насоса автоматичним вимикачем QF

додатковим контактом QF вимикається і пускач котла.

Основні дані технічної характеристики електродного

водонагрівача ЭПЗ-100И1

Номінальна потужність, кВт 100

Напруга мережі, В 380

Схема з’єднання

Допустимі межі питомого електричного опору

води при 20 оС, Ом·

.м

10-50

Температура води, оС:

на вході у водонагрівач

70

на виході з водонагрівача 95

Максимальний робочий тиск, Па 6.10

5

Діапазон регулювання потужності, % 10-100

Коефіцієнт корисної дії 0,99

Продуктивність, м3/год 3,45

Об’єм бака, л 28

Маса, кг 97

Програма роботи

1. Вивчити будову і принцип дії електродного котла ЭПЗ-100И1.

2. Замалювати з натури технологічну схему лабораторної моделі

електрокотельної установки з зазначенням розміщення всіх елементів.

3. Скласти схему керування котлом (рисунок).

4. Увімкнути установку і випробувати її роботу в ручному і

автоматичному режимах. Перевірити дію блокування циркуляційного

насоса та захисту від несиметрії напруги.

5. Установити в холодному стані силу струму 7 А, дослідити і

побудувати залежність зміни температури води і споживаного струму

від часу: =f(t), I= (t). 6. Розрахувати довжину ізолюючих вставок на трубопроводах

холодної і гарячої води.

7. Виконати розрахунок з доведення котлової води за питомим

електричним опором.

Методика виконання роботи

Лабораторна установка складається з водонагрівача ЭПЗ-100И1,

28

циркуляційного насоса, опалювальної батареї, розширювального

бачка, трубопроводів із штуцером для випускання повітря, манометра

та запірних вентилів.

Перед вмиканням насоса слід переконатися, що система

заповнена водою. Для цього відкривають вентиль на штуцері для

випускання повітря і перевіряють наявність води в розширювальному

бачку. Рівень води повинен бути в межах від однієї третини до

половини висоти бачка. Після перевірки вентиль на випускному

штуцері закривають.

Дослідження водонагрівача виконується за схемою, зображеною

на рисунку.

Для перевірки спрацювання захисту від несиметрії напруги

розмикають рубильник QS2.

Перевірка дії блокування циркуляційного насоса виконується

при працюючому водонагрівачі шляхом відключення автоматичного

вимикача QF двигуна привода циркуляційного насоса. При цьому має

відбутися відключення водонагрівача. Це блокування запобігає

можливості закипання води в баку водонагрівача невеликої місткості

(28 л) та значної потужності (до 100 кВт) за відсутності циркуляції

води.

Задану силу навантаження в холодному стані встановлюють

обертанням маховика ходового гвинта, який переміщує екрануючі

ізоляційні труби.

Після встановлення заданої сили струму навантаження пускають

годинник і через кожні 2 хв записують температуру води і силу

струму. Дослід проводять до повторного вмикання пускача КМ після

охолодження води до встановленої на SK1 мінімальної температури.

Результати досліду записують у таблицю.

Експериментальні дослідження електродного котла ЭПЗ-100И1

t, хв ,

оС

I, A SK1 SK2

За результатами експериментальних досліджень будують

залежності =f(t), I= (t). Довжину ізолюючої вставки (для забезпечення напруги дотику

12 В) можна визначити за формулою:

29

2

min14000 dl ,

де d – внутрішній діаметр ізолюючої вставки, м; – питомий опір

води при 20 оС для трубопроводів холодної води і при 100

оС для

трубопроводів гарячої води, Ом·м (значення береться з лабораторної

роботи №3).

Розрахунок з доведення котлової води за питомим електричним

опором для водонагрівачів типу ЭПЗ виконують так.

Кількість кальцинованої соди, яку необхідно додати у воду для

зменшення її питомого електричного опору, визначається з виразу:

Vm HOM )1(18020

20 ,

де 20НОМ – номінальний питомий електричний опір води при 20 оС

(для водонагрівача типу ЭПЗ 20НОМ=30 Ом·м); 20 – фактичний

питомий опір води при 20оС, Ом·м (береться з експериментальних

даних лабораторної роботи №3); V – об’єм води в замкненій системі,

на яку працює водонагрівач, м3 (для лабораторної установки можна

взяти V=0,1 м3).

Кількість води, м3, з високим питомим опором, якою необхідно

розвести котлову воду для збільшення її питомого електричного

опору, визначається за формулою:

VвVHOM

)1(20

20 .

Останній вираз буде цілком вірний за умови, що солевміст води,

яка додається (з високим питомим електричним опором) дорівнює

нулю. Насправді ж навіть у дистиляті й конденсаті міститься деяка

кількість домішок, тому цей вираз має похибку. Вона тим більша, чим

вище солевміст води, яку ми додаємо.

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Технологічна схема лабораторної моделі електрокотельної

установки.

3. Електрична схема водонагрівача ЭПЗ-100И1 (рисунок).

4. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

5. Таблиця експериментальних даних.

6.Графіки залежностей =f(t), I= (t).

7. Обчислення параметрів lmin, m або Vв.

30

8. Висновки.

Контрольні запитання

1. Конструкція електродного водонагрівача ЭПЗ-100И1.

2. Як регулюється потужність водонагрівача?

3. Робота схеми керування.

4. Призначення і принцип роботи терморегуляторів SK1 і SK2.

5. Призначення циркуляційного насоса. Яке блокування

передбачено електричною схемою?

6. Призначення реле КА в нульовому проводі. Оцінка

ефективності такого рішення для забезпечення безпечної експлуатації.

7. Недолік використання запобіжників для захисту

водонагрівача від аварійних режимів роботи.

8. Причина зростання струму у процесі нагрівання води.

9. Методика розрахунку довжини ізольованих вставок на трубо-

проводах.

10. У чому полягає і як розраховується доводка котлової води за

питомим електричним опором?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 14

Дослідження електрокалориферної установки

Мета роботи. Вивчення конструкції, електричної схеми та

експериментальне визначення основних енергетичних показників

електрокалориферної установки СФОЦ-25.

Загальні відомості

Електрокалориферні установки серії СФОЦ використовуються

для підігрівання повітря в системах вентиляції та повітряного

опалення тваринницьких приміщень і теплиць.

Установка складається з електрокалорифера та вентилятора з

електродвигуном, які встановлені на спільній рамі. Для зменшення

вібрацій та шуму калорифер з’єднаний з вентилятором перехідним

гнучким рукавом, а вентилятор з електродвигуном кріпиться до рами

на віброізоляторах (амортизуючих пружинах).

Калорифер являє собою зварну каркасну конструкцію, в

середині якої розміщені оребрені (для покращення відведення

31

теплоти) трубчасті електричні нагрівачі, які об’єднані в три секції.

Потужність калорифера регулюється ступенево (100, 67 і 33 %)

шляхом вмикання різної кількості секцій. Для більш рівномірного

обдування нагрівальних елементів калорифер розміщено з боку

всмоктування вентилятора. Температуру повітря на виході

калорифера можна регулювати зміною продуктивності вентилятора за

допомогою заслінки.

Живлення нагрівачів здійснюється від мережі 380/220 В. При

напрузі 380 В нагрівачі з’єднуються “зіркою”, а при 220 В –

“трикутником”.

Керувати установкою можна вручну або автоматично (рисунок).

Автоматичне керування здійснюється температурними реле SK2 i SK3

типу ДТКБ, які встановлюються в опалюваному приміщенні.

Температурні реле настроюють так, щоб уставка (температура

спрацювання) реле SK3 була на 2–3 0С більшою уставки реле SK2.

Захист нагрівачів від перегрівання здійснюється температурним

реле SK1, яке встановлене в калорифері.

Нагрівальні елементи калорифера розраховані на роботу в

повітряному потоці. У нерухомому повітрі тепловіддача зменшується,

що призводить до перегрівання і виходу з ладу нагрівачів.

Тому в калорифері передбачено блокування, яке не дозволяє

ввімкнути нагрівальні елементи доти, поки не буде ввімкнений

вентилятор. Це блокування здійснюється допоміжним замикаючим

контактом автоматичного вимикача QF двигуна вентилятора, який

ввімкнено в коло керування нагрівальними елементами калорифера.

Технічна характеристика електрокалориферної установки

СФОЦ-25

Напруга живильної мережі, В 380/220

Кількість фаз 3

Максимальна потужність електрокалорифера, кВт 22,5

Номінальна потужність електродвигуна вентилятора,

кВт

0,75

Продуктивність при температурному перепаді повітря,

яке нагрівається до 50 оС, м

3/год

1480

Найбільша температура повітря на виході, оС 50

Максимальна температура на поверхні оребрення (при

температурному перепаді 50 оС),

оС

180

32

При

нц

ип

іальн

а е

лек

три

чн

а сх

ема

елек

трокал

ори

фер

ної

уст

ано

вки

СФ

ОЦ

-25

3N

~ 5

0 Г

ц, 220 В

Л1

И1

Л2

И2 Л

1

И1

И2

Л2

ТА

2

ТА

1

QS

QF

M

A

B

C

PW

I A

*

I C

*

FU

1

FU

2

FU

3...F

U11

KM

1

KM

3

KM

2

PV

m

V

EK

B K

KM

1

KM

2

KM

3

QF

KV

SK

1

HL

1

HL

2

HL

4

HL

3

HL

5

R1

R2

R3

R4

R5

KV

KM

3

KM

2

KM

1

SK

2

SK

3

SA

1.2

Р 0

А

Р 0

А

Р 0

А S

A1.3

SA

1.1

SA

2

0 1

/3 2

/3 1

33

Примітка 1. У лабораторній установці для зменшення

споживаної потужності і витрат електроенергії нагрівачі калорифера в

мережу напругою 220/127В вмикаються з’єднаними “зіркою”.

2. В установці робоче колесо вентилятора замінено на колесо

меншого номера, тому повітропродуктивність установки зменшилась і

дорівнює 280 м3/год.

Програма роботи

1. Ознайомитись з електрокалориферною установкою СФОЦ-25

та станцією керування.

2. Вивчити і скласти електричне коло установки (рисунок),

випробувати її роботу в ручному та автоматичному режимах,

перевірити блокування вмикання нагрівальних елементів.

3. Дослідити залежність температури повітря на виході з

калорифера вих від часу t до досягнення усталеного режиму і

побудувати залежність вих=f(t). 4. Виміряти потужність, споживану установкою,

електродвигуном та нагрівальними елементами кожного з трьох

ступенів вмикання нагрівачів.

5. Розрахунковим шляхом визначити питому поверхневу

потужність трубчастих електронагрівачів установки Рпит, питомі

витрати електроенергії на нагрівання повітря Q та ККД установки .

6. Визначити температуру спрацювання аварійного

терморегулятора SK1.

Методика виконання роботи

Перед вмиканням нагрівальних елементів калорифера необхідно

перевірити правильність напрямку обертання вентилятора (обертання

колеса повинно здійснюватись у напрямку стрілки, яка нанесена на

кожусі вентилятора).

Розгінна характеристика установки вих=f(t) знімається при

одній працюючій секції калорифера до усталеного режиму. Значення

параметрів, які змінюються, необхідно записувати через кожні 5 хв.

Результати заносять у табл. 14.1.

14.1. Експериментальні дослідження розгінної характеристики

електрокалорифера СФОЦ-25

t, хв вих, оС вх,

оС Руст, кВт

34

За результатами досліджень будується розгінна характеристика

установки вих=f(t). Питомі витрати електроенергії (кВт·год/м

3·0С) на нагрівання

повітря визначаються з виразу:

)вхвих

Q(

устP

,

де Руст – потужність установки, кВт; Q – повітропродуктивність

установки, м3/год (для лабораторної установки Q =280 м

3/год); θвх,

θвих – відповідно температура на вході і виході з установки, оС, в

усталеному режимі.

Коефіцієнт корисної дії установки розраховується за формулою:

%

уст3600Р

вхвихQ(с

100)

,

де с – теплоємність повітря (при температурі 0–100 оС приймають, що

с =1,12 кДж/(кг·0С); – густина повітря, кг/м

3.

Потужність нагрівальних елементів РНЕ визначається

відніманням потужності, яка споживається електродвигуном РЕД, від

загальної потужності, що споживається установкою Руст. Результати

вимірювань для кожного з трьох ступенів потужності нагрівальних

елементів заносять у табл. 14.2.

14.2. Результати досліджень електрокалорифера СФОЦ-25

FHE = см

2 , kTT=

Ступінь

потужності

нагрівальних

елементів

Руст,

кВт

РЕД,

кВт

РНЕ,

кВт

FHE,

см2

Рпит,

Вт/см2

1/3

2/3

3/3=1

Питома поверхнева потужність нагрівачів (оребрених ТЕНів)

обчислюється з виразу:

35

PP

FnuTHE

HE

103

,

де FHE – площа поверхні нагрівальних елементів, що віддає теплоту,

см2 (для калорифера СФОЦ-25 FHE =13700 см

2).

Температура спрацювання аварійного терморегулятора SK1

визначається за допомогою термопари, яка закріплюється на

оребренні ТЕНа, та магнітоелектричного мілівольтметра при закритій

заслінці повітропроводу.

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електрична схема калориферної установки (рисунок).

3. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

4. Таблиця експериментальних даних (табл. 14.1).

5. Розгінна характеристика установки вих=f(t).

6. Обчислення параметрів а і .

7. Таблиця експериментальних і розрахункових даних (табл.

14.2)

8. Температура спрацювання ( спрSK1) аварійного

терморегулятора SK1.

9. Висновки.

Контрольні запитання

1. Призначення та конструкція електрокалориферних установок

СФОЦ.

2. Робота схеми керування електрокалориферною установкою.

3. Де встановлюються терморегулятори SK1, SK2 i SK3?

4. Для чого застосовують оребрення ТЕНів?

5. Призначення блокування вмикання калорифера.

6. Як змінюється потужність калорифера?

7. Якими термодатчиками (терморегуляторами) комплектуються

електрокалорифери? Можливість їх використання у тваринницьких

приміщеннях.

8. Чому терморегулятор SK1 настроюється на температуру

180 оС?

9. Як можна регулювати продуктивність вентилятора?

10. Чим пояснюється менша питома поверхнева потужність

ТЕНів електрокалорифера порівняно з елементними водонагрівачами

(див. лабораторні роботи 2, 3, 11, 12)?

36

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 15

Дослідження інфрачервоного темного опромінювача

Мета роботи. Вивчення інфрачервоного опромінювача ОКБ-

1376А; визначення енергетичної опроміненості та нерівномірності

розподілення променевого потоку по опромінюваній поверхні.

Загальні відомості

Інфрачервоні (ІЧ) промені займають межі спектра між

видимими променями та ультракороткими радіохвилями в діапазоні

довжини хвиль 0,4–40 мкм; їм притаманна значна теплова дія. У

сільському господарстві ІЧ-промені використовуються для

обігрівання тварин та радіаційного сушіння сільськогосподарських

продуктів. За допомогою спрямованого потоку ІЧ-променів можна

підтримувати необхідну температуру об’єкта, який обігрівається,

майже без нагрівання навколишнього повітря. Це дає 25–50% економії

енергії порівняно з конвективним способом обігрівання. Крім цього,

ІЧ- промені сприятливо впливають у фізіологічному відношенні.

Залежно від робочої температури випромінювача джерела ІЧ-

випромінювання поділяють на темні (температура випромінювача до

700 оС) та світлі (температура понад 700

оС). Як темні випромінювачі

найчастіше використовуються ТЕНи та ніхромові спіралі на

керамічному каркасі, а як світлі - інфрачервоні та освітлювальні

лампи розжарювання.

Густина потоку випромінювання абсолютно чорного тіла, Вт/м2,

визначається за законом Стефана-Больцмана:

4

100

TscuP ,

де Сs=5,7 – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла,

Вт/(м2.К

4); Т – абсолютна температура, К.

Закон Стефана-Больцмана застосовується і для “сірих” тіл:

4

100

TsccP ,

де – відносний коефіцієнт випромінювання (ступінь чорноти) тіла.

Випромінювання елементарної площини dF у певному напрямку

розраховують за законом Ламберта:

37

dFdT

scdP cos4

100

1 ,

де – кут між нормаллю до dF та напрямком випромінювання; d –

елементарний тілесний кут.

На основі законів Стефана-Больцмана та Ламберта потужність

променевого теплового потоку між поверхнями F1 та F2, довільно

розміщеними в просторі, дорівнює:

21

4

100

24

100

121

FTT

прcP ,

де

21

11s

npc

c – приведений коефіцієнт випромінювання (тут 1 і 2

– ступінь чорноти випромінювача та поверхні, що обігрівається); Т1 і

Т2 – абсолютні температури відповідно випромінюючого і

поглинаючого тіл, К; F1-2=F1 1-2=F2 2-1 – поверхня променевого

теплообміну тіл 1 : 2 ; 1-2 – коефіцієнт опроміненості, який

відображає частку випромінюваної тілом 1 променевої енергії, що

падає на тіло 2; 2-1 – коефіцієнт опроміненості, який показує частку

енергії випромінювання тіла 2, що падає на тіло 1.

Взаємна поверхня променевого теплообміну між двома

паралельними кругами діаметром d1 і d2 з центрами на одній осі та

віддаленими на відстань h один від одного визначається за формулою:

)2

)(

2)(

(4

2

2

22

121221 h

ddh

ddF .

Оскільки останні два вирази справедливі для випромінювача у

вигляді круга діаметром d1 з температурою Т1, а в опромінювачі ОКБ-

1376А трубчасті нагрівачі та кожух-відбивач мають різні за

величиною температури, то температура еквівалентного

опромінювача у вигляді круга визначається з виразу:

кF

ТЕНF

кF

кТ

ТЕНF

ТЕНТ

еквТ ,

38

де ТТЕН – температура трубчастих нагрівачів, К; TK – температура

кожуха-відбивача, К; FТЕН – площа проекції трубчастих нагрівачів на

площину кожуха-відбивача (FТЕН=0,04 м2); FK – площа кожуха-

відбивача діаметром d=0,46 м.

Енергетична опроміненість Е при ІЧ-обігріванні визначається як

відношення потужності променевого потоку, що падає на поверхню,

до цієї поверхні:

FP

E 21 , Вт/м2

.

В інфрачервоному опромінювачі ОКБ-1376А встановлені три

трубчасті нагрівачі по 400 Вт кожний. Арматура являє собою зрізаний

конусоподібний кожух-відбивач з листової сталі з подвійними

стінками, між якими закладено теплоізоляцію. Опромінювач

підвішується до стелі на тросі. Висоту підвішування змінюють

залежно від виду і віку тварин.

Програма роботи

1. Ознайомитися з обладнанням робочого місця, вивчити

будову і принцип роботи інфрачервоного опромінювача ОКБ-

1376А.

2. Дослідити розподілення температур на опромінюваній

поверхні при висоті підвішування опромінювача 0,7 і 0,9 м.

3. Визначити енергетичну опроміненість поверхні, яка

обігрівається, у вигляді круга діаметром 1 м при висоті

підвішування опромінювача 0,7 і 0,9 м.

4. Визначити середньоквадратичне відхилення температури в

різних точках поверхні, що підлягає обігріванню.

Методика виконання роботи

Дослідження розподілу температур на опромінюваній поверхні

та вимірювання температури ТЕНів і кожуха опромінювача ОКБ-

1376А проводяться за схемою, зображеною на рисунку.

Температуру трубчастих електронагрівачів та кожуха-відбивача

вимірюють за допомогою двох хромель-копелевих термопар ВК1, ВК2

і пірометричного мілівольтметра PV1, а температуру поверхні, що

підлягає обігріванню, – за допомогою шести зачорнених термопар

39

mV

mV

3N ~ 50 Гц, 220 В

QF

PV

A B С

CI

CI AI

AI

BK1 SA1

PV1

PV2

SA2

BK2

BK3…BK8

EK

Дослідження опромінювача ОКБ-1376А

40

мідь-константан ВК3-ВК8 та гальванометра PV2. Для визначення

температури опромінювача та поверхні, що обігрівається, до показів

приладів необхідно додати значення температури холодних спаїв

термопар, яку вимірюють термометром.

Оскільки обігрівач ОКБ-1376A симетричний відносно центра, то

температуру поверхні F, що обігрівається і має вигляд круга

діаметром 1 м, достатньо вимірювати за радіусом через кожні 0,1 м.

Температуру вимірюють в усталеному режимі, коли

температура поверхні, що обігрівається, протягом 5 хв змінюється

менше, ніж на 1 оС.

Під час проведення досліду рейку з термопарами спочатку

встановлюють на відстані 0,9 м від опромінювача. При цьому

термопара ВКЗ повинна бути в центрі проекції обігрівача. Потім

аналогічний дослід проводять при розміщенні рейки з термопарами на

відстані 0,7 м від опромінювача. Результати дослідів і розрахунків

записують у табл. 15.1.

15.1. Результати досліджень обігрівача ОКБ-1376A

h,

м

P,

кВт

Температура, К

поверхні, що

обігрівається, в

точках ТЕНів

ТТЕН

кожуха-

відбивача

Тк

еквівалентного

опромінювача

Текв 1 2 3 4 5 6

Нерівномірність розподілу променевого потоку на поверхні, що

обігрівається, характеризується величиною середньоквадратичного

відхилення температури в різних точках від середнього значення:

11

2

n

Tn

ii

,

де icpi TTT . Тут n

TT

n

ii

cp1 , Tі – значення температури в

і-й точці; n – кількість точок.

Результати розрахунків заносять у табл. 15.2.

41

15.2. Результати досліджень нерівномірності розподілу променевого

потоку

H,

м Величина

Значення для точок

1 2 3 4 5 6

Tі

Tі

Tі2

Поверхню променевого теплообміну F1-2 визначають для d1=0,46

м, d2=1 м та висоти підвішування опромінювача 0,7 і 0,9 м.

При визначенні потужності теплового потоку Р1-2 між

випромінювачем та поверхнею, що обігрівається, приймають, що

температура випромінювача Т1 дорівнює температурі еквівалентного

опромінювача Т1екв.

У роботі можна прийняти, що ступені чорних випромінювачів і

поверхні, що обігрівається, рівні між собою і дорівнюють 1 = 2 = 0,8.

Результати розрахунків записують у табл. 15.3.

15.3. Розрахункові дані потужності теплового потоку

h,

м F1-2, м

2

Т1,

К Текв, К

Т2,

К Р1-2, Вт

F,

м2

Е,

Вт/м2

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електрична схема (рисунок).

3. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

4. Таблиця експериментальних даних (табл. 15.1).

5. Таблиці розрахункових даних (табл. 15.2 і 15.3).

6. Висновки.

Контрольні запитання

1. Переваги інфрачервоного променевого нагрівання.

2. Класифікація та конструкція джерел ІЧ-випромінювання.

42

3. Конструкція інфрачервоного опромінювача ОКБ-1376А.

4. Про що йде мова в законі Стефана-Больцмана?

5. Поняття абсолютно чорного тіла.

6. Від чого залежить потужність променевого теплового

потоку між випромінюючою та поглинаючою поверхнями?

7. Чим характеризується нерівномірність розподілу

променевого потоку на поверхні, що обігрівається?

8. Необхідність введення поняття еквівалентної температури

випромінювача.

9. Поняття енергетичної опроміненості при ІЧ-обігріванні.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 16

Дослідження електричної огорожі ИЭ-200

Мета роботи. Вивчення будови, принципу роботи та правил

експлуатації електричної огорожі. Експериментальне визначення

кількості електрики в імпульсі.

Загальні відомості

Електричні огорожі застосовують для загінних пасовищ,

огороджування літніх таборів, вигульних майданчиків, копиць сіна,

посівів та інших місць, що охороняються від тварин або ділянок,

небезпечних для них. Огорожа складається з огородження, генератора

електричних імпульсів і джерела живлення.

Огородження являє собою стальний дріт, закріплений на

ізоляторах, до якого підводиться висока напруга від спеціального

генератора імпульсів. У момент дотику до огорожі відбувається

електричний удар, який не загрожує життю і здоров’ю тварин, але є

достатнім для вироблення умовного рефлексу “боязні” дотикання до

огороджуючого дроту. Небезпечною для тварин є кількість електрики

до 2,5 мА.с.

Генератор імпульсів ИЭ-200 (рисунок) працює так. Живлення

генератора здійснюється або від чотирьох батарей сухих елементів GB

напругою 45 В кожна, розміщених у пластмасовому корпусі, або від

мережі змінного струму напругою 220 В через штепсельну розетку.

43

При

нц

ип

іальн

а е

лек

три

чн

а сх

ема

ген

ерат

ор

а ім

пу

льс

ів И

Э-2

00

44

У разі живлення від батареї генератор може працювати в

автоматичному та “чекаючому” режимах, а в разі живлення від мережі

змінного струму – тільки в автоматичному.

У “чекаючому” режимі генератор подає імпульси напруги лише

в момент дотику тварини до дроту огорожі або при зниженні опору

ізоляції дроту огорожі відносно землі до 1–2 МОм.

Для вмикання генератора імпульсів в автоматичному режимі

при живленні від батареї перемикач SA1 (“живлення”) ставиться в

положення “Батарея”. При цьому через резистори R1 та R2

заряджається конденсатор С3. Коли тумблер SA3 поставити “Авт”,

починає протікати струм по колу: верхня обкладка конденсатора С3 –

резистор R6 – перемикач SA3 – резистор R10 – нижня обкладка

конденсатора С3. Під впливом падіння напруги на резисторі R10

заряджається конденсатор С4 до напруги запалювання тиратрона VL

(65–90 B). Тиратрон відкривається і заряд конденсатора С4 відкриває

тиристор VS. Конденсатор С3 розряджується на первинну обмотку

трансформатора TV. У вторинній обмотці трансформатора індукується

ЕРС високої напруги, під дією якої пробивається розрядник FV, і ця

напруга прикладається до опору R11 ізоляції дроту огорожі. Якщо в

цей час тварина дотикається до дроту, то вона отримує електричний

удар.

Розряд конденсатора С3 має коливний характер, струм

зворотного напрямку протікає через діод VD2. Частота імпульсів

регулюється резистором R2 (“Частота імпульсів”).

При переключенні тумблера S2 (“Сила струму”) в положення

“Більше” паралельно конденсатору С3 підключаються конденсатори

С1 і С2, які підсилюють розрядний струм через тиристор VS і

відповідно ударний струм через тіло тварини. Резистори R4 та R5

забезпечують постійність частоти імпульсів у разі переключення

тумблера S2 в положення “Більше” за рахунок збереження постійної

часу зарядки конденсаторів шляхом зменшення опору в колі зарядки

при збільшенні зарядної ємності.

Для роботи в автоматичному режимі з живленням від мережі

перемикач SA1 встановлюють у положення “Мережа”.

При живленні генератора імпульсів від батареї GB з метою

економії її енергії тумблери SA3 переводять у положення ЧК (режим

чекання). При цьому конденсатори С1,С2 і С3 заряджаються як і в

попередньому випадку. Коло заряду конденсатора інше: верхня

обкладка конденсатора С3 – резистор R8 – вторинна обмотка підвищу-

вального трансформатора TV – опори витоку ізоляції огорожі R11 –

“земля” – резистор R9 – резистор R10 – нижня обкладка конденсатора

45

С3. Оскільки опір ізоляції огорожі R11 великий, струм, що протікає по

визначеному колу, недостатній для утворення падіння напруги на

резисторі R10, а отже, і зарядки конденсатора С4 до напруги

запалювання тиратрона VL і відкривання тиристора VS. Коли ж

тварина дотикається до дроту огорожі, вона шунтує своїм тілом

(опором R12) опір ізоляції огорожі R11, у результаті чого загальний

опір кола зменшується, а струм збільшується. Це призводить до

збільшення падіння напруги на резисторі R10 і конденсатор С4

заряджається до напруги, достатньої для запалювання тиратрона VL і

подальшого відкривання тиристора VS. У результаті цього

з’являються періодичні імпульси напруги на дроті огорожі доти, поки

тварина не відійде від дроту. Іншими словами, у момент дотикання

тварини до огородження генератор імпульсів переходить в

автоматичний режим роботи.

Те ж саме відбувається і в разі зниження опору ізоляції дроту

огорожі відносно землі до 1–2 МОм (це може мати місце у випадку

дотикання до дроту огорожі гілок, кущів, трави, а також у дощову

погоду).

Програма роботи

1. Вивчити технічну характеристику, будову, принцип роботи та

правила експлуатації електричної огорожі.

2. Вивчити електричну схему, освоїти настроювання та

регулювання генератора імпульсів.

3. Випробувати роботу генератора імпульсів в автоматичному та

“чекаючому” режимах.

4. Визначити мінімальну і максимальну частоту імпульсів

дослідним та розрахунковим шляхом. Перемикач SA2 (“Сила

імпульсу”) в положенні “Менше”.

5. Визначити величину опору в “чекаючому” режимі, при якому

генератор імпульсів переходить в автоматичний режим.

6. Визначити енергію імпульсу.

7. Замалювати за осцилографом форму імпульсів струму та

визначити кількість електрики в імпульсі (силу імпульсу).

Методика виконання роботи

Висока напруга, яка подається від генератора на електро-

огорожу, через малу енергію імпульсів безпечна для тварин і людей,

46

але здатна завдати відчутний удар. Тому слід бути обережними під

час роботи з генератором і уникати доторкання до струмоведучого

дроту електроогорожі та струмопроводу від генератора.

Вмикати генератор імпульсів, настроювати, регулювати і

досліджувати можна лише з дозволу керівника занять згідно із

заводською інструкцією.

Дослідним шляхом частота імпульсів визначається за

допомогою секундоміра при введеному (мінімальна частота) і

виведеному (максимальна частота) резисторі R2 в разі встановлення

перемикача SA2 (“Сила імпульсу”) в положення “Менше”.

Розрахунковим шляхом частота імпульсів визначається за

формулою:

1

2ln

1

CU

бU

CU

бU

RC

f,

де R – опір кола заряду конденсатора С3, Ом; С – ємність

конденсатора С3, Ф; Uб – напруга батареї, В; UC1 – напруга на

конденсаторі С3 на початку розряду, В; UC2 – напруга на

конденсаторі С3 у кінці розряду, В.

Напруга батареї Uб вимірюється вольтметром, а напруга на

конденсаторах UC1 i UC2 – попередньо протарованим осцилографом.

Для тарування останнього використовують напругу батареї або

іншого джерела постійного струму.

Для визначення величин зовнішнього опору (сумарного

значення опорів R11 i R12), при якому генератор переходить з

“чекаючого” режиму в автоматичний, генератор імпульсів

підключають до послідовного кола опорів і, зменшуючи значення

загального опору (шляхом шунтування окремих опорів або зміною

опору змінних резисторів), визначають момент переходу генератора

імпульсів з “чекаючого” в автоматичний режим. Після цього за

допомогою омметра визначають опір, при якому генератор імпульсів

переходить з “чекаючого” в автоматичний режим.

Енергія імпульсу, Дж, розраховується за формулою:

)22

21

(2

1c

Uc

UCW .

Результати дослідів та розрахунків записують у табл. 16.1.

47

16.1. Експериментальні і розрахункові дані

Параметр fмін,

Гц

fмакс,

Гц

R,

кОм

С3,

мкФ

U,

B

UC1,

B

UC2,

B

W,

Дж

Дослід - - -

Розрахунок - - -

Сила імпульсів (кількість електрики в імпульсі) визначається

планіметруванням площі, обмеженої кривою імпульсу струму та віссю

абсцис часу, і вимірюється в міліамперсекундах або в мілікулонах.

Для дослідження кривої імпульсу струму генератор імпульсів

навантажується на подільник напруги, і сигнал з останнього подається

на вхід осцилографа.

Щоб визначити масштаб кривої за струмом, той же самий

подільник підключають до джерела постійного струму, вимірюють

протікаючий струм магнітоелектричним міліамперметром та

осцилографом, виконуючи тарування останнього.

Результати досліду і розрахунку заносять у табл. 16.2.

16.2. Результати дослідження кривої імпульсу струму

mi mt S q

мА/мм с/мм мм2 мА

.с

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електрична схема генератора імпульсів (рисунок).

3. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

4. Таблиці експериментальних і розрахункових даних (табл.

16.1 і 16.2).

5. Осцилограма імпульсів струму генератора.

6. Висновки.

Контрольні запитання

1. Призначення, конструкція, принцип роботи та правила

експлуатації електричної огорожі.

2. Основні режими роботи та регулювання генератора

імпульсів.

3. Як працює електрична огорожа в “чекаючому” режимі?

4. За рахунок чого змінюється частота імпульсів генератора в

48

автоматичному режимі?

5. Від чого залежить перехід генератора імпульсів з

“чекаючого” в автоматичний режим?

6. Призначення діода VD2 та резисторів R4 і R5 (рисунок).

7. Як працює генератор імпульсів в автоматичному режимі?

8. Методика визначення напруги на розрядному конденсаторі

С3 на початку і в кінці розряду.

9. Методика визначення сили імпульсу генератора.

10.Як протарувати осцилограф за струмом?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 17

Дослідження джерел живлення електрозерноочисних

машин та аероіонізаційних установок

Мета роботи. Вивчення будови, принципу роботи та експери-

ментальне дослідження основних характеристик високовольтних

джерел живлення електрозерноочисних машин і аероіонізаційних

установок.

Загальні відомості

Живлення електрозерноочисних машин (ЕЗОМ) та електроко-

ронних аероіонізаційних установок (ЕКАІУ) здійснюється від джерел

постійного струму високої напруги. Для отримання оптимальних

режимів роботи установок звичайно необхідна напруга 20–70 кВ при

струмі не більше 10 мА. Нині для живлення ЕЗОМ та ЕКАІУ

застосовують високовольтні випрямлячі, виконані за схемою:

підвищувальний трансформатор - каскадний генератор. Останній

являє собою схему випрямлення з множенням напруги. Підвищення

напруги в схемах множення досягається періодичною безконтактною

підзарядкою послідовно з’єднаних конденсаторів при відповідному

вмиканні вентилів. Зараз як вентилі множення використовують

напівпровідникові елементи (селенові та кремнійові випрямні стовпи).

Схеми множення напруги можуть бути одно- та двопівперіодні.

Однопівперіодна схема множення напруги на на-

півпровідникових вентилях (рис. 17.1) працює так. Якщо ЕРС

вторинної обмотки трансформатора спрямована від точки 2 до точки

1, то через вентиль VD1 відбувається зарядка конденсатора С1 до

амплітудного значення напруги Um2 вторинної обмотки

трансформатора TV. У випадку зміни напрямку ЕРС буде заряджатись

49

Ри

с. 1

7.1

. О

дн

оп

івп

еріо

дн

а сх

ема

мн

ож

енн

я н

апру

ги

U =

5U

m2

UC

2 =

2U

m2

UC

1 =

Um

2

5

С1

–

+

С3

–

+

С5

–

+

С4

–

+

С2

–

+

4

2

1

3

UC

4 =

2U

m2

UC

2 =

2U

m2

U1

U

2

VD

1

VD

2

VD

3

VD

4

VD

5

50

конденсатор С2 по колу 2-С1-VD2-C2-1. При цьому конденсатор С2

заряджається до напруги Uc=Um2+Uc1=2Um2, оскільки вторинна

обмотка підвищувального трансформатора TV і заряджений

конденсатор С1, з’єднані послідовно, через вентиль VD2 підключені

до ємності С2. При наступній зміні напрямку ЕРС вторинної обмотки

трансформатора відбувається зарядка конденсатора С3 по колу 1-С2-

VD3-C3-C1-2. Конденсатор С3 зарядиться до напруги Uc3=Um2+Uc2-

Uc1=Um2+2Um2-Um2=2Um2.

Конденсатор С4 також заряджається до напруги 2Um2, і на

виході схеми множення напруга буде дорівнювати:

U1-3=Uc2+Uc4=2Um2+2Um2=4Um2.

У разі підключення навантаження до верхнього плеча схеми

множення можна отримати напругу:

U2-4=Uc1+Uc3=Um2+2Um2=3Um2 ,

U2-5=Uc1+Uc3+Uc5=Um2+2Um2+2Um2=5Um2 .

Подальше підвищення напруги може бути досягнуто за рахунок

додавання каскадів множення.

Аналізуючи роботу схем множення напруги, слід враховувати,

що перша накопичувальна ємність (С1), яка підключена

безпосередньо до виводу вторинної обмотки підвищувального

трансформатора, заряджається до одиничного амплітудного значення

ЕРС, а всі наступні – до подвійного амплітудного значення напруги

вторинної обмотки трансформатора. Підключаючи навантаження до

певних, послідовно з’єднаних накопичувальних елементів, можна

отримувати “парне” і “непарне” значення напруги вторинної обмотки

трансформатора.

Аналогічно працюють двопівперіодні схеми множення напруги

(рис. 17.2), які порівняно з однопівперіодними забезпечують менше

падіння напруги в схемі та в (n +1) разів меншу пульсацію напруги на

навантаженні (n – кількість каскадів множення), що дозволяє

отримувати вищу вихідну напругу і більше значення струму

навантаження.

Напруга на виході схеми в режимі холостого ходу:

22

mnUххU ,

де n – кількість каскадів у схемі множення; Um2 – амплітудне

значення напруги вторинної обмотки підвищувального

трансформатора, В.

Падіння напруги в схемі множення:

51

Ри

с. 1

7.2

. Д

воп

івп

еріо

дн

а сх

ема

мн

ож

енн

я н

апр

уги

~ 5

0 Г

ц, 220

В X

1

TV

1

PV

1 V

БТП

FU

C1

TV2

PA

m

A

N за

зем

лю

юч

ий

пр

ові

дн

ик

PV

2

кV

PV

3

N

XP

3

а

б

в

С1

Х.Х

.

∞

120 X

P2

100 7

0

50

20

10

5

2

0

UZ

C2

…C

4

VD

1…

VD

6

VD

7…

VD

12

C8

…C

10

C5

…C

7

–

SA

4

SA

3

SA

2

SA

1

+ ~ +

~ +

52

для однопівперіодної схеми )22334(6

nnnfC

IU ,

для двопівперіодної схеми )42332(12

nnnfC

IU ,

де I – струм навантаження, А; f – частота струму, Гц; С – сумарна

ємність конденсаторів помножувача, Ф.

Напруга на виході схеми множення:

UUnнU2

22 ,

де U2 – діюче значення вихідної напруги підвищувального

трансформатора, В.

Коефіцієнт пульсації напруги:

% UfC

Inпk 100

4.

Номінальна напруга конденсаторів для схем множення повинна

бути не менше 2,85 U2.

На таке ж саме значення зворотної напруги вибирають на-

півпровідникові вентилі. Тривало допустимий прямий струм вентилів

повинен бути: Ів.тр. І.

Програма роботи

1. Вивчити принцип роботи та основи розрахунку

високовольтних випрямних пристроїв (ВВП) з використанням схем

множення напруги.

2. Скласти схему для дослідження ВВП з ушестеро більшою на-

пругою (рис. 17.2).

3. Дослідити і побудувати характеристики холостого ходу

Uxx=f(U1) та короткого замикання Ікз=f(U1), ВВП для одно- і

двопівперіодної схем множення напруги.

4. Зняти і побудувати навантажувальні характеристики ВВП

Uн=f(Rн) та Iн=f(Rн) при U1=const для одно-, двопівперіодної схем

множення напруги.

5. За експериментальними даними підібрати значення

гасильного опору, який забезпечує обмеження струму короткого

замикання ВВП до величини, заданої керівником занять.

6. За допомогою електронного осцилографа вивчити і

зарисувати форму кривих вихідної напруги ВВП для одно- і

двопівперіодної схем множення при опорі навантаження RH=120 МОм

53

та U1=const. Визначити значення коефіцієнта пульсації напруги на

навантаженні.

7. Для режиму, зазначеного в пункті 6, розрахувати величини

вихідної напруги ВВТ та коефіцієнта пульсації напруги для одно- і

двопівперіодної схем та порівняти їх з експериментальними даними.

Методика виконання роботи

Увага! Джерела живлення ЕЗОМ та ЕКАІУ є високовольтними

установками. Тому під час роботи з ними слід дотримуватись правил

ПТЕ і ПТБ (ЭП-13, ЭШ-7, БП-2 та ін.). Високовольтні джерела

живлення, що виконані за схемою множення напруги, включають у

себе ємнісні накопичувачі (конденсатори), тому доторкання до

струмоведучих елементів установки, навіть при вимкненому

живленні, але не накладеному заземленні на вихідні високовольтні

кола, може призвести до ураження електричним струмом.

Перемикання меж вимірювання приладів необхідно виконувати

при вимкненій установці після накладання заземлення на вихідні

високовольтні кола.

Перехід від дво- до однопівперіодної схеми множення напруги

здійснюється шляхом зняття чотирьох перемичок на передній панелі

каскадного генератора.

Характеристики холостого ходу і короткого замикання ВВП

досліджуються при зміні напруги, яка подається на первинну обмотку

підвищувального трансформатора (U1), в межах 30–150 В через кожні

20 В.

Результати дослідів заносять у табл. 17.1.

17.1. Результати дослідження характеристик холостого ходу і

короткого замикання ВВП

U1 Двопівперіодна схема Однопівперіодна схема

B Uxx, кВ Ікз, мА Uxx, кВ Ікз, мА

За результатами експериментальних досліджень будуються

залежності Uxx=f(U1) i Ікз=f(U1) для одно- і двопівперіодної схем

множення напруги.

Навантажувальні характеристики ВВП досліджуються для одно-

і двопівперіодної схем при U1=150B значеннях опору навантаження

RH у межах 2–120 МОм. Зміна опору навантаження виконується тільки

54

після відключення установки від мережі живлення. Результати

досліду записують у табл. 17.2.

17.2. Результати досліджень навантажувальних характеристик ВВП

RH Однопівперіодна схема Двопівперіодна схема

МОм UH, кВ IH, мА UH, кВ IH, мА

0

.

.

.

Значення напруги і струму при навантаженні RH=0 i RH=

беруть з табл. 17.1. За результатами експерименту будують на-

вантажувальні характеристики одно- і двопівперіодного ВВП

UH=f(RH) та IH=f(RH). Вибір величини гасильного опору для обмеження струму

короткого замикання до значення, заданого керівником занять,

виконується за експериментально отриманими характеристиками

ІН=f(RH). Вивчення кривих вихідної напруги ВВП здійснюється при

U1=150 В у режимі навантаження RH=120 MОм. Сигнал на осцилограф

подається від гнізда навантажувального опору 120 (а); 100 (б) МОм.

Коефіцієнт пульсації розраховується за параметрами кривої напруги,

дослідженої за допомогою осцилографа, за формулою:

% U

Umax

U

пk 100

max

min ,

де Umax i Umin – відповідно максимальне і мінімальне миттєве

значення напруги, виміряне осцилографом.

Величини вихідної напруги ВВП та коефіцієнта пульсації

напруги на навантаженні визначаються за формулами, наведеними в

розділі “Загальні відомості”, з використанням даних

експериментальних досліджень і параметрів установки. Діюче

значення вихідної напруги U2 підвищувального трансформатора TV2

вимірюється шляхом підключення високовольтного виводу “В”

кіловольтметра PV2 до однієї з клем “~“ блока каскадного генератора.

Результати дослідів і розрахунків заносять у табл.17.3 і 17.4.

55

17.3. Результати дослідження кривих вихідної напруги ВВП

n= ; IH= мкА ; UH= В ; f= Гц ; C= Ф; RH= МОм .

Схема Однопівперіодна Двопівперіодна

Параметр Umax Umin kn Umax Umin kn

Дослід

Розрахунок - - - - -

17.4. Результати дослідження кривих вихідної напруги ВВП

n= ; IH = мкА ; f = Гц ; C = Ф ; RH = МОм.

Схема Однопівперіодна Двопівперіодна

Параметр Uxx,

кВ

U2,

кВ U,

кВ

UH,

КВ

Uxx,

кВ

U2,

КВ U,

кВ

UH,

кВ

Дослід

Розрахунок

По закінченні роботи необхідно накласти заземлення на

вихідні високовольтні кола каскадного генератора.

За результатами порівняння експериментальних і

розрахункових даних треба зробити обгрунтовані висновки.

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електрична схема (рис. 17.1).

3. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

4. Таблиці експериментальних і розрахункових даних (табл.

17.1 – 17.4).

5. Графіки залежностей Uxx=f(U1), Iкз=f(U1), UH=f(RH),

IH=f(RH) для одно- і двопівперіодної схем множення напруги.

6. Осцилограми вихідної напруги.

7. Висновки.

Контрольні запитання

1. За рахунок чого досягається збільшення напруги на виході

схем множення (каскадних генераторів)?

2. До якого амплітудного значення напруги живлення

заряджається кожна з ємностей каскадного генератора (рис. 17.1,

17.2)?

3. Робота однопівперіодної схеми множення напруги.

56

4. Основні переваги двопівперіодних СМН порівняно з одно-

півперіодними (у т.ч. за аналізом даних експериментів).

5. Що відбувається з параметрами схем множення напруги у

разі зміни напрямку вмикання всіх діодів?

6. Як визначити кількість каскадів схеми множення напруги та

напругу холостого ходу установки?

7. Методика вимірювання коефіцієнта пульсації напруги на на-

вантаженні, його оцінка для одно- і двопівперіодної схем.

8. Як вибрати параметри конденсаторів та напівпровідникових

діодів для роботи в схемах множення напруги?

9. Техніка безпеки під час експлуатації та обслуговування

установок із схемами множення напруги (каскадними

генераторами).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 18

Дослідження розрядних систем аероіонізаційних

установок коронного розряду

Мета роботи. Вивчення будови, принципу роботи та правил

експлуатації інкубаційного іонізатора ИЭ-1. Дослідження основних

характеристик коронуючих електрокоронних аероіонізаторів.

Загальні відомості

Застосування штучної іонізації повітря значно покращує

санітарно-гігієнічний стан повітряного середовища тваринницьких і

птахівницьких приміщень, сприяє інтенсифікації обмінних процесів та

підвищенню життєвого тонусу організму, що обумовлює зниження

захворюваності й підвищення продуктивності сільськогосподарських

тварин і птахів.

З існуючих способів штучної іонізації повітря найприйнятнішим

для сільського господарства є електрокоронний. Сутність його

полягає в тому, що при подачі постійної високої напруги на електрод з

великою кривизною поверхні поблизу електрода утворюється

електричне поле з великим градієнтом потенціалу, достатнім для

розвитку процесів, які супроводжуються уніполярною іонізацією

повітря в зоні коронного розряду. При негативному коронному

розряді утворюються цілющі негативні іони кисню, які, рухаючись під

дією сил електричного поля, несуть за собою завислі у повітрі

57

частинки пилу і мікроорганізми, осаджують їх на огороджуючих

поверхнях.

Електрокоронний аероіонізатор складається з трьох основних

вузлів: джерела постійної високої напруги; коронуючих електродів;

блока керування, захисту та сигналізації.

Джерела високої напруги для електрокоронних іонізаторів

виконують, як правило, з використанням помножувачів напруги, що

дозволяє різко знизити габарити і масу установок.

В електричних аероіонізаторах можуть застосовуватись

вістрьові та дротяні коронуючі електроди. Дротяні електроди

найчастіше виготовляються з тонкого неізольованого ніхромового

дроту, який натягується вздовж приміщення на ізоляторах. Вістрьові

електроди можуть мати різну конструкцію.

Вітчизняна промисловість серійно виготовляє іонізатор ИЭ-1,

призначений для покращення мікроклімату всередині інкубаційних

шаф, що сприяє підвищенню відсотка виходу птиці та покращенню

якості отримуваного молодняку.

Інкубаційний іонізатор ИЭ-1 складається з блока високої

напруги постійного струму, розподільного високовольтного проводу

ППВ-1 та системи коронуючих стержнів із струмообмежувачами, які

підключаються до негативного полюса джерела високої напруги.

Блок високої напруги має три канали, від яких одержують

живлення напругою 45 кВ коронуючі стержні у відповідній шафі

інкубатора.

Напруга мережі підвищується трансформатором TV (рис. 18.1)

до 1 кВ, а потім помножувачем напруги збільшується в п’ять разів і

подається на вхідне гніздо XS1.

Контроль наявності високої напруги здійснюється за допомогою

неонової лампи HL. Змінний резистор R2 дозволяє плавно змінювати

високу напругу на виході блока в межах 5 % від номінальної

величини. Резистор R3 – струмообмежуючий.

Високовольтний розподільний провід вводиться в шафу

інкубатора через отвір у стельовій панелі шафи і кріпиться на задній

стінці барабана інкубатора між ярусами лотків. До розподільного

проводу підключаються коронуючі стержні з струмообмежуючими

опорами з розрахунку 4 стержні на 1 ярус шафи інкубатора. Стержні

розміщуються по лотках у шаховому порядку так, щоб вістря були

направлені вздовж лотків. При цьому стержні не повинні торкатися

поверхонь яєць і деталей лотків. Спосіб приєднання коронуючих

стержнів до розподільного проводу зображений на рис. 18.2.

58

Рис.18.1. Блок високої напруги іонізатора ИЭ-1

Рис. 18.2. Схема приєднання коронуючих електродів до

розподільного провода

59

Коронуючі вістря 1 виготовляються з резисторів типу МЛТ-0,25

шляхом травлення одного з виводів з метою отримання поверхні з

більшою кривизною. Сам резистор 2 застосовують для обмеження

струму при випадковому дотику до коронуючого вістря, що

забезпечує безпечність під час експлуатації установки. Другий

попередньо вкорочений вивід 3 резистора встановлюється в прокол 4

високовольтного розподільного проводу 5 через струмоведучу жилу 6.

Після встановлення іонізатора металева обшивка інкубатора та

корпус апарата заземлюються.

На початку і в процесі експлуатації іонізатора необхідно

регулярно перевіряти якість ізоляції між жилою високовольтного

розподільного проводу та заземленими деталями, а також стан

контакту між жилою і коронуючими стержнями.

Програма роботи

1. Вивчити будову, принцип роботи, правила монтажу та

експлуатації електрокоронного іонізатора.

2. Виміряти напругу початку коронування U0.

3. Дослідити і побудувати на одному графіку вольт-амперні

характеристики IE=f(UE) вістрьового та дводротяних різного

діаметра коронуючих електродів при постійній міжелектродній

відстані Н=const. 4. За отриманими вольт-амперними характеристиками

побудувати редуковані характеристики коронного розряду і за ними

визначити напругу початку коронування електродів; порівняти

отримані дані з результатами експерименту.

5. Дослідити і побудувати на одному графіку залежність

розрядного струму вістрьового та дротяного коронуючих

електродів від міжелектродної відстані IE=f(H) при UE=const. 6. Дослідити і побудувати залежність питомої іонної

продуктивності вістрьових коронуючих електродів від відстані між

ними IE/n=f(a), UE=const i H=const.

7. Розрахувати значення коефіцієнта взаємного екранування

вістрьових електродів ke при різних відстанях між ними а і

побудувати залежність ke=f(a).

Методика виконання роботи Увага! Електрокоронний аероіонізатор являє собою

високовольтну установку. Тому, під час роботи з ним слід

60

дотримуватись правил ПТЕ і ПТБ (ЭП-13, ЭШ-7, БП-2 та ін.) та

методичних вказівок до лабораторної роботи.

Лабораторна робота виконується за схемою (рис. 18.3), яка

складається з автотрансформатора TV1, блока підвищувального

трансформатора А1, двопівперіодного помножувача напруги А2,

кіловольтметра електростатичної системи PV2, осцилографа PV3 з

підключеною рамковою антеною WA, тримача коронуючих електродів

XS2 та некоронуючого електрода Е.

Рис.18.3. Схема лабораторної установки

Моменти початку коронування електродів при плавному

підвищенні живильної напруги автотрансформатором TV1 визна-

чаються за допомогою електричного осцилографа, до виходу якого

підключається рамкова антена, що знаходиться поблизу розрядного

проміжку. Початок коронування електродів супроводжується появою

високочастотного сигналу на екрані осцилографа. Напруга початку

коронування U0 визначається за показами кіловольтметра

електростатичної системи. Результати заносяться у табл. 18.1.

61

18.1. Визначення напруги початку коронування електродів

Напруга початку коронування електродів U0, кВ

Параметри

електрода

Вістрьовий

електрод

№...

Дротяний електрод

dе1= мм dе2= мм

Дослід

Розрахунок

Вольт-амперні характеристики електродів досліджуються при

постійному значенні міжелектродної відстані Н=50 мм зміною

напруги, що подається на коронуючі електроди UE, від U0 до 20 кВ

через кожні 2 кВ.

Результати експериментального дослідження вольт-амперних

характеристик коронуючих електродів записують у табл. 18.2.

18.2. Результати досліджень вольт-амперних характеристик

електродів

Ie, мкА

Ue,

кВ

Вістрьовий електрод

№

(указати № електрода)

Дротяний електрод

de1= мм de2= мм

U0= кВ U0= кВ U0= кВ

Редукована вольт-амперна характеристика коронного розряду

являє собою залежність Ie/Ue=f(Ue). Результати розрахунку редукованих вольт-амперних харак-

теристик електродів заносять у табл. 18.3

Напруга початку коронування визначається в точці перетину

редукованої характеристики з віссю абсцис. Результати заносять у

табл. 18.1.

18.3. Результати розрахунку редукованих вольт-амперних

характеристик електродів

Ue,

кВ

Ie/Ue, мкА/кВ

Вістрьовий

електрод

№

Дротяний електрод

de = мм de= мм

62

За даними табл. 18.1 і 18.3 будують графіки експериментальних

і редукованих вольт-амперних характеристик коронуючих електродів

Ie=f(Ue) та Ie/Ue=f(Ue). Дослідження залежності розрядного струму електродів

(вістрьового і дротяного) від міжелектродної відстані Ie=f(H)

виконується при постійній напрузі на електродах Ue=15 кВ зміною

міжелектродної відстані від 50 до 150 мм через кожні 20 мм.

Експериментальні дані заносять у табл. 18.4.

18.4. Результати дослідження залежності розрядного струму

електродів від міжелектродної відстані

Ue= В.

Вид електрода

Вістрьовий

електрод

№

Дротяний електрод

de1= мм de= мм

Міжелектродна

відстань Н, мм

Розрядний струм електрода

Іе, мкА

За даними табл. 18.4 будуються залежності Ie=f(H). Дослідження залежності питомої іонної продуктивності

електродів від відстані між ними Ie/n=f(a) проводиться для двох

вістрьових електродів (n=2) при Ue=15 кВ=const, Н=150 мм=const

шляхом зміни відстані між вістрьовими електродами (а) від 20 до 100

мм через кожні 20 мм.

Коефіцієнт взаємного екранування електродів визначається з

виразу:

k II ne

en

e

11

,

де Ien – струм коронного розряду системи n електродів, мкА; Ie1 –

струм коронного розряду одиничного електрода, мкА.

Результати дослідів і розрахунків заносять у табл. 18.5.

За результатами експерименту будують характеристику

ke=f(U).

63

18.5. Результати дослідження залежності питомої іонної

продуктивності електродів від відстані між ними

Ue= В; H= мм ; Ie1= мкА; n= .

a, мм 20 40 . . . 100

In=2, мкА

ke

Нагадуємо! Перемикання границь вимірювання приладів, зміна

електродів, міжелектродної відстані та відстані між коронуючими

електродами повинні виконуватись після відключення установки та

накладання заземлення на вихідні кола джерела високої напруги.

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Електрична схема (рис. 18.3).

3. Перелік обладнання та вимірювальних приладів.

4. Таблиці дослідних і розрахункових даних (табл. 18.1 –

18.5).

5.Графіки залежностей Ie=f(Ue), Ie/Ue=f(Ue), Ie=f(H),

ke=f(a). 6. Висновки.

Контрольні запитання

1. Ефективність застосування штучної іонізації повітря у тва-

ринницьких і птахівницьких приміщеннях.

2. Сутність електрокоронного способу іонізації повітря.

3. Основні вузли електрокоронного іонізатора. Види

коронуючих електродів та їх оцінка за результатами

експериментальних досліджень.

4. Конструкція іонізатора ИЭ-1, блока високої напруги і

коронуючої системи.

5. Правила техніки безпеки під час експлуатації

електрокоронних аероіонізаторів.

6. Методика визначення напруги початку коронування U0

дослідним шляхом та за допомогою редукованих вольт-амперних

характеристик.

64

7. Дати оцінку дротяним і вістрьовим коронуючим

електродам за їх іонною продуктивністю при різних Ue і Н.

8. Фізична сутність коефіцієнта взаємного екранування

коронуючих електродів ke. Вплив на нього відстані між

електродами.

9. Як залежать напруга початку коронування U0 та іонна

продуктивність від виду і параметрів коронуючих електродів?

65

Список літератури

Основна

1. Гайдук В.М. Електронагрівальні сільськогосподарські

установки / Гайдук В.М. – К.: Урожай, 1986. – 144 с.

2. Казимир А.П. Эксплуатация электротермических установок в

сельскохозяйственном производстве / А.П. Казимир, И.Е. Кеплева. –

М.: Россельхозиздат, 1984. – 208 с.

3. Коротков Е.Н. Специализированное отопительно-вентиля-

ционное оборудование животноводческих комплексов / Коротков Е.Н.

– М.: Агропромиздат, 1987. – 240 с.

4. Электронагревательные установки в сельскохозяйственном

производстве /[В.Н. Расстригин, И.И. Дацков, Л.И. Сухарева и др.];

под общ. ред. В.Н. Расстригина. – М.: Агропромиздат, 1986. – 304 с.

Додаткова

1. Белов А.Д. Физиотерапия и физиопрофилактика болезней

животных: справ. изд. / Белов А.Д., Беляков И.М., Лукьяновский В.А.

– М.: Колос, 1983. – 207 с.

2. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве /

Захаров А.А.. – М.: Агропромиздат, 1986. – 288 с.

3. Материалы для электротермических установок: cправ.

пособие /[Н.В. Большаков, К.С. Борисанова, В.И. Бурцев и др.]; под.

ред. М.Б. Гурмана. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 296 с.

4. Электротехнический справочник. – Т.З. – Кн. 2:

Использование электрической энергии. – М.: Энергоиздат, 1982. – 560

с.

66

Зміст

Загальна частина .....................................................................……. 3

Лабораторна робота 10. Дослідження елементного

7 водонагрівача термосного типу ............................…………………..

Лабораторна робота 11. Дослідження елементного

14 проточного водонагрівача ЭПВ-2А .....……………………………...

Лабораторна робота 12. Дослідження електричного

водонагрівача ВЭП-600 ……………………………………..……… 19

Лабораторна робота 13. Дослідження електрокотельної

24 установки з електродним котлом типу ЭПЗ-100И1………………...

Лабораторна робота 14. Дослідження

30 електрокалориферної установки ....………………………………….

Лабораторна робота 15. Дослідження інфрачервоного

36 темного опромінювача………………………………………….....….

Лабораторна робота 16. Дослідження електричної

42 огорожі ИЭ-200….......………………………………………………..

Лабораторна робота 17. Дослідження джерел живлення

електрозерноочисних машин та аероіонізаційних

48 установок…………….........…………………………………………...

Лабораторна робота 18. Дослідження розрядних систем

аероіонізаційних установок коронного розряду………………… 56

Список літератури …………………………………………………. 65