Краткие теоретические сведения. Некоммерческое акционерное общество
Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПРОМПРЕДПРИЯТИЙ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для студентов всех форм обучения
специальности 5В071800 – Электроэнергетика
Алматы 2011
СОСТАВИТЕЛИ: О.П. Живаева, М.А. Тергеусизова. Общепромышленные потребители и электротехнологические установки промпредприятий. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2011. – 52 с.
В описание включены шесть лабораторных работ по курсу Общепромышленные потребители и электротехнологические установки промпредприятий: исследование регулировочных характеристик установок нагрева сопротивлением, эрозионная обработка, исследование характеристик электрических дуг, генератор импульсов, исследование характеристик источников питания дуги типа ВСС, исследование характеристик тиристорных источников питания ВДУ.
Ил. 36, библиогр. - 9 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент С.А. Бугубаев
Печатается по плану издания НАО «Алматинский институт энергетики и связи» на 2011 год.
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.
Содержание
Введение | ||
Лабораторная работа. Установки нагрева сопротивлением | ||
Лабораторная работа. Эрозионная обработка | ||
Лабораторная работа. Исследование характеристик электрических дуг | ||
Лабораторная работа. Генератор импульсов | ||
Лабораторная работа. Исследование характеристик источников питания дуги типа ВСС | ||
Лабораторная работа. Исследование характеристик тиристорных источников питания ВДУ | ||
Список литературы |
Лабораторная работа. Установки нагрева сопротивлением
Цель работы
Изучить принцип работы установок нагрева сопротивлением. Исследовать регулировочные характеристики установок нагрева сопротивлением; изучить процесс нагрева и определить теплоемкость исследуемого образца при заданных параметрах и режиме регулирования.
Краткие теоретические сведения
В нагревательных процессах используются оба вида проводников, причем тепловая эффективность их прямо пропорциональна электронной составляющей протекающего тока.
Соотношения между плотностью тока j, напряженностью электрического поля Е и электропроводностью вещества s определяются законом Ома. В общей форме этот закон имеет вид
j = s Е,
где s – электропроводность вещества, зависящая от концентрации носителей зарядов nk, а также от вида вещества и его состояния mk.
Величину, обратную проводимости, 1/s=r называют удельным электрическим сопротивлением. Оно зависит от тех же факторов, что и проводимость и для всех металлов увеличивается с ростом температуры. Удельное сопротивление проводника при заданной температуре t.
ri = r20 [1 + a(t – 20)],
где r20 – удельное сопротивление проводника при температуре 293 К;
a – температурный коэффициент электрического сопротивления, Ом/К.
У проводников второго ряда с повышением температуры электропроводность возрастает.
Количество выделяющейся в проводнике теплоты при прохождении по нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электрического тока в цепи, времени его прохождения и определяется законом Ленца - Джоуля:
Q = kI2Rc,
где I – ток, А; R – сопротивление, Ом; t – время, с.
Если выразить R через удельное сопротивление проводника, учесть его геометрические размеры l – длину, м, и S – площадь сечения, м2, то выделяющаяся в проводнике мощность.
P = U2S/(rl),
где S – площадь сечения, м2, l – длина проводника, м.
Нагревательные элементы.Выбор материала и конструкции нагревательного элемента определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки.
Идущие на изготовление нагревателей материалы должны обладать рядом специфических свойств: высоким удельным электрическим сопротивлением; малым температурным коэффициентом удельного сопротивления; постоянным электрическим сопротивлением нагревательного элемента в процессе длительного срока его службы - отсутствием старения.
Для изготовления нагревателя с рабочей температурой до 1500 К наиболее распространенными материалами являются нихромы (сплавы никеля и хрома), фехрали (хромоалюминиевые сплавы), а также хромоникелевые жаропрочные стали.
Для изготовления нагревателя с рабочей температурой до 1500 К наиболее распространенными материалами являются нихромы (сплавы никеля и хрома), фехрали (хромоалюминиевые сплавы), а также хромоникелевые жаропрочные стали.
Выполняемые из нихромов, фехралей и нержавеющей стали, нагреватели могут быть открытыми или защищенными.
Открытые нагревательные элементы применяются в печах и бытовых нагревательных приборах, они могут быть проволочные зигзагообразные, проволочные спиральные и ленточные.
Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые электронагреватели - ТЭНы, представляющие собой металлическую трубку 1, заполненную теплопроводным электроизоляционным материалом 2, в котором находится электронагревательная спираль 3 (см.рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Схема трубчатого электронагревателя (ТЭНа)
В качестве наполнителя применяется плавленый периклаз.
По сравнению с открытыми электронагревателями ТЭНы более электробезопасны, могут работать в воде, жидких углеводородах, жидком металле, расплавах солей, оксидов и других средах. ТЭНЫ стойки к вибрациям и механическим нагрузкам. Мощность ТЭНов составляет от 100 Вт до 15 кВт, рабочее напряжение 36-380 В, рабочая температура 400-1000 К. Срок службы ТЭНов составляет 10-40 тыс.ч.
Электрические печи сопротивления. Электрические печи сопротивления (ЭПС) применяются для технологических операций в машиностроении, металлургии, легкой и химической промышленности, строительстве, коммунальном и сельском хозяйстве.
Электропечи сопротивления выпускают в двух исполнениях: ЭПС косвенного и прямого действия.
1 – свод печи; 2 – камера печи; 3 – нагревательные элементы; 4 нагреваемое тело.
Рисунок 1.2 – Камерная электропечь
Камерная электропечь (см.рисунок 1.2) – печь периодического действия с камерой нагрева, загрузка и разгрузка садки которой производятся в горизонтальном направлении. Камерная печь состоит из прямоугольной камеры 2 с огнеупорной футеровкой и теплоизоляцией, перекрытой сводом 1 и помещенной в металлический кожух. Печь загружается и выгружается через закрываемое дверцей отверстие в передней части.
В поду камерной печи обычно имеется жароупорная плита, на которой расположены нагреватели 3. В печах до 1000 К теплообмен обеспечивается за счет излучения или вынужденной конвекции, обеспечиваемой замкнутой циркуляцией печной атмосферы.
Печи с номинальной температурой до 1800 К работают как с воздушной, так и контролируемой атмосферой.
Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления.
Мощность современных электропечей сопротивления колеблется от долей киловатта до нескольких мегаватт.
К силовому оборудованию относятся трансформаторы, понижающие и регулировочные автотрансформаторы, блоки питания, приводящие в действие механизмы электроприводов, силовая коммутационная и защитная аппаратура, рубильники, контакторы, магнитные пускатели.
Все промышленные печи сопротивления работают в режиме автоматического регулирования температуры, что позволяет приводить в соответствие мощность печи с требуемым температурным режимом, а это, в свою очередь, ведет к снижению удельного расхода электроэнергии по сравнению с ручным регулированием.
Регулирование рабочей температуры в электрических печах сопротивления производится изменением поступающей в печь мощности.
Регулирование подводимой к печи мощности может быть произведено следующими способами: периодическое подключение и отключение печи к питающей сети (двухпозиционное регулирование); переключение нагревателей печи со звезды на треугольник, либо с последовательного соединения на параллельное (трехпозиционное регулирование).
При двухпозиционном регулировании температура в рабочем пространстве ЭПС контролируется термопарами, термометрами сопротивления, фотоэлементами. Функциональная включения схема печи и график изменения температуры и мощности при двухпозиционном регулировании показаны на рисунке 1.3.
В – включатель; ЭП – электропечь; РТ – регулятор температуры; КВ – катушка выключателя; 1 – температура печи; 2 – температура нагреваемого тела; 3 – средняя потребляемая печью мощность.
Рисунок 1.3 – Функциональная схема включения печи, изменение температуры и мощности при двухпозиционном регулировании
Включение печи производится регулятором температуры РТ посредством подачи команды на катушку выключателя КВ. Температура в печи растет до значения tзад + Dt, в этот момент терморегулятор отключает печь. За счет поглощения теплоты нагреваемым телом и потерь в окружающее пространство температура снижается до tзад – Dt = Т2, после чего РТ вновь дает команду на подключение печи к сети. Глубина пульсаций температуры зависит от чувствительности регулятора температуры, инерционности печи и чувствительности датчика температуры