КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ «ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА» Дніпропетровськ 2011

Скачати 0.8 Mb.

Назва	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ «ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА» Дніпропетровськ 2011
Сторінка	5/6
Дата	01.04.2013
Розмір	0.8 Mb.
Тип	Конспект

bibl.com.ua > Фізика > Конспект

1 2 3 4 5 6

Тема 5. Електричне нагрівання і основи електротехнологій.
Перетворення електричної енергії в теплову здійснюється шляхом збудженням зовнішнього електричного поля різних форм руху вільних або зв'язаних електричних зарядів в об'єктах, що нагріваються.

Електричний струм залежно від природи зарядів (вільні або зв'язані) і способу їх збудження може бути струмом провідності (у провідниках), електричного зсуву (у діелектриках), струмом електронного променя (при електронно-променевому нагріванні) і ін. У тілі, що нагрівається, руху (вільних) або зсуву (зв'язаних) зарядів перешкоджають (чинять опір) електричні нейтральні частки речовини. Енергія зовнішнього електромагнітного поля, що витрачається на подолання цього опору, виділяється у вигляді теплоти.

Залежно від класу матеріалів, що нагріваються (провідники, напівпровідники, діелектрики) і способів порушення в них електричного струму або поля розрізняють електричне нагрівання опором (резистивний), електродуговий, індукційний, діелектричний, електронний, лазерний.

Основний спосіб нагрівання, який використовується у тваринництві, комунальному секторі та побуті, — електронагрів опором. Він заснований на виділенні теплоти у твердих або рідких електропровідних матеріалах при проходженні по них електричного струму. Кількість виділеної в провіднику теплоти (у джоулях) визначається законом Джоуля - Ленца:

де I — сила струму. А; R — опір провідника. Ом; t — час нагрівання, с.

Якщо провідником є сам матеріал, що нагрівається, то таке нагрівання називають прямим. Прямий електронагрів опором підрозділяється на електроконтактний (застосовується для нагрівання металевих виробів при електроконтактному зварюванні) і електродний (застосовується для нагрівання провідників другого роду, наприклад води, вологих кормів).

Непрямий електронагрів заснований на використанні електричних нагрівачів опору, теплота від яких передається середовищу, що нагрівається, шляхом теплопровідності, конвекції, випромінювання або комбінацією цих способів.

Електродні нагрівачі

При електродному нагріванні провідником є речовина з іонною провідністю (вода, вологий корм, тепличний ґрунт і т.п.). Нагрівання здійснюється електричним струмом, що проходить через матеріал від електрода до електрода. Електродне нагрівання є найбільш простим і економічним способом прямого нагрівання матеріалів. Електроди виготовляють із металів або графіту. Для виключення явища електролізу використовують тільки змінний струм.

У сільському господарстві електродне нагрівання найпоширеніше у водонагрівачах і парових казанах. Електропровідність середовищ і матеріалів залежить від змісту в них води, провідність якої обумовлена наявністю розчинених солей, кислот, лугів (їх молекули у воді дисоціюють на іони). При малих концентраціях залежність провідності води від змісту солей може бути прийнята лінійної:

де х — солевміст, мг/кг.

Солевміст атмосферної води не перевищує 50 мг/кг; підземні води містять від 100 мг/кг до декількох грамів на кілограм солей.

Недоліки електродних нагрівачів — можливість нагрівання тільки електропровідних середовищ, зміна потужності при зміні температури речовини в процесі нагрівання, підвищена електронебезпечність, вплив електричного струму на якість матеріалу, що нагрівається.

Установки непрямого електронагріву

Основним елементом установки непрямого нагрівання є електричний нагрівач, що перетворить електричну енергію в теплову. Теплопередача від резистивних нагрівачів середовищу, що нагрівається, може здійснюватися теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням.

До матеріалів, з яких виготовляють тіло нагрівання, пред'являються наступні вимоги: жаростійкість (стійкість до окиснення при високих температурах); жароміцність (здатність витримувати механічні навантаження при високих температурах); великий питомий електричний опір; малий температурний коефіцієнт опору. Перерахованим вимогам відповідають хромонікелеві сплави — ніхроми.

По виконанню розрізняють відкриті, закриті й герметичні електронагрівачі. У відкритих нагрівачах нагрівальні опори доступні для повітря або іншого середовища, у закритих вони розміщені в захисному кожусі, що охороняє тіло нагрівання від механічних впливів, у герметичному виключається доступ повітря до нагрівального опору. Найпоширеніші герметичні ТЕНи. Вони застосовуються у водонагрівачах, калориферах, установках променистого нагрівання, побутових електроприладах.

До переваг ТЕНів відносять їх універсальність, надійність і електробезпечність. Конструкція передбачає ізоляцію нагрівальної спіралі від зовнішньої трубчастої оболонки, тому ТЕН можна поміщати в середовище, що нагрівається. Робоча температура поверхні ТЕНів може досягати 700 °С, що задовольняє вимогам більшості сільськогосподарських теплових процесів. ТЕНи випускаються потужністю від 15 Вт до 15 кВт із номінальними напругами від 12 до 380 В.

Для непрямого резистивного нагрівання застосовуються нагрівальні проводи та кабелі, які мають струмопровідну жилу з матеріалу з підвищеним або високим опором і теплостійку ізоляцію (проводи ПОСХВ, ПОСХП і ін.). Нагрівальні проводи та кабелі використовуються для обігріву ґрунту й повітря в теплицях, для обігріву трубопроводів, а також при пристрої електрообігрівальних підлог у тваринницьких і житлових приміщеннях.

Електроводонагрівачі та казани

Електричні водонагрівачі й казани застосовують у технологічних процесах тваринництва, у системах гарячого водопостачання, опалення й вентиляції. Їх класифікують по способу нагрівання, принципу нагрівання (прямий, непрямий), принципу дії (періодичного, безперервного), робочій температурі, тиску, напрузі живлення. Водонагрівачі працюють звичайно під атмосферним тиском і призначені для одержання гарячої води з температурою до 95 ºС. Водогрійні казани працюють під надлишковим тиском ( до 0,6 МПа). Електричні парові казани роблять насичену пару тиском до 0,6 МПа.

Елементні водонагрівачі працюють за принципом непрямого електронагріву води за допомогою ТЕНів. Вони характеризуються достатньою електробезпечністю при обслуговуванні й широко застосовуються для нагрівання води безпосередньо в місцях її споживання. Основна особливість цих водонагрівачів — порівняно невелика продуктивність при високій електробезпечності й простоті обслуговування. В елементних водонагрівачах електричний струм не впливає на якість води, потужність водонагрівачів за час нагрівання практично не міняється. До недоліків цих водонагрівачів ставляться порівняно низька експлуатаційна надійність через обмежений термін служби ТЕНів і велика питома витрата електроенергії на нагрівання води (більш низький КПД).

Ємнісні водонагрівачі мають теплоізольований резервуар для води. Вони малопродуктивні, але, маючи малу встановлену потужність, не перевантажують підстанції й мережі. Завдяки гарній теплоізоляції такі водонагрівачі здатні тривалий час (8-10 год) підтримувати температуру нагрітої води, тому їх можна включати в нічний час, запасати гарячу воду й потім віддавати її споживачам у міру необхідності.

Ємнісні електричні водонагрівачі, з яких найпоширеніший водонагрівач УАП-200.0,9 (мал. 5.1), призначені для нагрівання води на тваринницьких фермах, підприємствах побутового й комунального призначення, у гаражах, майстерень.

Акумуляційні водонагрівачі призначені для нагрівання й зберігання гарячої води протягом тривалого часу. Вони одержали найбільше поширення. Завдяки теплоізоляційному шару ці водонагрівачі забезпечують повільне зниження температури води при відключенні нагрівальних елементів (приблизно 0,8 град/год). Акумуляційні водонагрівачі рекомендується включати тільки в нічні години «провалів» графіка навантажень. Нагріта за цей час вода забезпечує цілодобове гаряче водопостачання. Нагріта вода витісняється через верхній розбірний патрубок резервуара холодною водою, що надходить із водопроводу через нижній приточний патрубок.

У проточних водонагрівачах нагрівання води проводиться безпосередньо перед споживанням. Робоча температура залежить від витрати води. У порівнянні з акумуляційними проточні водонагрівачі мають менші габарити й вартість, але споживають більшу потужність і не забезпечують запас гарячої води.

Акумуляційні водонагрівачі САОС і САЗС (З — спосіб нагрівання опором, А — акумуляційний, ОС, ЗС — відкрита або закрита система водозабору) улаштовані однаково й призначені для роботи в системах водопостачання з надлишковим тиском 0,4 Мпа. Водонагрівач САЗС оснащений циркуляційним насосом для перекачування води по замкненому контуру в системах поїння або опалення. Витрата води заповнює з водопроводу природнім припливом. У водонагрівачі САОС гаряча вода витісняється холодної при відкритому вентилі на, що подає трубопроводі.

Електродні водонагрівачі та парогенератори відносяться до установок прямого електронагріву опором. Перетворення електроенергії в теплоту відбувається при проходженні струму через воду, що перебуває між електродами. Електродні системи (електродні нагрівачі) дешевше, простіше та довговічніші Тенів.

У сільськогосподарському виробництві використовуються електродні водонагрівачі типу ЕПЗ (електродний підігрівник із замкненим контуром) і КЕВЗ (казан електродний водогрійний із замкненим контуром).

Електродні парогенератори дозволяють одержувати пару з надлишковим тиском до 0,6 МПа і температурою до 164 °С. За принципом дії та будовою вони аналогічні електродним водонагрівачам, але їм властиві особливості, обумовлені способом нагрівання: потужність залежить від питомого опору й температури води (при утворі накипу на електродах вона зменшується). Надійність електродних парогенераторів збільшується при роботі в замкненому контурі та спеціальній підготовці води (фільтрація, магнітна обробка, деаерація).

Парові електрокотли більш універсальні, чому водогрійні, і можуть бути використані для технологічного паропостачання та покриття теплових потреб гарячого водопостачання, опалення і вентиляції. Як і водогрійні казани, вони можуть бути низьковольтними й високовольтними й за принципом роботи мало відрізняються від перших. Різниця полягає лише в тому, що в парових казанах нормальним режимом є кипіння води.

Електроустаткування для дугового зварювання

Електрична дуга — стійкий самостійний електричний розряд у газах або парах металів, що характеризується високою щільністю струму й низьким спаданням напруги між електродами. Горіння дуги супроводжується інтенсивним нагріванням електродів і газового проміжку. Температура тіла дуги досягає 6000... 10 000 °С и більш, що досить для плавлення й випару самих тугоплавких металів і сплавів. У сільськогосподарському виробництві основна область застосування електродугового нагрівання — дугове електрозварювання.

Порушення дуги здійснюють шляхом первісного торкання електродів, викликаючи термічну іонізацію пар металу й молекул газу між електродами, або за допомогою спеціальних пристроїв безконтактного запал дуги, що створюють між електродами імпульси високої напруги.

Горіння електричної дуги супроводжується наступними ефектами, що обумовлюють області її застосування:

• більшим виділенням теплоти на електродах (на цьому засноване електродугове зварювання й плавка металів в електродугових печах прямого нагрівання);

• высокоінтенсивним інфрачервоним випромінюванням (ця властивість використовується в електродугових печах непрямого нагрівання);

• потужним потоком видимого випромінювання (ця властивість дуги використовується в електродугових освітлювальних приладах);

• інтенсивним ультрафіолетовим випромінюванням ( як генератор ультрафіолетових променів електрична дуга не використовується через низький енергетичний ККД).

В електричній дузі змінного струму катод і анод періодично (із частотою струму) міняються місцями. При кожному переході струму через нуль іншої ділянки знижується температура дугового проміжку, відбувається часткова деіонізація газової суміші. Повторне запалювання дуги на початку наступного півперіоду відбувається при досягненні напруги, достатнього для запалювання дуги, тому дуга змінного струму горить переривчасто й хитливо. Щоб підвищити стійкість, необхідна більш висока напруга живлення, чому для дуги постійного струму. Стійкість дуги зростає при включенні індуктивності у зварювальний ланцюг.

Джерела живлення для дугового зварювання класифікують по роду струму (постійного й змінного струму); числу фаз (однофазні й трифазні); виду зовнішніх характеристик (з падаючою, твердою характеристикою, що зростає); технічному виконанню (обертові, статичні); числу зварювальних постів (однопостові, багатопостові); способу постачання енергією (залежні, тобто, що харчуються від електричної мережі, і автономні).

До джерел живлення для дугового зварювання висувають наступні вимоги: забезпечення стійкого горіння дуги; можливість настроювання режимів зварювання; безпека обслуговування; високі енергетичні й економічні показники. Виконання цих вимог досягається вибором основних параметрів джерел живлення ( зовнішньої характеристики, напруги холостого ходу, способу регулювання зварювального струму).

В апаратах ручного зварювання, у яких необхідно забезпечити стійкість дуги й мала зміна сили зварювального струму при зміні довжини дуги, використовують падаючу зовнішню характеристику, а при автоматичнім зварюванні під флюсом і в середовищі захисних газів — тверду й іноді зростаючу.

Напруга холостого ходу вибирають із умови надійного запалювання дуги й безпеки обслуговування. Підвищення напруги полегшує запалювання дуги, але одночасно збільшує небезпеку поразки зварника.

Напруга запалювання дуги змінного струму становить 50...55 В, отже, напруга холостого ходу не може бути нижче цього значення. Верхня межа напруги холостого ходу обмежується умовами безпеки й становить 60...90 В.

Дуга постійного струму запалюється при більш низьких напругах (30...40 В), напруга холостого ходу джерел живлення ухвалюють рівним 45...90 В.

Регулювання зварювального струму необхідно при зварюванні деталей різної товщини. Для цього джерело живлення постачають пристроями східчастого або плавного регулювання зварювального струму.
Установки діелектричного нагрівання

Діелектричне нагрівання - це електронагрів непровідного завантаження струмами зсуву при поляризації діелектрика ( під завантаженням розуміють об'єкт теплової обробки). Нагрівання здійснюють у високочастотному або надвисокочастотному електромагнітному полі. У техніку діелектричного нагрівання використовують частоти від 5 МГц до 5 ГГц. На частотах 5...300 Мгц нагрівання проводять у високочастотнім електричнім полі конденсатора, до якого підводять напруга високої частоти від генератора. Нагрівання струмами надвисокої частоти (СВЧ) у діапазоні 1...5 ГГц здійснюють в електромагнітнім полі, створюваному у хвилеводах або об'ємних резонаторах, куди поміщають матеріал, що нагрівається.

Діелектричне нагрівання є прямим безконтактним нагріванням з об'ємним уведенням енергії: теплота виділяється одночасно по всім обсягу однорідного по електричних властивостях тіла, що важливо для матеріалів з низькою теплопровідністю (зерно, чай, фрукти й ін.). При нагріванні в електричнім полі досягається висока концентрація потужності в діелектричних матеріалах, що нагріваються, що знижує енергоємність.
Області застосування діелектричного нагрівання

Для промислового застосування дозволене використання наступних ділянок ВЧ- і СВЧ-діапазонів хвиль:

• у ВЧ-діапазоні — f= 5...300 МГц і f = 430 МГц;

• у СВЧ-діапазоні — f = 900 МГц і f = 2400 МГц.

Переваги діелектричного нагрівання:

• висока концентрація енергії в одиниці об'єму при порівняно малих значеннях напруженості електричного поля й відповідно швидке об'ємне нагрівання об'єкта;

• високий ККД перетворення електромагнітної енергії в теплоту (>95%);

• високі санітарно-гігієнічні властивості встаткування;

• безконтактне діелектричне нагрівання, яким легко управляти.

Діелектричне нагрівання ефективно використовують у різних процесах переробки сільськогосподарської продукції: сушінню, пастеризації, розморожуванні, стерилізації, хлібопеченні і т.д.

Застосування СВЧ-частот суттєво інтенсифікує процеси діелектричного нагрівання, розширює його технічні можливості, області застосування.

Перші установки для діелектричного нагрівання у ВЧ-діапазоні створювалися на основі лампових генераторів із частотою 13...81 МГц і потужністю 2...25 кВт. У таких установках нагрівання здійснювалося в електричнім полі конденсатора, включеного в коливальний контур.

У процесі розвитку й удосконалювання СВЧ-техніки почалося виробництво промислових установок для діелектричного нагрівання, що працюють на частотах 915 і 2450 Мгц.

Найбільше поширення одержали побутові СВЧ-печі потужністю 0,5...1,0 кВт. Промислові СВЧ-печі мають потужність до 100 кВт і продуктивність до декількох тонн у годину.

1 2 3 4 5 6

Схожі:

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ до лабораторних робіт з дисципліни «ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ... Т, вказані основні теоретичні положення до кожної з практичної роботи містять основні матеріали з питань вибору, розрахунку та застосування...	Конспект лекцій У двох частинах Частина 2 Суми Затверджено на засіданні кафедри фінансів як конспект лекцій з дисципліни «Банківський менеджмент»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ Економіка підприємства ” для студентів... ВСТУП	10 Фіксований сільськогосподарський податок Платниками фіксованого... Платниками фіксованого сільськогосподарського податку можуть бути сільськогосподарські товаровиробники, у яких частка сільськогосподарського...
Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення... Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств» (для студентів 5-6 курсів денної...	РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА з дисципліни ПРОБЛЕМНІ ПИТАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ... Робоча навчальна програма з дисципліни «Проблемні питання застосування трудового законодавства» / Укладачі: доцент кафедри трудового...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ «Маркетинг інформаційних продуктів та послуг» Зростання інформаційних потреб суспільства, спрямованих на отримання повної, достовірної та своєчасної інформації, створює передумови...	Конспект лекцІй з дисципліни “ ПОТЕНЦІАЛ і розвиток ПІДПРИЄМСТВА”... Конспект лекцій з дисципліни “Потенціал і розвиток підприємства” для студентів ІV курсу / Укл доцент кафедри економіки підприємства...
Роботизація та автоматизація виробництва на основі електронно обчислювальної техніки Тема: Роботизація та автоматизація виробництва на основі електронно обчислювальної техніки	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ дисципліни «Історія економічних учень»

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання