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.

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 n_k, а также от вида вещества и его состояния m_k.

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.

r_i = 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 = kI²R_c,

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.

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 t_зад + Dt, в этот момент терморегулятор отключает печь. За счет поглощения теплоты нагреваемым телом и потерь в окружающее пространство температура снижается до t_зад – 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