23472

4.3 Исследование защитных характеристик универсальной встроенной температурной защиты

Универсальная встроенная температурная защита предназначена для защиты обмоток статора электродвигателя от теплового разрушения.

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 4.1. Лабораторная установка состоит из автоматического выключателя QF1 с электромагнитным расцепителем, трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором М1, магнитного пускателя КМ1, универсальной встроенной температурной защиты А1, ключей SA1 и SA2, кнопок управления SB1 и SB2.

Универсальная встроенная температурная защита А1 работает совместно с магнитным пускателем КМ1 и состоит из управляющего устройства и трех термодатчиков RК1…RK3 (рисунок 4.1). В качестве последних чаще всего служат терморезисторы. Терморезисторы через изоляцию контактируют с обмотками статора электродвигателя (устанавливают в лобные части обмотки электродвигателя).

В лабораторной установке, представленной на рисунке 4.1, предусмотрена возможность проверки работоспособности УВТЗ. Нажатием кнопки SB2 «Пуск» асинхронный электродвигатель включается в сеть (при этом ключ SA1 должен быть включен, а ключ SA2 выключен). Убедившись в нормальной работе на холостом ходу электродвигателя М1, ключом SA1 размыкают цепь термодатчиков. При этом электродвигатель М1 должен остановиться. Далее вновь запускают электродвигатель (ключ SA1 предварительно замыкают) и осуществляют ключом SA2 короткое замыкание цепи термодатчиков. Двигатель должен отключиться от сети, что свидетельствует о нормальной работе УВТЗ.

После проверки работоспособности проводят испытание УВТЗ под нагрузкой. Для этого собирают схему лабораторной установки, представленную

31

на рисунке 4.1. Нагрузкой для электродвигателя М1 выступает генератор постоянного тока независимого возбуждения G1. Изменяя нагрузку Rн1 в якорной цепи генератора, устанавливают ток асинхронного двигателя М1 в пределах 3…5 А и отмечают, через сколько времени и при какой температуре произойдет отключение электродвигателя от сети. Данные заносят в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 Зависимость времени срабатывания теплового реле от температуры

5 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

-цель работы;

-основные теоретические сведения;

-расчёты и результаты измерений;

-ответы на контрольные вопросы;

-выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1Какие устройства применяют для защиты электродвигателей в производстве АПК и от каких аварийных режимов они защищают электродвигатель?

6.2Поясните принцип действия плавкого предохранителя.

6.3Поясните принцип действия теплового реле на примере теплового реле марки ТРН.

6.4Опишите принцип действия универсальной встроенной температурной защиты.

6.5С помощью чего в универсальной встроенной температурной защите происходит измерение температуры обмоток электродвигателя?

6.6С какой целью в универсальной встроенной температурной защите используются три термодатчика?

6.7Как работает электрическая схема универсальной встроенной температурной защиты?

6.8Какие работы может выполнить электрик хозяйства на универсальном стенде МИИСП?

32

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВА

1 Цель работы

Изучение устройства и принципа действия электродных нагревателей, определение опытным путем основных энергетических показателей установки.

2 Программа работы

2.1Ознакомиться с оборудованием и приборами лабораторной установки по исследованию работы модели электродного водонагревателя.

2.2Собрать электрическую схему и исследовать зависимость мощности водонагревателя от температуры воды и определить основные параметры лабораторной модели электродного водонагревателя (среднюю мощность, производительность, удельный расход энергии, КПД, напряженность электрического поля между электродами и плотность тока).

2.3Изучить работу схемы автоматизированного управления электродным водонагревателем.

2.4Исследовать условия электробезопасности установки при различном числе подключенных электродов в сеть.

2.5Выполнить анализ полученных результатов.

3 Краткие теоретические сведения

Электродный нагрев применяют для нагрева электропроводящих материалов, обладающих ионной проводимостью. По принципу действия электродный нагрев относится к прямому, так как сам материал является средой, в которой электрическая энергия превращается в тепловую. Электроды служат для подвода электрического тока к нагреваемому материалу. Электродный нагрев прост в эксплуатации, доступен в использовании, поэтому нашел широкое применение в хозяйстве для отопления и нагрева воды в технологических целях.

В электродных аппаратах используют только переменный ток во избежание электролиза воды. Электроды изготавливают из металлических материалов: титана, нержавеющей и углеродистой стали, электротехнического графита и др. При плотности тока до 2·103 А/м2 для изготовления электродов по условиям коррозионной стойкости целесообразно применять нержавеющую сталь, а при больших значениях плотности тока - углеродистую. Для изготовления электродов не рекомендуется использовать медь, алюминий и оцинкованную сталь изза низкой коррозионной стойкости и загрязнения воды продуктами коррозии этих материалов.

Как правило, в установки электродного нагрева вода подается из естественных источников. Пригодность воды для того или иного технологического процесса определяется ее физико-химическими показателями - солесодержа-

33

ние, удельное электрическое сопротивление. Солесодержание, т. е. суммарная концентрация всех содержащихся в 1 кг воды катионов и анионов, в различных зонах России колеблется от 50 мг/кг до нескольких граммов на килограмм.

Режим работы электродных аппаратов в основном зависит от удельного электрического сопротивления воды, которое в любой момент времени определяет ток и мощность аппарата. Удельное сопротивление воды зависит от времени года по причине изменения солесодержания, а так же от температуры.

Удельное электрическое сопротивление T , Οм·м, при температуре Τ слабых растворов электролитов, в том числе и природной воды, описывается гиперболической функцией от температуры

где ρ293 - удельное электрическое сопротивление при температуре 293 К; αТ - температурный коэффициент электрического сопротивления, отражаю-

щий относительное уменьшение электрического сопротивления при возрастании температуры на 1 К.

Для растворов щелочей и солей αТ=0,02...0,035 К-1 кислот αТ =0,01...0,016 К-1. В практических расчетах его определяют по упрощенному выражению,

принимая αТ=0,025 К-1

системах теплоснабжения без отбора воды, что позволяет стабилизировать электрическое сопротивление, электрический ток и мощность водонагревателя на расчетном уровне. В отличие от водонагревателей удельное сопротивление воды в паровом котле (парогенераторе) меняется по высоте электродной системы. В нижней зоне системы вода нагревается до 358...368 К, в средней - до температуры кипения при заданном давлении.

Удельное электрическое сопротивление такой сложной по структуре рабочей среды - пароводяной смеси - зависит от температуры и концентрации солей в котловой воде, объемного паросодержания, конструктивных параметров электродной системы и других параметров. В практике расчета паровых котлов удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси определяют по опытным данным.

Для электродной системы с коаксиальными цилиндрическими электродами удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси ПВ , Ом·м

34

где ρТ - удельное электрическое сопротивление воды при температуре кипения, Ом·м;

β - коэффициент, учитывающий влияние паробразования на удельное электрическое сопротивление котловой воды (β = 1,25...1,3); Ρ - мощность электродной системы парового котла, Вт;

dB-диаметр внутреннего электрода, м; h - высота электродной системы, м; rΘ - теплота парообразования, Дж/кг;

ρп - плотность пара при заданном давлении, кг/м3.

Фазное сопротивление электродного аппарата, может быть определено по геометрическим размерам электродной системы Rф, Ом

где kЭГ - геометрический коэффициент электродной системы; h - высота электродной системы, м;

ρТ - удельное электрическое сопротивление нагреваемого материала, Ом·м. Коэффициент kЭГ для несложных электродных систем определяют на основе метода электростатической аналогии, а для сложных электродных систем - на основе конформных отображений.

Для любой температуры мощность электродного аппарата по геометрическим параметрам электродной системы с учетом выше приведенных выражений Р, Вт

где lЭ - межэлектродное расстояние, мм; b - ширина электродов, мм.

Допустимая плотность тока, А/м2, на электродах

Для электродных водонагревателей β=1, для парогенераторов β=1.1…1.2.

Максимальная плотность тока, А/м2, на электродах:

35

где kH = 1,1…1,4 - коэффициент, учитывающий неравномерность плотности тока по поверхности электрода;

I - сила тока, стекающего с электрода, А;

АЭ - наименьшая активная поверхность электрода, м2.

4 Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы

Принципиальная электрическая схема управления проточным водонагревателем ЭПЗ-25 показана на рисунке 5.2. Схема предусматривает:

-ручной и автоматический режимы работы (переключатель SA1 соответственно в положении 1 или 2);

-поддержание заданной температуры воды (датчик SK1);

-защиту установки, если температура воды превышает допустимую (дат-

чик SK2);

-отключение водонагревателя при появлении в нулевом проводе тока утечки, равного 25 % фазного тока (реле КА1);

1)Изучить принцип электродного нагрева.

2)Изучить устройство электродных котлов – производственного ЭПЗ-25, бытового назначения ЭКБ-9.

3)Измерить геометрические характеристики электродной системы котлов ЭПЗ25 и ЭКБ-9.

4)По измеренным характеристикам рассчитать мощность котлов при температуре воды 900С .

5)Составить электрическую схему для снятия характеристик электродного водонагревателя (рисунок 5.2).

6)Снять основные характеристики нагревателя: потребляемый ток Iпотр, температуру воды T, при постоянном напряжении питания Uпит.

7)Рассчитать и построить зависимости удельного сопротивления и потребляемой мощности от температуры воды: ρТ=f(T).

8)По данным эксперимента и расчетных соотношений, исходя из теплового баланса, построить, кривую КПД в зависимости от температуры: η= f(T).

9)Исследовать возможность работы электродного водонагревателя при потере одной фазы, для чего необходимо выключить нагреватель, отсоединив питание одной фазы, и вновь включить нагреватель в работу. Измерить потенциал между корпусом и "землёй".

10)После окончания измерений отключить нагреватель, отсоединить нулевой провод защитного заземления. Включить нагреватель и измерить потенциал между корпусом и "землёй".

11)Оформить отчет и сделать выводы по работе. Результаты всех измерений записать в таблицу 5.1.

37

5 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

-цель работы;

-основные теоретические сведения;

-расчёты и результаты измерений;

-ответы на контрольные вопросы;

-выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1От чего зависит удельное сопротивление воды?

6.2Что Вы предложите в случае большого или малого удельного сопротивления воды в системе отопления?

6.3Каковы основные правила электробезопасности при эксплуатации электрических водонагревателей?

6.4Дайте оценку возможности применения электродного нагрева для пищевых целей. В каких случаях это возможно и в каких - нет, почему?

6.5Каким образом регулируется мощность электродного водонагревате-

ля.

6.6Какие преимущества и недостатки у электродных нагревателей?

39

Лабораторная работа № 6

СХЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОТОЧНО-ТРАНСПОРТНОЙ ЛИНИИ

1 Цель работы

Изучение особенностей управления системой рабочих машин, работающих в поточной линии.

2 Программа работы

2.1Изучить устройство, принцип действия и записать технические данные аппаратуры управления.

2.2Изучить и собрать схему управления.

3 Краткие теоретические сведения

Поточная линия представляет систему рабочих машин, емкостей и механизмов, связанных одним технологическим процессом или циклом. Она характеризуется непрерывностью и ритмичностью работы. При изучении требований к автоматизированному электроприводу необходимо обратить внимание на основные из них.

1)Пуск электродвигателей всех последовательно включенных машин и механизмов поточной линии проводится против движения перерабатываемого продукта (зерна, сена, корнеплодов и т. д.), а отключение - по ходу его движения.

2)При аварийном отключении одной машины сразу должно становиться агрегаты, работающие на ее загрузку, а по истечении времени необходимого для освобождения продукта, отключаются электродвигатели машин, действующих на отгрузку.

3)Электрические двигатели поточной линии должны иметь защиту от перегруза, отключение.

4)В схеме необходимо предусматривать наладочный режим, который позволит произвольно включать и отключать двигатели поточной линии.

5)Для безопасности персонала, обслуживающих поточную линию, перед

пуском должен подаваться предупредительный звуковой или световой сигнал.

Как правило, схема управления поточно-транспортной линией имеет большое количество электрических аппаратов: пускателей, кнопок, переключателей, конечных выключателей и т.д., монтаж которых представляет определенную сложность. С целью упрощения работы используют монтажные схемы, на которых указывается расположение и связь оборудования на щите и применяют цифровую индексацию (маркировку) электрических цепей, причем считают, что левая часть цепи до катушки имеет нечетные цифры, а правая после

40