Запитання для самоперевірки

1. Для чого балони ламп розжарювання заповнюють інертними газами?

2. Що характеризує собою світлова віддача електричної лампи?

3. Які переваги люмінесцентних ламп перед лампами розжарювання?

4. Як варто вмикати люмінесцентні лампи в мережу змінного струму?

5. Як впливає напруга на електричні і світлові параметри ламп?

6. Як побудована компактна лампа і її основні технічні характеристики?

Робота 8

Енергозбереження у системах вентиляції приміщень

Мета роботи

1. Вивчити призначення систем вентиляції приміщень.

2. Ознайомитися з будовлю відцентрових вентиляторів та способами регулювання їх продуктивності.

3. Визначити відносну економію електроенергії привода вентилятора.

Основні теоретичні положення

Вентиляція – це регульований повітрообмін у приміщеннях для створення повітряного середовища, сприятливого для здоров’я людини яке відповідає вимогам технологічного процесу. Вентиляція буває припливною, витяжною та приливно- витяжною, загально-обмінною і місцевою. За способом руху повітря вентиляція буває природною та механічною.

При природній вентиляції - рух повітря відбувається за рахунок різниці температур внутрішнього і зовнішнього повітря, а також від дії вітру. При механічній вентиляції - пересування повітря здійснюється за допомогою вентиляторів з механічним приводом від електродвигунів.

Задачею вентиляційних установок є видалення забрудненого повітря і заміна його відповідною кількістю чистого повітря.

Вентилятори – це пристрої, які створюють надмірний тиск повітря чи газу (до 1,50 МПа) для їх пересування при провітрюванні приміщень чи для транспортування аеросумішів по трубопроводам.

За принципом дії вентилятори поділяють на відцентрові та осьові.

У відцентровому вентиляторі за рахунок спірального кожуха потік повітря чи газу змінює свій напрямок руху з осьового на радіальний.

За величиною розвиваючого тиску відцентрові вентилятори поділяють на три групи: низького тиску (до 0,10 МПа); середнього тиску (0,10 … 0,30 МПа); високого тиску (0,30 – 1,20 МПа).

У залежності від аеродинамічної схеми тиску відцентрові вентилятори можуть мати робочі колеса з лопатками, які загнуті назад, уперед чи розташовані радіально.

Відцентрові вентилятори можуть бути одностороннього і двостороннього всмоктування. За конструкцією приводу їх розділяють на: безпосередньо з'єднані з електродвигуном; з клиноремінною нерегульованою передачею; з регульованою безступінчатою передачею.

Відцентрові вентилятори загального призначення використовують у системах вентиляції повітряного опалення, кондиціонування повітря та для виробничих цілей.

Продуктивність відцентрового вентилятора Q пропорційна швидкості обертання його робочого колеса n

Q = k₁ ∙ n,

Тиск повітря Н пропорційний квадрату швидкості обертання робочого колеса або продуктивності вентилятора Q

Н = k₂ ∙ n ²=( k₂/ k₁² ) ∙ Q².

Потужність вентилятора Р пропорційна кубу швидкості обертання його робочого колеса n чи продуктивності вентилятора Q

Р = k₃ ∙ n ³ = k₁ ∙ k₂ ∙ k₃ ∙ Q³,

В цих формулах: k₁, k₂, k₃– конструктивні коефіцієнти пропорціональності.

Зниження швидкості обертання робочого колеса відцентрового вентилятора на 10% від номінальної приводить до зменшення потужності споживання двигуна на 30%.

Для відцентрових вентиляторів справедливий закон пропорційності

Q ∙ Н = const.

Потужність споживання двигуна привода такого вентилятора при постійній частоті обертання робочого колеса також постійна і визначається за формулою

Р = k₄ ∙ Q Н = const.

Таким чином, регулювання продуктивності вентилятора Q приводить до зміни тиску повітря Н, але потужність споживання двигуна залишається практично незмінною.

Зменшення продуктивності Q вентилятора положенням заcувки на його вихідному патрубку при незмінній частоті обертання робочого колеса мало впливає на зменшення потужності споживання Р двигуна (рис.8.1,графік 1).

Зменшення продуктивності Q вентилятора зміною частоти обертання його робочого колеса при повністю відкритій засувці приводить до суттєвого зменшення потужності споживання двигуна (рис.8.1,графік 2). Величині зменшення потужності споживання ΔР відповідає графік 3 (рис.8.1).

Таким чином, найбільш економічним треба є регулювання продуктивності зміною частоти обертання робочого колеса вентилятора.

Рис. 8.1-Залежність потужності споживання двигуна Р від продуктивності вентилятора Q при регулюванні: 1- засувкою Р₁ (Q); 2- зміною частоти обертання робочого колеса Р₂ = f (Q). 3-зміна потужності споживання ΔР f (Q).

Для регулювання продуктивності вентилятора зміною частоти обертання робочого колеса вентилятора використовують спеціальні перетворювачі частоти, виконані на базі електронної техніки.

Промисловістю випускаються компактні модулі, які складаються з асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором і перетворювача частоти , що полегшує їх використання у автоматизованих електроприводах виробничих агрегатів.

Управління перетворювачами частоти може здійснюватися від комп’ютера або безпосередньо через його пульт управління. Поточні значення параметрів відтворюються на дисплеї перетворювача частоти.

Опис експериментальної установки

Експериментальне дослідження вентилятора з перетворювачeм частоти проводиться на установці (рис.8. 2), де перетворювач частоти UF1 перетворює енергію

Рис.8.2- Схема експериментальної установки.

однофазного кола змінного струму частотою f = 50 Гц у енергію трифазної системи змінного струму U, V, W регульованої частоти для живлення асинхронного двигуна М.

Двигун М обертає робоче колесо вентилятора, а тахогенератор BR1 вимірює частоту його обертання. На вихідному патрубку вентилятора встановлена засувка для регулювання його продуктивності, а на вхідному витратомір повітря BR2.

Живлення установки здійснюється через автоматичний вимикач QF1, напругу живлення ПЧ вимірюють вольтметром РV1, струм - амперметром РА1, а активну потужність однофазного кола – ватметром РW1.

Сигнальні лампи HL1 зеленого кольору і HL2 червоного кольору вмикаються через контакти реле контролю безпеки R1А, R1В, R1С. При подачі напруги на вхід перетворювача UF1 відбувається автоматичне тестування його роботоздатності. Під час тестування горить червона лампа HL2 «Аварія», а на табло дисплею перетворювача частоти висвітлюються чотири рисочки: «- - - -». При пошкоджень відбувається переключення контактів його реле безпеки, які відмикають лампу HL2 і підключають лампу HL1 зеленого кольору «Робота», а на дисплеї висвітлюється код «rdY» – «Готовий».

При наявності пошкоджень горить лампа HL2 червоного кольору«Аварія», а на дисплеї висвітлюється код відповідного пошкодження.

Управління перетворювачем здійснюють за допомогою кнопок SB1 – «Стоп», SB2 – «Вперед», SB3 – «Назад». Кнопка SB4 не використовується.

Після натиску кнопки SB2 або SB3 на дисплеї висвітлюється поточне значення частоти. Крім того, для дистанційного контролю частоти струму використовується міліамперметр РА4

Лампа HL3 жовтого кольору засвічується при досягненні запрограмованої мети управління, наприклад: заданої частоти обертання ротора, потужності двигуна, заданого моменту на його валу чи струму статора.

Частоту змінного струму на виході перетворювача регулюють в межах 0…50 Гц потенціометром RР1 шляхом зміни напруги постійного струму у діапазоні 0…10 В , яка контролюється вольтметром РV4. Напругу живлення двигуна М і струм обмоток його статора вимірюють вольтметром РV3 і амперметром РА3.

Проведення досліду

1. Ознайомитися з будовою відцентрового вентилятора і перетворювача частоти, приладами і апаратами управління, а також з іншим обладнанням експериментальної установки, записати їх технічні характеристики у протокол випробування.

2. Увімкнути двополюсний автоматичний вимикач QF1 і переконатися у справності перетворювача частоти: горить лампочка HL1 зеленого кольору «Робота», а на дисплеї ПЧ висвітлюється код «rdY» – «Готовий».

3. Потенціометром RР1 встановити частоту вихідного струму перетворювача f = 50 Гц по зображенню на дисплеї «50.0».

4. Одержати харатеристику вентилятора Р₁ (Q) при черговому переміщенні засувки вентилятора у положення ступеня її відкриття γ = 0, 25; 50, 75; 100 % та визначити потужність споживання двигуна вентилятора Р₁ за ватметром PW1, а продуктивність вентилятора Q₁ за витратоміром BR2.

Результати спостережень записати в таблицю:

№ досліду	Частота змінного струму перетворювача f, Гц	Ступінь відкриття затулки, γ, %	Потужність споживання вентилятора Р1, кВт	Продуктивність вентилятора Q1, м3/с
1…5

5.Одержати характеристику вентилятора Р₂ = f (Q) при регулюванні вентилятора зміною частоти обертання його робочого колеса при повністю відкритій засувці і визначити потужність споживання двигуна вентилятора Р₂ за ватметром PW1, а його продуктивність Q₂ за витратоміром BR2.

Частоту обертання ротора двигуна вентилятора змінювати потенціометром RР1, почергово установлюючи значення частот вихідного струму перетворювача f = 10, 20, 30, 40, 50 Гц по зображенню частоти на його дисплеї.

Результати спостережень записати в таблицю:

№ досліду	Частота змінного струму перетворювача f, Гц	Ступінь відкриття затулки, γ, %	Потужність споживання вентилятора Р2, кВт	Продуктивність вентилятора Q2, м3/с
1…5

Обробка результатів досліду

1. Побудувати в одній системі координат енергетичні характеристики вентилятора Р₁ = f(Q)- регулювання витрати повітря зміною ступенія відкриття засувки γ при постійній частоті обертання робочого колеса і Р₂ = f (Q) - регулювання витрати повітря зміною частоти обертання робочого колеса вентилятора при повністю відкритій засувці γ = 100%.

2. Побудувати за допомогою графіків Р₁ = f (Q) і Р₂ = f (Q) графік зміни потужності споживання ΔР = Р₁- Р₂.

Результати розрахунків записати в таблицю:

№ п/п	Продуктив- ність вентилятора, Q1 м3 / с	Відносна продуктив- ність, ΔQ, %	Потужність спожи- вання, кВт		Зміна потужності споживання ΔР, кВт	Відносна економія енергії, ΔР, %
			Р1	Р2
1…5

Відносну продуктивність розраховують за формулою

Δ Q% = 100 ∙ Q₁ / Q_М ,

де Q_М - максимальне значення продуктивності вентилятора, м³ / с.

Відносну економію електроенергії ΔР% розраховують так:

ΔР% = 100 ∙ ( Р₁ - Р₂ ) / Р₁.

3. Побудувати графік відносної економії електроенергії вентилятора ΔР% від його відносної продуктивності Δ Q% для обох способів регулювання його продуктивності.

4. Зробити висновок за результатами виконаної роботи.

Запитання для самоперевірки

1. Назвіть призначення вентиляції, вентиляційних систем і установок.

2. Як змінюється продуктивність і тиск вентилятора при зміні частоти обертання його робочого колеса?

3. Як змінюється потужність споживання в вентилятора при зміні частоти обертання його робочого колеса?

4. Як змінюється потужність споживання двигуна вентилятора при регулюванні його продуктивності зміні частоти обертання його робочого колеса?

5. Як змінюється потужність споживання двигуна вентилятора при регулюванні його продуктивності шляхом зміни ступені відкриття засувки?

6. Назвіть призначення і область застосування перетворювачів частоти.