КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Часть 1
ПМ. 01 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МДК.01.03. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 13.02.11 техническая эксплуатация и обслуживаниеэлектрического и электромеханического оборудования
(по отраслям)
(базовая подготовка)
Г.
Конспект лекций профессионального модуля разработан в соответствии с Рекомендациями по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования (письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Минобрнауки России от 17.03.2015г. №06-259) и на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 17.05.2012г. №413 (с изменениями, внесенными приказом Минобрнауки России от 29.12.2014г, №1645) и Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) (базовая подготовка), входящей в состав укрупненной группы 13.00.00 Электро- и тепло- энергетика, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 28.07.2014г. №831
Одобрен
на заседании предметной цикловой
комиссии №__,
протокол №___, от ______________ 201__г.
Председатель __________ /______________/
Рекомендован
Методическим Советом ОСП
протокол №___, от ______________ 201__г.
Председатель __________ /_____________/
Составитель: - преподаватель государственного автономного профессионального образовательного учреждения Московской области «Профессиональный колледж «Московия»
Рецензент:
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ
1.1. Характеристики света 4
Лекция 1. Характеристики света 4
1.2. Источники света и осветительные приборы 6
Лекция 2. Источники света 6
Лекция 3. Осветительные приборы 15
1.3. Искусственное освещение 17
Лекция 4. Классификация электрического освещения 17
Лекция 5. Правила и нормы искусственного освещения 19
1.4. Основные методы расчетов освещения 23
Лекция 6. Метод коэффициента использования светового потока 23
Лекция 7. Метод удельной мощности 25
Лекция 8. Принципы построения схем электроснабжения
осветительных установок 26
2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
2.1. Общие сведения об электротехнологических установках 29
Лекция 9. Общие сведения об электротехнологических установках 29
2.2. Электротермические установки 30
Лекция 10. Электроустановки нагрева сопротивлением 30
Лекция 11. Электроустановки индукционного нагрева 35
Лекция 12. Электроустановки дугового нагрева 38
2.3. Электрохимические и электротермические установки 44
Лекция 13. Электролизные установки 44
Лекция 14. Электрохимические установки 47
Лекция 15. Электроэрозионные установки 50
ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ
Характеристики света
Лекция 1.
Характеристики света
Одним из основных понятий в системе световых величин является световой поток, так как он определяет эффективность действия потока лучистой энергии, оцениваемого глазом по световому ощущению.
Часть мощности лучистой энергии (лучистого потока), воспринимаемую человеческим глазом как световое ощущение, называется световым потоком (Ф). В практике за единицу измерения светового потока принят люмен (лм).
Источники света в виде светящейся точки излучают световой поток по всем направлениям равномерно. Источники света в технике излучают световой поток в пространстве неравномерно, вследствие чего он имеет неодинаковую плотность.
Световой поток
Все источники света излучают световую энергию, распространяющуюся в пространстве в виде электромагнитных колебаний или волн различной длины. Световым потоком(Ф), измеряемым в люменах (лм), называется количество световой энергии, проходящее через какую-либо площадь D в единицу времени.
Единицей световой энергии является люмен-секунда (лм·с). Световой поток оценивается по производимому на глаз человека световому действию. Глаз обладает неодинаковой (избирательной) чувствительностью к различным цветам. Световые потоки одинаковой величины, но с волнами различной длины производят на глаз различные зрительные воздействия. Различают однородные излучения с определенной миной волны и сложные излучения, представляющие совокупность нескольких однородных излучений.
Излучения с длинами волн от 380 до 780 ммк (миллимикрон) воспринимаются глазом как белый свет. Глаз наиболее чувствителен к световому потоку с длиной волны 555 мк, создающему желто-зеленые цвета.
Сила света
Световой поток, излучаемый источниками света, распределяется в пространстве неравномерно. Следовательно, для характеристики источника света необходимо кроме его величины знать его плотность в различных направлениях пространства.
Пространственная плотность светового потока называется силой света ( I ).
При неравномерном излучении источником света светового потока сила света I численно определяется как отношение бесконечно малого светового потока dФ, равномерно распределенного в пределах бесконечно малого телесного угла dω с вершиной у источника света, к величине этого телесного угла:
(1.1)
Сила света I измеряется в свечах (св). При равномерном распределении светового потока в пределах телесного угла, имеющего конечные размеры, сила света в направлении оси угла.
(1.2)
По решению 1З-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1967 г. за единицу силы света принята кандела (кд). Одна кандела представляет собой силу света точечного источника, излучающего равномерно световой поток, равный 1 лм, внутри телесного угла в 1 ср:
(1.3)
Яркость
Световой поток от источника света, падая на поверхность какого-либо предмета, частично ею отражается. При наблюдении в глаз наблюдателя попадает лишь часть отраженного светового потока от поверхности предмета, вызывающая зрительное восприятие. Чем больше отраженного светового потока от поверхности предмета попадает в глаз наблюдателя, тем сильнее зрительное ощущение этого предмета.
Поверхности предметов с различными окрасками и отражающими свойствами при равной освещенности воспринимаются по-разному органами зрения наблюдателя. Например, поверхность куска мела, имеющего лучшие отражающие свойства, чем поверхность куска угля, отражает больше светового потока в направлении глаза наблюдателя и лучше видна. Таким образом, освещенный предмет тем лучше виден, чем большую силу света (плотность светового потока) отражает его поверхность в направлении глаза наблюдателя, а также чем больше видна его поверхность.
Условия видения количественно характеризуются яркостью. Яркостью освещаемой поверхности ( L ) в каком-либо направлении называется отношение силы света, излучаемой поверхностью в данном направлении, к площади проекции освещаемой поверхности па плоскость перпендикулярно тому же направлению. Если лучи от плоской освещаемой поверхности, направленные к глазу человека, перпендикулярны этой поверхности, то яркость L освещаемой поверхности
(1.5)
где I - сила света, перпендикулярная освещаемой поверхности, кд;
S - площадь поверхности, м2.
Лекция 2.
Источники света
Электрическое освещение предназначено для создания комфортных световых условий в быту, на производстве и в различных учреждениях. Основными устройствами в электрическом освещении являются источники света. Источники света преобразуют электрическую энергию в электромагнитные волны видимого спектра от 0,38 до 0,78 мкм.
Источники света подразделяются на тепловые и газоразрядные. Тепловые источники света при нагревании излучают свет. К ним относятся лампы накаливания, дуговые угольные источники, различные инфракрасные нагреватели. Газоразрядные источники света используют разряд в газах при прохождении электрического тока, в результате чего излучается свет. К газоразрядным источникам света относятся люминесцентные лампы, дуговые ртутные лампы, лампы высокочастотного и импульсного разряда.
Электрические источники света характеризуются световыми и электрическими величинами. К электрическим величинам относятся номинальное напряжение, мощность и ток. Основными световыми величинами являются световой поток Ф, излучаемый лампой, световая отдача лампы и освещенность Е. Световая отдача лампы равна отношению светового потока Ф к потребляемой источником электрической мощности Р. Единицей световой отдачи является люменна ватт (лм/Вт). Чем больше световая отдача, тем более экономичным и совершенным является источник света.
Важной характеристикой электрических источников света является срок их службы, измеряемый в часах. Срок службы широко применяемых источников света составляет от 200 до 20000 ч.
Основной задачей электрического источника света является создание необходимой освещенности рабочей поверхности. Чем больше освещенность, тем более комфортными являются условия работы. Распределение освещенности по рабочей поверхности зависит от источника света, расстояния до него и вида светильника.
Выбор освещенности различных рабочих мест производится в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП). Рабочие места характеризуются разрядами в зависимости от зрительной работы с объектами различных размеров. Так, зрительные работы с объектами размером 0,1 мм требуют освещенности рабочего места в 5000 лк, а работа с объектами размером более 5 мм - 200 лк. Для освещения площадей и улиц в ночное время достаточно 15 ... 20 лк.
Лампы накаливания.
Лампы накаливания (ЛН) находят широкое применение в качестве источников света в быту и на производстве. Это объясняется их простой конструкцией и простотой в эксплуатации. Лампа накаливания не требует специальных дополнительных устройств для включения в электрическую цепь. Конструкция ЛН приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Конструкция лампы накаливания
Основными элементами ЛН являются колба 1, вольфрамовая нить 2 и цоколь З. Вольфрамовая нить при нагревании излучает свет и теплоту, что при водит к испарению и утончению нити. Для замедления этого процесса колбы либо выполняются вакуумными, либо наполняются инертным газом (криптоном, аргоном и др.). Материалом нити обычно служит тугоплавкий металл - вольфрам. Для увеличения светоотдачи ЛН нить накала выполняется в виде спирали. Для соединения ЛН с сетью служит цоколь, который имеет несколько типоразмеров: Е11, Е27, Е40. Срок службы ЛН составляет 1 000 - 1 100 ч.
Основным достоинством ЛН являются простота конструкции и эксплуатации. Номенклатура ЛН составляет более 1 500 наименований. На некоторых производствах применяются только лампы накаливания.
Недостатками ЛН являются малая светоотдача, небольшой срок службы и большая зависимость срока службы от напряжения. При повышении напряжения на 10% срок службы ЛН сокращается в 3-4 раза.
Люминесцентные лампы.
Эти лампы используют свойство электрического разряда в газовой среде. В зависимости от рода газа или паров металла можно получить световой поток любой цветности. Конструкция люминесцентной лампы (ЛЛ) показана на рис. 2.3, а.
Рисунок 2.3 – Конструкция (а) и схема (б) люминесцентной лампы
Люминесцентная лампа состоит из стеклянной трубки 1, двух спиралей 3, расположенных на обоих концах, ножки 4, связывающей спираль с цоколем 6, и контактных штырей 5. Чтобы увеличить светоотдачу, внутреннюю поверхность стеклянной колбы покрывают специальным составом - люминофором 2.
Во время электрического разряда возникают ультрафиолетовые лучи, которые воздействуют на люминофоры и преобразуют невидимые ультрафиолетовые лучи в спектр видимого излучения. Это явление называется люмuнесценцuей.
Разряд в электрическом газе зависит от многих факторов:
- приложенного напряжения;
- типа газа; -наличия паров металлов;
- частоты тока;
- температуры и т. д.
Для облегчения появления разряда в лампе в колбу добавляют вместе с инертным газом небольшое количество паров ртути. В момент включения две спирали, расположенные на обоих концах трубки, нагревают пространство вокруг электродов. Это пространство ионизируется и происходит электрический разряд. После появления разряда спирали отключаются специальным устройством - стартером (Ст). д ля ограничения тока после появления в ЛЛ разряда добавляют балластный дроссель (Др).
Наиболее типичная схема включения ЛЛ со стартером и дросселем показана па рис. 2.3, б. В схеме дроссель не только ограничивает ток ЛЛ после зажигания, но и способствует зажиганию лампы.
Достоинства: современные ЛЛ имеют большую светоотдачу и высокий КПД. Срок службы ЛЛ более продолжительный, чем у ЛН, и достигает 14000 ч. Применяются ЛЛ для освещения учреждений и промышленных предприятий.
Недостатками ЛЛ являются необходимость пускорегулирующих устройств при подключении к сети и пульсация светового потока.
Натриевые лампы.
Различают натриевые лампы низкого давления (НЛНД) и натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Так, НЛНД имеют большую световую отдачу, но неудовлетворительную цветовую передачу, поэтому большее распространение получили НЛВД типа ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые). Лампы ДНаТ (рис. 2.6) представляют собой стеклянную цилиндрическую или эллиптическую колбу, внутри которой помещается разрядная трубка из поликристаллического оксида алюминия. В этих лампах используется разряд в парах натрия, ртути и зажигающем газе - ксеноне. Рабочее давление паров натрия составляет 4 - 14 кПа. При таком давлении желтый цвет приобретает белый оттенок.
Рисунок 2.6 – Натриевая лампа типа ДНаТ цилиндрическая
Лампы ДНаТ применяются для освещения больших по площади территорий, улиц, автодорог, различных карьеров, портов и успешно заменяют ДРЛ.
Для зажигания лампы ДНаТ применяют специальные пусковые устройства (рис. 2.6). В некоторых лампах небольшой мощности пусковое устройство размещено в цоколе лампы. Цифры типа лампы соответствуют мощности лампы.
Рисунок 2.7 – Схема пускового устройства для ламп ДНаТ: ИЗУ - индукционная закалочная установка
Светодиодные лампы.
Получившие в последнее время на рынке освещения небывалую популярность светодиодные (LED) лампы, становятся в некотором смысле лидером в наружном, внутреннем, точечном и акцентирующем освещении.
У многих из нас эти источники света ассоциируются, прежде всего, с экономичностью. Действительно, LED лампы в направлении развития энергосбережения, сегодня занимают, пожалуй, лидирующую позицию относительно других видов.
Устройство светодиодной лампы немногим отличается от конструкции КЛЛ. На рисунке 2.9 показаны узлы, входящие в состав лампы.
Рисунок 2.9 – Устройство светодиодной лампы
1. Рассеиватель. Предназначен для равномерного распределения светового потока в пространстве и исключения ослепления при взгляде на светодиоды.
2. Светодиоды.
3. Основание светодиодов с печатными проводниками для их последовательного соединения.
4. Радиатор охлаждения. Необходим для отвода тепла, выделяющегося при работе светодиодов.
5. Драйвер. Формирует напряжение, требующееся для работы светодиодов.
6. Корпус драйвера (лампы).
7. Цоколь.
В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток (рис 2.10).
Рисунок 2.10 – Принцип работы светодиода
Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды – электроны, а в другом – ионы с положительным зарядом. Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться диодами, а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами. В самом начале испускание фотонов полупроводниковыми соединениями охватывало только узкую часть спектра. Они могли испускать только красный, желтый или зеленый свет, с очень низкой силой свечения. Поэтому в течение длительного времени светодиоды использовались только в качестве индикаторных ламп. К настоящему времени были получены такие материалы, соединения которых позволили значительно расширить диапазон светового излучения и охватить практически весь спектр. Тем не менее, длина каких-то волн всегда преобладает в свечении. Поэтому светодиодные лампы разделяются на источники холодного света – синего и теплого свечения – преимущественно красного или желтого.
Достоинства Низкое энергопотребление, дополненное огромным сроком службы, колоссальной светоотдачей и экологичностью – это четыре неоспоримых плюса, благодаря которым лампы на основе светодиодов сегодня выходят в лидеры.
Срок службы 30–50 тыс. часов! Да, это намного больше, чем у предшественников и это действительно серьезное преимущество. Заявленная цифра соответствует действительности только при эксплуатации светодиода в лабораторных условиях, т. е. при температуре кристалла около 25 °C. В реальности это невыполнимо и, в лучшем случае, температура p-n перехода не превысит отметку в 75°C. Если в конструкции лампы предусмотрен качественный стабилизатор тока и эффективный теплоотвод от светодиодов, то 30 тыс. ч. она прослужит, при этом первые 10 тыс. ч. – с минимальной потерей яркости. В противном случае время наработки на отказ резко сокращается. Отдельно стоит упомянуть о деградации светодиодов – необратимом процессе снижения их уровня светового потока от времени. То есть чем дольше работает светильник со светодиодной лампой, тем менее ярко он светит. Ввиду высокой продолжительности срока службы, производителями светодиодных ламп исследования в области деградации светового потока не производятся. А если и производятся, то в ускоренном режиме. Поэтому производители не могут точно сказать через какое время лампы станут светить менее ярко на 10%, а через какой на все 30% и ее нельзя будет использовать. Что делать, если LED лампа перестала светить? Ремонтировать! Это ещё один плюс, которого нет у газоразрядных ламп и ламп накаливания. Во время эксплуатации может образоваться холодный контакт на пайке или перегореть резистор. Разборный корпус позволяет добраться до любого узла и, приложив немного усилий, восстановить работу изделия.
Цветовая температура классической лампы накаливания составляет 2800°K, что сближает её с естественным солнечным излучением в вечернее время. Светодиодный источник может излучать свет в широком диапазоне – начиная от 1800°K и перешагивая границу в 6000°K. В зависимости от назначения потребитель может подобрать светодиодную лампу любого тона: холодного, нейтрального, тёплого.
Рисунок 2.10 – Диаграмма цветовой температуры
Недостатки. Есть у светодиодных ламп один существенный минус, который тормозит их повсеместное распространение и вытекает в существенный недостаток. Это высокая стоимость.
Лекция 3.
Осветительные приборы
Осветительные приборы являются разновидностью световых приборов, предназначенных для освещения различных объектов (например, светильники, прожекторы, проекторы и др.). Далее рассмотрены наиболее распространенные осветительные приборы и характер создаваемого ими освещения.
Современная светотехника и электроника предоставили в распоряжение фотографов множество разнообразных по конструкции и световым параметрам источников света, начиная от обычных электрических и кончая импульсными газоразрядными лампами. Электрические лампы, которые используются для освещения помещений, различаются между собой по мощности, а значит, и по силе создаваемого ими светового потока и имеют прозрачный, матированный или молочный стеклянный баллон. Такая окраска стекла баллона позволяет получать более мягкое рассеянное освещение.
Светотехника - область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его в различных целях. В нашей стране светотехника активно развивалась, когда были созданы собственная промышленность, научная и проектная базы. Советская светотехническая школа внесла значительный вклад в прогресс мировой светотехники.
Главной задачей современного светового оборудования является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.
Искусственное освещение
Лекция 4.
Лекция 5.
Качество освещения.
В СНиП приводятся качественные показатели осветительных установок (показатели ослепленности Р и дискомфорта М, коэффициент пульсации Кп, цилиндрическая освещенност ьЕц).
Показатель дискомфорта и цилиндрическую освещенность определяют у торцовой стены на центральной продольной оси помещений на высоте 1,5 м от пола. Показательдискомфорта не определяют для помещений, длина которых не превышает двойной высоты установки светильников над полом, для помещений, предназначенных для кратковременного пребывания людей или прохода, а также для гардеробных, коридоров, санитарных узлов, лестниц и кладовых. В помещениях для конторских, проектных, чертежных, конструкторских, копировальных, лабораторных, вычислительных и машинописных работ должны применяться светильники, направляющие в верхнюю полусферу не менее 15 % излучаемого ими светового потока. Если это условие не выполняется, то необходимо, чтобы коэффициенты отражения потолка были не менее 70 %, пола - 30 %, стен - 50 %.
Источники света.
Рекомендуемые источники света указаны в СНиПе. Лампы накаливания применяют во вспомогательных помещениях, помещениях с сезонной работой, для аварийного освещения, если невозможно использовать люминесцентные лампы. Освещение помещений общественных зданий, если нет специальных требований к цветопередаче, выполняют люминесцентными лампами типа ЛБ: освещение выставочных помещений и кабинетов изобразительного искусства в общеобразовательных школах, мастерских по изготовлению и ремонту одежды, головных уборов и других - лампами типов ЛХБ, ЛХБЦ и ЛДЦ; освещение торговых залов с мясными, рыбными и гастрономическими товарами - лампами
типов ЛБ и ЛТБЦ; освещение помещений здравпунктов, предназначенных для осмотра больных, - лампами типов ЛДЦ и ЛХБЦ; освещение обеденных залов, залов заседаний и актовых залов - лампами типов ЛБ и ЛТБЦ, а для остальных помещений – лампами типа ЛБ.
Выбор светильников.
Вопросы, связанные с выбором светильников общего и комбинированного освещения должны решаться с учетом характеристики по условиям окружающей среды.
Лекция 6.
Лекция 7.
Метод удельной мощности.
Метод удельной мощности применяется для предварительного определения мощности установленной осветительной установки или для ориентировочной оценки правильности выполненного расчета. Он базируется на средних значениях мощности, необходимой для создания требуемой освещенности при средних значениях коэффициента использования осветительной установки.
Сущность расчета освещения по методу удельной мощности заключается в том, что в зависимости от типа светильника и места его установки, высоты подвеса над рабочей поверхностью, освещенностью, освещенности на горизонтальной поверхности и площади помещения определяется значение удельной мощности.
Метод используется для предварительной оценки осветительной нагрузки на начальных стадиях проектирования для самоконтроля расчетов и т.д.
Удельная мощность – отношение установленной мощности ламп к величине освещаемой площади (Вт/м2).
Значения удельной мощности для различных ламп приведены в справочных данных.
Большие значения удельной мощности принимаются для помещений с меньшей площадью освещения.
Удельная мощность w равна:
, (7.1)
где Р - мощность одной лампы, Вт;
N - число ламп в цехе;
S - площадь помещения, м2.
Значение w принимается в зависимости от:
- типа светильника;
- коэффициента запаса кз;
- коэффициентов отражения помещения rп, rс, rр;
- значения расчетной высоты;
- площади помещения.
Лекция 8.
Лекция 9.
Лекция 10.
ЭПС для плавки металлов.
Предназначены для выплавки олова, свинца, цинка и других металлов с температурой плавления до 530 0С.
По конструктивному исполнению такие печи делят на тигельные и камерные (или ванные).
Тигельная ЭПС представляет собой металлический сосуд - тигель, помещенный в цилиндрический корпус, выполненный из огнеупорного материала (футеровка). НЭ расположены на футеровке снаружи тигля. КПД печи 50 - 55 %, удельный расход электроэнергии при плавке алюминия 700 - 750 кВт×ч/кг.
Камерная ЭПС предназначена для переплавки алюминия на слитки. Она имеет больший объем, КПД до 60 - 65 %, удельный расход электроэнергии составляет 600 - 650 кВт×ч/кг.
Во всех типах ЭПС возможен внутренний и внешний обогрев.
При внутреннем обогреве нагреватели ТЭНы размещены в расплавленном
металле и работают при температуре не выше 570 0С.
При внешнем расположении открытых высокотемпературных нагревателей можно получить температуру в рабочем пространстве печи до 930 0С.
Лекция 11.
Способы зажигания дуги
В промышленных установках применяются 3 способа возбуждения дугового разряда:
1. Импульсное касание электродов. В момент касания под напряжением в переходном контакте выделяется тепловая энергия, вызывающая расплавление участка электрода. При разведении электродов мостик из расплавленного металла взрывается. Под действием электрического поля между электродами горячие участки испускают электроны, увеличивающие ионизацию пространства. Возникает цепь тока через образовавшуюся плазму.
2. Взрыв проводника - проволочки малого сечения. Применяется при неподвижных электродах. Проволочка должна взрываться при токе, близком к номинальному току дуги. Материал проволочки должен иметь высокую температуру плавления, чтобы после ее взрыва температура продуктов взрыва была близкой к температуре плазмы дуги.
3. Высокочастотный высоковольтный пробой дугового промежутка. Для цели применяется осциллятор, схема которого представлена на рис. 12.3.
Рисунок 12.3 – Принципиальная электрическая схема осциллятора
Осциллятор - это преобразователь тока промышленной частоты низкого напряжения (60 - 220 В) в ток высокой частоты (150 - 500 кГц) высокого напряжения (3-8 кВ).
В его состав входят:
- Тр.l - повышающий трансформатор с выходом 3-8 кВ,
- Р. - разрядник искровой, контурный,
- Тр.2 - высокочастотный трансформатор,
- Ск, Lк - емкость и индуктивность колебательного контура (далее – КК).
КК предназначен для выделения из широкого спектpа частот, генерируемых искровым разрядом, частоты 150 - 500 кГц, необходимой для пробоя промежутка и безопасной для человека.
- L, С - индуктивности и емкости, препятствующие по паданию в сеть высокой частоты,
- Сб - емкость, препятствующая попаданию напряжения источника питания дуги в обмотку высокочастотного трансформатора,
- R - токоограничивающее сопротивление.
Электродуговые печи (ЭДП)
ЭДП применяются в различных отраслях промышленности и разделяются на 3 класса :
- дуговые печи прямого действия (ЭДППД),
- дуговые печи косвенного действия (ЭДПКД),
- дуговые печи сопротивления (ЭДПС).
ЭДППД предназначены, в основном, для выплавки высоколегированных сортов стали.
Обычно - это трехфазные печи.
Эскиз такой печи представлен на рис. 12.4-А.
Основными элементами печи являются:
- стальной кожух (7), внутри которого находится огнеупорная футеровка (6), а сверху - свод печи (4), через который введены электроды;
- электроды (3), которые могут перемещаться вертикально с помощью механизма подъема (2).
- вспомогательные устройства, предназначенные для наклона печи, ее загрузки, выгрузки и другие.
Принцип действия состоит в следующем.
Электрическая дуга горит между электродам и нагреваемым материалом (скрапом). Под действием температуры скрап расплавляется, и жидкий металл стекает в подину. В шихте образуются колодцы, в которые опускаются электроды до тех пор, пока они не достигнут расплавленного металла на подине печи.
При повышении уровня расплавленного металла электроды автоматически поднимаются, что предотвращает короткое замыкание.
Горящая дуга не стабильна, длина ее меняется от короткого замыкания до обрыва. Причиной этого является обвал и перемещение скрапа.
Рисунок 12.4 – Эскиз ЭДП прямого (А) косвенного (Б) действия
Горящая дуга не стабильна, длина ее меняется от короткого замыкания до обрыва. Причиной этого является обвал и перемещение скрапа.
Период расплавления считается законченным, когда весь металл в ванне печи перешел в жидкое состояние.
Образующиеся шлаки всплывают на поверхность и затем удаляются.
Ванна с металлом образует естественную нулевую точку трехфазной цепи, поэтому ЭДП оказывается включенной по трехпроводной системе трехфазного тока без «нулевого провода».
ЭДПКД предназначены для переплава цветных металлов и их сплавов, выплавки некоторых сортов чугуна и никеля.
Обычно - это однофазные печи.
Эскиз такой печи представлен на нижнем рис. 12.4-Б.
Основными элементами печи являются:
- стальной кожух (6), внутри которого находится огнеупорная футеровка (5), расположенный горизонтально;
- электроды (3), расположенные по оси цилиндрической ванны, которые перемещаются с помощью механизма подачи;
- вспомогательные устройства, предназначенные для непрерывного качания печи в процессе работы, ее загрузки (выгрузки) и другие.
Принцип действия состоит в следующем.
Электрическая дуга горит между электродами, расположенными над нагреваемым материалом. Теплообмен между электрической дугой и материалом осуществляется, в основном, за счет излучения.
Выделяемая энергия поглощается материалом, что приводит к его нагреванию и расплавлению.
Печь после расплавления части шихты работает с непрерывным качанием, осуществляемым электроприводом от реверсивного двигателя. При такой работе обеспечивается более равномерный нагрев футеровки печи, что повышает срок службы. Кроме того, нагретые прямым излучением дуги части футеровки периодически омываются и охлаждаются расплавленным металлом, более холодным, чем футеровка.
Одновременно улучшается качество металла за счет его перемешивания.
Подача электродов осуществляется автоматически или вручную.
Дуговые печи с косвенным нагревом имеют небольшую емкость, до 0,5 т.
Электрооборудование дуговых печных установок.
Лекция 13.
Электролизные установки.
Электролиз - это явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит тока, процессы окисления и восстановления на электродах, сопровождающиеся приобретением или потерей частицами вещества электронов.
Электролизер - это ванна, в которой процесс идет с поглощением электрической энергии.
Принцип действия можно рассмотреть на схеме электролизера с анодным растворением и катодным осаждением (рис. 13.1).
Рисунок 13.1 – Схема электролизной установки
Основными элементами установки являются; электролит (1), электроды (2) и источник питания (3).
Напряжение на электролизной ванне (и) состоит из трех составляющих
(11.2)
где 
- напряжение электрохимического рaзложения вещества, В;
- приэлектродное напряжение (на аноде и катоде), В;
- напряжение в электролите, В.
Около поверхности электродов образуется двойной электрический слой, который противодействует подходу и выходу ионов. Для ослабления противодействия применяются:
- циркуляция электролита, для выравнивания температуры;
- вибрация электродов;
- импульсный источник питания.
В промышленности электролиз металлов и исходная среда определяются электрическим потенциалом выделяемого металла.
Электролиз меди применяется для получения чистой электролитической меди из черновой (полученной после плавки в печах) и для извлечения ценных металлов, находящихея в ней.
Процесс ведется в электролизных ваннах.
Анодом является литая черновая медь в виде плит толщиной 35 - 45 мм и массой около 300 кг.
Катодом является электролитическая (чистая) медь в виде пластин толщиной 0,6 ... 0,7 мм, подвешенных на ушках между анодами. Расстояние между соседними анодами и катодами 35 - 40 мм.
Электролитом, которым заполняется ванна, является водный раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой для уменьшения сопротивления.
При пропускании через ванну электрического тока черновая медь анодов растворяется, чистая медь осаждается на катодах, а благородные металлы (некоторые примеси тоже) выпадают в осадок или переходят в раствор (например, никель).
В целях выравнивания концентрации ионов меди у электродов и обеспечения необходимой температуры применяется прямая циркуляция электролита, который подается снизу и сливается сверху ванны.
Лекция 14.
Лекция 15.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Часть 1
ПМ. 01 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Дата: 2019-03-05, просмотров: 397.
