Лабораторная электрокалориферная установка состоит из электрокалорифера СФОО-10/0,4-И1 и шкафа управления электрокалорифера СФОЦ-40/0,5-И1. Электрическая схема установки соответствует изображенной на рис. 16.2, но шесть ТЭНов электрокалорифера СФОО включены в две трехфазные секции ЕК1 и ЕК2. Установлены биметаллические датчики температуры SK2 и SК3 типа ДТКБ с пределом настройки 0 - +30°С.
Указание к выполнению работы
5.1. После изучения раздела 3 ознакомьтесь с устройством и паспортными данными электрокалорифера СФОО. Используя электрическую схему, изучите устройство шкафа управления. Обратите внимание на маркировку и способ прокладки внутренних и внешних цепей, защитное зануление. Настройте терморегуляторы на температуру, указанную преподавателем.
5.2. В соответствии с правилами наладки и эксплуатации подготовьте установку к работе и произведите включение. Опробуйте работу в ручном и автоматическом режимах. Проверьте, происходит ли отключение ТЭНов при выключении автоматического выключателя QF1. Обратите внимание на работу сигнальных ламп.
|
|
Контрольные вопросы
1. Устройство и область применения электрокалориферных установок серии СФОЦ и СФОО.
2. Как регулируют тепловую мощность установок и температуру воздуха на выходе из калорифера?
3. Какая максимальная температура поверхности ТЭНов допускается в калориферах?
4. Как изменяется потребляемая мощность и температура поверхности ТЭНов при остановке вентилятора?
5. Какая блокировка предусмотрена в схеме управления электрокалориферной установки?
6. Объясните работу электрокалориферной установки в автоматическом режиме.
7. Как выбирается место установки и температура настройки датчиков?
8. На что нужно обратить внимание при монтаже, наладке и эксплуатации электрокалориферной установки?
Лабораторная работа 17. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ВИДИМОГО, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО И ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Цель работы: знать устройство, принцип действия, схемы включения и область применения электрических источников видимого, ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (И К) излучения. Представлять экономическую эффективность и правила техники безопасности при использовании осветительных и облучающих установок.
Адание
2.1. к самостоятельной работе:
- изучить назначение, устройство, принцип действия и схемы включения [ 1,2, 4, 8, 13, 14, 15]:
а) ламп накаливания типов В, Г, БК, КГ;
6) газоразрядных осветительных ламп типов ЛД, КЛЛ, ДРЛ, ДРИ, ДНаТ;
в) источников ИК-излучения типа ИК, ИКЗК, ЭИС;
г) источников УФ-излучення типа ЛЭ, ДБ, ДРТ и облучающих установок ИКУФ, " Луч ";
|
|
д) специальных ламп для облучения растений;
- вычертить схемы включения ламп ЛД, ДРЛ, ДРТ, облучателя ИКУФ-1;
- кратко описать назначение, достоинства и недостатки ламп указанных типов.
2.2. к работе в лаборатории:
- изучить технико-экономические характеристики ламп, установленных на лабораторном стенде, обратив внимание на их световую отдачу и срок службы;
- включить каждую лампу стенда. Обратить внимание на особенности включения газоразрядных ламп;
- подготовить устные ответы на контрольные вопросы.
3. О6щие сведения.
Преобразование электрической энергии в лучистую энергию оптического диапазона осуществляется электрическими источниками освещения и обучения.
Излучение оптического диапазона спектра электромагнитных колебаний в зависимости от длины волны делят на видимое (380...760 нм), ультрафиолетовое (1...380 нм), инфракрасное (760...106 нм).
Оптическое излучение получают с помощью электрических источников (ламп) накаливания и газоразрядных.
Источники видимого излучения используются для освещения помещений и наружных пространств, ускорения реакции фотосинтеза у зеленых растений, увеличения продуктивности и регулирования биологических ритмов сельскохозяйственных животных и птицы.
Основными техническими характеристиками осветительных ламп являются:
- номинальная мощность Рн, Вт;
- номинальное напряжение Uн, В;
- световой поток Ф, измеряемый в люменах (лм);
- световая отдача g = Ф/ Рн, лм/Вт, показывающая величину светового потока лампы на 1 Вт потребляемой мощности. Чем выше световая отдача, тем экономичнее лампа;
- спектр излучения;
- срок службы, измеряемый числом часов горения лампы при номинальном напряжении, после чего световой поток снижается на 25 % от начального;
- освещенность Еc = Ф / S, где S - площадь освещаемой поверхности, м2. За единицу освещенности принят люкс (лк).
1 лк = 1 лм/м2.
В лампах накаливания используется тепловое действие тока. Телом накала является вольфрамовая проволока (нить накала), нагретая током до высокой температуры (2600...3000°К) и излучающая световой поток. Вольфрамовая проволока свивается в спираль (моноспиральная нить накала) или в двойную спираль (биспиральная нить накала).
Нить накала помещается в стеклянную колбу. Для предохранения нити накала от окисления воздух из колбы откачивается, такая лампа называется вакуумной. Колба лампы может заполняться инертными газами - смесью аргона и азота или криптоном.
ГОСТ предусматривает следующие типы ламп накаливания общего назначения: В - вакуумная; Г - газонаполненная; БК - биспиральная криптоновая.
Рабочее напряжение ламп предусматривается в нескольких диапазонах: 125... 135 В, 215…225 В, 220...230 В, 225...235 В, 230...240 В, 235...245 В. За номинальное принимается напряжение середины диапазона.
Достоинства ламп накаливания: простота устройства, дешевизна, возможность непосредственного включения в сеть постоянного и переменного напряжения. Но эти лампы имеют ряд существенных недостатков. У них низкий световой КПД - 5...7%, большая часть электрической энергии превращается в тепло. Спектр излучения не соответствует естественному свету. Мал срок службы лампы - 1000 ч. Работа лампы сильно зависит от величины питающего напряжения. Так, при увеличении напряжения сети до 105% срок службы лампы сокращается в два раза, а при снижении напряжения до 20% световой поток уменьшается в два раза.
Наиболее совершенными являются кварцевые галогеновые лампы накаливания типа КГ мощностью от 400 до 20000Вт с напряжением 220 и 380 В. Срок службы галогеновых ламп до 2000 ч. Колба галогеновой лампы выполняется в виде кварцевой трубки, заполненной инертным газом, с добавкой небольшого количества иода. Иод служит для переноса испаряющегося вольфрама нити накала от стенки колбы к спирали, благодаря чему возрастает светоотдача ламп и увеличивается срок службы.
|
|
У обычных ламп накаливания световая отдача составляет 10... 12 лм/Вт, а у галогеновых - 20...29 лм/Вт.
В газоразрядных лампах используется свечение газов или паров металла, происходящее под действием электрического разряда. 'Это явление называется электролюминесценцией. Спектр излучения зависит от вида и величины давления газа или паров металла в колбе лампы. Обычно спектр излучения состоит из видимых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Ультрафиолетовое излучение создается в результате электрического разряда в парах ртути.
Для увеличения видимого излучения используется явление фотолюминесценции - свечение специальных веществ (люминофоров) под действием ультрафиолетовых лучей. Колба лампы покрывается изнутри слоем люминофора.
Люминесцентные лампы типа ЛД относятся к источникам света низкого давления. Лампа представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку (рис.17.1), на концах которой установлены вольфрамовые подогреваемые электроды в виде спиралей. Концы спирали присоединены к штырькам, установленным в цоколях лампы. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором. Трубка заполняется инертным газом - аргоном с добавлением нескольких миллиграммов ртути.
Рис.17. 1. а) Устройство люминесцентной лампы: 1 - трубка-колба; 2 - цоколь со штырьками: 3 - электрод; 4 - ртуть; 5 - люминофор, б) Устройство стартера: 1 - корпус; 2 -колба; 3 - электрод; 4 - биметаллический электрод; 5 -конденсатор; 6 – клеммы
Для зажигания лампы в ее цепь включается стартер, а для ограничения тока дугового разряда при ее горении - дроссель, состоящий из стального сердечника, набранного из тонких пластин, и катушки, включенной последовательно с лампой. Стартер (рис. 17.2) представляет собой небольшую неоновую лампу 2 с двумя впаянными в нее нормально- разомкнутыми электродами 3 и 4, один из которых выполнен из биметаллической ленты. В момент включения лампы в сеть (рис. 17.3) между электродами стартера, заполненного неоном, возникает тлеющий разряд. Нагреваясь от его тепла, биметаллический электрод изгибается, что приводит к замыканию цепи стартера. Сопротивление стартера падает до нуля и через его контакты начинает проходить ток, разогревающий электроды люминесцентной лампы и одновременно намагничивающий сердечник дросселя. Возникает электронная эмиссия, которая облегчает зажигание лампы. Разряд в стартере исчезает, и его электроды остывают, что приводит к их размыканию. В момент размыкания исчезающий магнитный поток наводит в обмотке дросселя ЭДС самоиндукции, величина которой в несколько раз превышает напряжение в сети. ЭДС приложена к подогретым электродам лампы и вызывает дуговой электрический разряд сначала в среде аргона, а затем, когда ртуть испарится, в парах ртути. Пары ртути под воздействием разряда становятся источником ультрафиолетового излучения, которое вызывает свечение люминофора. Повторного возникновения тлеющего разряда в стартере не происходит по той причине, что напряжение на работающей лампе равно примерно половине сетевого из-за падения напряжения на дросселе, и поэтому его недостаточно для зажигания стартера. Кроме рассмотренной стартерной схемы применяются бесстартерные схемы зажигания.
|
|
В зависимости от состава люминофора получают излучение различной цветности. Промышленность выпускает люминесцентные осветительные лампы следующих типов: дневного света - ЛД, холодно-белого света - ЛХБ, белого света - Л Б и тепло-белого света - ЛТБ мощностью до 125 Вт.
По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы имеют следующие преимущества: высокая световая отдача (30...62 лм/Вт), высокий КПД преобразования электрической энергии в световую (20...25%), большой срок службы (до 10000 ч), приближение спектра излучения к естественному свету, низкая температура поверхности лампы (не более 40-50°С).
Люминесцентные лампы имеют и ряд недостатков. Так, при снижении напряжения в сети более чем на 25% лампа не зажигается. Температура окружающей среды также влияет на режим лампы: для нормальной работы необходима температура в пределах + 10...35°С. При более низких температурах окружающей среды электроды лампы прогреваются недостаточно, и ртуть полностью не испаряется. Лампа в этом случае может не зажеться. Световой поток пульсирует с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока сети, которым питается лампа. Каждые полпериода полярность электродов изменяется, и лампа периодически на мгновение гаснет. Поэтому при освещении движущихся или вращающихся предметов пульсирующим световым потоком наблюдается стробоскопический эффект, связанный с искажением зрительного восприятия. Если, например, освещать пульсирующим светом вращающийся маховик, то при равенстве или кратности частоты пульсаций потока угловой скорости вращения маховика, он будет казаться неподвижным, при меньшей частоте - вращающимся в обратную сторону. Такой обман зрения может привести к производственным травмам.
Рис. 17.3. Схема включения люминесцентной лампы со стартерным зажиганием: ЛЛ - люминесцентная лампа;
Ст - стартер; С1 - конденсатор для снижения радиопомех; Др - дроссель; С2 - конденсатор для повышения коэффициента мощности схемы; R - разрядное сопротивление;
Вк - выключатель.
Ряд недостатков, присущих традиционным люминесцентным лампам низкого давления устранен в компактных люминесцентных лампах (КЛЛ): вместо дросселя и стартера используется малогабаритный электронный пуско–регулирующий аппарат (ПРА), одновременно защищающий лампу от перегрузки по току; лампа имеет значительно меньшие габариты и снабжена резьбовым цоколем, что позволяет устанавливать её в обычный патрон вместо лампы накаливания; лампа надежно работает при температуре до –20 0С, не создает радиополей; по экономичности и долговечности КЛЛ выпускается на мощности 4…18 Вт при напряжении 220В. Предназначены для общего и местного освещения жилых, административных и производственных помещений.
Наряду с люминесцентными лампами низкого давления широкое применение нашли дуговые лампы высокого давления мощностью от 250 до 2000 Вт типа ДРЛ, ДРВ, ДРИ, ДНаТ. Дуговая ртутно-люминесцентная лампа ДРЛ состоит из кварцевой ртутной горелки, которая помещена в стеклянную колбу, покрытую изнутри люминофором (рис. 17.4). Баллон горелки изготовлен из термостойкого кварцевого стекла, хорошо пропускающего ультрафиолетовые лучи. Он заполнен аргоном с добавлением небольшого количества ртути. Внутри его установлены два основных неподогреваемых электрода 6 и два вспомогательных электрода 5, соединенных через активные сопротивления R с противоположными основными электродами. Последовательно с лампой включается дроссель Др.
При включении лампы создается тлеющий разряд между близко расположенными основными и вспомогательными электродами. Газ в горелке ионизируется, благодаря чему возникает дуговой разряд между основными электродами. Испарение ртути и нагрев аргона повышают давление внутри горелки до такой величины, при которой разряд в парах ртути сопровождается излучением преимущественно сине-зеленых и ультрафиолетовых лучей. С помощью люминофора, которым покрыта изнутри внешняя стеклянная колба лампы, ультрафиолетовые лучи преобразуются в видимое оранжево-красное излучение, дополняющее и исправляющее спектр излучения паров ртути.
Достоинствами дуговых ртутно-люминесцентных ламп являются возможность получения в небольшом объеме значительной световой мощности, надежное зажигание и работа при температуре окружающей среды до -35°С, так как разряд происходит без предварительного подогрева электродов, высокая светоотдача - 40...50 лм/Вт. Однако рабочий режим лампы устанавливается только после полного испарения ртути, на что уходит 5...7 мин. Повторное зажигание отключенной лампы возможно после полного ее остывания. Срок службы ламп ДРЛ достигает 10...15 тысяч часов. Они применяются для освещения улиц, территорий предприятий, некоторых производственных помещений.
Дуговая ртутно-вольфрамовая люминесцентная лампа ДРВ отличается от лампы ДРЛ тем, что вместо дросселя используется вольфрамовая нить накала, смонтированная внутри колбы и включенная последовательно с ртутно-кварцевой горелкой. Лампы ДРВ включаются в сеть непосредственно (как лампы накаливания). Световая отдача их невелика: 18...28 лм/Вт при сроке службы 3...5 тыс.часов.
Дуговая ртутная лампа с добавкой иодидов металлов ДРИ не имеет люминофора. Наличие дозированных добавок иодидов металлов позволяет получить излучение лампы, близкое к естественному свету. Светоотдача этих ламп достигает 68...95 лм/Вт, срок службы 1...10 тысяч часов.
Самыми экономичными современными электрическими источниками света являются дуговые натриевые лампы высокого давления типа ДНаТ. В стеклянной колбе лампы находится трубка из окиси алюминия, хорошо пропускающая световое излучение. По концам трубки размещаются вольфрамовые электроды, между которыми происходит дуговой разряд в парах натрия, ртути и ксенона. Световое излучение в парах натрия имеет характерную желто-оранжевую окраску. Для зажигания лампы необходимо специальное запускающее устройство, которое подает на электроды лампы высокое напряжение (до 4,5 кВ). Светоотдача лампы 100...130 лм/Вт, срок службы 10 тыс.ч. ДНаТ применяют для наружного освещения.
Рис. 17.4. Устройство (а) и схема включения (б) четырехэлектродной лампы типа ДРЛ: 1 - цоколь; 2 - внешняя колба; 3 - люминофор; 4 - ртутно-кварцевая горелка; 5 - вспомогательный электрод; 6 - основной электрод; R - активное сопротивление; Др – дроссель
Инфракрасным называется излучение с длиной волн от 760 до 106 нм, обладающее тепловым действием. Скорость переноса им тепла близка к скорости света. ИК-лучи способны проникать в глубь нагреваемого материала и выделять тепло не на поверхности, а внутри его. Это свойство успешно используется для сушки зерна (глубина проникновения до 2 мм), окрашенных деталей и особенно для обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, начиная с первых дней жизни. Коротковолновое ИК-излучение (до 1500 нм) проникает в тело животных до 25 мм, прогревая глубоколежащие ткани и органы, способствует расширению кровеносных сосудов и предупреждает переохлаждение. Длинноволновое излучение (более 3000 нм) быстро высушивает влажную шерсть и прогревает поверхностные слои кожи. В результате облучения повышается устойчивость организма к простудным заболеваниям, ускоряется рост и развитие молодняка.
ИК-излучение используется для сушки сельскохозяйственных продуктов, сушки и дезинсекции зерна, сушки лакокрасочных покрытий и пропиток. В качестве источников ИК-излучения можно применять обычные осветительные лампы накаливания или специальные инфракрасные лампы-термоизлучатели с пониженной температурой нити накала, что значительно увеличивает срок их службы (до 2000...5000 ч) и обеспечивает наибольшее излучение в инфракрасной части спектра.
Электропромышленность выпускает ИК-лампы типа ИКЗ на 220 В мощностью 500 Вт с зеркальным покрытием верхней части колбы для направленного излучения инфракрасных лучей, а также лампы ИКЗК, ИКЗС мощностью 250, 500 Вт. Нижняя часть колбы этих ламп покрыта красным (ИКЗК) или синим (ИКЗС) термостойким лаком, который значительно снижает интенсивность видимого излучения, раздражающего животных. Кроме того, выпускаются кварцевые лампы накаливания с йодным циклом типа КИ-220-1000, которые являются мощным источником (1000 Вт) инфракрасных лучей, и так называемые "темные '' термоизлучатели в виде керамических (типа ЭИС) или трубчатых нагревательных элементов (ТЭНов). ТЭН представляет собой металлическую трубку, внутри которой расположена нихромовая спираль, уложенная в изоляционную массу. Температура поверхности ТЭНа невелика - около 450°С, срок службы составляет 10000 ч.
Ультрафиолетовое излучение делится на три области:
- область А - длина волны 315...380 нм. Это излучение вызывает свечение некоторых веществ и продуктов определенным, характерным только для данного вещества цветом. Применяются для определения качества сельскохозяйственных продуктов (метод носит название люминесцентного анализа);
- область В - длина волны 280...315 нм. Это излучение оказывает антирахитное действие на живой организм, способствует образованию витамина Д из трудноусвояемого провитамина Д в подкожных клетках, повышению привесов и продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы. Предпосевная обработка семян УФ-лучами повышает их всхожесть, энергию прорастания и урожайность. Излучение в области В оказывает также эритемный эффект, то есть способно вызывать покраснение и загар кожи;
- область С - длина волны 200...280 нм. Это излучение оказывает бактерицидное действие (способно убивать бактерии) и применяется для стерилизации воздуха и воды, предохранения продуктов от порчи и для озонирования воздуха. На растения оно в большинстве случаев действует губительно.
В сельском хозяйстве в качестве источников ультрафиолетового излучения применяются ртутно-кварцевые лампы высокого давления типа ДРТ (дуговая ртутная трубчатая), люминесцентные эритемные лампы типа ЛЭ и дуговые бактерицидные типа ДБ.
Лампа типа ДРТ является источником излучения всех ультрафиолетовых лучей и части видимых. Колба лампы выполнена в виде трубки из кварцевого стекла со встроенными в ее концы вольфрамовыми электродами. Лампа заполнена аргоном с добавкой небольшого количества ртути. Для облегчения зажигания лампы вдоль ее наружной поверхности проложена полоска металлической фольги П (рис. 17.5), соединенная через конденсатор С3 с одним из электродов.
Рис. 17.5. Схема включения лампы типа ДРТ:
Др - дроссель; SВ - кнопка; С1, С2, СЗ - конденсаторы;
П - металлическая полоса; Л – лампа
Для создания повышенного поджигающего напряжения служит цепь из конденсатора С 1 и дросселя Др. При нажатии кнопки SВ в цепи наблюдается резонанс напряжений и напряжение на лампе повышается. В момент размыкания цепи в обмотке дросселя наводится значительная ЭДС, также приложенная к электродам лампы. В лампе возникает электрический разряд сначала в среде аргона, а по мере нагрева и испарения ртути - в ее парах. Рабочий режим лампы устанавливается через 8...15 мин. Роль металлической полосы П заключается в том, что между ней и правым по схеме электродом создается электрическое поле, способствующее движению заряженных частиц внутри лампы. Конденсатор С 2 служит для снижения радиопомех в момент замыкания и размыкания кнопки. Лампы ДРТ выпускаются мощностью 230,400 и 1000 Вт. Срок службы составляет 2000...2700 ч. В конце этого срока эритемный поток снижается почти вдвое по сравнению с начальным.
Люминесцентная эритемная лампа типа ЛЭ является источником ультрафиолетового излучения в областях А и В. Ее конструкция и схема включения такие же, как у осветительной люминесцентной лампы. Отличие состоит в том, трубка изготовлена из увиолевого стекла, хорошо пропускающего ультрафиолетовые лучи. Излучение люминофора имеет диапазон 280...380 нм с максимумом в пределах 310...320 нм. Выпускаются лампы типа ЛЭ мощностью 15 и 30 Вт и типа ЛЭР (рефлекторные) мощностью 40 Вт с внутренним отражателем. Срок службы лампы достигает 5000 ч.
Дуговые бактерицидные лампы типа ДБ устроены подобно эритемным, но не имеют люминофорного покрытия. Трубка изготовлена из увиолевого стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи с длиной волны 254 нм (область С). Излучение лампы оказывает сильное бактерицидное действие. Выпускаются лампы мощностью 30 и 60 Вт. Срок службы 2000...3000 ч.
Для одновременного ИК-обогрева и УФ-облучения молодняка животных и птицы применяются автоматизированные установки типа ИКУФ и " Луч ". В комплект установки ИКУФ входят 40 облучателей и пульт управления. Каждый облучатель имеет две лампы ИКЗК мощностью 250 Вт с рабочим напряжением 220 В и одну эритемную лампу типа ЛЭ мощностью 15 Вт на напряжение 127 В.
Принципиальная схема облучателя ИКУФ-1 приведена на рис. 17.6.
Рис. 17.6. Принципиальная схема облучателя ИКУФ-1: Ст - стартер; Др - дроссель: С - конденсатор; Л1,Л2 - ИК-лампы; ЛЗ - УФ-лампа; SА1, SА2 - переключатели; QF – выключатель
С помощью переключателей SА1 и SА2 ИК-лампы можно выключать, включать в сеть 220 В параллельно или последовательно. Напряжение 127 В для питания УФ-ламп получают от специальных понижающих трансформаторов.
Облучатели могут включаться вручную или автоматически с помощью двухпрограммных реле времени 2РВМ. Одна программа используется для управления инфракрасными лампами, вторая - ультрафиолетовыми.
Установка " Луч " отличается тем, что в ней предусмотрена возможность регулирования потока ИК-излучения путем изменения напряжения на лампах. Для этого используются специальные трехфазные автотрансформаторы.
Основная часть электроэнергии, потребляемой растениеводством в защищенном грунте, приходится на облучение растений. Для этой цели могут применяться обычные осветительные лампы (например ЛД, ДРЛ, ДРИ), но наиболее эффективными являются специальные фито - лампы,
спектральный состав излучения которых соответствует спектральной чувствительности листа зеленого растения. Промышленность выпускает газоразрядные фитолампы низкого давления типа ЛФ-40-1 для рассады томатов, ЛФ-40-2 - для рассады огурцов, лампы-светильники высокого давления ДРЛФ-400, ДРВ-750, ДРФ-1000. Основное отличие газоразрядных фитоламп от осветительных состоит в составе люминофора. Мощность ламп высокого давления 400...1000 Вт. Срок службы 2000...7000 ч. Для облучения растений используются также дуговые ртутные металлогалогенные лампы высокого давления типа ДРИ, ДМЗ, ДРОТ и ДМ4.