Сергеев Валерий Сергеевич 10 страница

Подготовка устройства управления комплектного

«Климатика‑1» типа ТСУ‑2-КЛУ3 к работе

1. Перед вводом устройства в эксплуатацию необходимо убедиться в его исправности. Для этого следует проверить визуально состояние монтажа, пайки, целостность комплектующих изделий, наличие заземлений.

2. Проверить величину электрического сопротивления изоляции между силовым клеммником и корпусом. Величина сопротивления изоляции в нормальных климатических условиях должна быть не менее 5 МОм. Проверку произвести мегомметром на напряжение 500 В.

3. Проверить правильность сборки схемы подключения методом «прозвонки» омметром.

4. Подать напряжение на устройство, включить автоматический выключатель QF2, при этом должен загораться светодиод «Включено». Если светодиод не светится, с помощью переносного вольтметра убедиться в наличии напряжения во всех фазах питающей сети. В случае наличия напряжения поменять две фазы на входе блока переключателя.

5. Установить переключатель режима работы S3 (ПУ) в положение «Ручн.», а резистор R3 «Ручное управление» в крайнее левое положение. Включить автоматический выключатель QF3 и проверить возможность регулирования выходного напряжения в ручном режиме. Контролировать напряжение и ток.

После проверки резистор R3 «Ручное управление» вернуть в крайнее левое положение.

6. Провести коррекцию баланса моста. Для этого с помощью ртутных или спиртовых термометров измерить температуру воздуха вблизи термопреобразователей. Резистором R6 и переключателем S1 «Установка температуры» установить среднее значение температуры, соответствующее измеренным значениям. Установить резистор R2 «Аварийное отклонение температуры» в положение ±2 °С, а резистор R1 «Минимальное напряжение» – в крайнее левое положение.

Переключатель режима работ S3 (ПУ) установить в положение «Авт.». Резистором R82 «Баланс» (СУР) добиться загорания светодиода «Норма» и значения напряжения на выходе устройства (40...50 %) U_с.

7. Убедиться в срабатывании световой сигнализации «Жарко», «Норма», «Холодно» при отклонении уставки температуры на ±2 °С от установленного значения, а также в срабатывании сигнализации «Аварийное отключение температуры». При этом резистор R2 «Аварийное отклонение температуры» должен быть установлен в положение ±2 °С.

8. Проверить возможность регулирования выходного напряжения в автоматическом режиме при изменении установки температуры. При этом контролируются фазные напряжения и токи на выходе устройства вольтметром и токоизмерительными клешами.

9. Исходное положение органов управления и настройки после подготовки к работе:

- органы настройки, расположенные на плате СУР настроены на заводе-изготовителе в соответствии с требованиями технических условий;

- выключатели QF1, QF2, QF3 (G) - в положении «Откл.»;

- переключатель режима работы S3 (ПУ) - в положении «Авт.», что соответствует отжатому положению кнопки переключателя;

- рукоятка резистора R1 «Минимальное напряжение» - в крайнем левом положении;

- переключатель «Датчики» - в положении, соответствующем количеству подключенных термопреобразователей;

- диапазон переключателя S1 (ПУ) и рукоятка резистора R6 «Установка температуры – в соответствии с требуемым значением температуры;

- рукоятка резистора R2 «Аварийное отклонение температуры» в положении, соответствующем допустимому по зоотехническим требованиям значению.

Характерные неисправности и методы их устранения

Характерные неисправности и методы их устранения приведены в табл. 12.2.

Т а б л и ц а 12.2. Характерные неисправности и методы их устранения.

Наименование неисправности, внешние проявления и дополнительные признаки	Вероятные причины	Метод устранения
1. Автоматические выключатели исправны, но на выходе напряжение отсутствует	Отсутствуют импульсы на тиристорах. Нет контакта в разъемах.	Проверить наличие импульсов. Контакты в разъемах «прозвонить» омметром. Восстановить контакт.
2. Нарушен режим автоматического регулирования скорости вращения вентиляторов: вентиляторы вращаются на максимальной скорости. Задатчик температуры не влияет на скорость вращения. Горят светодиод «Жарко» и лампа «Аварийное отклонение температуры»	Обрыв в цепи термопреобразователя.	Перейти на режим работы с меньшим числом термопреобразователей. Обнаружить и устранить обрыв. При изменении длины линии необходимо провести балансировку моста.
3. Нарушен режим автоматического регулирования скорости вращения вентиляторов: напряжение на выходе устройства минимальное, горит светодиод «Холод» и лампа «Аварийное отклонение температуры», задатчик температуры не влияет на скорость вращения вентилятора.	Короткое замыкание или нарушение изоляции в цепи преобразователя.	Устранить короткое замыкание и утечки в цепи термопреобразователей. При выходе из строя термопреобразователя отключить его и перейти на режим работы с меньшим числом термопреобразователей.
4. Нет напряжения на выходе устройства. Не работает система управления: сигнализация отсутствует, органы управления и регулировки не влияют на работу устройства.	Перегорел предохранитель системы управления.	Заменить предохранитель.

Продолжение табл. 12.2

5. Срабатывает защита при правильном чередовании фаз. Тусклое свечение элементов световой индикации.	Вышел из строя источник питания ±15 В (контрольная точка Х5).	Заменить диоды V5 и V6 источника (плата СУР).
6. Выходное напряжение несимметрично по фазам при зарегулированном режиме работы тиристоров.	Пробит один или оба тиристора данной фазы.	Проверить тиристоры методом «прозвонки», неисправные заменить.
7. Выходное напряжение несимметрично по фазам в режиме максимально открытых тиристоров.	Обрыв в цепи управления одного из тиристоров фазы.	Проверить цепь управления, неисправность устранить.

Примечание. При замене вышедшего из строя тиристора необходимо соблюдать следующие условия:

а) между тиристором и охладителем устанавливается электроизоляционная теплопроводная прокладка, которая не должна иметь трещин, сколов, проколов; поверхность охладителя должна быть чистой и гладкой;

б) тиристор стягивается болтами с крутящим моментом 20 Нм на каждый болт;

в) в случае применения в качестве электроизоляционной прокладки полиамидной пленки, необходимо установить пленку между двумя фольгированными прокладками.

Работа 13. Исследование работы проволочного
отрытого нагревательного элемента

Цель и порядок выполнения работы

Цель работы: 1. Исследовать зависимость установившейся температуры проволочного открытого нагревательного элемента от силы тока, конструкции и условий охлаждения.

2. Определить опытным путем коэффициенты монтажа и среды.

При выполнении работы необходимо: 1. Ознакомиться с основными паспортными данными оборудования и измерительных приборов рабочего места.

2. Проверить электрическую схему лабораторной установки для опытного снятия температуры проволочного открытого нагревательного элемента в зависимости от различных условий.

3. Исследовать зависимость установившейся температуры от силы тока t_уст = f₁(I) для нагревательных элементов: прямой проволоки, проволочной спирали без каркаса; проволочной спирали, навитой на керамический каркас. Определить коэффициенты монтажа К_м для указанных нагревателей.

4. Снять для проволочной спирали без каркаса зависимость установившейся температуры от скорости воздуха t_уст = f₂(V) при I = const. Определить коэффициенты среды К_с при различной скорости воздушного потока для проволочной спирали без каркаса.

5. Изобразить графически зависимости t_уст = f₁ (I) при V = 0,
t_уст = f₂ (V) при I = const и К_с.с = f₃(V) для спирали без каркаса.

Объект и средства исследования

На рабочем месте смонтирована лабораторная установка, в которой объектом изучения и исследования является проволочный открытый нагревательный элемент в трех исполнениях: прямая проволока, проволочная спираль без каркаса и проволочная спираль, навитая на керамический каркас.

Основные параметры проволочных открытых нагревательных элементов:

- прямая проволока: материал - нихром, диаметр проволоки 1 мм, длина - 800 мм; сопротивление проволоки при температуре 20 °С - 1 Ом;

- проволочная спираль без каркаса - диаметр 10 мм, шаг спирали 2,5 мм;

- проволочная спираль, навитая на изоляционный каркас - диаметр спирали 10 мм, шаг спирали 4 мм;

Материал и длина проволоки спиралей такие же, как и прямой проволоки.

Средствами исследования служат: два лабораторных автотрансформатора ТV1, ТV2 типа ЛАТР‑2М; трансформатор напряжения ТV3, имеющий первичное напряжение 220 В, вторичное 12 В; амперметр PA типа Э59 электромагнитной системы с пределами измерения 5, 10А; анемометр крыльчатый АСО‑3 с диапазоном измерения средней скорости направленного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с.

Рабочее задание

1. Начертить принципиальную электрическую схему лабораторной установки (рис. 13.1) и таблицы 13.1, 13.2 результатов опытов (измерений и вычислений). Записать характеристики и паспортные величины объекта и средств и средств исследования.

2. Собрать цепь в соответствии со схемой (рис. 13.1) с использованием монтажных проводников и подсоединить её к силовому настенному щиту с фазным напряжением 220 В. После разрешения преподавателя включить установку в сеть, а затем приступить к непосредственному выполнению опытов по снятию зависимости t = f(t) для проволочного открытого нагревательного элемента.

3. Изменяя величину тока с помощью автотрансформатора ТV1 (от 4 до 8 А через 1А), снять показания контрольно-измерительных приборов. Данные измерений (напряжения U по вольтметру, тока I по амперметру) занести в таблицу 13.1.

Поддерживая постоянную величину тока (I = 6А) с помощью автотрансформатора ТV1 и изменяя величину напряжения подаваемого на электродвигатель бытового электровентилятора, (скорость воздушного потока от 1 до 5 м/с через 1 м/с), снять показания контрольно-измерительных приборов. Данные измерений (напряжения U по вольтметру, тока I по амперметру) занести в таблицу 13.2.

Рис. 13.1. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки.

Т а б л и ц а 13.1. Результаты опытов по испытанию открытого нагревательного элемента (скорость воздушного потока V = 0).

№ п.п.

I

Прямая проволока

Спираль без каркаса

Спираль с каркасом

U

R

tуст

Км.п

U

R

tуст

Км.с

U

R

tуст

Км.к

A

B

Ом

°С

–

B

Ом

°С

–

B

Ом

°С

-

Т а б л и ц а 13.2. Результаты опытов по испытанию открытого проволочного
нагревательного элемента (I = 6А = const).

№ п.п.	V	Прямая проволока	Спираль без каркаса	Спираль с каркасом
U	R	tуст	U	R	tуст	Кс.с	U	R	tуст
м/с	В	Ом	°С	В	Ом	°С	-	В	Ом	°С

4. По результатам проведенных опытов вычислить и записать в таблицы 13.1 и 13.2 следующие величины: установившееся превышение температуры открытого проволочного нагревательного элемента под температурой окружающей среды t_уст, коэффициентов монтажа К_м.п (прямая проволока), К_м.с. (спираль без каркаса), К_м.к. (спираль с каркасом) и коэффициента среды К_с.с (спираль без каркаса).

5. По полученным данным построить графические зависимости t_уст = f₁ (I) при V = 0, t_уст = f₂ (U) при I = const, К_с.с = f₃ (V) для спирали без каркаса.

Программа подготовки к выполнению рабочего задания

1. Изучить необходимые разделы в рекомендуемой литературе [10, гл. IV, с. 63...108], [23, 2.3, c.96...99]

2. Записать паспортные данные проволочного открытого нагревательного элемента следующих видов: прямой проволоки, проволочной спирали без каркаса, проволочной спирали, навитой на керамический каркас.

3. Записать формулы необходимые для расчета величины сопротивления нагревательного элемента R при данном значении тока, установившегося превышения температуры нагревательного элемента над температурой окружающей среды t_уст, коэффициентов монтажа К_м и среды К_с.

Методические указания по выполнению рабочего задания

и обработке результатов эксперимента

1. Перед включением установки в сеть необходимо убедиться в надежности соединения монтажных проводников.

2. При работе с электроустановкой необходимо соблюдать правила техники безопасности и эксплуатации электроустановок потребителей.

3. При измерениях следить за показаниями приборов и не перегружать их.

4. Результаты расчетов по данным опытов вычислять:

- величина сопротивления нагревательного элемента при данном значении тока:

R = U / I,

где U - показания вольтметра, В

I - показания амперметра, А.

В свою очередь, сопротивление нагревательного элемента в зависимости от температуры:

R = R₂₀ (1 + a t_уст),

где R₂₀ = 1 Ом - сопротивление проволоки при температуре 20 °С;

a - температурный коэффициент сопротивления (для нихрома a = 0,000165 °С).

Тогда:

- коэффициент монтажа для нагревателя в виде прямой проволоки К_м.п.= 1;

для нагревателя в виде спирали без каркаса:

К_м.с = t_уст.п / t_уст.с,

для нагревателя в виде спирали с каркасом:

К_м.с = t_уст.п / t_уст..к,

где t_уст.п., t_уст.с. и t_уст.к - соответственно установившаяся температура нагревателя в виде прямой проволоки, нагревателя в виде спирали без каркаса и с каркасом на одном и том же значении силы тока.

- коэффициент среды:

К_с.с = t_уст.п / t_уст.с,

где t_уст.п, t_уст.с - соответственно установившаяся температура нагревателя в виде прямой проволоки и нагревателя в виде спирали без каркаса при одном и том же значении скорости воздушного потока.

5. При построении кривых изменения установившегося значения температуры нагревательного элемента от силы тока t_уст = f₁(I) при V = 0, установившегося значения температуры нагревательного элемента от скорости воздушного потока t_уст = f₂ (V); при I = const и коэффициента среды от скорости воздушного потока К_с.с. = f₃ (U) для спирали без каркаса по оси абсцисс откладывается соответственно значения тока I, скорости воздушного потока V, а по оси ординат - значения установившейся температуры t_уст, коэффициента монтажа К_с.с.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит установившаяся температура нагревательного элемента?

2. Что учитывают коэффициенты монтажа и среды, как они определяются?

3. Для каких условий коэффициенты монтажа и среды приняты равными единице?

4. Где и как используются коэффициенты монтажа и среды?

5. От чего зависит теплоотдача нагревательного элемента?

6. Какие материалы и почему можно рекомендовать для изготовления нагревательных элементов следующих электронагревательных устройств: обогрева пола, закалочной печи, печи низкого отпуска, калорифера, обогрева почвы в теплицах.

Основные положения при исследовании работы
проволочного открытого нагревательного элемента

Конструкции нагревателей отличаются большим разнообразием, которое объясняется различием условий работы, значения мощности и других условий. В большинстве случаев нагреватели выполняют с электрической изоляцией и защитными устройствами, поэтому они безопасны в работе и могут применяться для нагрева любых сред, в том числе и агрессивных. Герметизация нагревателей от воздуха и нагреваемой среды позволяет значительно продлить срок их службы и избежать влияния на саму среду. По исполнению различают открытые, закрытые и герметические нагреватели.

В открытых нагревателях нагревательный элемент открыт для доступа воздуха или нагреваемой среды. Такие нагреватели применяются в электрических печах, брудерах, калориферах, обогревателях почвы, в высокотемпературных установках с преимущественно лучистой теплопередачей, а также в бытовых приборах и других установках, если это допускается технологией нагрева, условиями безопасности, сроками службы. Достоинством таких нагревателей является простота устройства, хорошие условия теплоотдачи. Для увеличения механической прочности проволочные электронагреватели размещают на керамических трубках или стержнях.

В электротепловых установках в качестве нагревательных элементов применяются проводники круглого и прямоугольного сечения. Материалы, из которых изготовляют элементы должны отвечать следующим требованиям: обладать большим удельным сопротивлением, высокой жаростойкостью и жаропрочностью, малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, быть технологичными, хорошей обрабатываемостью и малой стоимостью. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают хромоникелевые (нихромы) и железо-хромоалюминиевые (фехраль) сплавы. Для низкотемпературных установок нагревательные элементы часто изготавливают из недефицитной стальной оцинкованной проволоки. Однако из-за большого температурного коэффициента электрического сопротивления, интенсивного окисления при высокой температуре и нестандартности электрических свойств расчет стальных нагревательных элементов затруднителен.

Провод для нагревательного элемента выбирают по силе тока и температуре нагрева. Имеются экспериментальные (табличные или графические) зависимости между токовыми нагрузками на проводники, их температурами и размерами сечения. Эти зависимости получают обычно для проволок, натянутых горизонтально в спокойном воздухе при температуре 20 °С для каждого материала проволоки.

Переход от табличных условий к реальным осуществляется введением опытных поправочных коэффициентов. Сначала определяют рабочий ток нагревателя по формулам:

- для однофазных установок:

- для трехфазных установок:

где Р - мощность установки, кВт;

U - питающее фазное напряжение, В;

n - число нагревателей, подключенных к одной фазе.

Затем выбирают материал нагревательного сопротивления и желаемую рабочую температуру нагревателя, которая в самых тяжелых условиях работы не должна превышать допустимую для выбранного нагревательного сплава. В таблицах приведена расчетная (фиктивная) температура t_расч, соответствующая табличным условиям для нагревателя, изготовленного в виде прямой проволоки, расположенной горизонтально в спокойной воздушной среде при температуре 20 °С. При этом влияние конструкции нагревателя и окружающей среды на его установившуюся температуру учитывают коэффициентами монтажа К_м и среды К_с соответственно.

t_расч = К_м К_с t_уст.

Коэффициент монтажа К_м учитывает ухудшение теплоотдачи от нагревателя и, следовательно, увеличение его температуры в реальном нагревателе по сравнению с табличными условиями. Коэффициент К_м всегда меньше единицы и только для табличных условий равен единицы.

Коэффициент среды К_с учитывает улучшение теплоотдачи вследствие влияния нагреваемой среды, создающей отличающиеся от табличных условия работы. Величина К_с всегда больше единицы.

При расчете нагревательных элементов по рабочему току диаметр проволоки d нагревателя определяют по экспериментальным зависимостям установившейся температуры нагревателя t_уст от силы тока I, снятым для различных диаметров (площади сечения S) проволоки нагревателя. Необходимую длину проволоки на один нагреватель находят по выражению:

где Q_д - действительная температура окружающей среды, °С.

Температура нагревательных элементов - один из основных факторов, обуславливающих срок их службы. При нагреве на поверхности элементов образуется окисная пленка, которая защищает глубинные слои материала от окисления. Для каждого материала установлена максимально допустимая рабочая температура: нихром – 900…1100 °С, фехраль – 800…1000 °С, константан – 250 °С, стальная оцинкованная проволока - 300 °С.

Если температура нагревателя превышает максимально допустимую для данного материала, то процесс окисления резко усиливается и срок службы нагревателя сокращается.

Согласно теории нагрева однородного тела, процесс нагрева элементов током, проходящим по ним, описывается уравнением:

где t - превышение температуры нагревателя над температурой окружающей среды (перегрев), °С;

t_уст - установивший перегрев нагревательного элемента, °С;

t – время протекания тока, с;

Т_н - постоянная времени нагрева, с;

t_о - начальный перегрев нагревательного элемента.

В установившемся режиме мощность Р, подводимая к нагревателю, равна тепловому потоку с его поверхности в окружающую среду:

К Р = Q = К I U = К I ² R = t_уст А,

где А – теплоотдача нагревателя в окружающую среду при разности
температур нагревателя и окружающей среды 1 °С, Вт / °С × с;

К - коэффициент пропорциональности (в системе Си К = 1).

Отсюда следует, что установившаяся температура нагревателя:

t_уст = К Р / А

прямо пропорциональна подведенной к нему мощности (квадрату протекающего тока I) и обратно пропорциональна теплоотдаче А с его поверхности.

Теплоотдача нагревательного элемента зависит от его конструкции (прямая проволока, проволочная спираль без каркаса, проволока, навитая на изоляционный каркас либо другие) и условий окружающей среды (неподвижный воздух, поток воздуха, вода, молоко, масло и т.д.).

Работа 14. Исследование работы трубчатых
электронагревателей (ТЭНов)

Цель и порядок выполнения работы

Цель работы: 1. Изучить устройство, принцип действия, технические данные, принцип монтажа и эксплуатации трубчатых электронагревателей.

2. Исследовать зависимость температуры ТЭНов от удельной поверхностной мощности в различных средах.

При выполнении работы необходимо: 1. Изучить устройство, принцип действия, технические данные, правила монтажа и эксплуатации ТЭНов.

2. Измерить сопротивление изоляции ТЭНа.

3. Проверить электрическую схему лабораторной установки для опытного снятия температуры поверхности ТЭНа в зависимости от различных условий.

4. Исследовать зависимость установившейся температуры поверхности ТЭНа от удельной мощности t_уст = f (P_уд) в неподвижном воздухе и воздушном потоке при скорости воздуха 3, 4 и 5 м/с.

5. Изобразить графически зависимость t_уст = f (P_уд) для перечисленных условий работы ТЭНа при номинальном напряжении 220 В.

Объект и средства исследования

На рабочем месте смонтирована лабораторная установка, в которой объектом изучения и исследования является ТЭН для нагрева воздуха с намотанной на поверхности трубки алюминиевой лентой. Основные параметры ТЭНа: номинальная мощность до 1 кВт, номинальное напряжение 220 В.

Средствами исследования служат: два лабораторных трансформатора TV1 и TV2 типа ЛАТР‑2М, вольтметр PV типа Э59 электромагнитной системы с пределами измерения 150, 300 В; амперметр PA типа Э59 электромагнитной системы с пределами измерения 5, 10А; бытовой электровентилятор любого типа, создающий скорость направленного воздушного потока до 5 м/с; мегомметр типа М4100/3 магнитоэлектрической системы на 500 В с диапазоном измерений от 0 до 1000 кОм и от 0 до бесконечности по МОм; термопара с указателем температуры: анемометр крыльчатый АСО‑3 с диапазоном измерения средней скорости направленного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с.

Рабочее задание

1. Начертить принципиальную электрическую схему лабораторной установки (рис. 14.1) и таблицу 14.1 результатов опытов (измерений и вычислений). Записать характеристики и паспортные величины объекта и средств исследования.

Рис. 14.1. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки.

Т а б л и ц а 14.1. Результаты опытов и расчетов

Скорость воздушного потока, м/с	Измерения	Вычисления
U	I	La	Dн	tуст	Р	Руд
В	А	см	см	°С	Вт	Вт/см2