Светотехника и электротехнология лекция

ТЭН — 123/456

1.под 1 показывают развёрнутую длину тэна.

2.Условное обозначения длинны контактного стержня.

3.Наружный диаметр оболочки

4.Мощность в кВт.

5.Условное обозначение для нагреваемой среды.

6.Номинальное напряжение.

Выбор тэна.

1. Расчётная мощность.Ррасч

2. Определяем количество тэнов. тэн = Ррасч

Ртэн

3. По скольку установки 3х фазные, то количество выбранных тэнов должно быть кратным трём. По допустимой удельной мощности.

1. Определяем необходимую площадь поверхности нагрева. П = Ррасч

ул

2. Выбираем стандартный тен. тэн = П

Апон

..17 Стальные нагреватели 13.03.2013.

Используется в низкотемпературных электротермических процессах (рабочая температура не превышает 40 градусов Цельсия).

Достоинства:

1. Дешевизна. Недостатки:

1.Не постоянный температурный коэффициент сопротивления, отсюда может быть бросок пускового тока.

2.Наличие поверхностного эффекта.

3.Наличие внутренней индуктивности, потому коэффициент мощности (cos) ниже единицы.

..18 Нагревательные провода и кабели.

Нагревательные провода применяют в рассредоточенных низкотемпературных тепловых процессах. Используется для электрообогрева пола, прогрев грунта и воздуха в теплицах, подогрева водопроводов на вводе в здание.

Жила проводов и кабелей изготовлена из оцинкованной малоуглеродистой стали. Изоляция поливинилхлорид.

Рабочая температура 50, а некоторых до 200 градусов. Удельная поверхностная мощность от 100 ватт до 1 киловатта.

Расчёт нагревательных проводов.

Исходные данные: напряжение, провод с диаметром, удельное падение напряжения, допустимая удельная поверхностная мощность, расчётная мощность, которую надо обеспечить. Задача, найти длинну.

Для однофазных расчётная мощность — мощность установки. Для трёхфазных расчётная мощность — мощность одной фазы.

7. Проверка на допустимую удельную поверхностную мощность раб = ≤ доп.

расч

8. Определяем длину провода приходящуюся на одну фазу ф = расч.

9.Если 3х фазная, то находим ещё общую длину пр = ф 3.

10.Находим конечную мощность нагревателя ф = раб ф.

11.Если 3х фазная уст = раб пр.

..19 Электродуговой нагрев.

Электрическая дуга — устойчивый самостоятельный разряд газа или парах металла, характеризующийся высокой плотностью тока и низким значением катодного падения напряжения.

Поскольку в ионизированных газах нету переноса вещества, то процесс может идти как на постоянном так и на переменном токе.

Основную роль для поддержания электрической дуги играет ионизация соударения, а также есть фотоионизация и термоэлектронная эмиссия.

Максимальную температуру при электродуговом нагреве имеет анод: поскольку к нему приходят наиболее лёгкие и наиболее подвижные электроны с большем запасом кинетической энергии.

К катоду приходят положительно заряженные ионы, которые более тяжелые и с меньшем запасом кинетической энергии.

Эффекты сопровождающие горение электрической дуги.

1.Большое выделение тепла на электродах.

2.Высоко интенсивное инфракрасное излучение.

3.Мощный поток видимого света.

4.Интенсивное ультрафиолетовое излучения. Признаки классификации электрической дуги:

1.Род среды в котором происходит дуговой разряд:

1.Открытая дуга горящая на воздухе.

2.Закрытая дуга.

3.Дуга горящая в среде защитных газов.

2.Род тока.

1.Постоянного тока. Бывает прямой и обратной полярности. Прямая полярность, при свариваемая деталь анод, где и выделяется большинство тепла. Обратная полярность, при сварки большая часть тепла выделяется на катоде.

2.Переменного тока.

3.Трёхфазного тока.

Впервой области работает большая часть хозяйственных сварочных аппаратов.

..20 Внешние характеристики источников питания электрической дуги.

1.Мягкая.

2.Жесткая.

3.Возрастающая.

1.25 ≤ кз ≤ 2

раб

кз = 1.4качественно

раб

Устойчивое горение дуги обеспечиваются правильным выбором внешной характеристики источника питания. При падающей статической ВАХ дуги источник питания должен иметь более мягкую характеристику.

При работе на участках 2 и 3 ВАХ дуги источник питания должен иметь жесткую характеристику.

Короткое замыкание является одним их рабочих режимов при зажигание дуги, источник питания должен при этом устойчиво работать.

Требования к сварочным аппаратам:

1.Надёжное зажигание дуги.

2.Устойчивое горение (на переменном токе обеспечиваются большой индуктивностью сварочного трансформатора).

3.Возможность регулирования величины сварочного тока.

Способы регулирование величины сварочного тока:

1.Изменение полного сопротивления вторичной цепи.

2.Изменение вторичного напряжения.

3. Изменение длинны дуги.

Для устойчивого поддержания горения дуги в материал электродов вводят элементы с низким потенциалом ионизации.

ном ПВ = 60 … 65%.у = 5мин.

1. С независимым возбуждением. Когда магнитные потоки обмоток направлены согласно, то внешняя характеристика получается жесткая. Когда магнитные потоки обмоток направлены встречно, то внешняя характеристика получается мягкой.

2. Генераторы с самовозбуждением. Когда магнитные потоки обмоток направлены согласно, то внешняя характеристика получается жесткая. Когда магнитные потоки обмоток направлены встречно, то внешняя характеристика получается мягкой.

Выпрямители, используют диодный мост. Для регулирования постоянного тока присутствуют понижающий трансформатор в котором можно переключать обмотку со звезды в треугольник, а также перемещать их относительно друг друга.

..21 Индукционный нагрев.

= − ФФарадей-Максвел

= Джоуля-Ленса.

Нагрев осуществляется: Металлическое тело помещают в переменное магнитное поле, которое индуцирует (наводит) в нём вихревые токи. Упрощённо индуктор и нагреваемая деталь можно представить воздушным трансформатором, в котором первичная обмотка это индуктор, а вторичная обмотка и нагрузка

— это нагреваемая деталь (металлическое тело). Индукционный нагрев — это прямой способ нагрева.

Ответ на вопрос явление поверхностного эффекта!!!↓

П = Е Н = Вектор пойтинга.

Е = Е0 − 0- напряженность электрического поля на поверхности нагреваемого металла (детали).

Н = Н0 − 0- напряженность магнитного поля на поверхности нагреваемого металла (детали).

1.Нагрев металлических деталей перед последующей закалкой.

2.Плавка металлов (индукционная печь).

3.Косвенный нагрев воды (Металлический проводник обвёрнут вокруг металлической трубы).

..23 КПД при индукционном нагреве.

Э 1+ 2+ 3

1– количество тепла полезно пошедшее на нагрев детали.2– тепловые потери с поверхности детали.

3– теплота выделяемая в проводе индуктором.

Тепловой КПД увеличивается:

1.С увеличением толщины тепловой изоляции нагреваемой детали.

2.С увеличением скорости нагрева.

3.С уменьшением температуры, до которой нужно нагреть изделие.

Электрический КПД увеличивается:

1.С уменьшением воздушного зазора между индуктором и нагреваемой деталью.

2.С увеличением удельной проводимостью провода индуктора.

3.С увеличением частоты тока индуктора.

4.С увеличением относительной магнитной проницаемости и удельного сопротивления нагреваемой детали.

..24 Коэффициент мощности при индукционном нагреве.

Коэффициент мощности в нагреваемой детали cos = 0,707 = , так как напряженность полей сдвинуты на 45 градусов и → 45 .

Как правило у индукторов коэффициент мощности cos = 0,3. . .0,4 Его можно посчитать по формуле cos = 503√2af

где: а — воздушный зазор.

..25 Режимы индукционного нагрева.

1. Поверхностный.

Первый участок — слой материала, который нагревается вихревыми токами. Второй участок — нагрев за счёт теплопроводности изделия.

2. Глубинный. При нагреве, величина 0не должна быть больше толщины нагреваемого изделия, иначе будут нерациональные потери энергии. Первый участок — слой материала, который нагревается вихревыми токами.

зак ≤ 0 ном

Удельная поверхностная мощность = 2 10−4 ( )2 √ = кВтм2

Коэффициент поглощения мощности √, определяет мощность, которая

выделиться в детали.

..26 Диэлектрический нагрев.

Осуществляется в высокочастотном электрическом поле. Материал помещается в высокочастотное электрическое поле. Связанные заряды начинают переориентироваться под действием внешнего электрического поля (эффект носит название поляризации). По скольку внешнее электрическое

поле изменяется с высокой частотой, то связанные заряды в материале при своём перемещении начинают сталкиваться между собой и это проявляется нагревом материала. Если частота не достаточна велика, то нагрева не будет.

Применение диэлектрического нагрева:

1.Для нагрева диэлектриков.

2.Для нагрева полупроводников.

3.Для нагрева проводков второго рода.

Данный нагрев целесообразен для нагрева материалов с плохой теплопроводностью. В данном способе нагреве теплота выделяется сразу по всему объему.

= 5,55 10−11 2 = Втм3

2 - параметры установки.- параметры материала.

При определённой частоты f и и могут иметь максимальное значение, при которых будет иметь максимальное значение.

Особенности диэлектрического нагрева.

Это избирательный нагрев.

Это прямой нагрев, по скольку энергия электрического поля преобразуется в тепло непосредственно в самом нагреваемом материале.

Это объемный нагрев, так как тепло образуется сразу во всём объеме материала.

Достигается высокая концентрация мощности в единице объема нагреваемой среды, что позволяет значительно интенсифицировать производственные процессы, в частности процесс сушки материала.

Максимальная температура и максимальная влажность создаётся внутри высушиваемого объема. На поверхности материала температура и влажность минимальны. Большая концентрация влаги внутри материала (влага перемещается к поверхности) и большая температура внутри объема (давление внутри материала тоже максимальна) — всё это ускоряют процесс сушки (перемещение влаги к поверхности материала)

..27 Электрические тепловые насосы 10.04.2013.

П1— теплота холодного спая.

0— количество тепла поглощаемая из вне.

Т— количество тепла переходящая (передаваемая) к холодному спаю за счёт теплопроводности от горячего спая.

П1 = 0 + + 0,5

0,5 — по скольку приняли, что тепло Джоуля-Ленса выделились на 2х p-n переходах.

П1 = е 1П2 + 0,5 = + В

П2 = 2= В − 0- затрачиваемая мощность.

Р = е(2 − 1) + 2

Потребляемая термоэлементом мощность расходуется на преодоление термоЭДС и активного

сопротивления.

1 = В − 0

В = 0T- отопительный коэффициент. 0 = охл

Отопительный коэффициент тем выше, чем выше разность Т2— Т1.

Для эффекта охлаждения ток в цепи не должен превышать порогового значения. Если ток будет превышен, то теплота Джоуля-Ленса будет преобладать над теплотой Пельтье и n-p переход станет не охлаждаться, а нагреваться.

Для одновременного перехода всех электронов с метастабильного уровня в первоначальное (исходное), достаточно хотя-бы одному электрону сообщить энергию МС.

Схема лазера с рубиновым стержнем.

1.Катушка.

2.Лампа.

3.Отражающая поверхность.

4.Частично отражающая поверхность.

В результате отражения излучения от поверхности 3 и 4 происходит увеличение числа электронов в метастабильном состояние (накачка лазера). Итог — когерентное излучение выходящее через пластину 4.

Сфокусировав когерентное излучение получаем лазерный луч.

..31 17.04.2013.

Типы лазеров:

1.Твердотельные с оптическим возбуждением.

2.Полупроводниковые. Генерация происходит в области p-n перехода.

3.Жидкостные. Генерация происходит в жидких растворах.

4.Газовые. Генерация подобна разрядным лампам.

Режимы работ лазера:

1.Непрерывный. 10-100 Ватт.

2.Импульсный. 100 кВт — 100000 кВт.

Особенности лазерного нагрева:

1.Наибольшая плотность мощности вне нагрева.

2.Передача энергии на расстояние в виде светового луча в любой оптически прозрачной среде.

3.Бесконтактный нагрев.

4.Плавная регулировка мощности.

Области применения:

1.Резка, сварка, закалка.

2.Для разрушения сверхпрочных горных пород.

3.В медицине для глазных операций, из-за стерильности лазерного луча.

4.В сельском хозяйстве, при выведение новых сортов растений, может меняться свойства зерен (предпосевная обработка семян, стимулирует рост и развитие растений). Пред-инкубационная обработка яиц.

..32 Инфракрасный (ИК) нагрев.

Инфракрасный нагрев осуществляется длинами волн оптического излучения в диапазоне от 0,76 до 120 мкм.

Фе = - энергия фотона (почему нагревает). Данные длины волн очень хорошо поглощается телами. Инфракрасное излучение обладает тепловым действием потому, что оно очень хорошо поглощается нагреваемыми объектами.

В основе инфракрасного нагрева лежат законы излучения абсолютно чёрного тела.