Разработка методики экспресс-оценки адгезионных свойств термореактивных материалов изоляции электрических машин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ладка является тепловым барьером, то она должна выравнивать температуру по объему прессформы.
При быстром нагреве пресс-формы, начальное распределение температуры, полученное с использованием асбестовых прокладок, расположенных по широким граням прессформы, представлено на рис. 3.1. При этом самый холодный участок отличается от самого горячего (не учитывая теплоизолирующей прокладки) на температуру не более 30 С вследствие высокой теплопроводности латуни и свидетельствует о правильности конструкции.
Для определения времени, необходимого для выравнивания температуры по объему прессформы проведен расчет постоянной времени нагрева.
Рис. 3.1 - Распределение температуры в пресс-форме с асбестовыми прокладками при быстром нагреве: 1 - теплоизолирующая прокладка, 2 -пресс-форма, 3 - испытуемые образцы, 4 - отверстия для с ТЭНами, 5 - воздушные зазоры
Рис. 3.2 - Распределение температуры в пресс-форме без асбестовых прокладок при быстром нагреве: 1 -пресс-форма, 2 - испытуемые образцы, 3 - отверстия для ТЭНов (с ТЭНами), 4 - воздушные зазоры
При расчетах использовались следующие условия:
Теплопередача ТЭНы - латунь л = P/S = 8*104 Вт/см2,
теплопередача латунь - воздух л = 8,7 Вт/см2,
теплопередача латунь - асбест л = 0,05 Вт/см2,
теплопередача латунь - образцы л = 0,5 Вт/см2,
Коэффициент теплопроводности латуни б = 110 Вт/(м*К),
Коэффициент теплопроводности асбеста б = 0,15 Вт/(м*К),
Коэффициент теплопроводности образцов б = 0,5 Вт/(м*К),
Плотность теплового потока ТЭНов qV = P/V = 63.7*106 Вт/м3.
Определение постоянной времени нагрева прессформы
Общий вид уравнения теплопроводности имеет вид:
(3.1)
где , , - теплопроводности по направлениям Ox, Oy, Oz,
-объемная плотность теплового потока,
-удельная теплоемкость при постоянном давлении,
- плотность материала,
Найдем постоянную времени нагрева прессформы, сделав следующие допущения:
распределение тепла по всему объему пресс-формы равномерное;
отдача тепла на границе латунь-воздух и теплоемкость постоянны и не зависят от времени.
, (3.2)
где С - общая теплоемкость пресс-формы,
б - коэффициент теплоотдачи с поверхности, - площадь поверхности, с которой тепло отдается в окружающую среду,
с - удельная теплоемкость,- масса пресс-формы,
с - плотность латуни,- объем пресс-формы.
Подставив численные значения в формулу, получим:
При расчете площади мы учитываем только 4 стороны из 6, т.к. две из них соприкасаются с асбестовой пластиной, передачи тепла через границу с которой практически не происходит.
Пример зависимости температуры от времени показан на рис. 3.3.
Рис. 3.3 - Зависимость температуры от времени
Определим мощность, которой будет достаточно, для нагрева установки с заданной скоростью.
,(3.3)
,(3.4)
где - промежуток времени, в течение которого подается мощность.
Приравняв формулы 3.2 и 3.3, получим
,(3.5)
откуда найдем необходимую мощность, равную 39 Вт.
Если бы поверхность пресс-формы не была ограничена асбестовыми листами и целиком соприкасалась с воздухом, то при сохранении подобной кривой изменения температуры (рис. 3.1), время установления температуры на заданной отметке было бы равно 1,5 часа, но мощность, необходимая на это увеличилась бы до 114 Вт.
3.2 Настройка ПИД коэффициентов регулирования
Как отмечено выше (разд. 2.3.2), температура пресс-формы, нагреваемой с помощью ТЭНов, наиболее точно может регулироваться с использованием ПИД регулирования прибора Термодат. Современные модели приборов Термодат способны автоматически настраивать ПИД коэффициенты, но в модели, которая использовалась в данной работе, такая возможность отсутствовала. Ниже показано, каким образом определялись ПИД коэффициенты.
Назначение ПИД коэффициентов - в поддержании заданного значения x0 некоторой величины x с помощью изменения другой величины u. Значение x0 называется уставкой, а разность e = (x0 ? x) - невязкой или рассогласованием.
Выходной сигнал регулятора u определяется тремя слагаемыми:
, (3.6)
где Кp, Кi, Кd - коэффициенты усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих регулятора, соответственно.
На рис. 3.4 представлен пример изменения температуры прессформы при нагреве в случае отсутствия настройки ПИД коэффициентов Кр, КI, Кd. В данном случае не работают логические составляющие ПИД регулятора (КI, Кd), отчего система не может принимать поправку, учитывающую внешнее воздействие. Поэтому на рисунке мы видим, что экспериментальная кривая так и не достигает заданной температуры.
После проведения начальной настройки ПИД коэффициентов (Кр= 1 С, КI= 1300 с, Кd = 260 с) динамика изменения температуры значительно изменилась (рис. 3.5).
Пропорциональный коэффициент Кр отвечает за непосредственное регулирование температуры, измеряется в градусах Цельсия. Он не учитывает влияние внешних факторов, поэтому могут следующие отклонения:
недостигнута заданная температура (это имеем на рис. 3.4);
неточная выдержка заданной температуры.
Рис. 3.4 - Изменение температуры прессформы в случае отсутствия настройки ПИД коэффициентов
Интегральный коэффициент КI накапливает среднее значение отклонений от заданной температуры на заданном промежутке времени, измеряется в секундах. Зная среднее отклонение, интегральная сос