Электрификация сельскохозяйственного производства

Вид материала

Методическая разработка

Содержание Автоматическое управление сельскохозяйственными электроустановками

Подобный материал:

• Примерные программы Специальные дисциплины примерная программа дисциплины основы сельскохозяйственного, 1349.6kb.
• Ректору мгау им. В. П. Горячкина Сысоеву, 10.58kb.
• Экономике и организации сельскохозяйственного производства, 289.96kb.
• Экономический механизм обеспечения устойчивого развития сельскохозяйственного производства, 903.09kb.
• Концепция эффективного развития сельскохозяйственного производства и создания цивилизованного, 180.11kb.
• Примерная программа учебной дисциплины основы материаловедения и технология общеслесарных, 139.57kb.
• Курс лекций по дисциплине: «Охрана окружающей среды и энергосбережение» Городок 2011, 1856.27kb.
• Событие: совещание «Опроблемах и перспективах развития сельскохозяйственного производства, 866.9kb.
• Институциальные преобразования сельскохозяйственного производства в аграрном секторе, 346.66kb.
• Агрохолдинг как направление устойчивого развития сельскохозяйственного производства, 144.96kb.

и .

3. По данным опыта определить производительность (П) и КПД () водонагревателя, а также удельный расход электроэнергии (А) и стоимость подогрева (К) 1 л. воды от температуры нач. до температуры кон.

4. Исследовать зависимость величины потенциала на корпусе водонагревателя от схемы питания и наличия или отсутствия зануления.


Методика выполнения работы


При изучении устройства и принципа действия электронагревательных установок для получения горячей воды и пара используйте литературу, плакаты. При этом обратите внимание на принципиальные различия, достоинства и недостатки, область применения элементных и электродных, проточных и непроточных водонагревателей, водогрейных и паровых котлов.

Перед началом эксперимента ознакомьтесь с устройством водонагревателя, используемого в работе. Запишите его технические данные: количество фаз, размер электродов, расстояние между ними. Залейте в бак воду и вычислите её объём. Соберите схему (рис. 9).




Рис. 8.



Рис. 9.


Получив разрешение преподавателя, включите водонагреватель и запишите показания термометра, амперметров и вольтметра. Повторяйте измерения через каждые 2…3 мин. до тех пор пока вода не нагреется до температуры, заданной преподавателем (60…80⁰С). На основании полученных данных вычислите мощность и удельное сопротивление воды для каждого момента времени. Результаты измерений и расчётов занесите в табл. 10 и постройте графики.



Рис. 10


Таблица 10


Результаты эксперимента

Объём воды V=… л.

Номер по порядку	Измерено						Вычислено
	t		U	I1	I2	I3	Iср	P
	мин	0С	В	А	А	А	А	кВт	Ом*см

Расчёт водонагревателя рекомендуется вести по следующим формулам.

Ток:

Мощность, потребляемая из сети:

, кВт

Средняя мощность за рабочий период:

,

где Р_нач. и Р_кон. – мощность соответственно в начале и в конце опыта, кВт. _о


Удельное сопротивление воды:

, Ом*см,

где а и в – соответственно ширина и высота электродов, см;

– расстояние между электродами, см (рис. 10).

Производительность непроточного нагревателя при нагреве воды от температуры нач. до температуры кон.:

,

где V – объём воды, л;

t – продолжительность нагрева, мин.

КПД нагревателя:

,

Удельный расход энергии на нагрев 1 л. воды:

, кВт*ч/л.

Стоимость нагревателя 1л. воды:

, к.

где С – стоимость 1 кВт*ч электроэнергии (при расчётах принять С=1к/кВт*ч).

Величину потенциала на корпусе водонагревателя относительно «земли» измеряют вольтметром, включённым между корпусом и нулевым проводом сети. Замерить потенциал нужно в следующих случаях:

- питание трехфазное, корпус изолирован;

- питание трехфазное, корпус занулен;

- питание двухфазное (обрыв одной фазы), корпус занулён;

- питание двухфазное, корпус изолирован.

Результаты измерений занесите в табл. 11. Сделайте выводы.


Таблица 11


Результаты измерений

Схема питания	Потенциал, В, на корпусе
	изолированном	занулённом
Трехфазное
Двухфазное

Контрольные вопросы


1. Каковы преимущества электрических водонагревателей по сравнению с огневыми?

2. Какие существуют типы электрических установок для получения горячей воды и пара?

3. Каков принцип действия элементных водонагревателей?

4. Что такое ТЭН и как он устроен?

5. Как устроены и работают электродные водонагреватели?

6. Какими достоинствами и недостатками обладают элементные и электродные, проточные и непроточные водонагреватели?

7. От чего зависит мощность электродного водонагревателя и почему она изменяется при нагревании воды?

8. Как регулируется мощность электродных котлов в процессе работы?

9. Какой материал применяется для изготовления электродов и от чего зависит его выбор?

10. Для каких целей используются элементные водонагреватели и электродные котлы?

11. Какие специальные меры безопасности следует соблюдать при монтаже и эксплуатации электрических водонагревателей?


Содержание отчёта


1. Наименование и цель работы.

2. Типы электрических водонагревателей, водогрейных и паровых котлов сельскохозяйственного назначения и их краткая характеристика.

3. Исследование зависимости мощности электродного водонагревателя и удельного сопротивления воды от температуры: схема соединений (рис. 9); технические данные водонагревателя, используемого в работе; результаты эксперимента (табл. 10); графики и .

4. расчёт эксплуатационных показателей работы электродного водонагревателя (производительности, КПД, удельного расхода электроэнергии и стоимости нагрева 1 л. воды).

_о 5. Исследование условий электробезопасности при работе электродного водонагревателя: результаты измерений (табл. 11); выводы.


Лабораторная работа №5


АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАМИ


Цель работы


1. Ознакомьтесь с элементами и техническими средствами автоматики.

2. Ознакомьтесь со схемами управления и работой автоматизированных установок.


Элементы теории


Автоматизация – одно из решающих направлений научно-технического прогресса. Внедрение методов и средств автоматизации способствует резкому повышению производительности труда, увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости сельскохозяйственной продукции.

Высшей формой автоматизации является автоматическое управление, при котором специальные устройства без участия обслуживающего персонала обеспечивают рациональное протекание технологических процессов.

В конструктивном отношении любая система автоматического управления (САУ) состоит из ряда взаимосвязанных частей, предназначенных для выполнения специальных функций и называемых элементами.

Основными элементами являются:

- объект управления (ОУ) – устройство (или совокупность устройств), которое осуществляет тот или иной технологический процесс и в котором необходимо поддерживать в заданных пределах или изменять в определенном направлении показатели процесса – регулируемые (управляемые) величины. Объектами управления могут быть сельскохозяйственные машины и орудия, животноводческие помещения, птицефабрики, инкубаторы, теплицы, нагревательные, осветительные и облучательные установки, водокачки и т.д. Регулируемыми величинами в них могут быть температура, влажность, давление, уровень (воды, зерна, кормов и т.п.), освещенность и др.;

- воспринимающий фактическое значение регулируемой величины (чувствительный) орган системы (ВО);

- задающий орган, или задатчик, (ЗО), с помощью которого устанавливаются требуемые значения, пределы или законы изменения регулируемых величин;

- сравнивающий орган (СО), которое сопоставляет заданное и действительное значения регулируемой величины и в случае их рассогласования выбирает сигнал, поступающий на усиливающий орган (УО) системы, задачей которого является преобразование этого сигнала в более мощный и воздействие на исполнительный орган;

- исполнительные органы (ИО) изменяют подачу (или расход) вещества или энергии в ОУ, компенсируя влияние на него внешних факторов (возмущающих воздействие).

В состав САУ могут входить также корректирующие, логические, вычислительные и другие элементы, контрольно-измерительные приборы, регистраторы, индикаторы, сигнальные и защитные устройства.

в реальных САУ функции отдельных элементов или их совокупности исполняют специальные устройства, именуемые техническими средствами автоматики. К ним относятся различные датчики, реле, командоаппараты, а также двигатели, электромагниты, электронагреватели, лампы и др. Так, в качестве ИО используются нагревательные устройства и лампы, насосы и вентиляторы с электроприводом, заслонки в совокупности с электромагнитом и т.д. Магнитные пускатели, контакторы выполняют функцию УО.

Датчиками систем автоматики принято называть устройства, выполняющие функции измерения регулируемых величин. В состав датчиков входят задающее и сравнивающее устройства. Во многих случаях совместно с измерительным органом выполняется специальное устройство, преобразующее неэлектрическую величину на входе измерительного органа в электрическую величину на его выходе.

В большинстве своём датчики являются контактными устройствами, принцип действия которых основан на замыкании или размыкании контактов под действием перемещения, в которое предварительно преобразуется регулируемая величина.

В системах автоматического управления сельскохозяйственными установками используются:

- жидкостные (ртутно-контактные), биметаллические, дилатометрические, манометрические, полупроводниковые датчики температуры;

- психрометрические, гигроскопические и полупроводниковые датчики влажности;

- мембранные, поплавковые, электродные датчики уровня;

- мембранные, сильфонные, поршневые датчики давления;

- оптические датчики;

- датчики механического перемещения.

Устройство и принцип действия некоторых датчиков описаны в рекомендованной литературе.

Другой многочисленной группой технических средств автоматики являются релейные устройства.

Реле представляет собой электрический аппарат, в котором при плавном изменении какого-либо физического фактора на входе (ток, напряжение и др.) происходит скачкообразное изменение параметров на выходе.

При автоматическом управлении электроустановками находят применение контакторы и магнитные пускатели, промежуточные реле, реле времени, программные устройства.

Наиболее широко применяются электромагнитные реле, которые могут служить размножителями, усилителями, преобразователями сигналов. К ним относятся контакторы и магнитные пускатели, а также включаемые между датчиками и контакторами промежуточные реле.

Разновидностью электромагнитных реле являются герконы – герметизированные магнитоуправляемые контакторы.

Для создания определенной временной задержки при передаче сигнала от одного элемента автоматики к другому предназначены реле выдержки времени.

Наиболее широкое применение нашли пневматические, маятниковые, моторные реле времени.

Программные устройства представляют собой разновидность реле времени и обычно дают возможность задавать несколько независимо сравнительно больших выдержек времени (до нескольких часов и даже суток). Они используются в качестве задающих органов в системах автоматического управления такими технологическими процессами, которые протекают по определенному графику, программе (приготовление и раздача кормов, навозоудаление, облучение и т.п.). В сельскохозяйственном производстве нашли применение реле времени типов ВС-10 и 2РВМ, а также многоцепные командные приборы типов МКП, КЭП-12У, КЭЧА-12 и др.

Для графического представления систем пользуются электрическими схемами, которые делятся на функциональные, структурные, принципиальные и др.

Функциональные схемы отражают взаимодействие элементов автоматики в процессе их работы. Отдельные элементы на такой схеме изображаются прямоугольниками, а существующие между ними связи – прямыми линиями со стрелками, показывающими направление происхождения сигнала, функциональное назначение элементов зашифровывается буквенными символами, например, объект управления – ОУ, воспринимающий (чувствительный) орган – ВО и т.д. Название каждого органа в сокращённой форме записывается в прямоугольник или рядом с ним.

Структурные схемы показывают взаимосвязь составных частей автоматической системы и характеризуют их динамические свойства. При разработке структурной схемы отвлекаются от физической природы регулируемой величины и от конкретной аппаратуры, а на схеме отображают лишь математическую модель процесса управления. Систему делят на элементарные звенья в зависимости от вида математического уравнения, связывающего выходную величину каждого звена с входной. Внутри прямоугольника, изображающего звено, указывается математическая зависимость между выходной и входной величинами каждого звена. Связи между звеньями изображают в виде стрелок, указывающих направление и точки приложения взаимодействий.

Порядок построения и изображения принципиальных схем описан в лабораторной работе №2 «Аппараты управления и защиты электроустановок».


Программа работы


1. Ознакомьтесь с элементами САУ и их функциями.

2. Изучить назначение, устройство и принцип действия датчиков температуры, влажности, давления, уровня, а также оптических датчиков, конечных и путевых выключателей.

3. Изучить назначение, устройство и принцип действия электромагнитных реле, реле времени, программных устройств.

4. Ознакомиться с назначением и видами схем автоматики.

5. Изучить работу и схемы управления автоматизированной башенной и безбашенной водокачки, вентиляционной установкой.

6. Настроить программное реле ВС-10 в соответствии с заданным графиком выполнения технологических операций и опробовать систему в действии.


Методика выполнения работы


Для ознакомления с элементами САУ, техническими средствами и схемами автоматики используйте литературу, стенды, плакаты.

Основываясь на полученной информации, заполните табл. 12-14.


Таблица 12


Функциональные элементы САУ

Название элемента	Обозначение на функциональной схеме	Выполняемая функция	Наименование технического средства

Таблица 13


Технологические датчики

Измеряемая величина	Наименование датчика в соответствии с принципом действия

Таблица 14


Релейные устройства

Наименование	Выполняемая функция
Контактор, магнитный пускатель
Промежуточное реле
Реле времени
Программное устройство

Схема автоматизированной вентиляционной установки приведена на рис. 11. При повышении температуры в помещении контакт 3-1 датчика температуры ДТ замыкается, катушка магнитного пускателя ПМ обтекается током, а контакты его замыкаются, включая электродвигатель М и вентилятор В. По мере поступления в помещение холодного воздуха температура в нём понижается. Контакт 1-2 ДТ замыкается. При этом записывается катушка реле РП и размыкается его контакт в цепи катушки ПМ. Вентилятор останавливается. Далее цикл работы повторяется.

На рис. 12 показана схема автоматического регулирования пополнения водонапорного бака с беспоплавковым (электродным) датчиком уровня. Её применяют в неотапливаемых водонапорных башнях, где из-за образования в баке льда поплавковые датчики уровня использовать нельзя.

Система работает следующим образом. Если уровень воды в напорном баке находится ниже отметки НУ («нижний уровень»), ток в цепи катушки промежуточного реле РП отсутствует, катушка магнитного пускателя ПМ получает электропитание через замкнутый контакт РП, контакты ПМ замкнуты, двигатель включён, насос Н подаёт воду в бак. По мере наполнения бака уровень воды поднимается, и при достижении отметки ВУ («верхний уровень») включается катушка реле РП, что приводит к размыканию его контактов в цепи катушки ПМ и отключению электронасосного агрегата от сети. Подача воды в напорный бак прекращается. При снижении уровня воды вследствие поступления её потребителям из воды выйдет сначала электрод 3У. Однако никаких изменений в работе элементов схемы не произойдёт, так как реле РП будет получать питание через замкнутый контакт РП. И только после того, как из воды выйдет электрод 2У, обесточится реле РП, замкнёт размыкающий контакт РП и магнитный пускатель ПМ включить двигатель.