🗊Презентация Основные положения электротехнологии

Казахский Агротехнический Университет им. С.Сейфуллина Энергетический факультет Лектор: к.т.н., доцент Бабко А.Н. Дисциплина: Электротехнология Цель курса: Формирование системы знаний и научно – технических основ рационального использования электрической энергии, при обогреве и технологических процессах, для решения инженерных производственных задач

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ Курс «Электротехнология» является одной из основных дисциплин профессионального цикла. Относится к числу фундаментальных дисциплин, определяющих своим содержанием профессиональную подготовку специалистов. С учетом уровня развития науки, техники, современного состояния электротехнологии и ее теоретической базы данный курс объединяет и систематизирует наиболее важные принципы в данной области. Изучение данного курса позволит приобрести знания и навыки необходимые для успешной производственной деятельности.

Изучение дисциплины “Электротехнология” позволит приобрести навыки и компетенции необходимые для дальнейшей успешной профессиональной деятельности

Литература Основная литература: 1. А.М. Басов и др. Электротехнология. Учебное пособие.- М.: Агропромиздат, 1985. 2. А.В. Суворин. Электротехнологические установки. Красноярск: СФУ (Лань), 2011. 2. В.А. Карасенко, Е.М. Заяц, А.Н. Баран. Корко В.С. Электротехнология.- М.: Колос, 1992. 3.Глушков А.М. Юдаев И.В. Электротехнология. – Волгоград: Волгоградская ГСХА,2008. 4. Амерханов Р.А., Бессараб А.С., Драганов Б.Х. Теплоэнергетические установки и системы с.х.- М: Колос-Пресс, 2002. 5. Бабко А.Н. Электромеханика и электротехническое оборудование. Учебное пособие. - Астана: КАТУ,2009. 6. Бабко А.Н. Электротехнология. УМК дисциплины -Астана: КАТУ, 2010.

Литература Дополнительная литература: 1. Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология: Учебное пособие.- М.: Колос, 1975. 2. Утешев У. Электртермиялық, қондырғылардың теориялық және жобалау негіздері. - Алматы: Каз УАУ, 1996. 3. Гайдук В.Н., Шмигель Г.В. Практикум по электротехногии.-М: Агропромиздат, 1989. 4. Болотов А.В., Шепель Г.В. Электротехнологические установки.- Алматы, 1992. 5. Утешев У. Электротермические установки в животноводстве. Учебное пособие.- Алма-Ата: Каз СХИ,1988. 6. Печагин Е.А., Зарандия Ж.А. Электрооборудование электротермических установок.- Тамбов: Тамбовский ГТУ, 2008. 7. Серапулов Ф.Н. и др. Электротехнологическая виртуальная лаборатория. – Екатеринбург, 2003.

Сведения о дисциплине и задания (о/о) для специальности 5В081200 Электротехнология в с/х - предмет цикла ПД/ОК, количество кредитов -3, семестр 6, всего часов – 135. Предусмотрены следующие виды работы: лекции; лабораторно-практические занятия, курсовая работа; самостоятельная работа (СРС), отчетность по всем видам работы; рубежные контроли; итоговый контроль - экзамен. Курсовая работа выполняется по индивидуальному заданию, может быть по теме предлагаемой студентом (в рамках темы будущего ДП). РК1 и РК2 предусматривают выполнение расчетных заданий (в каждом рубежном контроле 4-5 заданий). СРС выполняется согласно заданий указанных вОЛ-6, с использованием выше приведенной литературы. Для специальности 5В071800 – Электроэнергетика, дисциплина называется « Электротехнология», предмет цикла БД/КВ, количество кредитов -3, семестр 6, всего часов – 135. Предусматриваются все виды работ, за исключением курсовой работы

Задание на рубежный контроль 1 (о/о) 1. Расчет элементных нагревателей (гл.6. ОЛ 5 или гл.4.1 ОЛ 6). Изучить материал. Задание из приложений. Привести краткие сведения, расчет, схему соединения нагревателей, схему включения нагревателей в сеть. 2. Расчет электродного нагревателя с регулированием мощности (гл.4.2. пр.2 ОЛ 6 или любой электродный нагреватель из ОЛ 5) Изучить необходимый материал, привести краткие теоретические сведения, расчет, схему включения и схему управления. 3. Расчет и выбор ТЭНов (гл.4.3 из ОЛ6).Изучить требуемый материал, привести краткие сведения, расчет, привести эскиз ТЭНа, схему их размещения. 4. Расчет тепловых режимов электронагревательных установок. (ОЛ 5, из ОЛ 6 гл.4.4). Изучить требуемый материал, привести общие положения теплового расчета, расчет, привести эскиз ЭНУ, схему их размещения. 5. Расчет электрокалориферных установок. (ОЛ 6, гл.4.5). Изучить необходимый материал, провести расчет, провести компоновку ТЭН, привести технические характеристики схему управления. (возможна замена: расчет электрообогреваемых полов, трубопроводов, кровли и др.)

Задания на рубежный контроль 2 (о/о) 1. Расчет установок диэлектрического нагрева. (гл.4.8 ОЛ 6). Изучить необходимый материал (ОЛ 5,6 и др.), привести теоретические сведения, расчет, функциональную и принципиальную схему. Исходные данные можно принять самостоятельно, гл.4.8 ОЛ 6). 2. Расчет и выбор трансформаторов для электроконтактного нагрева (гл.4.9 ОЛ 6). Изучить необходимую литературу, привести теоретические сведения, произвести расчет, привести схемы. 3. Расчет индукционных установок (гл.4.11, 4.12 ОЛ 6, на выбор). Мощность установки принять по своему варианту. Изучить материал, провести расчет, разработать схему включения и управления. 4. Расчет систем микроклимата (ОЛ 6, гл.4.10). Изучить литературу по данному вопросу. Для расчета, предлагается использовать данные объекта по ДП или КР. После расчета мощности необходимо выбрать оборудование и разработать схему питания и управления. Предусмотреть энергосберегающие системы и установки. 5. Электротехнология : УЗ обработка материалов; электролизные установки; электроимпульсные устройства; электронно-ионные технологии; электронно-лучевой нагрев; ионный нагрев; лазерный нагрев; термоэлектрический нагрев. (на выбор студентов, одна из тем. Привести функциональные схемы, пояснить принцип работы, привести порядок расчета, по возможности расчет.

Сведения о дисциплине и задание на к.р. (з/о, д/о) Электротехнология - предмет цикла профессиональных дисциплин, количество кредитов -3, всего часов – 135. Предусмотрены следующие виды работы: лекции; лабораторно-практические занятия, контрольная работа; самостоятельная работа, отчетность по всем видам работы; итоговый контроль - экзамен. В контрольной работе предусматривается выполнение заданий. исходные данные и номер варианта приведены в ОЛ [5,6]. 1. Расчет и выбор сечения проводов и кабелей по условиям нагрева. Для выполнения задания необходимо изучить материал гл.1 и 2 ОЛ [5] или материал по данной теме из других источников. Исходные данные гл.2.5 ОЛ [5]. В схеме произвести замену согласно своему варианту. Например, вариант 3, производим замену 3 и 6 номеров нагрузки (3+3), если более 9-10 вычитаем. При двухзначном номере, согласно цифрам. Вместо заменяемых двигателей установить электронагреватель любого типа и щит освещения (согласно варианту, №15, ЩО 1,5 кВт и т.д.). Все двигатели Заменить на серию 4А близкую по мощности табл.2.2, привести маркировку.

Задание на контрольную работу (з/о, д/о) 2. Расчет электронагревательной установки (гл.6. ОЛ 5 или гл.4.1 ОЛ 6) Изучить материал ОЛ 5,6. Задание из приложений. Привести краткие теоретические сведения, расчет, схему соединения нагревателей, схему включения нагревателей в сеть. 3. Расчет электродного нагревателя с регулированием мощности (гл.4.2. пр.2 ОЛ 6 или любой электродный из ОЛ 5) Изучить необходимый материал (ОЛ5,6), привести краткие теоретические сведения, расчет, схему включения и схему управления. 4. Расчет установок диэлектрического нагрева. (гл.4.8 ОЛ 6). Изучить необходимый материал (ОЛ 5,6 и др.), привести теоретические сведения, расчет, функциональную и принципиальную схему. Исходные данные принять самостоятельно, гл.4.8 ОЛ 6). 5. Расчет установок индукционного нагрева. (гл.4.11, 4.12 ОЛ 6, на выбор). Мощность установки принять по своему варианту, задания 2 или 3. Изучить материал, расчет, схема включения и управления. 6. Расчет и выбор трансформаторов для электроконтактного нагрева (гл.4.9 ОЛ 6). Изучить необходимую литературу, привести теоретические сведения, произвести расчет, привести схемы.

1. Основные положения электротехнологии Тема 1: Основные положения и понятия электротехнологии. Все основные стационарные процессы в промышленности и в с. х. производстве выполняются с помощью электрической энергии. Она сравнительно легко передается на большие расстояния и представляет собой наиболее доступный, надежный и универсальный энергетический источник, позволяющий получать энергию других видов. В зависимости от вида применяемой энергии, характера протекающих процессов, и действующих сил различают электротехнологию, биотехнологию, химическую и др. Электротехнология – область науки и техники, изучающая приемы, способы и средства выполнения производственных процессов, использующих электрическую энергию непосредственно или с предварительным преобразованием в другие виды. Технологические процессы, связанные с преобразованием электрической энергии в тепловую и ее использованием, объединяют термином «электротермия».

1. 1 Основные положения электротехнологии Под электротехнологией понимают применение электрической энергии, в технологических процессах любого производства, виде электрических и электромагнитных полей, электрических разрядов и импульсов непосредственно на обрабатываемые материалы, живые организмы и растения. Электротехнология позволяет исключить промежуточные преобразования электрической энергии в другие виды, что повышает эффективность ее применения в различных технологических процессах. В электротехнологии принято различать следующие направления: - технология обработки электрическим током; - электронно-ионная технология; - электроимпульсная технология. К первому типу относятся процессы в которых преобладают явления электроосмоса и электрофореза, использование электрического тока в химической промышленности и металлургии, для стимуляции роста растений и т.д. Второе направление имеет большее распространение и используется как в промышленности, так и в с.х. производстве (например, при сортировке мелких материалов и зерновой продукции). Поле коронного разряда используется: для электризации различных аэрозолей , при этом, оседание частиц аэрозолей увеличивается на 20-40%; для аэроионизации воздуха (10 в 14,15 степени), восстанавливает защитные свойства живого организма; Для электрофлокирования. Примером электроимпульсных методов может служить электрогидравлический эффект (разрушение твердых материалов), электроискровая обработка материалов, электроимпульсные заградительные устройства и др.

Преимущества выплавки стали в дуговых печах (пример направления 1) к П.1.1 требует меньших капиталовложений отличается более низкими показателями удельной энергоемкости (2,3 против 5,5 Гкал/т), отличается гибкостью в использовании различных видов металлошихты, характеризуется меньшими издержками производства, расходом сырьевых материалов, выбросами в окружающую среду, быстрее реагирует на изменение потребностей по сортаменту и качеству проката, определяемых рынком потребителей. В результате 20-летнего совершенствования технологии плавки стали в дуговых печах, продолжительность плавки сократилась с 180 до 40 мин, уменьшился расход электроэнергии с 630 до 290 кВтч/т и металлографитовых электродов - с 6,5 до 1,2 кг/т

Конструкция ДСП (пример направления 1) к П.1.1

Принцип работы ионизатора воздуха (пример направления 2) к п.1.1

На ионизирующие электроды подается ток высокого напряжения. Под его влиянием на электродах образуется разряд, и с них начинают «стекать» электроны. При взаимодействии электронов с атомами и молекулами кислорода в непосредственной близи от электрода образуются легкие отрицательные ионы кислорода, которые расширяющимся конусом движутся от иголок ионизатора на расстояние 3-4 метра. При «стекании» с электродов ионизатора электроны «прилипают» к молекулам кислорода, образуя поток заряженных частиц, который иногда называют аэроионным ветром. Поскольку электроны и отрицательные ионы сталкиваются и захватывают с собой нейтральные молекулы и положительные ионы, сила потока не всегда говорит об уровне ионизации. Иногда при сильном потоке уровень ионизации может быть невелик и наоборот. Точно определить уровень ионизации можно только специальным прибором - ионометром. На ионизирующие электроды подается ток высокого напряжения. Под его влиянием на электродах образуется разряд, и с них начинают «стекать» электроны. При взаимодействии электронов с атомами и молекулами кислорода в непосредственной близи от электрода образуются легкие отрицательные ионы кислорода, которые расширяющимся конусом движутся от иголок ионизатора на расстояние 3-4 метра. При «стекании» с электродов ионизатора электроны «прилипают» к молекулам кислорода, образуя поток заряженных частиц, который иногда называют аэроионным ветром. Поскольку электроны и отрицательные ионы сталкиваются и захватывают с собой нейтральные молекулы и положительные ионы, сила потока не всегда говорит об уровне ионизации. Иногда при сильном потоке уровень ионизации может быть невелик и наоборот. Точно определить уровень ионизации можно только специальным прибором - ионометром. Ионизатор воздуха (пример направления 2, к п.1.1)

Пример направления 3, к П.1.1 Электрогидравлические установки могут быть использованы как для крупнокускового, так и для очень тонкого дробления, вплоть до коллоидного. Электрогидравлические установки применяются и для нанесения лака. Работа на этих установках требует строгого соблюдения правил техники безопасности.  Электрогидравлические установки используют для выбивки стержней из стальных, чугунных отливок, отливок из цветных сплавов. Эти установки могут быть использованы в единичном, мелкосерийном и серийном производстве. Наиболее целесообразно их применение для выбивки стержней из крупных и средних отливок. Пример направления 3, к П.1.1 Электрогидравлические установки могут быть использованы как для крупнокускового, так и для очень тонкого дробления, вплоть до коллоидного. Электрогидравлические установки применяются и для нанесения лака. Работа на этих установках требует строгого соблюдения правил техники безопасности.  Электрогидравлические установки используют для выбивки стержней из стальных, чугунных отливок, отливок из цветных сплавов. Эти установки могут быть использованы в единичном, мелкосерийном и серийном производстве. Наиболее целесообразно их применение для выбивки стержней из крупных и средних отливок.

1.2 Особенности с.х.предприятий Сельскохозяйственные предприятия, как объекты теплоснабжения имеют характерные особенности, к которым в первую очередь относятся: - низкая плотность тепловых нагрузок и большое удаление потребителей, что обуславливает широкое распространение децентрализованных систем теплоснабжения от топливных котельных, обладающих целым рядом известных недостатков; - большая неравномерность нагрузки и малый коэффициент использования максимума, что сопровождается перерасходом топлива в периоды провалов нагрузки; - для нормальной жизнедеятельности животных, птиц, и растений необходимы оптимальные параметры микроклимата, не допускающие резких колебаний. В сельскохозяйственном производстве большинства развитых стран электроэнергия широко используется в качестве источника тепла. например, в 70- 80-х годах на тепловые нужды производства и быта приходилось в Австрии – 40%, в Германии -55%, в США – в пределах 50% от общего потребления электроэнергии сельским хозяйством. Причем, удельный вес электроэнергии, используемой на электрическое и тепловое снабжение, продолжает расти быстрыми темпами и составляет в настоящее время существенную часть энергетического баланса. Потребность в энергоресурсах удваивается через каждые 10…15 лет. Рост производства сельхозпродукции сопровождается возрастанием энергоемкости технологий её производства. Так, прирост сельскохозяйственной продукции на 1% требует увеличения расхода энергоресурсов на 2…3 %. Такой рост энергетических затрат характерен для большинства промышленно развитых стран. Например, в США (в конце 90 годов и начале 2000 г.) удвоение урожаев сопровождалось 10-кратным увеличением расхода энергии.

1.3 Особенности с.х.преприятий По данным ВИЭСХ в общем балансе энергии, затрачиваемой на получение сельскохозяйственной продукции в расчёте на одного человека, доля тепловой энергии доходит до 90%. Из общей потребности сельского хозяйства в различных видах энергии на долю тепловой приходится порядка 65 %. Широкое применение электроэнергии для электрификации тепловых процессов сдерживается недостаточной мощностью электрических станций и пропускной способностью сельских сетей, ограниченной номенклатурой и объёмом выпускаемого электротермического оборудования, а также не всегда грамотным решением вопросов применения электрического нагрева, что не позволяет получить от электронагрева максимальный экономический эффект. До недавнего времени считалось, что электронагрев сопровождается перерасходом энергетических ресурсов из-за потерь при двукратном преобразовании энергии топлива (сначала в электрическую на электростанции, а затем в тепловую в электротермической установке). Однако в результате всесторонних исследований установлено, что при электронагреве первичные энергоресурсы, наоборот, экономятся. При этом, необходимо учитывать социальные и экологические аспекты применения электротехнологических процессов и операций в различных секторах экономики, особенно в агропромышленном секторе.

1.4 Особенности с.х. предпрятий длительный опыт использования ЭТУ в с.х. производстве показывает их положительный эффект : - повышение продуктивности животноводства и птицеводства, снижение падежа животных (птицы) и удельного расхода кормов. Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации электроотопительных установок показывает, что использование электрической энергии позволяет с большой точностью поддерживать необходимые условия микроклимата в помещениях, на 15…20% увеличить суточные приросты при откорме скота, снизить на 20…25% расход кормов, снизить на 10…15 % - падеж молодняка и увеличить на 30 % яйценоскость кур; - в быту сельских жителей (приближение образа жизни к городскому), уменьшения трудозатрат в зависимости от особенностей традиционных систем теплоснабжения; - благотворное влияние микроклимата на строительные конструкции животноводческих помещений, на технологическое, электросиловое и осветительное оборудование; - высвобождение работников, обслуживающих мелкие котельные и огневые установки; - выравнивание суточных и сезонных графиков электрической нагрузки. Использование тепловых нагрузок в качестве потребителей- регуляторов электрических графиков является чрезвычайно эффективным; - уменьшение стоимости передачи электрической энергии от районных подстанций к потребителю, с увеличением электропотребления в хозяйствах при электротеплоснабжении; - значительное снижение трудоемкости при обслуживании систем электротеплоснабжения по сравнению с обслуживанием индивидуальных и групповых систем; - высокая фондоотдача, так как именно этот показатель для электроотопительного оборудования в сельском хозяйстве в 2…3 раза выше, чем любого другого оборудования.

1.5 Способы нагрева В электротермии в зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую различают: нагрев сопротивлением, дуговой нагрев, индукционный нагрев, диэлектрический нагрев, электронный нагрев, нагрев излучением оптического квантового генератора (лазера), плазменный нагрев, термоэлектрический нагрев. Применение электрической энергии для генерации теплоты обеспечивает: возможность концентрации большой энергии в малых объемах, вследствие чего могут быть получены высокие температуры, недостижимые при других способах теплогенерации; возможность иметь большие скорости нагрева и компактность конструкции электротермических установок; возможность регулирования значения температуры и зоны её распределения в рабочем пространстве электротермической установки, что позволяет осуществлять равномерный нагрев в больших объёмах материалов и изделий (при прямом электронагреве) или избирательный нагрев (при поверхностной закалке, при зонной плавке), создавая при этом благоприятные условия для автоматизации теплового и технологических процессов

1.6 Способы нагрева Под термином электрический, подразумевается прямой электронагрев, при котором, энергия электромагнитного поля преобразуется в тепловую в нагреваемом материале. Прямой электронагрев применим к токопроводящим средам и материалам. Косвенный электронагрев, отличается от выше указанного тем, что электрическая энергия преобразуется в тепловую в специальных нагревательных устройствах, а от них тепло за счет теплопроводности, конвекции, излучения или их комбинации, передается нагреваемой среде. В связи с этим, электрическим можно назвать только прямой нагрев. При косвенном нагреве отсутствует воздействие электричества непосредственно на нагреваемый материал и используется лишь электрический способ получения тепла. Способы преобразования электрической энергии в тепловую различают по основным признакам: виду греющего электрического тока или электромагнитной волны; способу создания электрического тока или электромагнитной волны; частоте тока или поля.

1.7 способы нагрева

1.8 Способы нагрева Индукционный Электронно – лучевой (электрод) (питание) в вакуумный насос (катод с катушкой анод Лазерный Плазменный рубин ИС отражатель газ электрод вода плазменная струя электрод луч электрод вода

1.9 Индукционная плавильная печь

1.10 Индукционный нагрев ВЧ токами вч

1.11 диэлектрический нагрев ТВЧ твч

1.12 Сушка древесины ТВЧ твч

1.14 Электронагревательные приборы (нагрев сопротивлением, косвенный нагрев)

2. Энергетические основы электротехнологии Электромагнитное поле – форма существования материи, характеризующаяся совокупностью взаимосвязанных и взаимно обуславливающих электрического и магнитных полей. Распространение электромагнитного поля сопровождается электромагнитной энергии, представляющей собой сумму энергий электрического и магнитного полей. Изменениям электрического и магнитного полей сопутствует превращение электрической энергии в магнитную и магнитной в электрическую. Электромагнитное поле может существовать (проявляться) в различных формах: электрического поля, магнитного поля, электромагнитных волн, электрического тока и других электрических и магнитных явлений. Каждая из этих форм поля несет соответствующую ей энергию: электростатическую, магнитную, электромагнитную, электродинамическую и др. Набольшее применение получила электродинамическая, или электрическая, энергия - энергия электрического тока. Каждый из видов энергии электромагнитного поля имеет определенные технологические свойства – способность поглощаться в вещественных средах и превращаться в тепловую, механическую, химическую или биологическую энергию и др.

2.1 система уравнений Максвелла Всё разнообразие форм и проявлений электричества подчиняется общим законам электромагнитного поля, описываемым системой уравнений Максвелла. Полная система уравнений Максвелла представляет собой математическую модель поля, из которой однозначно вытекают все его свойства, энергетические характеристики и возможные превращения. Для переменного электромагнитного поля в неподвижной однородной и изотропной среде:

2.2 Обозначения уравнений Максвелла К системе уравнений:

2.3 Проявления ЭМП (анализ уравнений) ЭМП.

2.4 Анализ уравнений ЭМП

2.5 Вектор Пойнтинга Основными параметрами электромагнитного поля служат векторы напряженности электрического и магнитного полей. Электрическое и магнитное поля – две взаимно связанные и взаимно обуславливающие составляющие единого электромагнитного поля. Каждое из них характеризуется своей энергией, значение которой зависит не только от параметров поля, но и от электрофизических свойств среды.

2.6 Превращение ЭМП в другие виды ЭМП

2.7 Проявление ЭМП ЭМП в технологических процессах. Магнитные поля используют и непосредственно в технологических процессах для изменения структуры и свойств неживой и живой материи, воздействуя на неё на молекулярном уровне. Термическое действие тока проявляется в нагреве сред, в которых он протекает. Механические силы поля в отличие от электродвижущих сил, действующих на элементарные заряды внутри тел, механически воздействуют на заряженные макротела, проводники с током, электро- и магнитострикционные тела, производя механическую работу по перемещению тел или изменению их объема и плотности. Химическое действие тока состоит в том, что его протекание в проводниках II рода (электролитах) сопровождается электролизом – окислительно-восстановительными реакциями на электродах, в результате которых получают новые вещества с новыми химическими свойствами. Биологическое действие заключается в том, что ток (поле) влияет на протекание жизненных процессов в биологических объектах. Это влияние может быть как стимулирующим, так и угнетающим. Превращение энергии электромагнитного поля в другие формы или виды происходит в строгих количественных соотношениях, определяемых законами термодинамики. Поступающая в приемник (систему тел) электроэнергия не «потребляется» и не «расходуется», а в соответствии с законом сохранения и превращения энергии переходит из одного вида в другой (первый закон термодинамики), причем эти превращения протекают в определенном направлении – в направлении возрастания энтропии системы (второй закон термодинамики).

3.1 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды Преобразование электрической энергии в тепловую энергию сопровождается затратой работы (энергии) электромагнитного поля. Существуют два термодинамически обратных пути или две схемы преобразования электрической энергии в тепловую энергию: схема прямого преобразования - когда энергия различных форм электричества поглощается телами и превращается в них в теплоту. Количество выделяющейся теплоты эквивалентно (с учетом потерь) работе внешних ЭДС, затраченной на производство поглощенной энергии; схема косвенного преобразования, когда электрическая энергия в тепловую не превращается, а используется лишь для переноса теплоты от одной среды к другой, причем температура источника теплоты может быть ниже температуры приемника. Количество перенесенной теплоты может в несколько раз превышать затраченную на это электрическую энергию. Энергия может передаваться непосредственно электромагнитными волнами оптического диапазона (инфракрасные лучи, лучи лазера),частота которых лежит в диапазоне собственных частот тепловых колебаний атомов и молекул вещества. Атомы и молекулы служат здесь приемниками электромагнитной энергии. Такой способ применим для нагрева любых материалов. Приёмниками электромагнитной энергии более низких частот являются входящие в состав веществ свободные или связанные элементарные электрические заряды (электроны, ионы), которые под действием электрического поля приобретают упорядоченное движение, образуя электрические токи

3.2 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды Приёмниками электромагнитной энергии более низких частот являются входящие в состав веществ свободные или связанные элементарные электрические заряды (электроны, ионы), которые под действием электрического поля приобретают упорядоченное движение, образуя электрические токи. В проводниках – ток проводимости, в диэлектриках – токи поляризации и электрического смещения, которые называют в совокупности полным током электрического смещения или просто током смещения. В полупроводниках возможны токи всех видов. В проводниках токи возникают за счет их включения в электрическую цепь; воздействие переменным магнитным полем (в металлах); индуцируемые высокочастотным электрическим полем (в проводниках II рода - электролитах). В первом случае в проводниках протекают токи проводимости: электронной – в проводниках I рода и ионной – в проводниках II рода. Индуцируемые в металлах переменным магнитным полем токи называют вихревыми, по природе они не отличаются от токов электронной проводимости. В электролитах высокочастотное электрическое поле возбуждает токи поляризации.

3.3 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды В диэлектриках электрическая энергия преобразуется в тепловую вследствие непрерывного смещения связанных зарядов – тока электрического смещения, протекающего под действием быстропеременного электрического поля. Протекание тока сопровождается работой сил поля по преодолению сопротивления вещества диэлектрика движению связанных зарядов. Затраченная полем энергия, эквивалентная этой работе, выделяется в диэлектрике в форме теплоты.

3.4 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды У-П

3.5 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды Прямое преобразование связано с большими расходами электрической энергии на тепловые процессы: невозможно получить на 1 кВт∙ ч затраченной электроэнергии более 3600 кДж теплоты. Этим объясняется все более возрастающая роль и значение косвенного преобразования, основанного на использовании тепловых насосов и теплообменных систем. Наиболее распространены компрессионные (термомеханические) и полупроводниковые (термоэлектрические) тепловые насосы, которые переносят теплоту от холодной среды к более горячей. Наиболее совершенны и перспективны термоэлектрические тепловые насосы, в которых промежуточным энергоносителем служит электрический ток. В основе метода лежат эффекты, наблюдаемые в цепи термоэлемента, составленного из двух спаянных по концам разнородных проводников. Если спаи поместить в среды с разными температурами, то появится разность потенциалов. Это явление носит название эффекта Зеебека, а возникающая на концах термоэлемента разность потенциалов - термоэлектродвижущей силой (термо - ЭДС).

3.6 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды Пельтье

3.7 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды В электрическом и магнитном полях разные по свойствам тела испытывают разные по характеру механические воздействия. Электрическое поле оказывает механические воздействия на заряженные и незаряженные диэлектрики, магнитное поле - на проводники стоком и без него. Однако все виды механических сил в электромагнитном поле имеют одну физическую основу - являются результатом взаимодействия полей с электрическими зарядами, входящими в состав тел: свободными или индуцированными полями.

3.8 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды УЗ

3.9 Общие закономерности преобразования эл. энергии в другие виды Взаимодействие магнитного поля с молекулярными токами магнетиков создает в телах объемные механические силы двух видов: силу, пропорциональную величине Н2 (вторая составляющая fм), под действием которой в неоднородных магнитных полях магнетики втягиваются или выталкиваются в область наибольшей напряженности поля. На этом основано, например, действие электромагнитов; силу пропорциональную grad H2, под действием которой некоторые виды металлов и сплавов (железо, никель, пермаллой и др.) деформируются в магнитном поле. Это явление известно как магнитострикция, которую, как и электрострикцию, широко используют в ультразвуковой технике. В основе преобразования электрической энергии в химическую лежит явление электролиза, состоящее в том, что электрический ток способен выделять из электролитов, помещенных между электродами, частицы вещества, осаждать на электродах и интенсифицировать из взаимодействие.

4.1 Способы преобразования электрической энергии в тепловую При электрическом нагреве в материале создаётся электрическое поле. Способы его образования могут быть различными: - электрическое поле в проводнике создаётся при непосредственном его подключении к источнику Э.Д.С. Под действием поля свободные заряды (ионы, электроны) начинают перемещаться, приобретая кинетическую энергию. Сталкиваясь с нейтральными атомами и молекулами, они отдают запас кинетической энергии, который расходуется на увеличение теплового движения частиц, и температура вещества повышается. - электрическое поле в проводнике, расположенном в индукторе, наводится переменным магнитным полем. Наведённое электрическое поле вызывает движение свободных зарядов, энергия которых, как и в первом случае, превращается в теплоту. - электрическое поле в диэлектрике, находящемся в конденсаторе, вызывает движение связанных зарядов, которые под влиянием электрического поля смещаются один относительно другого только в некоторых пределах. Смещение происходит с «трением», что приводит к выделению теплоты.

4.2 Способы преобразования электрической энергии в тепловую С точки зрения термодинамики, теплота – это мера внутренней энергии системы, связанная с молекулярным (тепловым) движением, независящая от механического движения тел или их взаимного расположения. Изменение внутренней энергии происходит под действием внешних факторов и может осуществляться либо затратой работы, либо путём теплообмена. Преобразование электрической энергии в тепловую энергию сопровождается затратой работы (энергии) электромагнитного поля. Существуют два термодинамических обратных способа или две схемы преобразования электрической энергии в тепловую энергию : схема прямого преобразования и схема косвенного преобразования. Принцип прямого преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую состоит в том, что энергия поля тем или иным способом передаётся (сообщается) атомам или молекулам нагреваемой среды и расходуется на повышение интенсивности их теплового движения. Косвенное преобразование. Принцип косвенного преобразования состоит в том, что электрическая энергия в тепловую энергию не превращается, а используется лишь для переноса теплоты от одной среды (источника теплоты) к другой (потребителю теплоты), причём температура источника теплоты может быть ниже температуры приёмника.

4.3 Способы преобразования электрической энергии в тепловую Электротермические установки (ЭТУ) классифицируют по следующим признакам: - по способу превращения электрической энергии в тепловую и другим признакам; - по роду тока; - по частоте тока; - по способам теплопередачи; - по технологическому назначению; - по напряжению питания; - по рабочей температуре. Классификация ЭТУ по способу преобразования электрической энергии в тепловую: - нагрев сопротивлением прямой и косвенный; - нагрев электрической дугой ( электродуговой нагрев); - нагрев в переменном магнитном поле – индукционный способ; - нагрев в переменном электрическом поле – диэлектрический способ; - нагрев электронным пучком; - нагрев квантами (инфракрасный, лазерный способы нагрева); - плазменный нагрев; - термоэлектрический нагрев.

4.4 Способы преобразования электрической энергии в тепловую Классификация электротермических установок по роду тока: - постоянного тока; - переменного тока. Классифицируют электротермические установки по частоте тока: - промышленной частоты (50 Гц); - повышенной частоты; - высокой частоты; - сверхвысокой частоты. По виду нагрева ЭТУ можно разделить на 2 группы: - прямого нагрева; - косвенного нагрева. Электротермические установки по режиму работы делят на 2 группы: - непрерывного действия; - периодического действия. По рабочей температуре различают ЭТУ: - низкотемпературные (до 500…6000С); - среднетемпературные (до 12500С); - высокотемпературные (свыше 12500С).

4.5 Способы преобразования электрической энергии в тепловую Электротермические установки классифицируются по напряжению: - до 1кВ; - свыше 1кВ; -безопасного напряжения. По технологическому назначению ЭТУ разделяют на: - универсальные; - специальные. ЭТУ предназначены для выполнения определённых технологических операций и, следовательно, при их проектировании определяющими являются именно технологические требования. При проектировании ЭТУ, необходимо иметь, прежде всего, техническое задание, совместно разработанное и согласованное с технологами и инженерами. В техническом задании оговаривается назначение электротермической установки, её производительность, температурные режимы, скорость нагрева, условия эксплуатации, требования техники безопасности, особенности окружающей среды, условия электроснабжения, требования к автоматизации, пределы регулирования мощности или производительности. Различают проверочный и конструктивный (проектный или полный) расчёт электротермических установок.

4.6 Способы преобразования электрической энергии в тепловую Полный расчёт электротермической установки включает в себя тепловой, электрический, аэродинамический, гидравлический и механический. Тепловой расчёт проводят с целью определения технических данных установок (мощности, температуры поверхности нагревательных элементов, интенсивности теплоотдачи, параметров тепловой изоляции, теплового КПД), обеспечивающих технологические требования, которые определяют по единой для всех электротермических установок методике. Электрический расчёт тесно связан с тепловым и состоит в выборе напряжения питания, рода тока, частоты, в определении геометрических размеров нагревателя, электрического КПД и коэффициента мощности, разработке схемы управления и способа регулирования мощности или производительности. Аэродинамический расчёт связан с нахождением расхода воздуха (газа), проходящего через установку, выбором вентиляторов, определением сечения воздуховодов и размеров распределительных решёток. От правильности решения этого вопроса зависит теплоотдача нагревательных элементов, а, следовательно, срок службы, тепловой и электрической КПД. Гидравлический расчёт выполняют для определения расхода жидкости через установку, выбора насоса и сечения трубопровода. Механический расчёт проводят с целью определения геометрических размеров установки, массы, материалоёмкости и её механической прочности.

5 Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кинетика нагрева.

Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Уравнение теплового баланса за время dτ : (1) dQ = dQ1 + dQ2 [Дж]. Для упрощения принято, что физические параметры тела, кроме температуры не изменяются. Количество теплоты, подводимого к телу за время dT: dQ = P·dτ ; количество теплоты, идущее на изменение теплосодержания тела: dQ1 = m∙c∙dt; С -удельная теплоемкость тела [Дж/ кг∙°С]; тепловые потери в окружающую среду: dQ2 = k∙F∙Ѳ∙dT = k∙F∙(t –t0) ∙dT . k – коэффициент теплопередачи от нагреваемого тела в окружающую среду [Вт/м2·°С]. Тогда, уравнение теплового баланса (1) можно записать в следующем виде: P·dτ = m∙c∙dt + k∙F∙(t –t0) ∙dT или m∙c∙dt + k∙F∙(t –t0) ∙dT - P·dτ = 0; (2) Преобразуем уравнение (2) делением на (k∙F∙dT): m∙c∙dt / k∙F∙dT +(t – t0) - P/kF = 0. Обозначим отношение: (m∙c/ k∙F) = T; перегруппируем t , t0 и P/kF. m∙c∙dt / k∙F∙dT + t – (t0 +P/kF) = 0, принимаем (t0 +P/kF) = tу, тогда получим: Т∙ dt /dT + t – tу =0 (дифференциальное уравнение 1-го порядка), его решение дает окончательное уравнение: t = tн∙ ехр(-T/T) + tу [1- ехр(- T/T), tн – температура тела в начальный момент времени т = 0

5.1Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кинетика нагрева

5.2 Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кинетика нагрева

5.3 Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кинетика

5.4 Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кинетика

5.5 Кинетика нагрева однородного тела и его анализ Кривые нагрева и охлаждения однородного тела. Экспоненциальный характер изменения превышения температуры при нагреве и охлаждении свидетельствует о том, что их скорости изменяются во времени. Все процессы нагрева и охлаждения нестационарные, так как связаны с изменением теплосодержания материала и его температуры. Тепловое равновесие возникает, если поступающая тепловая энергия равна её расходу.

5.6 Уравнение теплового баланса и мощность ЭТУ тепловая энергия в электротермической установке полезно расходуется на: - нагрев или фазовое преобразование материала (например, испарение, плавление); - нагрев вспомогательных устройств (например, крепеж, кожух, упаковка, тара). уравнение теплового баланса:  Qэн + Qб + Qэо = Qпол+ Qвсп + Qпот ,  где Qэн, Qб, Qэо – тепловая энергия электронагревателей; биологических объектов и работающего технологического оборудования и электрооборудования, Дж; Qпол– тепловая энергия расходуемая полезно, Дж; Qвсп – тепловая энергия, затрачиваемая на нагрев вспомогательных устройств, Дж; Qпот – энергия тепловых потерь, Дж. Мощность электротермической установки : Руст= Рпотр ∙ kз /ηт ηэ , где Рпотр – потребляемая мощность, Вт; ηт , ηэ - тепловой и электрический КПД; kз - коэффициент запаса (1.1 – 1.3) Потребная мощность электротермической установки: Рпотр = Рпол + Рвсп + Рпот, где Рпол – полезная тепловая мощность, Вт; Рвсп – мощность, идущая на нагрев вспомогательных устройств, Вт; Рпот – мощность тепловых потерь, Вт.

5.7 Определение количества теплоты Определение количества теплоты для установок непрерывного и периодического действия.

5.8 Определение количества теплоты При нагреве и плавлении.

5.9 Определение теплового потока

5.10 Расчет ЭТУ

5.11 Расчет ЭТУ

5.12 Схемы соединения и определение мощности

5.13 Нагрев сопротивлением

5.14 Нагрев сопротивлением Прямой нагрев сопротивлением применяют для электропроводящих сред и материалов. Нагрев осуществляется за счёт прохождения электрического тока непосредственно через нагреваемую среду или материал (деталь). Прямой нагрев сопротивлением, в свою очередь подразделяется на два способа: - прямой нагрев сопротивлением металлических тел, называемый электроконтактным; - прямой нагрев проводящих материалов, обладающих ионной проводимостью, который называется электродным. Косвенный нагрев сопротивлением используется для проводящих и непроводящих материалов. При данном способе нагрев среды или материала осуществляется за счёт теплопроводности, конвекции и излучения от специальных нагреваемых элементов при протекании по ним электрического тока. В зависимости от характера свободных электрических зарядов принято различать проводники первого и второго рода. Под действием электрического поля в проводниках первого рода (металлы) свободные заряды (электроны) направленно перемещаются. В проводниках второго рода (электролиты и др.) под действием электрического поля перемещаются ионы.

5.15 Нагрев сопротивлением (проводники)

5.16 Электроконтактный нагрев

5.17 Электроконтактный нагрев

5.18 Электроконтактный нагрев

6 Электродный нагрев В электродных нагревателях материал с ионной проводимостью, заключённый между электродами, образует проводник, в котором при протекании электрического тока выделяется теплота, используемая для нагрева воды, молока, почвы и т.д. Применяется в основном переменный ток, т.к. при постоянном токе возникает электролиз. Но и на переменном токе необходимо контролировать плотность тока (т.к. при больших плотностях также возникает электролиз). Электродный нагрев отличается простотой реализации, высоким КПД, невысокой стоимостью материалов и оборудования. Но одновременно с этим он обладает и рядом недостатков: - нагреваться могут только электропроводящие материалы; - в процессе нагрева значительно изменяется мощность; - повышенная электроопасность; - под действием проходящего тока изменяется качество нагреваемого материала. В качестве материала электродов можно использовать различные проводники, но они должны противостоять коррозии и не давать токсичных оксидов. Наиболее распространены электродные системы: - из электродов изогнутых под углом 1200; - из коаксиальных (цилиндрических) электродов; - из плоских электродов, но для обеспечения симметричной нагрузки питающей сети принимают число электродов равное 3n+1, где n – целое число.

6.1 Электродный нагрев

6.2 Электродный нагрев

6.3 Электродный нагрев

6.4 Электродный нагрев

6.5 Электродный нагрев

6.6 Электродный нагрев

7 Косвенный нагрев сопротивлением

7.1 Косвенный нагрев сопротивлением

7.2 Косвенный нагрев сопротивлением

7.3 Косвенный нагрев сопротивлением

8 Электродуговой нагрев Дуговой разряд – это устойчивый самостоятельный электрический разряд в газах или парах металла, характеризующийся большой плотностью тока, низким падением напряжения на катоде и высокой температурой канала разряда.

8.1 Электродуговой нагрев

8.2 Электродуговой нагрев

8.3 Электродуговой нагрев

8.4 Электродуговой нагрев В сварочной технике электрическую дугу классифицируют по роду среды, в которой происходит разряд: - открытая дуга, горящая в воздухе, парах металла; - закрытая дуга, горящая под флюсом в парах металла и флюса; - защищённая дуга, горящая в защитных газах (аргон, гелий, двуокись углерода), ВАХ открытой дуги имеет падающий вид, а закрытой и защищённой – возрастающий. Источники питания выбирают по следующим параметрам: - роду тока; - напряжению холостого хода; - внешней характеристике; - способам регулирования сварочного тока. Электрическая дуга может быть как на постоянном, так и на переменном напряжении. Устойчивость дуги переменного тока снижается из-за угасания её при каждом переходе тока через ноль. Поэтому горение дуги является прерывистым и неустойчивым. Статические ВАХ на переменном и постоянном токе подобны. Напряжение зажигания дуги постоянного тока составляет 30…40В; а переменного – 50…55В. Напряжение холостого хода источника должно быть больше напряжения зажигания на 10…50В.

8.5 Электродуговой нагрев Источники питания сварочной дуги подразделяют по следующим основным признакам: – роду сварочного тока – на источники переменного (сварочные трансформаторы) и постоянного (преобразователи, агрегаты, выпрямители) тока; – числу одновременно подключаемых сварочных постов – на одно- и многопостовые; – способу установки – на стационарные и передвижные. В трансформаторах типов ТС, ТСК и ТД с подвижными катушками первичная и вторичная обмотки расположены вдоль стержня магнитопровода на некотором расстоянии одна от другой. Магнитное рассеяние регулируют, изменяя расстояние между обмотками. В сварочных трансформаторах типа СТШ катушки первичной W1 и вторичной W2 обмоток расположены на разных стержнях магнитопровода. Между обмотками в окне магнитопровода установлен магнитный шунт, перемещением которого на пути потоков рассеяния изменяют индуктивное сопротивление, внешнюю характеристику и сварочный ток. В трансформаторах типа ТСД с нормальным рассеянием обмотки размещают на стержневом магнитопроводе таким образом, чтобы потоки рассеяния были минимальными. Для получения необходимой индуктивности в цепь дуги последовательно со вторичной обмоткой включают дополнительную реактивную катушку Wр. В зависимости от ее конструктивного выполнения различают трансформаторы с отдельной и совмещенной катушкой. Для питания дуги постоянного тока используют преобразователи, агрегаты и выпрямители.

9 Индукционный нагрев

9.1 Индукционный нагрев

9.2 Индукционный нагрев

9.3 Индукционный нагрев

9.4 Индукционный нагрев индукционный нагрев, это нагрев токопроводящих тел в электромагнитном поле за счёт индуктирования в них вихревых токов. При этом электрическая энергия преобразуется трижды. Сначала при помощи индуктора она преобразуется в энергию переменного магнитного поля, которая в теле, помещённом в индуктор, превращается в энергию электрического поля. Затем под действием электрического поля его энергия превращается в тепловую. Передача энергии происходит бесконтактно. Индукционный нагрев является прямым и бесконтактным. Он позволяет достигать температуры, достаточной для плавления самых тугоплавких металлов и сплавов. В зависимости от используемых частот установки индукционного нагрева подразделяют на: - низкочастотные (50Гц); - среднечастотные (до 10 кГц); - высокочастотные (свыше 10 кГц). Установки индукционного нагрева широко применяют на различных ремонтных предприятиях. Токи средней и высокой частоты используют для сквозного нагрева деталей перед горячей обработкой, при восстановлении их методами наплавки, металлизации и пайки, а также для поверхностной закалки деталей и других технологических операций. Основным элементом такого рода устройства является индуктор. Индукторы в зависимости от назначения и формы нагреваемого изделия бывают: - цилиндрические; - овальные; - щелевые; - стержневые; - плоские; - петлевые.

9.5 Индукционный нагрев

9.6 Индукционный нагрев

10. Диэлектрический нагрев

10.1 Диэлектрический нагрев

10.2 Диэлектрический нагрев

10.3 Диэлектрический нагрев При индукционном нагреве принято различать источники питания и установки низкой (промышленной) 50 Гц, средней (повышенной) (0,15...10)•103 Гц и высокой (0,15...100)•105 Гц частот. При диэлектрическом нагреве используют источники и установки высокой (3...100)•106 Гц и сверхвысокой (0.3...220) •108 Гц частот.

11. Электронно-лучевой и лазерный нагрев

11.1 Электронно-лучевой и лазерный нагрев

11.2 Электронно-лучевой и лазерный нагрев

11.3 Электронно-лучевой и лазерный нагрев

11.4 Электронно-лучевой и лазерный нагрев Лазер состоит из трех основных узлов: излучателя (рабочее тело), системы накачки, оптического резонатора. Излучатель - оптически активное вещество (тело), предназначенное для преобразования энергии накачки в лазерное излучение. Активное вещество может быть твердым диэлектриком, полупроводником, жидкостью, газом. Соответственно различают твердотельные, полупроводниковые, жидкостные и газовые лазеры. Наиболее распространены твердотельные и газовые лазеры. Система накачки предназначена для возбуждения атомов активных веществ. Накачка может выполняться электрическими разрядами (газовые лазеры), оптическим излучением с помощью специальных ламп (твердотельные и жидкостные лазеры) и другим путем. Оптический резонатор включает систему отражательных, преломляющих, фокусирующих и других оптических элементов, служащих для взаимодействия излучения с рабочим веществом. Для технологических целей используют газовые лазеры на аргоне, ксеноне, углекислом газе и твердотельные лазеры на неодимовых стеклах. Наибольшую мощность (до 5 кВт, а опытные образцы - до 20 кВт) имеют лазеры на углекислом газе с примесью азота и гелия (СО2-лазеры). Лазеры работают в непрерывном и импульсном режимах. Первый характеризуется мощностью луча, второй - мощностью, длительностью, энергией импульса и частотой их повторения. СО2- лазер в непрерывном режиме имеет мощность 10...102 Вт, в импульсном – 106...109 Вт, длительность импульсов 1...10 мкс, частота 25...100 Гц, КПД 8...30 %. Наиболее высоким КПД (50...60 %) отличаются полупроводниковые лазеры, работающие преимущественно в импульсном режиме.

11.5 Электронно-лучевой и лазерный нагрев Ионный нагрев металлических тел осуществляют потоком положительных ионов низкотемпературной плазмы, создаваемой в вакууме тлеющим электрическим разрядом. Нагреваемое тело помещают в металлическую вакуумированную (давление порядка 10-3 Па) камеру и подводят к нему отрицательный полюс источника питания постоянного тока, а к стенкам камеры - положительный полюс. В камеру подают рабочие летучие вещества: газ (аммиак, бор и др.), твердые летучие вещества, пары металлов (их получают в той же камере электродуговым испарением). Между изделием и стенками камеры возбуждают тлеющий электрический разряд. Катод - изделие нагревается потоком положительных ионов летучих присадочных веществ, извлекаемых из низкотемпературной плазмы. Ионы, устремляющиеся к изделию, не только нагревают его, отдавая запасенную в электрическом поле энергию, но и вступают с поверхностью изделия в сложные взаимодействия, поэтому ионный нагрев используют в процессах химико-термической обработки металлов: – диффузное поверхностное упрочнение (азотирование, цементация, борирование и др.) металлических изделий (инструмента, шестерен, гильз двигателей внутреннего сгорания, коленчатых валов и др.) путем насыщения легирующими элементами слоев изделий при диффузном взаимодействии ионов с изделием, сопровождаемым нагревом. Процесс протекает при скорости диффузии ионов в металл, превышающей скорость осаждения ионов; – поверхностное покрытие изделий путем ионно-плазменного напыления нитридов (молибдена, титана и др.), карбидов, карбонитридов и других веществ. Процесс протекает при скорости конденсации ионов, превышающей скорость их диффузного взаимодействия с подложкой.

11.6 Электронно-лучевой и лазерный нагрев Установки электронно-лучевого, лазерного и ионного нагрева питаются от источников постоянного тока (напряжения). Общий элемент источников питания (ИП) - преобразователь переменного тока в постоянный. Различаются установки мощностью и выходным напряжением (десятки и сотни вольт в установках ионного нагрева, единицы киловольт в установках лазерного нагрева, десятки киловольт в установках электронно-лучевого нагрева). Основные требования к источникам питания: возможность регулирования мощности; устойчивость к коммутационным перенапряжениям; обеспечение управления по заданному режиму или программе. Структурная схема ИП включает в общем случае следующие блоки: преобразования напряжения сети в необходимое напряжение установки (повышающий трансформатор); преобразования переменного тока в постоянный (неуправляемый или управляемый выпрямитель, фильтры, устройства стабилизации и защиты); собственных нужд (системы накачки, поджига, фокусирования и др.); управления, регулирования, контроля. При общих принципах структуры источники питания установок каждого вида имеют особенности, обусловленные видом вольтамперных характеристик, спецификой работы, технологическими и другими требованиями.

12. Электрические водонагреватели и паровые котлы Электрические водонагреватели и парогенераторы применяют в системах горячего водоснабжения, отопления и вентиляции, в технологических процессах животноводства и растениеводства, в ремонтном производстве. По сравнению с топливными установками электрические водонагреватели и парогенераторы позволяют снизить единичную мощность, повысить коэффициент использования и уровень автоматизации теплогенераторов, более точно поддерживать температуру и получить больший технологический эффект, снизить затраты на обслуживание, уменьшить длину тепловых сетей. Аккумуляционные водонагреватели предназначены для нагрева и сохранения горячей воды в течение длительного времени. Водонагреватель представляет собой металлический теплоизолированный резервуар цилиндрической формы, внутри которого установлены трубчатые электронагреватели. Аккумуляционные водонагреватели САОС и САЗС (С – способ нагрева сопротивлением, А – аккумуляционный, ОС ЗС, - открытая или закрытая система водоразбора) устроены одинаково и предназначены для работы в системах водоснабжения с избыточным давлением до 0,4 МПа. Водонагреватели ЭВ-150М и САОС аналогичны по устройству и различаются размерами бака-аккумулятора. Проточные водонагреватели не имеют резервуара для хранения горячей воды и теплоизоляции корпуса, более компактные и быстродействующие, чем аккумуляционные. Например, элементные ЭВ-Ф- 15 и индукционные 084. ПВ – 1 проточные водонагреватели.

12.1 Электрические водонагреватели и паровые котлы

12.2 Электрические водонагреватели и паровые котлы

13 Термоэлектрический способ

13.1 Термоэлектрический способ

13.2 Термоэлектрический способ

13.3 Термоэлектрический способ

14 Электрообогрев почвы и воздуха Для обогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах, для обогрева пола, для прогрева водопроводов на вводе в помещения, водостоков, карнизов и др., применяют специальные электронагревательные провода и кабели. К ним относятся нагревательные провода ПОСХП, ПОСХВ, ПНВСВ, ПОСХВТ и кабели КНРПВ, КНРПЭВ, КНМСС, КМЖ, КМНС и др. Токопроводящая жила нагревательных проводов изготовлена изоцинкованной малоуглеродистой стали диаметром 1,1 мм (ПОСХП, ПОСХВ), 1,2 мм (ПНВСВ) и 1,4 мм (ПОСХВТ). В качестве электроизоляции используют поливинилхлорид (ПОСХВ, ПОСХВТ) и полиэтилен (ПОСХП). Максимальная рабочая температура нагрева проводов типа ПОСХП составляет 70ºС, ПНВСВ - 80ºС, ПОСХВ - 70ºС, ПОСХВТ - 105ºС. При этом электрическое сопротивление проводов ПОСХП и ПОСХВ составляет 0,174 Ом/м, ПОСХВТ - 0,120 Ом/м и ПНВСВ - 0,121 Ом/м, а удельная погонная мощность не должна превышать при обогреве полов и почвы 11 Вт/м для проводов ПОСХП и ПОСХВ и 16 Вт/м – для ПОСХВТ и ПНВСВ. В проводе ПНВСВ имеется дополнительная изоляция из фторопластовой ленты, экран из стальных проволочек диаметром 0,3 мм и наружная поливинилхлоридная оболочка, что увеличивает его срок службы в 4…5 раз и безопасность в эксплуатации.

14.1 Электрообогрев почвы и воздуха широко применяют для локального обогрева съемные электрообогревательные плиты, панели, коврики, грелки, манежи и другие устройства. В них используют нагревательные провода, кабели, угольнографитовые шнуры и ленты, а также резистивные композиционные материалы. В последнее время разработаны и изготавливаются новые типы нагревателей. К ним относятся нагревательные провода типов: ПНСФсЭФ, ПННФсЭФ, ПНМФеЭФ с удельной мощностью 30 Вт/м и максимальной температурой жилы 200ºС; ПНСВ, ПНСП, ПНСФЭВ, ПНМФЭМ, ПНМФЭВ с удельной мощностью 20…50 Вт/м и максимальной рабочей температурой 80ºС…200ºС и др. Для изготовления нагревательных секций систем электрического обогрева строительных конструкций зданий и жилых помещений предназначены нагревательные кабели марок КНМПЭВ, КННПЭВ, КННмПЭВ, КННсПЭВ, с рабочей температурой ниже 80ºС; нагревательные кабели КНЛЛЭВ, КНЛсПЭВ, КНФНФЭ с удельной мощностью 20…40 Вт/м и др. Нагревательные кабели типа КМЖ, КМНС, КНРПВ, КНРПЭВ имеют 1…4 нагревательные жилы из стальной оцинкованной проволоки или сплавов с повышенным сопротивлением, допустимая температура нагрева жилы 250ºС, линейное сопротивление 0,11 Ом/м, удельная мощность до 109 Вт/м, напряжение 220 В.

14.2 Электрообогрев почвы и воздуха Гибкие ленточные нагреватели (плоские кабели) марок ЭНГЛ-80, ЭНГЛ-190 допускают температуру соответственно 85 и 180ºС, имеют по восемь нагревательных жил, расположенных в одной плоскости в изолирующей стекловолокнистой ленте. Лента с жилами заключена в пластиковую оболочку. Жилы могут соединяться параллельно, последовательно и т.д. Линейная мощность 40…100 Вт/м, линейное сопротивление 0,5…1,0 Ом/м. Там, где требуется высокая интенсивность нагрева, используют теплостойкие ленточные нагреватели типа НТЛ, допускающие температуру 400…600ºС и линейную нагрузку 150…360 Вт/м, напряжение до 380 В. Выпускаются также гибкие ленточные нагреватели типа ЭНГЛ-1, ЭНГЛ - 2, ЭНГЛУ- 400, ЭНГКЕх мощностью 0,16…5,0 кВт и температурой нагрева ленты 23…400ºС. В настоящее время начинают широко внедряться в электронагревательных установках саморегулирующиеся кабели. Это сравнительно новое направление в области нагревательных кабелей. Их производство стало возможным в связи с разработкой пластмасс и резистивных композиционных материалов, обладающих электропроводящими свойствами, изменяющимися в зависимости от их температуры.

14.3 Электрообогрев почвы и воздуха

15. Электроимпульсные технологии

15.1 Электроимпульсные технологии

15.2 Электроимпульсные технологии

15.3 Электроимпульсные технологии

16. Тепловая обработка материалов Тепловая обработка представляет собой технологический процесс, в результате которого под действием теплоты изменяются состояние, структура или физико-химические свойства материалов.

16.1 Тепловая обработка материалов

16.2 Тепловая обработка материалов Тепловую обработку фуражного зерна используют для повышения его перевариваемости при подготовке к скармливанию животным – это пропаривание, экструдирование, микронизация, электрогидротермическая обработка и др. При микронизации фуражное зерно влажностью 18…20 % в течение 50 с подвергают воздействию ИК-излучения с длиной волны 1000…5000 нм. Инфракрасные лучи проникают в зерно и вызывают его интенсивный нагрев до температуры 90…100 С. Зерно разбухает, становится мягким и растрескивается; после плющения его скармливают животным. Микронизация повышает энергетическую ценность зерна на 10…30 %, частично его обеззараживает, уменьшает всхожесть семян сопутствующих сорных растений. Установки ИК - нагрева предназначены также для пастеризации молока, уксуса, фруктовых, ягодных и овощных соков, других органических жидкостей, дезинсекции зерна, предпосевной обработки семян. Лазерные установки используют при предпосевной обработке семян, в селекционной работе, для облучения яиц и др.

16.3 Тепловая обработка материалов Эрозия при электрических разрядах в диэлектрических жидкостях протекает более интенсивно, чем при разрядах в газах, и может быть использована для обработки металлов. Режимы работы электроэрозионных установок различаются длительностью. Обычно искродуговые разряды называют электроимпульсным режимом - электроэрозионная обработка (ЭЭО), а искровые - электроискровым режимом - электроимпульсная обработка (ЭИО). При ЭЭО возможны технологические операции, не выполнимые другими способами, например получение отверстий сложной формы или малого диаметра (менее 0,3 мм). Электронно-ионная технология (ЭИТ) – это область электротехнологии, в которой используют взаимодействие сильных электрических полей с электрически заряженными в них частицами твердого или жидкого вещества. Рабочим органом в аппаратах ЭИТ являются сильные электрические поля (напряженность более 100 кВ/м). Объекты обработки - материалы, представляющие собой совокупность отдельных частиц размером от микрометра до десятков миллиметров (пыль, порошки, суспензии, семена, волокна и т.д.). В основе процессов ЭИТ лежат четыре основных стадии: подача материала, его зарядка, движение заряженных частиц материала в электрическом поле, формирование готового продукта.