Электрический расчет и автоматизация электротермической установки

ФГОУ ВПО

Костромская ГСХА

Кафедра электропривода и электротехнологии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по электротехнологии

НА ТЕМУ:

“Электрический расчет и автоматизация электротермической установки.” 

Выполнил: студент факультета

электрификации и автоматизации

736б группы Лузик А.С.

Проверил: Новожилов Ф.А. 
 
 
 
 

Кострома 2009

 

Аннотация 

     В курсовой работе выполнены расчеты нагревательных элементов для: электро-калорифера, бытового тепловентилятора, проточного электроводонагревателя приближенным методом по рабочему току. Произведен расчет нихромовой спирали бытового тепловентилятора по удельной мощности и сравнение результатов расчетов с предыдущими. Приведен обзор материалов, используемых при изготовлении нагревателей (электрокалорифера,проточного водонагревателя) и конструктивные особенности ЭТУ. Рассмотрены симметричные и неполнофазные режимы трехфазного электрокалорифера для различных схем их включения. В разделе по автоматизации электрокалорифера принята базовая принципиальная схема установки и рассмотрены варианты ее усовершенствования. Даны основные положения техники безопасности при эксплуатации электрокалорифера.

     Пояснительная записка содержит 27 страниц, 8 иллюстраций, 1 график, 5 таблиц. Библиографический список содержит 7 источников. Графический материал содержит один лист формата А1. 

 

      Введение 

     Электричество в настоящее время - основная энергетическая база животноводства, птицеводства, ремонтного производства, стационарных процессов растениеводства. Уровень электровооружённости труда определяет рост производительности труда в этих областях.

     В развитии сельской электрификации всё большее внимание уделяется надёжности электроснабжения, рациональному использованию электроэнергии, безаварийной эксплуатации электрооборудования, а также внедрению процессов и установок, в которых электроэнергия применяется не только как энергоноситель, но и как технологический фактор. В последнем случае речь идёт об электротехнологии.

     Под электротехнологией понимают область науки и техники, охватывающую изучение и использование технологических процессов, в которых электрическая энергия участвует непосредственно, преобразуясь в рабочей зоне в тепловую, электромагнитную, химическую, механическую и в другие виды энергии.

     Сельское хозяйство - крупный потребитель тепловой энергии: в общем энергопотреблении приходится на тепловые процессы. Существует несколько способов преобразования электрической энергии в тепловую, которые различаются по нескольким признакам: по виду «греющего» электрического тока или электромагнитной волны, по способу создания электрического тока или электромагнитной волны и по частоте тока или поля.

     По этим признакам в настоящее время различают следующие способы электрического нагрева: сопротивлением, дуговой нагрев, индукционный нагрев, диэлектрический, электролучевой, лазерный, ионный, плазменный, инфракрасный и термоэлектрический нагрев.

     Электронагрев в с/х. используется для: подогрева воды для технических нужд, подогрева воздуха в установках микроклимата, обогрева с/х животных и птицы, подогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах, сушки зерна, сена, овощей, фруктов, санитарно-гигиенической обработки животных и оборудования и т.д.

     Для этих целей используют выпускаемые нашей промышленностью электротермическое оборудование сельскохозяйственного назначения: комбинированные инфракрасные и ультрафиолетовые облучательных установки, инфракрасные облучатели, брудеры, электронагреватели - термосы, проточные электродные и элементные водонагреватели, электродные паровые котлы, электрообогреваемые панели, коврики, электрокалориферные установки и специальный нагревательный провод. Количество и мощность ЭТУ в с/х производстве непрерывно увеличиваются. Большим потенциальным потребителем электронагрева должны стать растениеводство и плодоводство (обогрев парников и теплиц, термообработка продукции). 

     Таблица 1. Классификация электротермического оборудования по способу нагрева.

     

 

      1. Материалы, применяемые при изготовлении электрокалорифера и проточного электроводонагревателя 

     1.1 Конструкция нагревателей 

     Электрический нагреватель -- основной элемент электротермической установки, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Конструктивное исполнение электрического нагревателя определяется нагреваемой средой, характером нагрева, мощностью, технологическим назначением и другими условиями.

     В зависимости от конструкции и технологического назначения электрические нагреватели выполняют с электрической изоляцией, защитными устройствами, а также с устройством для крепления и подвода электрического тока.

     По исполнению различают открытые, защищенные и герметические нагреватели.

     В нагревателях открытого исполнения резистивное тело -- нагревательное сопротивление не изолируют от нагреваемой среды, а размещают непосредственно в ней.

     Нагреватели из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением изготовляют в виде проволочных или ленточных зигзагов, проволочных спиралей и крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке (электрокалориферы) или в воздушном пространстве (электропечи) электротермических установок.

     Достоинство открытых нагревателей-- простота устройства, ремонтоспособность и возможность обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности нагревательного элемента. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий срок службы, невысокую механическую прочность и невозможность использования в агрессивных средах.

     В нагревателях защищенного исполнения нагревательные сопротивления, изготовляемые из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, размещают в защитном корпусе, предохраняющем их от механических повреждений и от нагревательной среды.

     Наиболее совершенными и универсальными являются герметические трубчатые электронагреватели (ТЭН). Их эффективно используют в электрокалориферах, водонагревателях, электрических печах, теплоаккумулирующих установках, электрокипятильниках, бытовых плитах и др. Промышленность выпускает ТЭН напряжением от 12 до 380 В, мощностью от 100 до 25000 Вт, развернутой длиной от 0.25 до 6.3 м и диаметром трубки от 6 до 16 мм.

     ТЭН (рис.1) представляет собой тонкостенную металлическую трубку 6 (оболочку), в которую запрессована спираль из проволоки 4 с большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали приварены к контактным стержням 3, снабженным с внешней стороны контактными устройствами 1,2 для подключения к сети. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем 5 из периклаза (плавленная окись магния), обладающим высокими диэлектрическими свойствами и теплопроводностью. В качестве наполнителя допускается использовать кварцевый песок, электрокорунд и другие материалы. Торцы трубки герметизируют тепловлагостойким составом и изолирующими втулками 7, что исключает доступ воздуха и влаги внутрь ТЭН. 

     

     Рис.1 - 1 и 2 - контактное устройство; 3 - контактный стержень; 4- нагревательная спираль; 5 - накопитель (периклаз); 6 - оболочка (трубка) ТЭН;

     Таблица 2. Основные характеристики ТЭНов.

       

     В качестве нагревательных сопротивления ПЭН используют металлическую фольгу, уложенную в виде ткани; полупроводниковые и композиционные материалы. Для ПЭН более перспективны композиционные материалы, состоящие из двух и более компонентов. В композиционных ПЭН нагревательные сопротивления изготовляют из графитизированного или металлического материала в виде токопроводящей ткани. Наиболее распространена углеграфитовая ткань УТТ-2 с допустимой температурой на поверхности до 463 К.

 

       

     Таблица 3. Коэффициент монтажа К_м для электронагревателей сопротивления (в спокойном воздухе).

       

     Таблица 4. Коэффициент среды К_с для различных условий.

     

 

      2. Материалы для электрических нагревателей и требования, предъявляемые к ним 

     Нагревательное сопротивление-резистивное тело, наиболее ответственный элемент электрического нагревателя, от которого зависит надежность и долговечность его работы в заданном технологическом режиме. Поэтому к материалам для нагревательных элементов предьявляются особые требования, основанные на следующих: достаточные жаростойкость и жаропрочность ( не должны окислятся и терять механических свойств при высоких температурах); большое удельное электрическое сопротивление (должны обеспечивать возможность включения на сетевое напряжение при небольшой длинне нагревателя) и малый температурный коэффициент сопротивления ( должны незначительно изменять сопротивление при изменении температуры ); стабильность размеров и электрических свойств .