МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО МДК 01.03 «Электрическое и электромеханическое оборудование» (Часть 1 Электрооборудование электротехнологических установок)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Уважаемый студент!

Методические указания по МДК 01.03 «Электрическое и электромеханическое оборудование» для выполнения лабораторных работ созданы для работы на занятиях, подготовки к лабораторным работам.

Приступая к выполнению лабораторной работе, Вы должны внимательно прочитать цель и задачи занятия, ознакомиться с краткими теоретическими и учебно-методическими материалами по теме лабораторной работы, ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

Все задания к лабораторной работе Вы должны выполнять в соответствии с инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной методике.

Отчет о лабораторной работе Вы должны выполнить по приведенному алгоритму в тетрадях для лабораторных работ.

Наличие положительной оценки по лабораторным работам необходимо для получения зачета по МДК 01.03 «Электрическое и электромеханическое оборудование», поэтому в случае отсутствия на занятии по любой причине или получения неудовлетворительной оценки за лабораторную работу Вы должны найти время для ее выполнения и пересдачи.

Внимание! Если в процессе подготовки к лабораторным работам или при решении задач у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий. Время проведения дополнительных занятий можно узнать у преподавателя.

Желаем Вам успехов!!!

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1

Изучение принципиальной электрической схемы нагревателя трансформаторного масла

Цель работы: изучить принцип действия нагревателя трансформаторного масла.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования термических установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 18-22).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

К электротермическим установкам (электротермическое оборудование) относятся: электрические печи, плазменные реакторы, электрические нагревательные приборы коммунального и бытового назначения.

В основе работы установок этой группы лежит нагрев изделий и материалов с помощью электрической энергии (ЭЭ).

Преобразование ЭЭ в тепло, а значит и нагрев, возможны следующими способами:

Нагрев сопротивлением происходит за счет выделения теплоты в проводящем материале при протекании по нему электрического тока. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля-Ленца и применяется в установках прямого и косвенного действия. В установках прямого действия теплота выделяется непосредственно в нагреваемом изделии. В установках косвенного действия тепловая энергия выделяется в специальных нагревательных элементах (НЭ) и затем передается в нагреваемый объект. В обоих случаях нагреваемый объект может быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Индукционный нагрев происходит за счет преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую посредством наведения в нагреваемом теле вихревых токов. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля-Ленца и применяется в установках прямого и косвенного действия.

Дуговой нагрев происходит за счет теплоты электрической дуги, возникающей между электродами. Применяется в установках прямого и косвенного действия.

Диэлектрический нагрев происходит за счет сквозных токов проводимости и смещения при поляризации. В этом случае полупроводник или непроводящий материал помещают в высокочастотное электрическое поле.

Электронно- или ионно-лучевой нагрев происходит за счет тепловой энергии, возникающей при столкновении быстродвижущихся электронов или ионов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью нагреваемого объекта.

Плазменный нагрев основан на нагреве газа за счет пропускания его через дуговой разряд или высокочастотное поле (электромагнитное или электрическое). Полученная таким образом низкотемпературная плазма используется для нагрева различных сред.

Лазерный нагрев происходит за счет поглощения высококонцентрированных потоков световой энергии поверхностью нагреваемых объектов. Такие потоки энергии получают в лазерах — оптических квантовых генераторах.

Нагреватель трансформаторного масла предназначен для нагрева и очистки от механических примесей трансформаторного масла.

Применяется при монтаже и ремонте мощных маслонаполненных электрических аппаратов, а также облегчает выполнение профилактических работ.

Представляет собой электроустановку, основным элементом которой является колонна, в которой установлен нагреватель электрический НЭ.

На рисунке 1.1 представлена технологическая схема нагрева трансформаторного масла.

НЭ состоит из трех нагревательных секций, к которым из шкафа управления ШУ подводится электропитание.

Рисунок 1.1 - Технологическая схема нагрева

трансформаторного масла

ШУ предназначен для оперативного управления ЭО. На нем установлены органы управления и световая сигнализация.

Для прокачки масла предназначен масляный насос. Все оборудование нагревателя для защиты от климатических факторов внешней среды размещается в сварной металлической оболочке, которая с трех сторон имеет дверцы для обслуживания.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе

1. Поясните: какой процесс лежит в основе работы электротермических установок.

2. Перечислите виды нагревов, применяемые в электротермических установках.

3. Дайте сравнительную характеристику электротермических установок прямого и косвенного действия.

4. Закончите предложение: Нагреватель трансформаторного масла относится к электротермической установке ______________________________ действия.

5. Перечислите контрольно-измерительные приборы, применяемые для контроля технологического процесса.

Задания к лабораторной работе

1. Начертите принципиальную электрическую схему нагревателя трансформаторного масла.

2. Опишите основные элементы и принцип работы нагревателя трансформаторного масла.

3. Составьте алгоритм работы схемы нагревателя трансформаторного масла.

4. Поясните: каким образом осуществляется защита, блокировка и питание цепей.

5. Поясните назначение КИП, применяемых в нагревателе трансформаторного масла.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Лабораторная работа №2

Изучение схемы управления термической нагревательной

установкой

Цель работы: изучить принцип действия и схемы управления термической нагревательной установкой.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования термических установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 10-17).

Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с., (стр. 65-76).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Электроустановки нагрева сопротивлением: принцип действия таких установок основан на законе Джоуля-Ленца.

Количество теплоты, выделяющейся в проводнике, при прохождении по нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электриче­ского тока в цепи, времени его прохождения

где Q— количество выделяющейся теплоты, Дж; I — ток, A; R— сопротивление, Ом; t — время, с; Р — мощность, выделяющаяся в проводнике, Вт; U— напряжение, В; S — площадь сечения, мм²; р — удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м; l — длина проводника, м.

Источником теплоты в установках являются нагревательные элементы (НЭ).

Выбор материала и конструкции НЭ определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки.

По форме среднетемпературные НЭ выполняются в виде зигзагов (проволочных и ленточных) или спиралей, а высокотемпературные — в виде стержней круглого или квадратного сечения и труб.

Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые электронагреватели — ТЭНы.

ТЭН представляет собой металлическую трубку, заполненную теплопроводным электроизоляционным материалом, в которой находится электронагревательная спираль.

ТЭНы электробезопасны, могут работать в любой среде, стойки к вибрациям.

Мощность до 15 кВт, напряжение до 380 В, ресурс до 40 тыс. ч, рабочая температура до 730 °С.

Примерами электроустановок нагрева сопротивлением являются: электрические печи сопротивления (ЭПС) и различные нагревательные устройства, обеспечивающие технологические процессы производства.

Мощность современных ЭПС колеблется от сотен ватт до нескольких мегаватт.

Печи мощностью более 20 кВт выполняются трехфазными при равномерном распределении нагрузки по фазам и подключаются к сетям 220, 380, 660 В непосредственно или через печные трансформаторы (или автотрансформаторы).

Применяемое в ЭПС ЭО включает 3 группы: силовое ЭО, аппаратура управления и контрольно-измерительная (КИП).

К силовому ЭО относятся:

• силовые понижающие трансформаторы и регулировочные автотрансформаторы (AT),

• силовые электроприводы (ЭП) вспомогательных механизмов,

• силовая коммутационная и защитная аппаратура.

К аппаратуре управления относятся комплектные станции управления с коммутационной аппаратурой.

К КИП относятся приборы (устройства) контроля, измерения и сигнализации. Обычно вынесены на щит.

ЭПС, получающие сетевое питание, значительно проще, так как не нуждаются в силовых трансформаторах.

Регулировочные трансформаторы и AT целесообразно применять, когда печь выполнена с НЭ, меняющими свое сопротивление в зависимости от температуры (вольфрамовые, графитовые, молибденовые), для питания соляных ванн и установок прямого нагрева.

Все промышленные печи сопротивления работают в режиме автоматического регулирования температуры. Регулирование рабочей температуры в ЭПС производится изменением подводимой мощности.

Регулирование подводимой к печи мощности может быть дискретным и непрерывным.

При дискретном регулировании возможны следующие способы:

• периодическое подключение и отключение ЭПС к сети (двухпозиционное регулирование);

• переключение НЭ печи со «звезды» на «треугольник», либо с последовательного соединения на параллельное (трехпозиционное регулирование).

Наибольшее распространение получило двухпозиционное регулирование, так как способ прост и позволяет автоматизировать процесс.

Процесс двухпозиционного регулирования температуры ЭПС представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Двухпозиционный дискретный регулятор температуры ЭПС

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Закончите предложение: Принцип действия электрической печи сопротивления основан на законе _________________________.

2. Закончите предложение: Источником теплоты в термоустановках являются _________________________.

3. Перечислите основное электрооборудование, аппаратуру управления и приборы (устройства) контроля, измерения и сигнализации.

Задания к лабораторной работе:

1. Начертите принципиальную электрическую схему непрерывного регулятора температуры ЭПС.

2. Опишите основные элементы и принцип работы регулятора температуры ЭПС.

3. Начертите принципиальную электрическую схему управления ЭПС.

4. Опишите основные элементы и принцип работы схемы управления ЭПС.

5. Поясните каким образом осуществляется защита, блокировка, сигнализация и питание цепей.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Лабораторная работа №3

Изучение схем сварочных трансформаторов

Цель работы: изучить схемы и принцип действия сварочных трансформаторов.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования сварочных установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 58-90).

Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с., (стр. 55-60).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. – М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Общие сведения об электросварке: Электросварка — это способ получения неразъемного соединения металлических деталей путем их местного нагрева электроэнергией до жидкого или пластического состояния.

Наиболее распространенные виды электросварки — дуговая и контактная.

Дуговая сварка имеет несколько разновидностей (рисунок 3.1). Соединяемые детали обычно нагреваются вместе с присадочным материалом при помощи электрической дуги, температура в которой превышает 5000 °С.

ЭО установок дуговой сварки: Основным элементом, обеспечивающим дуговой сварочный процесс, является источник питания сварочной дуги. Так как сварка возможна как на переменном, так и на постоянном токе, то необходимо иметь источники переменного, постоянного и выпрямленного тока.

Источники питания сварочной дуги переменного тока — это сварочные трансформаторы, одно- и трехфазные.

По количеству питаемых сварочных постов выполняются одно- и многопостовые.

По способу получения падающих внешних ВАХ и регулирования тока выделяются источники питания двух типов:

• трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дроссельным регулятором тока (отдельным или встроенным),

• трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием и катушечным, шунтовым или витковым ступенчатым регуляторами тока.

Рисунок 3.1 - Классификация разновидностей дуговой сварки

Схемы сварочных трансформаторов представлены на рисунке 3.2.

а) с отдельным дроссельным регулятором б) со встроенным регулятором

в) с шунтом и подмагничиванием г) с подвижной катушкой д) с магнитным шунтом

Рисунок 3.2 - Схемы сварочных трансформаторов

Осциллятор предназначен для питания дуги токами высокой частоты (150...260 кГц) и высокого напряжения (2...3 кВ) параллельно со сварочным трансформатором, что облегчает зажигание дуги и повышает ее устойчивость. Мощность осциллятора — 100...250 Вт. Осциллятор дает возможность зажигать дугу даже без соприкосновения электрода с деталью. В то же время ток такой частоты и напряжения безопасен для человека.

Осцилляторы применяют при сварке дугой малой мощности, при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, при значительном падении напряжения в силовой сети и в других случаях.

Источники питания постоянного тока. Питание сварочной дуги постоянным током дороже, чем переменным. Однако применение постоянного тока целесообразно, когда к качеству сварных швов предъявляются особо высокие требования или применение переменного тока затруднено (например, при сварке тонких изделий). Источники питания постоянного тока делятся на 2 группы:

• машинные сварочные преобразователи,

• полупроводниковые сварочные выпрямители.

Машинные сварочные преобразователи состоят из генератора (Г) постоянного тока и приводного асинхронного двигателя (АД) с КЗ-ротором.

Сварочные выпрямители выполняются с неуправляемыми вентилями и с тиристорами (управляемыми) и состоят из понижающего сухого сварочного трехфазного трансформатора, выпрямительного блока, дросселя, вентилятора, аппаратуры пуска, регулирования и защиты, контрольно-измерительных приборов.

На неуправляемых вентилях построены однопостовые и многопостовые выпрямители.

Контактная сварка. Электрическая контактная сварка — это процесс образования неразъемного соединения при нагреве деталей протекающим по ним током, расплавления и сдавливания их с последующим охлаждением зоны сварки за счет теплопроводности в тело свариваемых изделий.

Контактная сварка обладает высокой производительностью, а во многих случаях является единственно возможным и экономически целесообразным способом соединения.

Контактная сварка имеет три разновидности (рисунке 3.3):

а) стыковая, б) точечная в) шовная

Рисунок 3.3 - Виды контактной электросварки

ЭО установок контактной сварки: Выпускаемые установки контактной сварки (УКС) делятся на две группы: общего назначения и специализированные.

Наиболее распространенными являются УКС общего назначения, из которых выделяют по способу получения энергии сварки преобразовательные и накопительные.

Широкое применение получили установки переменного тока различных частот однофазные: УКС пониженной частоты, УКС промышленной частоты, УКС с выпрямлением тока, УКС накопительные, УКС специализированные.

Включение (отключение) трехфазного ТС и регулирование тока осуществляется игнитронами или тиристорами, включенными последовательно с первичными обмотками.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Составьте классификацию сварочных трансформаторов.

2. Перечислите электрооборудование установок дуговой сварки и поясните его назначение.

3. Перечислите электрооборудование установок контактной сварки и поясните его назначение.

Задания к лабораторной работе:

1. Начертите принципиальную электрическую схему сварочного выпрямителя ВДУ-504.

2. Опишите основные элементы и принцип работы схемы сварочного выпрямителя ВДУ-504.

3. Начертите «падающие» и «жесткие» характеристики ВДУ-504, ПД-1 и проведите их сравнительный анализ.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Лабораторная работа №4

Изучение структурной схемы промышленной

лазерной установки

Цель работы: изучить структурную схему и принцип действия промышленной лазерной установки.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования электронно-лучевых и лазерных установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 91-111).

Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с., (стр. 114-119).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Высокоинтенсивный нагрев обеспечивается установками электронно-лучевого и светолучевого нагрева.

Электронно-лучевые установки (ЭЛУ) применяются для обработки тугоплавких и химически активных металлов, сварки, испарения металлов и оксидов, выращивания монокристаллов, металлизации, напыления и т.д.

Лазер — оптический квантовый генератор, являющийся источником энергии, генерирующим монохроматические волны оптического диапазона под воздействием индуцированного (вынужденного) излучения.

К оптическому излучению относятся: рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное.

Оптическим излучением (светом) называются электромагнитные волны (электромагнитное излучение), длины которых в вакууме находятся в диапазоне (границы условны) от 10^-12 до 10³ мкм.

Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение, которое возникает при взаимодействии заряженных частиц и фотонов с атомами вещества.

На рисунке 4.1 представлена схема лазера с рубиновым стержнем.

Рисунок 4.1 - Схема лазера с рубиновым стержнем:

1,2,5 – отражатели, 3- разрядная трубка, 4- рубиновый стержень, 6- источник питания

В лазерных установках высокие требования предъявляются к стабильности энергетических характеристик лазерного излучения, которую очевидно необходимо обеспечивать за счет стабильности параметров излучения лампы накачки и питающих ее электрических импульсов. Источник питания лампы накачки должен гене­рировать импульсы тока в диапазоне от десятых долей до единиц, иногда до сотен герц при средней потребляемой мощности (с учетом низкого КПД лазера) до нескольких киловатт. Общий КПД системы преобразования электрической энергии в лазерное излу­чение составляет несколько процентов.

Поскольку нагрузкой генератора импульсов является импульсная лампа накачки, его электрические характеристики мало зависят от технологического объекта. Электрический разряд, возбужденный в газовой среде лампы накачки при прохождении че­рез нее импульса тока, образует в малом объеме разрядной камеры практически мгновенно плазму, допуская частое повторение и легкую управляемость.

Источник питания лампы накачки представляет собой типичный генератор с емкостным накопителем и регулируемой энергией, частотой и скважностью импульсов. Блок питания (БП) заряжает конденсатор С, при разряде которого через импульсную лампу накачки протекают импульсы тока с длительностью от долей до десятков миллисекунд и амплитудой до 10⁵ А. Устройство управления синхронизирует работу зарядной цепи и блока возбуждения разряда в лампе.

Основными энергетическими блоками являются зарядное устройство, состоящее обычно из источника тока (например, на базе индуктивно-емкостного преобразователя), и тиристорный зарядный коммутатор.

Промышленность выпускает импульсные источники питания типа БП (таблица 4.1), которые входят в комплект питания ламп накачки (модуляторов).

Таблица 4.1 - Технические данные импульсных источников питания для ламп накачки

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Составьте классификацию лазеров.

2. Перечислите основные части лазера с рубиновым стержнем.

3. Поясните: в чем заключается особенность лазерной установки.

4. Перечислите и поясните достоинства и недостатки ЭЛУ.

5. Перечислите технологические применения электронного луча.

Задания к лабораторной работе:

1. Начертите структурную схему промышленной лазерной установки.

2. Опишите основные элементы и принцип работы промышленной лазерной установки.

3. Начертите принципиальную схему твердотельного лазера и поясните принцип его работы, указав область его применения (1 подгруппа).

4. Начертите принципиальную схему газового лазера и поясните принцип его работы, указав область его применения (2 подгруппа).

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Лабораторная работа №5

Изучение схемы управления электроэрозионным станком

Цель работы: изучить принцип действия и схему управления электроэрозионным станком.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования электрохимических и электрофизических установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 133-136).

Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с., (стр. 88-93).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Электроэрозионная обработка основана на воздействии на деталь электрического разряда, возникающего между двумя электродами: деталью и инструментом (электродом в виде перемещающейся проволоки либо соответствующим конфигурации требуемого отверстия или углубления в детали). Разряд инициируется до пробивного в жидкой среде при сокращении расстояния между деталью и инструментом. Параметры разряда, материал инструмента и среду подбирают такими, чтобы электрическая эрозия детали была максимальной, а электрода-инструмента — минимальной. Продукты эрозии попадают в жидкость и уносятся ею из зоны обработки.

Обработка происходит при перемещении электрода-инструмента и возникновении многих разрядов по всей обрабатываемой поверхности. Эрозионный промежуток является элементом электрической цепи генератора импульсных токов — его нагрузкой.

В соответствии с характером протекающих во время обработки физических процессов генератор может работать в режимах холостого хода, рабочем и короткого замыкания. В последнем случае источник питания генератора подключен к элементам R,L,С.

В рабочем режиме нагрузкой является электроэрозионный промежуток, представляющий собой нелинейное сопротивление как элемент электрической цепи, вольт-секундная характеристика которого представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Вольт-секундные характеристики электроэрозионного промежутка с крутопадающим (1), монотонным (2) и горизонтальным (3) напряжениями

При длительных дуговых разрядах основное падение напряжения на электроэрозионном промежутке сосредоточивается в прикатодной области. Оно зависит от материала катода и межэлектродной среды, совсем мало от тока через электроэрозионный промежуток и составляет 15... 35 В. Падение напряжения в канале и в прианодной области составляет 1... 2 В до долей вольта. После начала разряда ток не может быть ограничен электроэрозионным промежутком, он определяется последовательно включенными сопротивлением и напряжением источника питания.

Основным электрооборудованием электроэрозионных установок являются безнакопительные генераторы импульсов (рисунок 5.2).

Генератор включает в себя источник постоянного напряжения — трехфазный понижающий трансформатор Т, выпрямитель В и фильтр LC, коммутатор VT, прерывающий цепь нагрузки, и регулируемый резистор R с малой собственной постоянной времени — отношением собственной распределенной индуктивности к сопротивлению.

Рисунок 5.2 – Принципиальная электрическая схема генераторы импульсов

Функциональная схема электроэрозионного станка представляет собой автоматическую систему с обратной связью по выходной величине (X_ВЫХ), поступающей от датчика выходной величины (ДВВ) в блок сравнения (БС).

Объектом управления (ОУ) является межэлектродный промежуток (МЭП), который постоянно меняется в процессе обработки.

Регулируемым параметром является ток разряда, падение напряжения на МЭП или их комбинация, так как измерение заряда затруднительно.

В таких станках наибольшее распространение получили регуляторы жесткого типа. Подвижная система перемещается электродвигателем (ЭД) вверх или вниз. ЭД связан с электродом-инструментом механической передачей (рейка, винтовая, эксцентриковая или роликовая).

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Перечислите и охарактеризуйте режимы работы электроэрозионной установки.

2. Охарактеризуйте функциональную схему электроэрозионного станка.

Задания к лабораторной работе:

1. Начертите принципиальную электрическую схему управления электроэрозионным станком.

2. Опишите основные элементы и принцип работы схемы управления электроэрозионным станком.

3. Поясните каким образом осуществляется защита, блокировка, сигнализация и питание цепей.

4. Начертите принципиальную электрическую схему АР электроэрозионных станков с промежуточным электромашинным усилителем, и поясните его принцип действия (1 подгруппа).

5. Начертите принципиальную электрическую схему АР электроэрозионных станков с непосредственным включением (без усилителя) и поясните его принцип действия (2 подгруппа).

6. Проанализируйте работу схем АР электроэрозионных станков.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Лабораторная работа №6

Изучение схемы управления установкой

электростатической окраски

Цель работы: изучить принцип действия и схему управления установкой электростатической окраски.

Студент должен:

уметь: оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования; определять электроэнергетические параметры электротехнических устройств и систем;

знать: классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли; физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила и условия эксплуатации электрооборудования электрокинетических установок;

иметь сформированные компетенции: принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями; брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

Обеспеченность занятия:

Учебно-методическая литература: Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование), (стр. 160-167).

Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с., (стр. 119-123).

Справочный материал: Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Технические средства обучения: компьютер.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

В основе работы электрокинетических установок используется электронно-ионная технология (ЭИТ).

Сущность ее состоит в том, что действие электрического поля высокой напряженности на твердое, жидкое или газообразное вещество изменяет его свойства и способствует распределению частиц обрабатываемого вещества в пространстве.

ЭИТ включает три основные процесса: электризацию вещества, формирование движения в электрическом поле и готового продукта.

Развитие получили следующие основные виды ЭИТ:

• Электрогазоочистка — выделение из газового (воздушного) потока твердых тел или жидких частиц.

• Электросепарация — разделение многокомпонентных систем на составные части.

• Электроокраска — нанесение твердых или жидких покрытий на изделия.

Эти виды ЭИТ используются в промышленных установках: электрофильтрах; для разделения суспензий, эмульсий и сыпучих смесей; в опреснителях; для окраски.

В установках электростатической окраски используется явление электрофореза.

Установка предназначена для окраски металлических изделий в высоковольтном электрическом поле.

В промышленности применяют две системы электроокраски: электростатическую и с механическим распылением.

Электростатическая окраска заключается в зарядке и распылении жидкости за счет электростатических сил, действующих на каплю, находящуюся на кромке распылителя. Заряженные частицы распыленной жидкости в электрическом поле движутся по направлению к изделию.

К электростатическим относятся лотковые, щелевые распылители. Распыление происходит на кромке наклонного лотка или на краю пластины, помещаемой на выходе из щели. Такие распылители применяют для нанесения покрытий на изделия плоской формы с большой площадью поверхности.

Вращающиеся электростатические распылители отличаются большим расходом краски (в 1,5 — 2 раза) из-за того, что равномерное ее распределение по длине кромки обеспечивается центробежными силами. Наиболее широко распространен чашечный распылитель.

Существуют следующие системы неэлектрического распыления: центробежная, пневматическая, безвоздушная.

Центробежное распыление происходит на кромке диска или чаши, вращающихся с очень большой частотой (20... 40 тыс. об/мин) (рисунок 6.1).

Пневматическое окрашивание осуществляется под воздействием сжатого воздуха через специальные устройства.

При безвоздушном распылении капли краски ускоряются относительно неподвижного воздуха за счет того, что он подается к распылителю под большим давлением (до 12 МПа).

Сравнивая электромеханические и электростатические распылители, необходимо отметить, что последние обеспечивают более ровное и гладкое покрытие на деталях и наименьшие потери краски. Электромеханическим распылителям характерна большая производительность, они лучше окрашивают полости и углубления в деталях. При их использовании существует значительно меньше ограничений на краски. Их недостаток — относительно небольшая степень зарядки частиц, и как следствие — потери краски (20...30%).

При электростатической окраске на процесс распыления жидкости в значительной степени влияют напряженность поля в непосредственной близости от распылителя, поверхностное натяжение, вязкость жидкости, а также расход жидкости, т.е. скорость ее поступления в зону распыления.

Рисунок 6.1 - Центробежно-вихревой электрораспылитель:

1 — чаша с турбиной; 2 — рассекатель; 3— сопловый аппарат; 4 — накидная гайка; 5 — корпус; 6 — вал с подшипниками; 7 — ограничительное сопротивление; 8 — кабель; I — отверстие для выхода краски на кромку чаши; II — каналы для подачи воздуха на вращение чаши; III — лопатки турбины; IV — подача лакокрасочного материала; V — подача воздуха на формирование факела.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Поясните: в чем состоит сущность электронно-ионной технологии.

2. Перечислите основные виды ЭИТ и охарактеризуйте их.

3. Дайте понятие коронного разряда и перечислите системы коронирующих электродов.

4. Продолжите предложение: Электростатическая окраска заключается в _________.

5. Дайте сравнительную характеристику электроокраски электростатической и с механическим распылением.

Задания к лабораторной работе:

1. Начертите принципиальную электрическую схему установки для окраски в электростатическом поле.

2. Опишите основные элементы и принцип работы установки для окраски в электростатическом поле.

3. Составьте классификацию электростатических распылителей.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Внимательно прочитайте краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы.

2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе.

3. Выполните работу согласно задания к лабораторной работе.

4. Оформите отчет по лабораторной работе в тетради.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторным работам оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью лабораторной работы.

Учитывая подготовку, выполнение лабораторных работ и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности (профессии).

Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.

Список использованных источников

Основная литература:

1. Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с.

Дополнительная литература

1. Соколова Е.М. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: Общепромышленные механизмы и бытовая техника: Учеб. пособие для студ. Учреждений сред. Проф. образования. - М.: Мастерство; Высшая школа, 2001. – 224 с.

2. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст] / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. - М.: ФОРУМ, 2011. –136 с. – (Профессиональное образование).

Электронные образовательные ресурсы

1. Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Электронный ресурс]: Учебник. М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2004, 407 с.: ил. – (Профессиональное образование).