Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии




НазваниеЛабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии
Дата20.11.2012
Размер89.2 Kb.
ТипЛабораторная работа
Лабораторная работа № 2. Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии

Задание

1. Ознакомиться со стендом и конструкцией преобразователя.

2. Методом встроенных датчиков температуры снять кривые нагрева в четырех точках преобразователя. Сравнить температуру различных узлов преобразователя с температурой окружающего воздуха.

3. Определить графически постоянную времени нагрева , используя кривую нагрева обмотки якоря.

4. Вычислить методом электротепловой аналогии установившиеся значения превышения температур обмотки якоря Tуст, сравнить с экспериментом.

Теоретическая часть


Электромеханические преобразователи энергии работают как в стационарном режиме при постоянной нагрузке и неизменных условиях охлаждения, так и в неустановившихся режимах.

В стационарном режиме работы суммарные тепловые потери, выделившиеся в активных элементах конструкции, равны количеству тепловой энергии, передаваемой охладителю.

К неустановившимся тепловым режимам относятся: кратковременный режим, предполагающий ограниченную длительность работы под нагрузкой с последующей паузой, за время которой температура любых частей преобразователя снижается до первоначального уровня, и повторно-кратковременный режим, представляющий собой последовательность кратковременных режимов с различным сочетанием времени работы под нагрузкой различной интенсивности и последующей паузы.

В некоторых преобразователях основным видом работы является комбинация кратковременных импульсов с длительными паузами. Такая импульсная нагрузка столь непродолжительна, что нарастание температуры в активных частях можно считать адиабатным (без теплообмена с окружающей средой). Преобразователи с такими режимами работы называют термоинерционными.

Переходные тепловые процессы протекают и в случаях изменяющихся условий охлаждения, что приводит к соответствующим изменениям температур преобразователя.

В ряде случаев, когда по условиям работы необходимо произвести лишь оценку допустимой температуры, используют простейшее представление о преобразователе, как об идеальном и однородном в тепловом отношении теле, под которым понимается тело с бесконечно большой теплопроводностью, со всех внешних поверхностей которого происходит равномерное охлаждение с постоянной интенсивностью.

Для нестационарного режима работы уравнение теплового баланса имеет вид

(1)

где Р – тепловые потери в объеме тела; T – превышение температуры тела над температурой охладителя; m, S – масса и поверхность охлаждения тела; С – удельная теплоемкость; – коэффициент теплоотдачи; t – время.

Левая часть уравнения (1) представляет собой выделяемое внутри преобразователя количество тепловой энергии за время dt; правая часть – энергию, аккумулированную телом и энергию, переданную в окружающую среду. При выходе на установившийся тепловой режим, когда Т = Tуст из (1) следует: Т = Tуст = P/S. Установившееся превышение температуры тем больше, чем больше выделяется тепла и хуже условия охлаждения тела, т.е. чем меньше S . Уравнение (1) можно записать в виде

(2)

где – постоянная времени нагревания, определяемая подкасательной в произвольной точке к кривой нагревания (охлаждения) (рис. 2.1,а,б).

После разделения переменных в уравнении (2), интегрирования и определения постоянной интегрирования из начального условия получаем

(3)

В случае нагревания тела, имеющего в начальный момент времени температуру, равную температуре охлаждающей среды, т.е. T0 = 0, из (3) имеем

(4)

чему соответствует экспоненциальная кривая нагревания (рис. 2.1,а). Через t = 4 превышение температуры тела практически достигает установившегося значения.

В случае охлаждения тела, имеющего начальное превышение температуры T0  0, но не имеющего внутренних источников тепловыделения (Р = 0), происходит рассеивание тепла, аккумулированного телом, в окружающую среду. Тогда из (4) при Tуст = 0 получаем уравнение охлаждения тела (рис. 2.1,б). Из (3) и (4) при T = 0 имеем



Этим соотношением можно воспользоваться для графического определения постоянной времени нагревания , если имеется кривая T(t), снятая опытным путем (рис. 2.1,а).

В инженерной практике при расчете температур используется метод тепловой схемы замещения, основанный на электротепловой аналогии: электрическому потенциалу U (или разности потенциалов) соответствует температура T; электрическому току I – тепловой поток (тепловые потери) Р, электрическому сопротивлению Rэ – тепловое сопротивление RT. Величина RT определяется видом теплового процесса: при теплопереносе теплопроводностью ; при передаче тепла конвекцией и при аккумулировании тепловой энергии . Здесь l – длина участка, определяемая по направлению теплового потока; S – площадь, через которую проходит тепловой поток; , С, – коэффициент теплопроводности, теплоемкости и теплоотдачи соответственно; m – масса, t – время.

Применение электротепловой аналогии при исследовании тепловых процессов позволяет использовать схемы, подобные электрическим, а также основные законы теории электрических цепей – законы Кирхгофа и Ома.

Для измерения температуры (по ГОСТ 25000–81) используются методы сопротивления и встраиваемых датчиков.

Первый метод дает среднее значение температуры, в частности, обмоток электромеханических преобразователей. Расчет перегрева обмотки T производится по формуле

(5)

где Rг, Rх – сопротивления обмотки в горячем и холодном состояниях соответственно, Ом; К – величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления при 0°С (К = 235 для медной обмотки и К = 245 для обмотки из алюминия).

Недостаток метода – невозможность непрерывного контроля температуры обмоток, так как перед измерением сопротивления необходимо отключать электрическую машину от сети и производить замеры.

При использовании второго метода датчики – термопары, термометры сопротивления или терморезисторы – встраиваются в различные доступные точки электрической машины (приклеиваются или закрепляются с помощью сварки). Использование большого количества датчиков позволяет производить измерение температурных полей и вести непрерывный контроль температуры без отключения электрической машины от сети.

Порядок выполнения работы


1. В состав лабораторного стенда (см. рис. 2.2) входят исследуемый преобразователь, панель управления с кнопками запуска приводного электродвигателя SB1 и его останова SB2 и измерительными приборами PV1, PV2, PA1, PA2, PT1 и PF1. Самопишущий прибор PT1 типа КСП–4 предназначен для регистрации показаний термопар ТП1ТП5. Частотомер PF1 типа Ф5043 используется для контроля частоты вращения преобразователя.

Электромеханический преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения 27 В в переменное напряжение 20 В повышенной частоты (400 Гц). Исследуется генераторная часть преобразователя.

Преобразователь нагружается на индуктивную нагрузку L. При этом по обмотке якоря протекает номинальный ток, вызывая номинальные электрические потери, а нагрузка на двигатель практически не увеличивается, так как cos  0. Под нагрузкой двигатель работает в режиме холостого хода, что упрощает стабилизацию его скорости вращения.

Конструктивно преобразователь представляет собой двухмашинный агрегат (рис. 2.3), состоящий из приводного электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов. Стабилизация частоты вращения ротора преобразователя обеспечивается регулированием тока в обмотке возбуждения приводного двигателя. Охлаждение преобразователя осуществляется внешним вентилятором.

Для контроля температуры элементов преобразователя и охлаждающей среды установлены пять термопар типа ТХК (хромель–копель). Места установки термопар показаны на рис. 2.3. Термопары TП1 и TП2 регистрируют температуру лобовой и пазовой частей обмотки якоря генератора, ТП3 – температуру магнитопровода якоря генератора, ТП4 – температуру поверхности корпуса в зоне якоря генератора, ТП5 – среднюю температуру воздуха внутри преобразователя.

2. Включить питание частотомера PF1 (кнопка «Сеть»).

Включить самописец КСП–4 (тумблер "Сеть" на передней панели прибора), включить подачу диаграммной ленты (тумблер "Диаграмма"). По шкале прибора произвести отсчет температур в точках установки термопар.

Включить внешний вентилятор (тумблер «Вентилятор»).

Реостат установить в положение максимального сопротивления, – минимального. При отключенной нагрузке (выключатель S1 в положении "О") нажатием кнопки "Пуск" осуществить запуск преобразователя. По мере разгона уменьшать сопротивление до 0. Затем, увеличивая , установить по частотомеру частоту 400 Гц. Подключить нагрузку (выключатель S1 перевести в положение "I") и установить по шкале прибора РА2 ток, равный 10А. Зафиксировать время начала работы преобразователя под нагрузкой (время работы под нагрузкой ~ 30 мин) и скорость подачи диаграммной ленты. По истечении указанного времени отключить электропитание преобразователя нажатием кнопки "Стоп".

3. Выключить самописец КСП-4 (сначала отключить подачу диаграммной ленты, а затем выключить тумблер "Сеть"). Снять диаграммную ленту. Определить по диаграммной ленте максимальное превышение температуры лобовой и пазовой частей обмотки якоря и магнитопровода (термопары ТП1ТП3) над температурой окружающей среды Т0 (точка 6 самописца). Определить графически постоянную времени процесса нагревания [с], проведя подкасательную до пересечения с линией установившейся температуры (см. рис. 2.1,а).

4. Исходя из геометрической симметрии конструкции якоря преобразователя и симметрии его температурного поля, провести тепловой расчет для элемента конструкции (рис. 2.4), содержащего пазовую часть якорной обмотки и магнитопровод, приходящихся на половину ширины зубца , половину ширины паза и половину длины магнитопровода . Лобовая часть обмотки не учитывается.

Тепловая и преобразованная схемы замещения представлены на рис. 2.5 и 2.6. В таблице 1 даны формулы расчета тепловых сопротивлений для процессов теплопроводности и конвекции (размеры из рис. 2.4 необходимо подставлять в формулы в метрах). Омические потери и потери в стали магнитопровода считаются заданными и равными: Pм = 3·I2Rф = 3·102·0,1 = 30 Вт; Рст = 20 Вт (Rф = 0,1 Ом – электрическое сопротивление одной фазы обмотки якоря, I = 10 A – ток нагрузки). Потери в расчетном элементе и , где z = 27 – число зубцов.

Таблица 1






Тепловое сопротивление процессу

Основные теплофизические параметры

теплопроводности

1

обмотки





2

магнитопровода





3

пазовой изоляции





4

корпуса





конвекции

5

в воздушный зазор





6

с поверхности корпуса






Используя правила сложения сопротивлений и считая РA и РB источниками тока, можно в соответствии со схемой (рис. 2.6) записать следующие выражения:



Установившиеся значения превышения температур обмотки якоря и магнитопровода определяются как: , (см рис. 2.6).

Сравнить расчетные значения и с экспериментально измеренными температурами.




Рис. 2.1. К расчету режима нагревания тела




Рис. 2.2. Схема лабораторного стенда




Рис. 2.3 Схема двухмашинного агрегата












Рис. 2.4  Элемент конструкции для теплового расчета

Рис. 2.5 Тепловая схема замещения

Рис. 2.6 Преобразованная схема замещения




номера пунктов данного раздела соответствуют номерам пунктов задания.




Похожие:

Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconЛабораторная работа №5 Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости
Цель работы: Сравнить экспериментально уменьшение потенциальной энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconЛабораторная работа №5. Эксперимент лабораторная работа №6 Раздел II. Эмпирические исследования познавательных процессов. Ощущения и восприятие лабораторные работы №7-9: Методика «Специфика восприятия»
Цель: Выявление типов поведения студентов (коллег) в дискуссии (наблюдение по схеме Р. Бейлза)
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconКонспект урока по теме: «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах»
Цель урока: осознать закон сохранения энергии, наблюдать переход энергии от одного тела к другому
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconИсследование теплофизических процессов и свойств веществ
Данный курс направлен на более полное освоение дисциплин, связанных с тепловым проектированием, экспериментальной отработкой тепловых...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconМосковский энергетический институт (технический университет)
Целью дисциплины является изучение методов математического моделирования энергетических процессов в тепловых схемах тепловых электростанций...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconТехническое задание на поставку комплекта учебного оборудования по дисциплинам теплотехника, гидравлика
В комплект поставки лабораторного стенда «Исследование тепловых процессов» нтц-117. 000 должно входит
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconПамятка потребителю тепловой энергии при эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей
«Правил технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconЛабораторная работа №8 исследование монтажных паяных соединений
Цель работы – экспериментальное исследование электрических и механических свойств монтажных соединений, полученных пайкой в различных...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconЛабораторная работа исследование указателей положения
Целью лабораторной работы является изучение принципа действия и устройства указателей положения закрылков уп-11-09 и стабилизатора...
Лабораторная работа № Исследование тепловых процессов в бортовом преобразователе энергии iconЛабораторная работа 17 «Исследование законов распределения случайных про- цессов»

Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница