Методические указания по лабораторным работам МДК01.03
учебно-методическое пособие на тему

Министерство образования и науки  РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Югорский государственный университет»  

Лянторский  нефтяной техникум (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Югорский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ   УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование

специальность 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

г. Лянтор

2017                

Методические указания по выполнению лабораторных работ по МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование разработаны в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности  13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 28 июня 2014 г. № 831.

Разработчик: Карпунина Л.Н. – преподаватель высшей квалификационной  категории, ЛНТ (филиала) ФГБОУ ВПО «ЮГУ»

Содержание

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . .  4

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Сравнение светоотдач галогенной лампы, компактной люминесцентной лампы низкого давления и светодиодной лампы

со светоотдачей лампы накаливания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Сравнение светоотдач линейной люминесцентной лампы низкого давления со стартерной и электронной пускорегулирующей аппаратурой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Устройство и принцип работы камерной электропечи периодического действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  20

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Устройство и принцип работы электрической вакуумной печи сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания составлены в соответствии с программой профессионального модуля ПМ01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) и предназначены для выполнения лабораторных работ по МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование очной и заочной форм обучения.

Междисциплинарный курс 01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование  базируется на знании учебных дисциплин и прежде всего электротехники и электроники, а так же Охраны труда. Программой профессионального модуля  предусмотрено 8 часов лабораторных работ по МДК01.03.

Дидактическая цель лабораторных работ – осмыслить и закрепить материал лекций, а также получить первые практические навыки в изучении разделов МДК.

Лабораторные занятия являются одним из важнейших элементов учебного процесса. При проведении лабораторных занятий преследуется три основные цели: возможность на практике убедиться в теоретических положениях; развитие творческого мышления (критическое осмысление результатов эксперимента); пробудить любознательность и воображение студента.

Поэтому приобретенные практические навыки при выполнении лабораторных работ не могут быть восстановлены другими видами учебных занятий. Подготовке, выполнению и защите лабораторных работ, обработке и анализу полученных результатов студенты должны уделять самое серьезное внимание. Все этапы работы, связанные с лабораторными занятиями, должны отвечать определенным требованиям.

В данный сборник входит 4 лабораторные работы, в каждой работе даются краткие методические указания, и их следует строго выполнять. Далее указаны номер, наименование и количество часов, отведенного на каждую работу.

В результате выполнения лабораторных работ студент должен:

 уметь:

• подбирать технологическое оборудование для ремонта и эксплуатации электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем, определять оптимальные варианты его использования;
• организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;
• проводить анализ неисправностей электрооборудования;
• эффективно использовать материалы и оборудование;
• заполнять маршрутно-технологическую документацию на эксплуатацию и обслуживание отраслевого электрического и электромеханического оборудования;
• оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования;
• осуществлять технический контроль при эксплуатации электрического и электромеханического оборудования;
• осуществлять метрологическую поверку изделий;
• производить диагностику оборудования и определение его ресурсов;
• прогнозировать отказы и обнаруживать дефекты электрического и электромеханического оборудования;

знать:

• условия эксплуатации электрооборудования;
• действующую нормативно-техническую документацию по специальности;
• порядок проведения стандартных и сертифицированных испытаний;
• правила сдачи оборудования в ремонт и приёма после ремонта;
• пути и средства повышения долговечности оборудования;
• технологию ремонта внутрицеховых сетей, кабельных линий, электрооборудования трансформаторных подстанций, электрических машин, пускорегулирующей аппаратуры.

Выполнение лабораторных работ по МДК.01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование профессионального модуля ПМ.01. Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования направлено на формирование профессиональных компетенций (ПК):

ПК1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

ПК1.2. Организовывать и выполнять техническое обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования.

ПК1.3. Осуществлять диагностику и технический контроль при эксплуатации электрического и электромеханического оборудования.

ПК1.4. Составлять отчётную документацию по техническому обслуживанию и ремонту электрического и электромеханического оборудования.

и общих компетенций (ОК):

ОК1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Выполнение лабораторной работы

1) Предварительная (домашняя) подготовка к выполнению лабораторной работы.

Перед выполнением лабораторных работ студент должен строго выполнить весь объем домашней подготовки; знать, что выполнению каждой работы предшествует проверка готовности студента.

Подготовка к выполнению лабораторной работы должна включать в себя следующее:

• повторение соответствующего теоретического раздела курса по учебнику и конспекту лекций;
• тщательное изучение содержания работы по руководству и усвоение ее целевого назначения и программы;
• составление заготовки отчета или конспекта каждым студентом отдельно.

Заготовка отчета должна включать в себя: цель и порядок работы, рабочие схемы, таблицы и основные расчетные соотношения.

2)  Получение допуска к работе. Знакомство в лаборатории с оборудованием стенда и требованиями техники безопасности.

К выполнению лабораторных работ могут быть допущены студенты, прошедшие инструктаж по ТБ. Инструктаж проводится в учебной группе в начале семестра на первом лабораторном занятии. На этом же занятии студентов знакомят с основными требованиями, предъявляемыми к выполнению лабораторных работ и оформлению отчетов по ним. На последующих занятиях студенты обязаны придерживаться указаний преподавателя в отношении мер предосторожности, а также целесообразной сборки электрических цепей.

Студенты допускаются к лабораторным занятиям, во-первых, только после представления преподавателю отчета по лабораторной работе, выполненной на предыдущем занятии, во-вторых, после того, как представлены каждым студентом заготовки нового отчета. При этом студенты должны показать удовлетворительные знания при ответах на контрольные вопросы на допуск, составленные к данной лабораторной работе, знать порядок выполнения работы.

3) Проведение лабораторной работы и предварительная обработка полученных результатов.

Уяснив последовательность эксперимента, усвоив электрическую схему соединения отдельных элементов цепи, студенты записывают паспортные данные электрического оборудования, аппаратов, измерительных приборов и элементов исследуемой электрической цепи.

Изучая теоретическое обоснование, студент должен иметь в виду, что основной целью изучения теории является умение применить ее на практике для решения практических задач.

4) Составление отчета и представление его преподавателю.

После выполнения работы студент должен представить отчет о проделанной работе с полученными результатами и выводами и устно ее защитить. Отчеты по лабораторным работам выполняются в отдельной тетради в клетку. Необходимо оставлять поля шириной 25…30 мм для замечаний преподавателя. Содержание отчета должно включать в себя: цель работы, порядок выполнения, электрические схемы, выводы по работе, представленные в виде письменных ответов на вопросы. Вычерчивание схем, таблиц, графиков необходимо выполнять чертежным инструментом (линейка, циркуль, лекало и т.д.) карандашом либо чернилами. Элементы схем должны быть вычерчены тщательно с использованием обозначений по ГОСТ.

Дифференцированный зачет выставляется по итогам выполнения и защиты каждой лабораторной работы. При отсутствии студента по неуважительной причины студент выполняет работу самостоятельно, в свое личное время и защищает на консультации по указанию преподавателя.

Неаккуратное выполнение лабораторной работы, несоблюдение принятых правил и плохое оформление чертежей и схем могут послужить причиной возвращения работы для доработки.

Критерии оценки лабораторных работ

Оценка «5» ставится в том случае, если обучающийся:

1. выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;
2. самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для работы необходимое оборудование, все эксперименты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;
3. в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;
4. соблюдал требования безопасности труда.

Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но:

• эксперимент проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерении;
• было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета исправленных самостоятельно по требованию преподавателя.

Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, или если в ходе проведения эксперимента и измерений были допущены следующие ошибки:

1. эксперимент проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью;
2. в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок (в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д.), не принципиального для данной работы характера, но повлиявших на результат выполнения;
3. работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы.

Оценка «2» ставится в том случае, если:

1. работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов;
2. опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно;
3. в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к, оценке «3».

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: Сравнение светоотдач галогенной лампы, компактной люминесцентной лампы низкого давления и светодиодной лампы со светоотдачей лампы накаливания.

Цель: Изучить и сравнить технические характеристики ламп накаливания, галогенных, люминесцентных ламп низкого давления и светодиодных ламп.

 Студент должен знать: 

• устройство и технические характеристики ламп накаливания, галогенных, люминесцентных ламп низкого давления и светодиодных ламп;

уметь:

• выполнять сравнительный анализ параметров галогенной лампы, компактной люминесцентной лампы низкого давления и светодиодной лампы с параметрами лампы накаливания.

Теоретическое обоснование

Лампа накаливания - самый распространенный вид лампочек. Лампы накаливания - тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Применяются такие лампы, как правило, в бытовом и декоративном освещении, а также там, где к освещению не предъявляют особых требований, а потребление и срок службы ламп не являются определяющими факторами. 

Коэффициент полезного действия в них составляет только 6-8%, и они в большей степени нагревают, чем освещают (дают 95% тепла и лишь 5% - света). К тому же, такие лампы имеют короткий срок службы (не более 1000 часов) и малую светоотдачу (7-17 лм/Вт).

Галогенные лампы - это усовершенствованные лампы накаливания. Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, прекрасная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Благодаря добавлению в колбу газов фтора, брома, хлора, йода, уменьшающих количество испарения вольфрама, срок службы лампы увеличился до 2000-5000 часов. Использование специальных фильтров, нанесенных на кварцевое стекло, «останавливает» ультрафиолет, что оберегает освещаемые вещи от выгорания. Дихроичные отражатели отводят тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Яркость освещения регулируется с помощью большого ассортимента диаметров отражателей.

Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света низкого давления. Его световой поток определяется свечением люминофора под воздействием ультрафиолетового излучения, которое возникает вследствие электрического разряда. Изнутри стенка колбы покрыта смесью люминесцентных порошков, которая называется люминофор. Лампы с трехполосным люминофором более экономичны, поскольку световая отдача у них составляет до 104 Лм/Вт, но обладают худшей цветопередачей (Ra = 80), а лампы с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу (Ra = 90…98) при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт).

Существует два способа поджига люминесцентных ламп - электромагнитным и электронным балластом. Тип балласта влияет на зажигание ламп, а также на мерцание в работе и срок службы поджигающих электродов. При поджиге люминесцентных ламп с электромагнитным балластом происходит до 30% потерь электроэнергии. Основным отличием люминесцентного светильника с электронным балластом от такого же светильника с электромагнитным балластом, помимо энергосбережения, веса и объема, является частота мерцания: Лампы с электронным балластом работают с высокой частотой мерцания около 42 000 Гц в секунду, тогда как лампы с электромагнитным балластом работают с частотой 100 Гц в секунду, что при длительном использовании вызывает усталость глаз.

Светодиоды (также часто используется английская аббревиатура LED – light emitting diodes), являются самыми перспективными источниками света. Изначально светодиоды использовались в электронике, затем – в свето-сигнальной технике (светофорах, дорожных знаках, вывесках и указателях).  Позже эта технология нашла свое применение и в декоративном освещении.

Светодиоды работают от низкого напряжения и, соответственно, потребляют очень мало электроэнергии, так как по сравнению с обычными источниками света практически всю энергию превращают в свет. Это позволяет снизить потребление энергии на 75%.

Срок службы до 100 000 часов горения, светодиоды намного прочнее и менее подвержены механическому воздействию, поскольку в них отсутствуют элементы (спирали, электроды), которые могут быть повреждены. Отсутствие у светодиодов ультрафиолетового и инфракрасного излучения, что позволяет использовать их, в частности, для экспозиционной подсветки.

Особая система цветосмешения (установка в одном корпусе трех групп светодиодов) позволяет получить практически любой цвет светового потока, что, несомненно, расширяет возможности использования светодиодов.

Световая отдача лампы, измеряемая в люменах на ватт (лм/Вт) - величина, используемая для определения эффективности преобразования электрической энергии в свет. Это наиболее важный параметр лампы с точки зрения энергосбережения и прогресса источников света.

Сравнительные характеристики различных видов ламп

Ход работы

1. Изучить теоретическое обоснование.
2. Произвести  сравнительный анализ галогенной, люминесцентной низкого давления, светодиодной ламп с лампой накаливания.
3. Заполнить сравнительную таблицу лампы накаливания, люминесцентной лампы, светодиодной лампы и галогенной лампы приблизительно одной мощности.
4. Ответить на контрольные вопросы.
5. Сделать вывод о проделанной работе.

Таблица 1.1 - Сравнительная таблица лампы накаливания, люминесцентной,   светодиодной и галогенной ламп

Контрольные вопросы

1. Что называют источниками  света?  Приведите  примеры  источников  света. 
2. Что должно учитываться при выборе источников света?
3. Какие достоинства и недостатки имеют лампы накаливания?
4. Какие достоинства и недостатки имеют газоразрядные лампы?
5. Что такое светоотдача лампы?
6. Какие качественные характеристики применяются для анализа качества производственного освещения?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Сравнительная таблица лампы накаливания, люминесцентной,   светодиодной и галогенной ламп  - Таблица 1.1.
3. Ответы на контрольные вопросы.
4. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов: Учебное пособие / В.П. Шеховцов. - 2-e изд. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 352 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема: Сравнение светоотдач линейной люминесцентной лампы низкого давления со стартерной и электронной пускорегулирующей аппаратурой.

Цель: Изучить технические характеристики люминесцентных ламп низкого давления с электромагнитной и электронной ПРА, сравнить светоотдачи этих ламп.

 Студент должен знать: 

• устройство и технические характеристики люминесцентных ламп низкого давления с электромагнитной и электронной ПРА;

уметь:

• выполнять сравнительный анализ параметров люминесцентной лампы низкого давления и светодиодной лампы с электромагнитной и электронной ПРА.

Теоретическое обоснование

Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышает нескольких процентов.

1) Описание и устройство

Люминесцентные лампы с термокатодом относятся к типу газоразрядных источников света. Наиболее распространены ртутные люминесцентные лампы, в которых в парах ртути происходит разряд, излучающий в ультрафиолетовом спектре.

В состав люминесцентных ламп входит два электрода, находящихся в противоположных концах лампы. Сама лампа заполнена инертным газом и парами ртути, внутренние стенки колбы, которая имеет вид тонкой трубки, покрыта люминофором. Кроме этого в лампе есть цоколь и электронный блок. Люминофор, которым покрыта внутренняя поверхность колбы лампы, преобразует невидимый ультрафиолет в видимый свет.

У люминесцентных ламп  имеются недостатки. Самые существенные: большие размеры, неустойчивая работа при низких температурах, сложность схемы включения, наличие стробоскопического эффекта, необходимость в утилизации установленным способом.

2) Виды и типы люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы выпускают самых различных форм и видов, рассчитанные на использование в различных сферах человеческой жизни. Наиболее распространены следующие:

Люминесцентные трубчатые лампы (линейные) Они выполнены в форме прямой трубки. На фото люминесцентные лампы узнаются сразу именно за счет трубчатой формы цоколя. Диаметр трубки обозначается так называемым Т-размером. После буквы Т идет значение диаметра в восьмых частях дюйма. Например, существуют люминесцентные лампы т4 (t4 - в иностранной литературе и обозначениях), т5 (t5), т8 (t8) и т. д. Так маркировка T8 обозначает размер в 26 мм, а T12 - в 38 мм.

U-образная люминесцентная лампа - имеет укороченную длину и цоколи с одной стороны.

Также различают лампы люминесцентные кольцевые, с четырех-штырьковым цоколем. Кольцо лампы бывает трех различных диаметров.

Лампы люминесцентные ультрафиолетовые - альтернатива лампам накаливания, они применяются в различных типах облучателей, использующих фотохимическое и биологическое действие ультрафиолетового света.

Компактные люминесцентные лампы (для светильников), имеющие меньшие размеры по сравнению с обычной колбчатой лампой. Иногда они обозначаются аббревиатурой ккл. В продаже можно встретить люминесцентные энергосберегающие компактные лампы (ккл), специально предназначенные для установки в стандартный патрон для ламп накаливания. В этом случае они имеют встроенный электронный балласт.

3) Маркировка люминесцентных ламп:

Л - люминесцентная лампа; Б - белого цвета; Д - дневного цвета; У - универсальная. Буква G указывает на тип цоколя. Буква W - на напряжение, например, лампа люминесцентная 6w.

Так, например, люминесцентная лампа 8w g5 расшифровывается как лампа на 8 ватт, тип цоколя - G5. Буквой иногда может обозначаться и торговая марка. Например, люминесцентные лампы ge - в данном случае маркировка указывает на производителя GeneralElectrics.

4) Комплектующие для люминесцентных ламп

Традиционно питание люминесцентных ламп осуществляется переменным током промышленной частоты.

Электромагнитные ПРА для люминесцентных ламп предназначены для схем подключения ламп с использованием стартера. Стартер для люминесцентных ламп включается только в момент подачи питания на лампу, а после того, как цепь замкнулась и лампа зажглась - напряжение на нем падает. Такая схема подключения является менее надежной, так как стартеры нужно часто менять.

Электронные ПРА для люминесцентных ламп предназначены для использования без стартера. Бездроссельное питание люминесцентных ламп получится в результате более экономически выгодным.

Данный способ обеспечивает более высокую надежность и долговечность работы этих ламп. В этом случае балласт, по сути, является преобразователем, обеспечивая необходимые условия для электропитания лампы. Такой преобразователь для люминесцентной лампы также недешев, однако его использование полностью оправданно с экономической точки зрения.

5) Схемы включения люминесцентных ламп

Для поддержания и стабилизации процесса разряда последовательно с люминесцентной лампой включается балластное сопротивление в сети переменного тока в виде дросселя или дросселя и конденсатора. Эти устройства называют пускорегулирующими аппаратами (ПРА).

Напряжение сети, при котором работает люминесцентная лампа в установившемся режиме, недостаточно для ее зажигания. Для образования газового разряда, т. е. пробоя газового пространства, необходимо повысить эмиссию электронов путем их предварительного разогрева или подачи на электроды импульса повышенного напряжения. То и другое обеспечивается с помощью стартера, включенного параллельно лампе.

 а - с индуктивным балластом, б - с индуктивно-емкостным балластом

Рисунок 2.1 - Схема включения люминесцентной лампы:

Рассмотрим, как происходит процесс зажигания люминесцентной лампы.

Стартер представляет собой миниатюрную лампочку тлеющего разряда с неоновым наполнением, имеющую два биметаллических электрода, которые в нормальном положении разомкнуты.

При подаче напряжения в стартере возникает разряд и биметаллические электроды, изгибаясь, замыкаются накоротко. После их замыкания ток в цепи стартера и электродов, ограниченный только сопротивлением дросселя, возрастает до двухтрехкратного значения рабочего тока лампы и происходит быстрый разогрев электродов люминесцентной лампы. В это же время биметаллические электроды стартера, остывая, размыкают его цепь.

В момент разрыва цепи стартером в дросселе возникает импульс повышенного напряжения, вследствие которого происходят разряд в газовой среде люминесцентной лампы и ее зажигание. После того как лампа зажглась, напряжение на ней составляет около половины сетевого. Такое напряжение будет и на стартере, однако этого оказывается недостаточно для его повторного замыкания. Поэтому при горящей лампе стартер разомкнут и в работе схемы не участвует.

Электронный балласт (сокращенно ЭПРА – (Электронный Пускорегу-лирующий Аппарат) питает лампы не напряжением сетевой частоты, а высокочастотным (25…133 кГц), в результате чего заметное для глаз мигание ламп исключено.

В зависимости от модели, ЭПРА может использовать один из двух вариантов запуска ламп:

• Холодный запуск - при этом лампа зажигается сразу после включения. Такую схему лучше использовать в случае, если лампа включается и выключается редко, так как режим холодного пуска более вреден для электродов лампы.
• Горячий запуск - с предварительным прогревом электродов. Лампа зажигается не сразу, а спустя 0,5…1 сек, зато срок службы увеличивается, особенно при частых включениях и выключениях.

Потребление электроэнергии люминесцентными светильниками при использовании электронного балласта обычно на 20…25 % ниже. Материальные затраты (медь, железо) на изготовление и утилизацию меньше в несколько раз. Использование централизованных систем освещения с автоматической регулировкой позволяет сэкономить до 85 % электроэнергии. Существуют электронные балласты с возможностью диммирования (регулировки яркости) путём изменения скважности тока питания лампы.

Механизм запуска лампы с электронным балластом

В отличие от электромагнитного балласта для работы электронного балласта обычно не требуется отдельный специальный стартер, так как такой балласт в общем случае способен сформировать необходимые последовательности напряжений сам. Существуют различные способы запуска люминесцентных ламп. Чаще всего электронный балласт подогревает катоды ламп и прикладывает к катодам напряжение, достаточное для зажигания лампы, обычно - переменное и более высокой частоты, чем сетевое (что заодно устраняет мерцание лампы, характерное для электромагнитных балластов). В зависимости от конструкции балласта и временных параметров последовательности запуска лампы такие балласты могут обеспечивать, например, плавный запуск лампы с постепенным нарастанием яркости до полной за несколько секунд или же мгновенное включение лампы. Часто встречаются комбинированные методы запуска, когда лампа запускается не только за счет факта подогрева катодов лампы, но и за счет того, что цепь, в которую включена лампа, является колебательным контуром.

Рисунок 2.2 - Схема включения люминесцентной лампы с электронной ПРА

Параметры колебательного контура подбираются так, что при отсутствии разряда в лампе в контуре возникает явление электрического резонанса, ведущее к значительному повышению напряжения между катодами лампы. Как правило, это ведет и к росту тока подогрева катодов, поскольку при такой схеме запуска спирали накала катодов нередко соединены последовательно через конденсатор, являясь частью колебательного контура. В результате за счет подогрева катодов и относительно высокого напряжения между катодами лампа легко зажигается. После зажигания лампы параметры колебательного контура изменяются, добротность уменьшается и ток в контуре значительно падает, уменьшая нагрев катодов.

Ход работы

6. Изучить теоретическое обоснование.
7. Нарисовать схемы включения ламп низкого давления с электромагнитными ПРА и электронными ПРА, описать механизм запуска ламп.
8. Произвести  сравнительный анализ люминесцентных ламп низкого давления с электромагнитным ПРА и электронным ПРА.
9. Записать преимущества и недостатки этих двух схем, указать светоотдачи этих ламп.
10. Ответить на контрольные вопросы.
11. Сделать вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой люминесцентная лампа?
2. Какие формы люминесцентных ламп вы знаете?
3. Запишите маркировку люминесцентных ламп.
4. Что называется ПРА, какие ПРА вы знаете?
5. Для чего предназначены электромагнитные ПРА?
6. Для чего предназначены электронные ПРА?

Содержание отчета

5. Номер, тема и цель работы.
6. Схема включения ламп низкого давления с электромагнитным ПРА и электронным ПРА.
7. Механизм запуска люминесцентных ламп низкого давления электромагнитным ПРА и электронным ПРА.
8. Преимущества и недостатки схем включения ламп низкого давления с электромагнитным ПРА и электронным ПРА, светоотдачи этих ламп.
9. Ответы на контрольные вопросы.
10. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов: Учебное пособие / В.П. Шеховцов. - 2-e изд. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 352 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: Устройство и принцип работы камерной электропечи периодического действия.

Цель: Изучить устройство и принцип работы камерной электрической печи сопротивления МПЛ-6. Научиться проводить термические операции в печи  МПЛ-6.

Студент должен знать: 

• устройство и принцип работы камерной электропечи периодического действия;

уметь:

• проводить термические операции в печи  МПЛ-6.

Теоретическое обоснование

1) Определение времени нагрева при закалке стальных деталей.

Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры (τн ) и времени выдержки при этой температуре (τв ). Величину τн  определяют нагревающая способность печи, форма и размеры детали, способ укладки в печи. Величину τв определяют скорость фазовых превращений и дисперсность исходной структуры.

Нагрев обычно проводится в газовой среде (воздух, топочные газы) в расплавленных солях и металлах.

Время нагрева для углеродистых и малолегированных сталей можно определять пользуясь формулой

                                     τн  = 0,1∙D1∙K1∙K2∙K3 ,                                              (3.1)

где D1 – размерная характеристика: размер максимального сечения изделия

              в мм.

      K1 – коэффициент среды (при нагреве на воздухе или топочных газах  

      К1 = 2,0; в расплавленных солях 1,0 и в расплавленных металлах 0,5).

      K2 – коэффициент формы (для шара – 1,0; цилиндра – 2,0;

              параллелепипеда – 2,5; пластины – 4,0).

      K3 – коэффициент равномерности нагрева (равномерный нагрев – 1,0;

              нагрев изделия, лежащего на поде печи – 1,5 и односторонний

              нагрев – 4,0).

Формула (3.1) в большей мере справедлива при нагреве до температуры 800-900°С. Необходимая температура закалки высоколегированных сталей может быть значительно выше этого интервала, кроме того, теплопроводность этих сталей значительно ниже, чем у углеродистых или малолегированных сталей и пользоваться формулой (1) в этом случае нельзя.

Время выдержки деталей τв составляет 20…25% от времени нагрева τн.

2) Определение времени нагрева и выдержки при отпуске стальных деталей.

Время выдержки деталей в электропечах при отпуске и низкотемпературном отжиге (τн.о) зависит от температуры отпуска и определяется следующим образом:

τн.о = 10 мин + 1 мин на 1 мм условной толщины

3) Устройство и основные конструктивные элементы печи МПЛ-6.

Камерная электрическая печь сопротивления МПЛ-6 предназначена для выполнения термических операций в интервале температур 20…1200°С. Она может использоваться для нагрева металлов и сплавов под закалку, отжига, отпуска, нормализации, спекания порошковых прессовок из металлических и полимерных порошков, предварительного отжига оксидных керамических порошков, выжигания шликера* из керамических отливок.

Печь имеет прямоугольное рабочее пространство, стенки, свод и под которого выполнены из шамотных плит. На боковых стенках в продольных пазах размещены электрические нагревательные элементы сопротивления.  Обрабатываемые изделия размещаются на плите пода.

Устройство камерной печи периодического действия показано на рисунке 3.1.

1 - нагревательные элементы; 2 - огнеупорная часть кладки; 3 - теплоизоляция; 4 - жароупорная подовая плита 

Рисунок 3.1 - Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия

Питание на электрические нагреватели подается от сети переменного тока 220 В через тиристорный блок, который управляется программным регулятором температуры. Таким образом, регулятор автоматически поддерживает заданный температурно-временной режим работы печи. Режим задается оператором в виде термической программы перед началом выполнения термической операции.

На рисунке 3.2 представлена электрическая схема электропечи МПЛ-6.

_______________________________________________________________

* Шликером называют водные суспензии составов на основе глины, используемые для формования керамических изделий методом литья в пористые, как правило, гипсовые формы.

Рисунок 3.2 - Электрическая схема электропечи МПЛ-6

Оборудование и материалы

Печь МПЛ-6, штангенциркуль, шлифовальная бумага, изделия или образцы из стали 45.

Ход работы

1. В течение 20 минут изучить методические указания, руководства по эксплуатации печи МПЛ-6 и программного регулятора ТП-403.
2. Получить образцы стали для термообработки, измерить их размеры, пользуясь методическими указаниями, диаграммой Fe–C и литературой по металловедению и термической обработке определить температуру и время нагрева, выдержки исследуемых образцов под закалку и температуру и время нагрева и выдержки при отпуске.
3. Ознакомиться с устройством печи МПЛ-6.
4. Составить термическую программу для температурно-временного режима нагрева и выдержки исследуемых образцов под закалку.
5. Ввести термическую программу в регулятор печи, запустить ее выполнение.
6. Наблюдая за текущими показаниями регулятора, через каждые 2 мин записать соответствующие значения температуры. После окончания термической операции по этим данным построить реальный температурно-временной режим.
7. После окончания стадии выдержки закалить образцы в воду.
8. Зачистить образцы шлифовальной шкуркой, определить твердость HRC после закалки.
9. Составить термические программы для температурно-временных режимов нагрева и выдержки, соответствующих низкому, среднему и высокому отпуску исследуемых образцов.
10. Провести последовательно указанные термические операции, измеряя после выполнения каждой твердость HRC.
11. Оформить отчет о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что относится к электротехническому оборудованию?
2. Классификация электрических печей сопротивления.
3. Перечислите электрические печи сопротивления периодического действия.
4. Является ли печь МПЛ-6 муфельной?
5. Участок нагрева образцов при составлении термической программы линейный. Почему реальный график нагрева нелинейный?

Содержание отчета

10. Номер, тема и цель работы.
11. Электрическая схема электропечи МПЛ-6 - Рисунок 3.2.
12. Ход работы.
13. Ответы на контрольные вопросы.
14. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: Устройство и принцип работы электрической вакуумной печи сопротивления.

Цель: Изучить устройство и принцип работы электрической вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16. Провести в печи спекание прессовок из твердого сплава ВК8          (WC–92 %, Со–8 %).

Студент должен знать: 

• устройство и принцип работы электрической вакуумной печи сопротивления;

уметь:

• проводить термические операции в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16.

Теоретическое обоснование

1) Устройство и основные конструктивные элементы печи СНВЭ-1.3.1/16.

Электропечь СНВЭ-1.3.1/16 предназначена для проведения различных термических процессов (отжига, дегазации, спекания и т.п.) в вакууме при температуре до 1600°С и небольших газовыделениях, при которых не происходит взаимодействия среды остаточных газов с нагревателями, теплоизоляцией и других элементов конструкции. Допускается работа в среде нейтральных газов повышенной чистоты при избыточном давлении не более 0,02 МПа (0,2 кгс/см2).

Рабочая температура определяется в зависимости от температуры плавления, фазовых превращений обрабатываемого материала, вида термических операций. Электропечь может применяться в электронной, радиотехнической, электротехнической, авиационной и других отраслях  промышленности.

В электропечи не рекомендуется:

1. проводить технологические  процессы в углеродосодержащих и окислительных атмосферах, в атмосфере газов технической  чистоты;
2. нагревать угольные и графитовые изделия;
3. нагревать изделия, содержащие кислоты (или их кислотные остатки), щелочи и др. элементы, вступающие в реакцию с углеродистой или нержавеющей сталью, молибденом и медью.

Рабочая зона электропечи по бокам и с обоих торцов окружена шестью W-образными нагревателями из вольфрамового прутка диаметром 6 мм, образующими однофазную систему из двух параллельно включенных групп. Отогнутые концы боковых нагревателей проходят через отверстия в экранах и вставляются в отверстия молибденовых переходных втулок, ввернутых в медные пластины токоподводов. Под действием собственного веса, нагреватель удерживается на месте и между ним и токоподводом образуется электрический точечный контакт. Такой способ установки нагревателей облегчает монтаж и ремонт электропечи. Торцевые нагреватели выполнены поворотными для обеспечения установки садки в камеру. В поднятом положении они фиксируются специальными крючками, установленными на каркасе бокового экрана. Операции загрузки-выгрузки садки могут производиться с обоих торцов камеры нагревательной.

Вакуумная система состоит из:

1. диффузионного паромасляного насоса Н-250/2500;
2. механических насосов 2НВР-5ДМ;
3. вакуумного затвора с электромеханическим приводом;
4. четырех вакуумных запорных сильфонных вентилей;
5. двух натекателей.

Для измерения остаточного давления в электропечи применяется вакуумметр ВИТ-3П, который имеет выходной канал для записи давления. Датчиками вакуумметра являются манометрические преобразователи: термопарный ПМТ-2 и ионизационный ПМИ-2. Для измерения избыточного давления нейтрального газа на электропечи установлен электроконтактный мановакууметр ЭКМВ-1У.

Система водоохлаждения электропечи состоит из коллектора, сливной воронки, рубашек водоохлаждения, элементов конструкции электропечи и диффузионного паромасляного насоса. Соединения в системе осуществляются через резино-тканевые шланги, закрепленные на штуцерах элементов системы водоохлаждения бондажами. Система разделена на 3 цепи охлаждения, в каждой из которых водоохлаждаемыми элементами соединены последовательно:

а) диффузионный паромасляный насос;

б) охладитель нагревательной камеры и 6 токоподводов;

в) корпус и крыши нагревательной камеры.

На коллекторе имеются общий запорный вентиль, 3 вентиля  цепей охлаждения, манометр для контроля давления воды на входе системы водоохлаждения. На сливной воронке смонтированы 3 реле давления, с помощью которых осуществляется контроль за работой каждой цепи охлаждения, предусмотрены необходимые блокировки и сигнализация о нарушении охлаждения.

Охлаждающая вода должна удовлетворять следующим требованиям:

а) жесткость – не более 0,5 мг⋅ экв/л;

б) количество взвешенных веществ – не более 5 мг/л;

 в) окисляемость - не более 10 мг/л;

г) хлориды - не более 5 мг⋅ экв/л.

Давление охлаждающей воды в подводящей магистрали должно быть не менее 0,25-0,30 МПа (2,5-3,0 кгс/см2). Для обеспечения паспортных характеристик диффузионного паромасляного насоса температура воды на входе для охлаждения должна быть не более + 20 °С. Для других узлов электропечи температура  может быть и выше, но при любых условиях температура на входе не должна превышать + 45 °С.

На случай аварийного прекращения подачи воды из водопроводной магистрали следует иметь либо питание водой из двух независимых друг.от друга источников, либо аварийную емкость. При аварийном; прекращении подачи воды охлаждаемые узлы электропечи могут находиться без подачи: воды не более 0,1 ч. Подача воды из аварийной емкости обеспечивается в течение 2 ч.

Регулирование теплового режима осуществляется путем изменения подводимого к нагревателям напряжения с помощью тиристорного регулятора напряжения, включенного в первичную обмотку печного трансформатора. Сигнал управления тиристорного регулятора напряжения формируется и подается с микропроцессорного регулирующего прибора ПРОТАР-100.

Работа на электропечи производится в следующей последовательности

1. подать электропитание на блок управления;
2. произвести загрузку садки;
3. произвести вакууммирование камеры до рабочего давления;
4. подключить нагреватели к системе силового питания;
5. произвести нагрев садки в соответствии с заданным технологическим режимом;
6. охладить садку, после чего напустить в камеру воздух;
7. произвести выгрузку садки.

Вся контрольно-измерительная аппаратура смонтирована на передней части шкафа управления электропечью. Измерение остаточного давления производится вакуумметром ВИТ-ЗП, датчиками которого является манометрические преобразователи термопарные ПМТ-2 и ионизационные ПМИ-2, которые установлены на корпусе нагревательной камеры и вакуумного блока. При работе в среде нейтрального газа избыточное давление измеряется манометром: ЭКМВ-1У.

Измерение давления воды в подводящей магистрали производится манометром. Температура воды на сливе в коллекторах водоохлаждения измеряется переносным термометром со шкалой до 100°С.

Регулирование температуры в камере нагревательной – ручное и автоматическое (программное). Регулирование и измерение температуры производится с помощью регулирующего микропроцессорного прибора ПРОТАР-100, работающим в комплекте с вольфрам-рениевой термопарой ВР(А).

На рисунке 4.1. приведена блок-схема вакуумной электропечи.

Рисунок 4.1 - Блок-схема вакуумной электропечи

Оборудование и материалы

Электрическая вакуумная печь сопротивления СНВЭ-1.3.1/16, гидравлический пресс и пресс инструмент, весы, микрометр, порошок твердого сплава ВК8.

Ход работы

1. В течение 20 минут изучить методические указания, руководства по эксплуатации вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16.
2. Приготовить 4 навески порошка твердого сплава ВК8 массой 8 г, спрессовать образцы.
3. Взвесить прессовки и измерить их высоту и диаметр.
4. Ознакомиться с устройством печи СНВЭ-1.3.1/16.
5. Составить термическую программу для температурно-временного режима спекания исследуемых образцов (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Режим спекания прессовок из ВК8

6. Включить питание и открыть воду (давление по манометру 2,5-3,0 кгс/см2).
7. Открыть вентиль 1 напуска воздуха в камеру.
8. Открыть крышку печи, снять экран, убрать секцию нагревателя, осуществить загрузку. Закрыть крышку печи в обратной последовательности.
9. Закрыть вентиль 1, включить форвакуумные насосы (1,2 - на стойке управления).
10. Медленно открыть вентиль 2 и следить за показанием манометра предварительной откачки (до 1 ат). Затем следить за давлением по вакуумметру на стойке управления.
11. При достижении давления 10-1 мм рт.ст. (черной черты на шкале прибора) открыть вентиль 3, закрыть вентиль 2.
12. Включить дифнасос (кнопка 3 на стойке управления), открыть затвор (кнопка 4 на стойке).
13. Примерно через 40 мин насос выйдет на режим (нагреется плитка) и стрелка вакуумметра отклонится до конца вправо (до 10 делений, что соответствует давлению не выше 10-4 мм рт. ст.).
14. Включить нагрев. Тумблер 5 на стойке управления вверх, нажать кнопку 6 пуск на стойке.
15. Управляя мощностью (на Протаре стрелки в нижнем правом углу), провести термический режим. Время  нагрева до 1415°С – 1,5 часа. Выдержка 30 мин.
16. Отключить тумблер 5 на стойке.
17. При достижении температуры примерно 400°С отключить дифнасос (кнопка  3 на стойке).
18. Примерно через 1 час плитка остынет (стрелка на вакуумметре упадет до 4-5 делений). Если температура печи ниже 100°С закрыть затвор дифнасоса (кнопка 4 на стойке), закрыть вентиль 3.
19. Отключить форнасосы (кн. 1.2 – на стойке).
20. Напустить воздух в камеру и далее как в пункте 3.
21. Закрыть воду, включить питание.
22. Выгрузить спеченные образцы, измерить их высоту и диаметр, взвесить, определить твердость HRA.
23. Рассчитать усадку и плотность образцов, изготовить микрошлифы, провести металлографичекий анализ.
24. Оформить отчет о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Устройство и основные конструктивные элементы печи СНВЭ-1.3.1/16.
2. В какой последовательности производится работа на электропечи?
3. Возможно ли использовать вакуумную печь СНВЭ-1.3.1/16 для нагрева стальных изделий под закалку?
4. Объясните назначение форвакуумных насосов.
5. К какому типу регуляторов относится прибор «ПРОТАР»?

Содержание отчета

15. Номер, тема и цель работы.
16. Блок-схема вакуумной электропечи - Рисунок  4.1.
17. Ход работы.
18. Ответы на контрольные вопросы.
19. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

Список литературы

Основные источники:

1. Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.
2. Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов: Учебное пособие / В.П. Шеховцов. - 2-e изд. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 352 с.

Дополнительные источники:

1. Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.