ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ
• БД «Труды ученых СтГАУ»: Лысаков, А.
А. Электротехнология. Курс лекций
[электронный полный текст] : учеб. пособие
для студентов вузов очной и заочной форм
обучения. / А. А. Лысаков ; СтГАУ. Ставрополь, 2013. - 124 с.
• БД «Труды ученых СтГАУ»:
Электротехнологии и энергосбережение в
сельском хозяйстве: [электронный полный
текст] : методические указания для
выполнения курсовой работы. / А. А.
Лысаков ; СтГАУ. - Ставрополь, 2013.
• Баранов, Л. А. Светотехника и
электротехнология : учеб. пособие - М. :
КолосС, 2006. - 344 с.
• Электротехнология / В.А. Карасенко, Е.М.
Заяц, А.Н. Баран. – М.: Колос, 1992
- stgau.ru (стгау.рф)-Лысаков-файлыЭлектротехнология (для заочников
специальности 110800.62
«Агроинженерия»)
• вопросы к экзамену, лекции, задания для
контрольной работы.
- stgau.ru (стгау.рф)-структура университетабиблиотека-Труды ученых Ставропольского
ГАУ
Электротехнология - область науки и
техники, изучающая приемы, способы
и средства выполнения
производственных процессов,
использующих электрическую
энергию непосредственно или с
предварительным преобразованием в
тепловую, электромагнитную,
кинетическую, механическую и другие
виды энергии.
Действие электрического тока
• ТЕПЛОВОЕ
• ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ
• БИОЛОГИЧЕСКОЕ
Способы электронагрева
• Нагрев сопротивлением - электронагрев
за счет электрического сопротивления
электронагревателя или загрузки.
а — электроконтактный;
б — электродный;
в — косвенный
(элементный);
г — нагрев в
электролите;
Количество теплоты, выделенное в
нагреваемом материале или среде,
определяется по закону Джоуля-Ленца
Q=
2
I
Rt
Примеры установок
электронагрева сопротивлением
• Дуговой нагрев - электронагрев
загрузки электрической дугой.
• Электродуговой
косвенного нагрева
• Электродуговой
прямого нагрева
• Индукционный нагрев- электронагрев
электропроводящей загрузки
электромагнитной индукцией.
• Установка
косвенного
индукционного
нагрева
Глубина проникновения тока в
металл

  503
f
Δ - глубина проникновения, м;
ρ - удельное электрическое сопротивление
материала, Ом*м;
f - частота питающего напряжения, Гц;
μ - магнитная проницаемость материала.
• Установка
индукционного
нагрева для
плавления
металлов в
действии
Индукционный нагрев в быту
• Диэлектрический нагрев - электронагрев
неэлектропроводящей загрузки токами
смещения при поляризации, а также
проводников II рода, имеющих ионную
проводимость.
Виды поляризации диэлектрика в
электрическом поле
• а) поляризация
атомов;
• б) ориентационная
поляризация.
• Мощность, выделяемая в единице объема
диэлектрика и поглощаемая материалами,
определяется выражением
A
2
pV 
 2f  E  0 tg 
V t
2
11
 5,55 f  E   tg  10
• V — объем диэлектрика, м3
• Е — напряженность электрического
поля, В/м
• А - потери энергии, Дж;
• tg δ - тангенс угла поглощения;
• ε — относительная диэлектрическая
проницаемость материала;
• ε0— электрическая постоянная вакуума
(воздуха);
• t - время нагрева, ч.
• Зависимость тангенса угла потерь tg δ и
диэлектрической проницаемости ε от частоты
электрического поля
фактор потерь
k=εε0tgδ
Диэлектрический нагрев
• Электронно-лучевой нагрев электронагрев загрузки
сфокусированным электронным лучом в
вакууме.
• Лазерный нагрев - электронагрев в
результате последовательного
преобразования электрической энергии в
энергию лазерного излучения и затем в
тепловую в облучаемой загрузке.
• Ионный нагрев - электронагрев
потоком ионов, образованным
электрическим разрядом в вакууме.
• Инфракрасный нагрев - электронагрев
инфракрасным излучением при условии, что
излучательные спектральные характеристики
излучателя соответствуют поглощательным
характеристикам нагреваемой загрузки.
• Инфракрасные лучи - электромагнитные
колебания, имеющие длину волны 0,78…420
мкм и частоту в диапазоне 1014 - 1016 Гц.
• ИК-диапазон делят на 3 части:
- коротковолновой (0,76 - 2,5 мкм),
- средневолновой (2,5 - 25 мкм),
- длинноволновой (25 - 420 мкм).
• Коротковолновые лучи проникают в
глубину нагреваемого материала,
вызывая нагрев изнутри.
• Плазменный нагрев - электронагрев
стабилизированным высокотемпературным
ионизированным газом, образующим
плазму. Различают плазменно-дуговой
нагрев, при котором тела нагреваются
факелом плазмы, образуемым при
продувании газа через дуговой разряд, и
плазменно-индукционный нагрев, когда для
получения плазмы используют
высокочастотное магнитное поле.
Схема устройства плазменной
горелки
• 1— кварцевая
трубка;
• 2 — индуктор;
• 3 — индукционный
разряд;
• 4 — зона перегрева
кварцевой трубки;
• 5 — струя
термозащитного
газа;
• 6 — пламя горелки
• Термоэлектрический нагрев - нагрев сред
теплотой Пельтье, переносимый
электрическим током термоэлектрической
батареи от источника, имеющего
температуру более низкую, чем температура
потребителя.
• Эффект Зеебека-термопара, эффект
Пельтье-обратный термопаре
Формула для определения
термоЭДС
E  eT2  T1 
• где е— коэффициент Зеебека, мкВ/К;
• Т2 и Т1 - температуры горячего и
холодного спаев, К.
Определение тепла Пельтье
Q  K  I
где КП—коэффициент Пельтье, В/с;
• I — сила тока в цепи термоэлемента, А;
• τ — время протекания тока, с.
Между коэффициентами
Пельтье и Зеебека существует
зависимость
K   eT
• где Т — температура спая, К.
• Каждый из способов электронагрева,
может быть прямым и косвенным. При
прямом электронагреве теплота
выделяется в загрузке, включенной в
электрическую цепь, при косвенном теплота выделяется в электронагревателе
и передается загрузке теплообменом.
Косвенное преобразование
электрической энергии в
тепловую
ПРЯМАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В
ТЕПЛОВУЮ
1 кВтч≈3600 кДж
1 кВтч>3600 кДж
КОСВЕННАЯ СХЕМА
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ
1 кВтч<3600 кДж
• Для косвенного преобразования
электрической энергии в тепловую
применяются трансформаторы тепла и
тепловые насосы.
• Тепловые насосы, так же как и
холодильные машины, могут быть:
компрессионными (механическими);
абсорбционными (термохимическими);
полупроводниковыми
(термоэлектрическими).
Термоэлектрический тепловой насос
Принципиальная схема (а) и идеальный цикл (б)
теплового насоса компрессионного типа
Коэффициент преобразования
энергии
T2
KT 
 K X 1
T2  T1
• Из последней формулы следует, что с
помощью тепловых насосов можно
получить больше тепла, чем при прямом
преобразовании электрической энергии в
тепловую.
• В современных тепловых насосах
коэффициент преобразования энергии
находится в пределах 2,5-4,0;
следовательно на единицу затраченной
энергии можно получить 2,5-4,0 единицы
тепла.
• Наибольший экономический эффект
тепловые насосы дают при
комбинированном производстве тепла и
холода (совмещенный цикл работы),
когда тепловая энергия от материалов,
которые необходимо охлаждать,
переносится к средам, которые
необходимо нагревать.
Тепловой насос
ТН с горизонтально расположенными коллекторами в грунте