Электрификация сельскохозяйственного производства

• 8. Общие сведения об электронике. Полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры. Их устройство, применение в агрономической практике
• 18. Трехфазный короткозамкнутый электродвигатель. Устройство, принцип действия, способы соединения обмоток, изменение направления вращения
• 31. Электропривод по уборке навоза из животноводческих помещений
• 51. Основные показатели экономической эффективности электрификации сельхозпроизводства. Показатели использования электрической энергии в сельском хозяйстве
• 44. Высокочастотные нагревательные установки. Высокочастотная сушка с.х. продукции. Высокочастотная дезинфекция. Высокочастотные установки в ремонтных мастерских
• Задачи
• Литература

8. Общие сведения об электронике. Полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры. Их устройство, применение в агрономической практике

полупроводниковый электродвигатель электропривод высокочастотный

Электроника представляет собой бурно развивающуюся область науки и техники. Она изучает принципы устройства, работы и применения различных электронных приборов. К физической электронике относятся электронные и ионные процессы в вакууме, газах и полупроводниках, на поверхности раздела между вакуумом или газом и твердыми или жидкими телами. В технической электронике изучается устройство электронных приборов и их применение в технике. Область, посвященную применению электронных приборов в промышленности, называют промышленной электроникой.

Успехи электроники в значительной степени объясняются развитием радиотехники. Обе области развивались в тесной взаимной связи. Их часто объединяют и называют радиоэлектроникой. Электронные приборы служат основными элементами радиотехнических устройств и определяют важнейшие показатели радиоаппаратуры. С другой стороны, многие проблемы в радиотехнике привели к изобретению новых и совершенствованию существующих электронных приборов. Эти приборы применяются в радиосвязи, телевидении, при записи и воспроизведении звука, в радиолокации, радионавигации, радиотелеуправлении и других областях радиоэлектроники. Вместе с тем электроника проникла во все отрасли современной науки, техники, промышленности. Электронные приборы используются в автоматике, телемеханике, проводной связи, звуковом кино, атомной и ракетной технике, астрономии, метеорологии, геофизике, медицине, биологии, физике, химии, металлургии, машиностроении, различных областях измерительной техники и т. д.

Прогресс электроники содействовал развитию кибернетики — науки, занимающейся вопросами управления и связи в машинах и живых организмах, а также созданию быстродействующих электронных вычислительных машин. Без электронной аппаратуры невозможно исследование космоса с помощью спутников, ракет, космических кораблей и автоматических межпланетных станций.

Электронные устройства позволяют проводить разнообразные исследования и измерения, в частности такие, которые сами не имеют ничего общего с электроникой. Электронные усилители, генераторы, выпрямители, осциллографы, измерительные приборы и другие устройства стали мощным средством для научных исследований, автоматизации и контроля производственных процессов. Методы электроники значительно улучшили изучение свойств многочисленных веществ, существующих в природе, позволили глубже познать строение материи, приблизили нас к более правильному пониманию закономерностей материального мира.

Полупроводниковые диоды

Выполняя практические работы в учебно-производственном комбинате и на базовом предприятии, овладевая основами электротехнических профессий, нередко приходится обращаться с полупроводниковыми диодами. Поэтому более подробно рассмотрим их устройство и действие.

Полупроводниковый диод — прибор, состоящий из двух полупроводниковых кристаллов, имеющих разную проводимость, и образующегося между ними электронно-дырочного перехода (толщина? 10−7 м). Промышленность выпускает полупроводниковые диоды различного исполнения, но можно говорить о двух видах диодов: плоскостных и точечных.

В плоскостных диодах (рис. 1) в германиевый или кремниевый кристалл вплавлен индий. Эти диоды при больших приложенных к ним напряжениях могут пропускать в одном направлении сравнительно большие токи, а потому они находят широкое применение в выпрямителях переменного тока.

В точечных диодах (рис. 2) полупроводниковый кристалл (германий, кремний) соприкасается с металлической контактной иглой. Эти диоды применяют в радиовещательной и телевизионной приемной аппаратуре и в некоторых измерительных приборах.

Тип полупроводникового диода обозначают следующим образом: первая буква или цифра указывает материал, из которого сделан диод (Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галия); вторая буква обозначает тип диода (Д — выпрямительный, универсальный, импульсный, А — сверхвысокочастотный, Н — неуправляемый, У — управляемый); число, стоящее за второй буквой, характеризует электрические свойства диода.

Подробные данные об обозначении полупроводниковых диодов, их типах и параметрах можно найти в справочниках по полупроводниковым приборам.

Биполярные транзисторы

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами. Он имеет трехслойную структуру п-р-п или р-п-р-типа.

Средняя область между двумя р-n-переходами называется базой. Толщина ее делается достаточно малой. Соседние области называются эмиттером и коллектором. Соответственно р-n-переход эмиттер — база называется эмиттерным, а переход база — коллектор — коллекторным. Биполярные транзисторы, выпускаемые промышленностью, выполнены на основании кремния и германия. Наибольшее применение в современной аппаратуре получили кремниевые транзисторы.

Различают следующие режимы транзистора: режим отсечки токов (режим закрытого транзистора), когда оба перехода смещены в обратном направлении (закрыты), токи в транзисторе малы; режим насыщения (режим открытого транзистора), когда оба перехода смещены в прямом направлении, токи в транзисторах максимальны и не зависят от его параметров: активный режим, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный — в обратном.

В режимах отсечки и насыщения управление в транзисторе отсутствует. Напряжения между электродами (режим отсечки) и токи открытого транзистора (режим насыщения) определяются параметрами компонентов внешних цепей. В активном режиме эмиттерный ток р-n-перехода управляет током коллектора. Активный режим называется усилительным.

Выпускаемые промышленностью биполярные транзисторы классифицируют в основном по максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторном переходе РКmах, максимальному напряжению между коллектором и эмиттером UКЭmах и максимальному току коллектора IКmах.

Полевые (униполярные) транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, являющийся резистором, сопротивление которого изменяется под действием поперечного электрического поля, создаваемого прилегающим к проводящему объему полупроводника управляющим электродом (затвором).

В отличие от биполярных транзисторов, в которых физические процессы переноса зарядов обусловлены как основными, так и неосновными носителями, в полевом транзисторе управляемый ток обусловлен движением основных для данного типа полупроводника носителей заряда. Именно этим явлением объясняется второе название транзистора — униполярный.

Применяют два вида полевых транзисторов: с управляющим р-п-переходом и с изолированным затвором.

Область канала, от которой начинается движение носителей, называется истоком, а область, к которой движутся основные носители, — стоком. Управляющая область в приборе (охватывающая канал) называется затвором.

Отличительной особенностью МДП-транзисторов является большое входное сопротивление (RВХ > 109 Ом), что позволяет управлять мощными цепями с помощью маломощных источников сигнала.

Тиристоры

Многослойные структуры с тремя p-n-переходами называют тиристорами. Тиристоры с двумя выводами (двухэлектродные) называются динисторами, а с тремя (трехэлектродные) — тринисторами.

Основным свойством такой четырехслойной структуры является способность находиться в двух состояниях устойчивого равновесия: максимально открытом (с большой проводимостью) и максимально закрытом (с малой проводимостью).

По этой причине тиристоры относят к классу переключающих полупроводниковых приборов, главным применением которых является бесконтактная коммутация электрических цепей.

При прямом включении динистора (рис. 3, а) источник питания ЕП смещает р-n-переходы П1 и П3 в прямом направлении, а П2 — в обратном, динистор находится в закрытом состоянии и все приложенное к нему напряжение падает на переходе П2. Ток прибора определяется током утечки Iут, значение которого находится в пределах от сотых долей микроампера до нескольких микроампер (участок ОА). Дифференциальное сопротивление динистора RДИH= на участке ОА положительно и достаточно велико. Его значение может достигать нескольких сотен мегаом. Условное обозначение динистора показано на рис. 3, б.

18. Трехфазный короткозамкнутый электродвигатель. Устройство, принцип действия, способы соединения обмоток, изменение направления вращения

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из корпуса, неподвижного статора, вращающего ротора и двух подшипниковых щитов с подшипниками качения или скольжения, расположенными в центре щитов. Статор двигателя состоит из сердечника и трехфазной обмотки. Корпус изготовляется из чугуна или из алюминиевых сплавов.

Сердечник статора набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,3 или 0,5 мм, изолированных друг от друга покраской лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности сердечника имеются открытые пазы для укладки в них трехфазной обмотки, выполненной из изолированного провода. Оси обмоток расположены симметрично под углом 120° друг к другу.

Ротор асинхронного электродвигателя состоит из вала, опирающегося на подшипники, сердечника и обмотки. Сердечник ротора набирается из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника имеются пазы, в которых размещаются медные или алюминиевые стержни обмотки ротора без изоляции. Концы стержней путем сварки или литья под давлением соединяются с кольцами. В результате получается короткозамкнутая обмотка ротора, напоминающая беличье колесо.

1 — вал ротора,

2 — крышка подшипника,

3 — подшипник,

4 — подшипниковый щит,

5 — пакет ротора,

6 — сердечник статора,

7 — корпус,

8 — обмотка,

9 — кожух вентилятора,

10 — вентилятор,

11 — коробка выводов.

Для удобства включения обмоток статора двигателя по схеме звезда или треугольник их выводы на клеммной колодке двигателя располагают так, как показано на рисунке 4. При включении обмоток по схеме звезда необходимо перемкнуть три нижние клеммы С6, С4, С5, а к трем верхним C1, C2, СЗ подключить линейные провода трехфазной сети (рис. 4, б). При включении обмоток двигателя по схеме треугольник необходимо последовательно перемкнуть каждую пару верхних и нижних клемм (см. рис. 4, а).

Реверсирование (изменение направления вращения) ротора асинхронного двигателя осуществляется изменением порядка следования фаз трехфазной сети, подключенных к обмоткам двигателя на клеммной колодке. Например, если при включении двигателя по схеме треугольник (см. рис. 4, а) ротор его вращается по ходу часовой стрелки, то, поменяв местами любые два провода питающей сети (А и В), обеспечивают вращение ротора в противоположную сторону (против хода часовой стрелки).

Рис. 4. Схема подключения асинхронного двигателя:

а — треугольник; 6— звезда

Мощности сельских потребительских трансформаторов часто бывают соизмеримы с мощностями питающихся от них электродвигателей. В этом случае соизмеримы и их сопротивления. Так как пусковой ток асинхронного короткозамкнутого электродвигателя в 5…7 раз превышает номинальный, то при пуске наиболее мощного и удаленного двигателя его пусковой ток, протекая по обмоткам трансформатора и питающей линии, вызывает значительные потери напряжения в них и напряжение на зажимах запускаемого электродвигателя оказывается значительно ниже номинального. Известно, что момент электродвигателя, в том числе и пусковой, пропорционален квадрату напряжения. Поэтому из-за снижения напряжения резко снижается пусковой момент электродвигателя. Может случиться так, что сниженного пускового момента электродвигателя окажется недостаточно, чтобы преодолеть момент сопротивления машины во время трогания с места. В этом случае двигатель не сможет тронуться с места, и, если не сработает защита, длительный пусковой ток выведет его из строя.

При значительном снижении напряжения при пуске электродвигателей большой мощности могут остановиться другие, параллельно подключенные, вследствие снижения их перегрузочного момента, особенно если характер нагрузки таков, что имеются пики моментов сопротивления.

Значительные снижения напряжения при пуске электродвигателей весьма чувствительны для таких потребителей, как осветительные установки, в которых лампы при включении мощных электродвигателей сразу почти гаснут, а затем начинают плавно загораться в соответствии с нарастанием напряжения. Вредно сказывается снижение напряжения на работе телевизоров и радиоприемников.

Для обеспечения пуска электродвигателя необходимо, чтобы пусковой момент, развиваемый электродвигателем при сниженном напряжении во время пуска, равнялся приведенному к валу электродвигателя моменту трогания рабочей машины плюс избыточный момент, равный четверти номинального, обеспечивающий разбег системы электродвигатель — рабочая машина, или был больше него.

Это можно записать в следующем виде:

kU2Мп.н?Мт.пр + 0,25Ми,(1)

где kU — коэффициент снижения напряжения при пуске; МП.Н— пусковой момент, развиваемый электродвигателем при номинальном напряжении.

Коэффициент снижения напряжения

kU = UП/UН,

где UП— напряжение на зажимах электродвигателя при пуске; UН— номинальное напряжение электродвигателя.

Приведенный момент трогания машины

MT.ПP = MT/(iзП),

где Мт—момент трогания машины, Н· м, i — передаточное число (I = здв/nм); зП— КПД передачи.

Момент трогания машины берут из ее технической характеристики. Если такие данные отсутствуют, то этот момент можно определить, измерив прикладываемое к поверхности шкива машины усилие, под действием которого машина начинает трогаться с места:

MT = FТr,(2)

где FT—сила, обеспечивающая трогание машин, Н; r — радиус шкива, м.

Разделив левую и правую части уравнения (1) на Мн, получим, что

kU2мП? мТ+ 0,25,(3)

где мп— кратность номинального пускового момента электродвигателя; мт— кратность приведенного момента трогания машины.

Из последнего уравнения

kU?.(4)

Отклонение напряжения в период пуска электродвигателя

откуда

kU=l-дU%/100.(5)

Подставив значение kU в формулу (4), получим

.(6)

Из выражения (6) следует, что чем больше кратность приведенного момента трогания машины и меньше кратность пускового момента электродвигателя, тем меньше допускается отклонение напряжения при пуске электродвигателя.

Чтобы проверить, будет ли обеспечен пуск электродвигателя, необходимо определить в реальных условиях дU %, мт и мп и подставить их значения в выражение (6). Если дU % меньше левой части выражения или равно ей, запуск электродвигателя обеспечивается.

Фактическое отклонение напряжения на зажимах электродвигателя в период его пуска включает в себя следующие составляющие:

дU%=ДUл%+ДUтр%- дUнадб%±дUоткл%, (7)

где ДUЛ%—потеря напряжения в предварительно загруженной линии при пуске электродвигателя; ДUТР %— потеря напряжения в трансформаторе при пуске двигателя с учетом загрузки трансформатора другими подключенными в этот момент к трансформатору мектроприемниками; дUиадб%—надбавка напряжения трансформатора; дUоткл%—отклонение напряжения на шинах первичного напряжения трансформатора от номинального его значения при 100%-ной загрузке питающей линии (знак минус принимают при положительном отклонении).

Потерю напряжения ДUЛ % определяют по формуле

(8)

где ДUЛ.Д.П%— потеря напряжения в линии до пуска электродвигателя; ZЛ— полное сопротивление линии, питающей запускаемый электродвигатель, ZД. В— полное сопротивление электродвигателя при пуске, то есть при заторможенном роторе.

Значения А (7ЛДП%, 7Л, ZflB определяют следующим образом:

(9)

где Imах=Sp/(UH) — максимальный ток в линии до пуска электродвигателя, A; Sp — расчетная мощность линии без запускаемого электродвигателя, В· А; l — длина линии, км; r1 и х1—активное и реактивное сопротивления линии длиной 1 км, Ом/км; cos ц — коэффициент мощности нагрузки в линии; UH— номинальное напряжение линии (UH = 380 В); ki— кратность пускового тока электродвигателя; IH— номинальный ток электродвигателя А.

Потеря напряжения в трансформаторе при пуске электродвигателя

(10)

где uк%— напряжение короткого замыкания трансформатора, %; Sф— фактическая полная мощность нагрузки трансформатора в момент пуска электродвигателя, кВ· А; ST—полная номинальная мощность трансформатора, кВ· А; kiф— фактическая кратность пускового тока электродвигателя с учетом снижения напряжения, вызванного влиянием параметров источника тока, линии, электродвигателя, нагрузки; SДВ— полная номинальная мощность электродвигателя, кВ· А; cosцп. дв— коэффициент мощности электродвигателя в начальный момент пуска; SH— полная суммарная мощность прочей нагрузки (электроприемников), подключенной к трансформатору в момент пуска электродвигателя, кВ· А; cosцн — коэффициент мощности прочей нагрузки.

Значения k^ и cos фп да определяют по следующим формулам:

;

;(11)

где ZЛ. ДВ— полное сопротивление линии вместе с электродвигателем в момент его пуска (rдв=Zдв cosцп. дв; хдв = Zдв sinцп. дв); здв, cos цдв, мп, sдв — соответственно номинальные значения КПД, коэффициента мощности, кратности пускового момента, скольжения электродвигателя; rдв и xдв — активное и реактивное сопротивления короткого замыкания электродвигателя (с заторможенным ротором); rл и хл — активное и реактивное сопротивления линии.

Надбавка напряжения понизительного трансформатора дUнадб% складывается из постоянной надбавки +5%, заложенной в конструкции трансформатора за счет коэффициента трансформации, и регулируемой надбавки путем использования пяти ответвлений в обмотке высшего напряжения через 2,5% витков с крайними ответвлениями ±5%.

Таким образом, суммарная надбавка трансформатора может составлять +10%; +7,5%; +5%; +2,5%; 0% при подведении к каждому ответвлению обмотки высшего напряжения строго номинального напряжения сети.

Значение отклонения напряжения дUоткл % можно получить в проектной или электроснабжающей организации или определить аналитически путем вычитания из надбавки напряжения на шинах 10 кВ районной питающей подстанции потери напряжения в линии 10 кВ.

Для того, чтобы ранее включенные соседние электродвигатели не остановились и продолжали устойчивую работу при пуске включаемого электродвигателя, необходимо, чтобы максимальный (критический) момент этих двигателей, уменьшившийся вследствие снижения напряжения, был больше приведенного момента сопротивления машины, приводимой в движение соответствующим электродвигателем, или равнялся ему. Это можно записать в виде следующего выражения:

k2UMmax?Mc.np,(12)

где Мmах— максимальный (критический) момент соседнего ранее включенного электродвигателя, Н· м; Mc. np — момент сопротивления машины, приведенный к валу электродвигателя, Н· м.

Из уравнения (12)

(13)

где мс— кратность приведенного момента сопротивления машины; мmах — кратность максимального момента соседнего ранее включенного электродвигателя.

Подставляя значение kv из выражения (5) в формулу (13), получим

., (14)

Если после подставления значения dU %, ц, с, цшах неравенство или равенство (14) сохраняется, то проверяемый ранее включенный электродвигатель будет продолжать устойчивую работу в период пуска включаемого электродвигателя.

Чтобы уменьшить снижение напряжения в период пуска мощных электродвигателей, можно использовать следующее:

подключить к линии ответвление в трансформаторе на большее напряжение, если имеется еще этот резерв и верхний предел отклонения напряжения у ближайшего к трансформатору потребителя не превысит +7,5% при 25%-ной нагрузке;

если установку можно пускать вхолостую, то надо использовать электродвигатель с переключением обмоток в период пуска со звезды на треугольник (при напряжении электродвигателя 660/380 В). При этом пусковой ток и момент уменьшаются в 3 раза;

вместо короткозамкнутого электродвигателя можно применить электродвигатель с фазным ротором (в этом случае пусковой ток уменьшается в 2…4 раза по сравнению с короткозамкнутым электродвигателем той же мощности, а пусковой момент увеличивается в 1,5…2 раза);

заменить провода питающей линии на провода большей площади сечения;

заменить трансформатор на трансформатор большей мощности.

31. Электропривод по уборке навоза из животноводческих помещений

Уборка навоза — трудоемкий процесс, который занимает в производственном цикле ферм и комплексов значительное время. Поэтому создание устройств, обеспечивающих автоматическое управление работой навозоуборочных транспортеров в животноводческих помещениях, — важная задача. На животноводческих фермах наиболее распространены скребковые транспортеры кругового движения типа ТСН-З.ОБ, ТСН-160 и возвратно-поступательного движения — УС-10, УС-15, УС-12, ТС-1 и др.

Транспортеры кругового движения ТСН-3,ОБ и ТСН-160 состоят из горизонтальных и наклонных транспортеров. Горизонтальные транспортеры при помощи скребков, прикрепленных к цепи, перемещают навоз по специальным каналам из помещения к наклонным транспортерам, которые подают его в транспортные средства. Сначала включается наклонный транспортер, затем — горизонтальный. Отключают их в обратной последовательности. После отключения горизонтального транспортера наклонный отключают через промежуток времени, достаточный для освобождения его от навоза, так как в зимний период при замерзании оставшегося на наклонном транспортере навоза рабочие движущиеся части транспортера могут приморозиться к его конструкции, особенно в той его части, которая выходит из помещения наружу. Запуск электродвигателя наклонного транспортера в этих условиях может не произойти, так как электродвигатель не сдвинет с места примерзшие рабочие органы транспортера. В этом случае защита должна отключить электродвигатель от сети, а если защита отсутствует или не сработает, то обмотка электродвигателя выйдет из строя.

В процессе уборки навоза транспортером кругового движения нагрузка электродвигателя меняется. Его пуск осуществляется при максимальной нагрузке. По мере движения цепи со скребками и сбрасывания навоза в приемную часть наклонного транспортера количество перемещаемого навоза уменьшается, и в конце цикла уборки, 1согда цепь транспортера совершит полный оборот, нагрузка уменьшится до ее значения при холостом ходе. Продолжительность работы горизонтального транспортера ТСН-ЗБ (ТСН-160) за одну уборку составит

где l — длина горизонтального транспортера, равная 170 м; v — скорость движения цепи со скребками, равная 0,19 м/с; 1,05 — коэффициент, учитывающий продолжительность пуска (разбега) и обеспечивающий некоторый запас времени.

Продолжительность работы наклонного транспортера, необходимая для освобождения его от находящегося на нем навоза после отключения горизонтального транспортера, можно принять равной 1,5 мин.

Расчеты показывают, что нагрузка в начале уборки примерно в 4 раза больше, чем в конце. Поэтому при выборе электродвигателя для горизонтальных транспортеров ТСН-З.ОБ, ТСН-160 определяют максимально возможную нагрузку в начале уборки и по условиям пуска находят достаточный пусковой момент и мощность электродвигателя.

Электротехническая промышленность выпускает комплектные устройства управления типа ЯАА, предназначенные для автоматического управления электродвигателями навозоуборочных транспортеров ЯАА5403 для УС-10, ТС-1, ЯАА5404 для УС-15, ЯАА5910 для ТСН-З.ОБ, ТСН-160 и их защиты.

На рисунке 5 приведена принципиальная электрическая схема комплектного устройства ЯАА5910. Дистанционное управление электродвигателями транспортера осуществляется при помощи кнопочных постов SB1… SB4. При нажатии кнопки SB3 подается питание на катушку пускателя КМ1, который включает двигатель наклонного транспортера, подготавливает цепь пускателя КМ2 к включению на длительную работу и подает питание на устройство защиты А (УВТЗ-1М). Кнопкой SB2 подается питание на катушку магнитного пускателя КМ2, который включает электродвигатель горизонтального транспортера.

Рис. 5. Электрическая схема управления навозоуборочным транспортером ТСН-160.

В схеме предусмотрено включение на зимний период блока защиты УЗП-1 от примерзания скребков наклонного транспортера. Блок подключается при помощи переключателя SA, о чем сигнализирует лампа HL1. В этом случае, если температура воздуха выше нормы, контакт датчика температуры SK замкнут, следовательно, с выпрямительного моста сигнал подается через диод VD1, резистор R1, конденсатор С1 на управляющий электрод тиристора VS, который открывается. Катушка магнитного пускателя К. М1 получает питание, включается двигатель наклонного транспортера.

Когда температура воздуха ниже нормы, контакт датчика температуры SK разомкнут, тиристор VS закрыт, следовательно, включение наклонного транспортера невозможно. Для обеспечения включения наклонного транспортера его надо тщательно осмотреть, освободить от возможного примерзания и намерзания.

Технологические линии навозоудаления на крупных животноводческих фермах и комплексах промышленного типа — сложные разветвленные поточно-транспортные системы с механизмами циклического действия. По функциональному назначению эти механизмы подразделяются на три группы: 1 — продольные, убирающие навоз из зон расположения животных; 2 — поперечные, транспортирующие его из помещения; 3 — механизмы, предназначенные для погрузки навоза в мобильные транспортные средства или перекачки в хранилище.

Такие линии при привязном содержании скота включают горизонтальные скребковые транспортеры установок ТСН-160а или ТСН-ЗБ, КНП-10 и УТН-10 (рис. 6, а); при боксовом содержании —УС-15, КНП-10 и УТН-10 (рис. 6, б).

В соответствии с технологической схемой (рис. 6, б) на рисунке 6, в приведена принципиальная электрическая схема автоматизации поточной линии.

В заданное время программное реле времени КТ1 замыкает свои контакты и включает реле времени КТ2, КТЗ, КТ4, а реле времени КТ4 своими контактами включает магнитные пускатели KMI поперечного транспортера и КМ2 первого уборочного транспортера. Через время Дt1, достаточное для уборки навоза первым уборочным транспортером, срабатывает реле времени КТ2, которое своими контактами отключает магнитный пускатель КМ2 первого уборочного транспортера и включает магнитный пускатель КМЗ второго уборочного транспортера. После окончания уборки навоза вторым уборочным транспортером реле времени КТЗ с выдержкой времени Дt2=Дt1 отключает второй уборочный транспортер и включает третий. Через время Дt3= 3Дt1 программное реле времени КТ1 размыкает свои контакты и отключает все три реле времени и навозоуборочные транспортеры.

Через время Дt4, достаточное для освобождения от навоза поперечного транспортера, перемещающего навоз от навозоуборочных транспортеров в навозохранилище, он отключается при помощи реле времени КТ4.

Поршневой насос по перекачке навоза из навозосборника в навозохранилище включается и отключается при помощи своего программного реле времени КТ5.

Для технологической схемы, приведенной на рисунке 8, а, электрическая схема упрощается. Из нее нужно исключить магнитный пускатель К.М4 третьего уборочного транспортера и реле времени KТ3. В представленной электрической схеме предусмотрена раздельная работа уборочных транспортеров на общий поперечный транспортер. Если же подача поперечного транспортера равна суммарной подаче двух (рис. 6, а) или трех (рис. 6, б) уборочных транспортеров или больше нее, то их можно включать и отключать одновременно. Для этой цели из электрической схемы надо исключить реле времени КТ2 и КТЗ.

Рис. 6. Электропривод поточной линии уборки навоза: а—при привязном содержании; б—при боксовом содержании; в — принципиальная электрическая схема автоматизированного управления поточной линией уборки навоза; 1 — скребковый транспортер ТСН-160А; 2 — навозоуборочный конвейер КНП-10; 3— поршневой насос УТН-10; 4 — навозохранилище; 5 — скреперная установка УС-15.

51. Основные показатели экономической эффективности электрификации сельхозпроизводства. Показатели использования электрической энергии в сельском хозяйстве

При проектировании установок и систем сельского электроснабжения необходимо обеспечить выбор наиболее целесообразного, то есть имеющего лучшие технико-экономические показатели, варианта. Варианты могут отличаться как капитальными вложениями, так и текущими затратами (ежегодными издержками производства, эксплуатационными расходами). Если есть вариант, у которого и наименьшие капитальные вложения, и минимальные текущие затраты по сравнению с другими, естественно, он будет наилучшим. Однако в большинстве случаев у одних вариантов большие капитальные вложения, у других — повышенные текущие затраты. Для выбора целесообразного варианта в этом случае можно оценить сравнительную экономическую эффективность дополнительных капитальных вложений путем сопоставления разности капитальных вложений (K2 и К2 — соответственно для первого и второго сравниваемых вариантов) с экономией текущих затрат (С2 и C1 на годовую продукцию (себестоимость).

При этом срок окупаемости дополнительных капитальных вложений

tок = (К1 — К2)/(С2 — C1). (1)

Значение tOK следует сравнить с заранее установленным нормативным сроком окупаемости ТН. Если tOK < ТН, предпочтение следует отдать первому варианту (с большими капитальными вложениями), при tOK > ТН — второму.

Величина, обратная нормативному сроку окупаемости, называется нормативным коэффициентом сравнительной эффективности капитальных вложений ЕН:

ЕН = 1/ТН. (2)

Аналогично вышеуказанному выбор целесообразного варианта можно проводить, используя коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений

Е = (С2 — C1)/(K1 — K2).ё (3)

При этом вариант с большими капитальными вложениями будет целесообразен при Е > ЕН. Величину ЕН принимают равной 0,12 (для новой техники ЕН = 0,15).

На практике при сравнении вариантов в качестве показателя сравнительной экономической эффективности наиболее часто используют приведенные затраты. Это особенно удобно при сравнении нескольких вариантов.

Приведенные затраты З (руб. в год) по каждому варианту представляют собой сумму текущих затрат С (годовых издержек на эксплуатацию, руб. в год) и капитальных вложений К (руб.) на строительство и реконструкцию по рассматриваемому варианту, приведенных к одинаковой размерности при помощи нормативного коэффициента ЕН (1/год):

З = ЕНК + С. (4)

Из сравниваемых вариантов оптимальным (наилучшим) будет тот, у которого З будут минимальными.

При определении капитальных вложений учитывают следующие составляющие:

К = Ксм. р + Коб + Кпр + Кобор. (5)

где Ксм. р — затраты на строительно-монтажные работы; Коб — затраты на приобретение оборудования, транспортных средств и инвентаря; Кпр — затраты на проектно-изыскательские и другие, связанные со строительством подготовительные работы; Кобор — затраты на формирование (пополнение) оборотных средств.

Текущие затраты (ежегодные издержки производства) включают ряд составляющих, которые можно записать в следующем варианте:

С = Ирен + Ик. р + Из + Ипроч + Иэ = Иа + Иобс + Иэ = Иа + И?, (6)

где Ирен — амортизационные отчисления на реновацию, предназначенные для полного возмещения основных фондов по истечении срока службы объекта; Ик. р — амортизационные отчисления на капитальный ремонт, предназначенные для частичного восстановления и модернизации оборудования; И3 — зарплата обслуживающего персонала; Ипроч — прочие производственные и вне-производственные расходы, включающие затраты на вспомогательные материалы (смазочные, обтирочные и т. п.), текущий ремонт, услуги вспомогательных производств, а также общесетевые; Из — затраты на потери электроэнергии; Иа — амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт (ирен + ик. р); Иобс — затраты на обслуживание (ИЗ + Ипроч); И? — текущие затраты без суммарных амортизационных отчислений на реновацию и капитальный ремонт (Из+ Ипроч + Иэ).

Если продолжительность сооружения установок (систем) по сравниваемым вариантам более одного года, а капитальные вложения по этим вариантам осуществляются в разные сроки и текущие затраты изменяются во времени, то для сравнения таких вариантов приводят затраты к одному сроку (часто к первому году). При этом капитальные затраты Kt, сделанные в году t, приводят к году t0 по следующему выражению:

К0 = Kt/(1 + Ен. п) t-t0, (7)

где ЕН. П — нормативный коэффициент приведения разновременных затрат, равный 0,08.

Соответственно для текущих затрат

И0 = Иt/(1+Ен.п) t-t0. (8)

При изменении приведенных затрат на рассматриваемые варианты установок (систем) по годам величина 3t для года t составит:

Зt = (Ен + Ра) Кt+И?t, (9)

где И? t — текущие затраты в год t без амортизационных отчислений; Kt — суммарные капитальные вложения, сделанные за срок, истекший до года t включительно; Ра = Иа/К — норма амортизационных отчислений.

При сравнении вариантов, для которых изменяются затраты по годам, используют суммы ежегодных затрат за определенный расчетный срок Тс. При этом ежегодные затраты должны быть приведены к одному моменту времени:

. (10)

За срок суммирования затрат, в частности при технико-экономическом сравнении вариантов реконструкции сети, часто принимают расчетный период. Этот период, как указывалось в главе 3, определяется временем, истекшим с момента ввода установки в эксплуатацию до установления нагрузки, равной расчетной (обычно 5 … 10 лет).

Все сопоставляемые варианты сетей должны быть взаимозаменяемыми и обеспечивать одинаковый энергетический эффект, то есть одинаковую пропускную способность и одинаковые уровни надежности и качество электрической энергии у потребителя.

В целом порядок выполнения технико-экономических расчетов при проектировании сетей (установок) обычно принимается следующий.

1. Определяют капитальные вложения на строительство (сооружение) и реконструкцию сетей (установок) для каждого из вариантов за рассматриваемый расчетный период с использованием показателей стоимости элементов сетей (установок). При этом элементы сетей, повторяющиеся во всех вариантах, не учитывают.

Для правильного сопоставления вариантов стоимости элементов сетей разных вариантов следует определять по одному источнику. В качестве таких источников могут быть, например, укрупненные показатели стоимости строительства и реконструкции электрических сетей.

2. Определяют ежегодные текущие затраты на амортизацию и капитальный ремонт, на обслуживание сетей, на возмещение потерь электроэнергии для каждого рассматриваемого варианта.

Рассчитывают приведенные затраты для каждого варианта в соответствии с указанными выше выражениями и определяют оптимальный вариант.

При проведении сравнительной оценки вариантов значения приведенных затрат в ряде случаев могут мало отличаться одно от другого. Обычно при технико-экономических расчетах равно-экономичными считаются варианты, различающиеся по приведенным затратам не более чем на 5%. В этих случаях целесообразный вариант выбирают на основе оценки дополнительных критериев (показателей), к которым относятся затраты тех или других материалов (например, металла), перспективность варианта, удобство эксплуатации и т. п.

44. Высокочастотные нагревательные установки. Высокочастотная сушка с.х. продукции. Высокочастотная дезинфекция. Высокочастотные установки в ремонтных мастерских

Электросварочное оборудование и высокочастотные установки. Операции сварки, наплавки, резки металлов являются одними из самых распространенных при ремонте сельскохозяйственной техники. На ремонтных предприятиях сварочные работы отличаются разнообразием свариваемых деталей по толщине и различными видами материалов, поэтому одним из основных требований к сварочному оборудованию является его универсальность.

Для ручной дуговой сварки, резки и наплавки используются сварочные трансформаторы, выпрямители, вращающиеся преобразователи типа ПСО-300, ПСО-500, ПД-303, ПСТ-500 и др. В хозяйствах и на предприятиях распространены передвижные сварочные агрегаты (АСБ-ЗООМ, АДД-305, ПАС-400 и др.) с приводом от двигателей внутреннего сгорания, представляющие собой сочетание сварочного генератора и бензинового или дизельного двигателя, установленных на прицепе. На ремонтных предприятиях применяют также установки электроконтактной сварки, агрегаты вибродуговой наплавки, металлизации и др.

Установки средней и высокой частоты применяют в процессах ремонта техники для поверхностной закалки деталей и инструмента, плавки металлов, сквозного нагрева заготовок, подогрева деталей перед наплавкой при высокочастотной металлизации и т. п. Особенно важна роль поверхностной закалки деталей. Сочетание твердой износостойкой поверхности и вязкой сердцевины обеспечивает высокий срок службы деталям, подвергающимся поверхностному износу в сочетании с ударными нагрузками. Поверхностная закалка инструмента повышает его эксплуатационную стойкость в 4…5 раз по сравнению с термообработкой в печах.

Установка высокочастотная ВЧД13−10/27

Высокочастотный генератор размещен в шкафу, имеющем дверь и съемный лист для доступа к узлам и элементам схемы. Верхнюю часть шкафа занимает генераторный блок, представляющий собой экранированный отсек с генераторной лампой и элементами колебательной системы. Нагревательная камера выполнена в виде шкафа проходного типа с двумя двухстворчатыми дверьми. Внутри шкафа, представляющего собой экранированный отсек, расположен рабочий конденсатор, который выполнен в виде трех листов (верхний, средний и нижний). В верхней части нагревательной камеры расположен механизм для сжатия пакетов нагреваемых документов. Конструкция камеры предусматривает ручной и автоматический цикл работы. Переключение рода работы осуществляется переключателем, расположенным на лицевой стороне камеры. Работа на установке осуществляется следующим образом. Загрузка документов в камеру производится вручную с лицевой стороны и при закрытых дверях с противоположной стороны, на нижний неподвижный лист и на средний лист. После загрузки нажатием соответствующего тумблера включается электродвигатель механизма сжатия, происходит опускание верхнего листа рабочего конденсатора и сжатие пакетов нагреваемых документов. Усилие сжатия пакетов регулируется степенью сжатия пружины, величина которого определяется установкой конечного выключателя. После сжатия пакетов закрываются двери с лицевой стороны, соответствующие конечные выключатели включают цепи электромагнитов дверей; двери притягиваются к каркасу, осуществляя экранировку нагревательной камеры. После закрытия дверей автоматически включается высокочастотный нагрев. По окончании нагрева включается вентилятор вытяжки камеры. Время нагрева и вентиляции устанавливается с помощью реле времени, расположенных на лицевой стороне камеры. После окончания вентиляции камеры электромагниты дверей обесточиваются и двери открываются. Производится ручная выгрузка обработанных архивных документов. Затем рабочий цикл повторяется.

Установка высокочастотная ВЧД 12−60/13

Установка высокочастотная ВЧД12−60/13 предназначена для сушки непрерывным методом сыпучих порошкообразных диэлектрических материалов.

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Требования безопасности соответствуют ГОСТ 21 139– — 87. Условия безопасности работы установки должны быть обеспечены предприятием-потребителем в соответствии с Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. Установка соответствует требованиям ТУ 16−530.256 — 80. ТУ 16−530.256−80

Напряжение трехфазной питающей сети частотой 50 Гц, В 380

Мощность колебательная, кВт 60

Частота рабочая, МГц 13

Мощность, потребляемая от сети при коэффициенте мощности не менее 0,85, кВт, не более 91

Расход охлаждающей воды, м

Максимальная производительность установки по сухому продукту в зависимости от начальной влажности, кг/ч

Масса, кг 2400

Гарантийный срок установки — 18 мес со дня ввода в эксплуатацию.

Установка состоит из сушильной камеры и высокочастотного генератора ВЧГ3−60/13, соединенных между собой коаксиальным токоподводом.

Сушильная камера состоит из конденсатора, поворотного стола, привода, экранирующего шкафа, вытяжного зонта, пульта управления и подставки. Сушка порошка производится непрерывно в кольцевом вращающемся конденсаторе. Конденсатор установлен в сушильной камере. Порошок поступает в конденсатор через загрузочный патрубок, а отводится разгрузочным лотком. Установка имеет два режима работы: наладочный и автоматический. В наладочном режиме производится проверка работы отдельных механизмов, а также выбор и установка подстроечных параметров. Работа камеры в автоматическом режиме производится следующим образом: влажный порошок поступает через загрузочный патрубок в рабочий конденсатор. При вращении стола и внутреннего кольца рабочего конденсатора порошок транспортируется от места загрузки к зоне выгрузки. Затем он отводится разгрузочным лотком. Выделяемая в процессе сушки влага удаляется через вытяжной зонт вентиляционной системой.

Установка высокочастотная ВЧД 17−60/13

Установка высокочастотная предназначена для непрерывной высокочастотной сушки диэлектрических материалов (в виде лент, полотен, мотков), способных нагреваться в электрическом поле высокой частоты (например, аминопласт, волокнит, хлопковая целлюлоза, латексная губка).

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров, газов, способных нарушить нормальную работу установки.

Установка соответствует требованиям ТУ16 — 88 ИЕЛВ.682 461.005 ТУ.

Напряжение трехфазной питающей сети частотой 50 Гц, В 380

Колебательная мощность номинальная, кВт 60

Мощность потребляемая, кВт, не более 95

Частота рабочая, МГц 13,56

Максимальная производительность, кг/ч, по высушенному материалу при начальной абсолютной влажности 47%

Расход воды (охлаждающей), м, не менее 1,4

Скорость движения контейнера, м/ч, не менее

Ширина контейнера, мм, не более 1000

Масса установки, кг, не более 5000

Гарантийный срок — 18 мес. со дня ввода в эксплуатацию. Установка включает в себя сушильную камеру, генератор и пульт управления.

Общий вид и габаритные размеры индукционной установки ВЧД17−60/13 генератор высокочастотный; камера сушильная; пульт управления Камера сушильная состоит из шкафа, трех высокопотенциальных пластин, установленных последовательно вдоль ленточного транспортера, низкопотенциального электрода, ленточного транспортера с приводом. Камера выполнена из алюминиевого каркаса, Закрытого с боковых сторон экранирующими крышками на регулируемых петлях. Высокопотенциальные пластины устанавливаются в гнезда крыши камеры. Низкопотенциальный электрод закреплен на нижней стенке камеры. Он представляет собой набор алюминиевых пластин. По краям низкопотенциального электрода расположены прижимные пластины с регулируемым пружинным поджимом. Ленточный транспортер состоит из полутомпаковой бесконечной сетки, натянутой на ведущий и ведомый барабаны, имеющие прижимные ролики. Натяг ленты осуществляется между неподвижными и подвижными барабанами, установленными в зоне холостой ветви ленты. На пульте управления расположены приборы управления и сигнализации камеры: автомат, регулятор скорости движения транспортера, кнопки включения и выключения привода, кнопка аварийного отключения и сигнальная лампа, сеть. Внутри пульта расположена коммутационная аппаратура. Генератор соединен с камерой коаксиальным токоподводом. Включение генератора производится с его пультового щитка при закрытых экранирующих крышках. Торцевые крышки закреплены таким образом, что зазор между поверхностью высушиваемого материала и нижним торцом крышек минимален (10… 20 мм). этом контактная фольга скользит по поверхности материала и сетки транспортера, копируя рельеф. Высушиваемый материал укладывается на выступающую из камеры часть транспортирующей ленты. Качественный контакт между транспортирующей сеткой и низкопотенциальным электродом обеспечивается усилием пружин прижимных контактов и прижимными барабанами, создающими плотное облегание сетки выпуклой поверхности низкопотенциального электрода. Вращением маховиков привода зонтов устанавливается зазор между высокопотенциальным электродом и поверхностью материала, обеспечивающий заданный режим сушки. Включение движения транспортера и регулирование его скорости осуществляются с пульта управления. В процессе движения материала внутри рабочего конденсатора производятся его нагрев и сушка. Пары удаляются вытяжной системой вентиляции через сетчатый высокопотенциальный электрод, вытяжные зонты и гибкие патрубки. Теплый воздух, подаваемый в полость низкопотенциального электрода, подогревает внутреннюю поверхность камеры и детали, расположенные внутри нее, снимая конденсат и тем самым исключая пробои внутри рабочего конденсатора. В случае аварийных ситуаций нажатием кнопки «аварийное включение» останавливается транспортер и выключается генератор. — В комплект поставки высокочастотной установки ВЧД17−60/13 входят: генератор высокочастотный, пульт управления, камера сушильная, комплект запасных частей, комплект эксплуатационных документов по ведомости.

Устройства микроволновой стимуляции конвекционной промышленной сушки зерна УМВС-100, УМВС-150, УМВС-200.

В 1999;2001 г. г. специалистами ОЭТО Корпорации «Диполь» проведен цикл исследований, посвященных возможности и целесообразности использования микроволновой энергии для сушки зерна. До настоящего времени электрические методы в техпроцессах промышленной сушки зерна не использовались, хотя в проходимом в этих техпроцессах диапазоне влагосодержания (от 20 до 14%) преимущества микроволновой сушки (по сравнению с традиционными тепловыми конвекционными методами, реализуемыми, как правило, в сушилках барабанного либо шахтного типа) неоспоримы. Действительно энергоемкость процесса в упомянутых барабанных и шахтных сушилках (использующих энергию сгорания топлива) составляет 7−10 кВтЧ ч/кг (по испаренной влаге), а при микроволновой сушке — 2,2−2,5 кВтЧч/кг.

Однако для тех масштабов, в которых реализуется обычно этот техпроцесс, для использования оборудования микроволновой сушки на элеваторах, хозяйствах потребовались бы электрические подстанции на 5,10,20 МВт, что реально неосуществимо.

Для решения этой задачи специалистами ОЭТО разработан метод микроволновой стимуляции традиционной конвекционной тепловой сушки зерна, применяемый к многопроходным технологиям, используемым в обоих основных типах существующего зерносушильного оборудования.

Суть этого метода сводится к тому, что относительно небольшими дозами микроволновой энергии (составляющими всего 1−1,5% от используемой в техпроцессе сушки зерна энергии сгорания топлива) в объеме подвергаемых сушке объектов создается температурный градиент, противоположный по направлению температурному градиенту, возникающему в процессе поверхностной тепловой сушки и препятствующему эффективной влагоотдаче (поскольку он, в свою очередь, направлен навстречу градиенту влажности в объекте сушки).

Экспериментальная проверка этого метода показала возможность экономии за счет него 30−35% топлива на единицу испаренной влаги и обезвоживаемой продукции. Несложно подсчитать, что это может дать в масштабах страны.

В настоящее время по результатам проведенных исследований проводится разработка и планируется освоение в производстве устройств микроволновой стимуляции УМВС-100; УМВС-150 и УМВС-200 с установленной мощностью, соответственно, 100, 150 и 200 кВт. При разработке этих модулей основной задачей является конструктивное сопряжение их с транспортером, по которому движется зерно между соседними циклами сушки.

Комплект технических средств сушки сена в сенохранилищах с использованием озонатора воздуха

Озонатор воздуха и озоно-воздушная смесь, подаваемая в сенохранилище с концентрацией озона выходе вентилятора 0,5−2,4 мг/м3, ускоряет сушку сена, сохраняет его качество. При этом угнетается аэробная микрофлора, что приводит к повышению качества сена, снижаются энергозатраты на 10% и эксплуатационные затраты на 12,7%. Освоено в Новгородском НИПТИСХ Новгородской области.

Установка ВЧД 13−10/27

Назначение: Высокочастотный нагрев с целью дезинфекции.

Состав установки: установка состоит из генератора ВЧГ5−10/27 и технологической камеры периодического действия. Установка имеет электромеханические блокировки и экранирование, обеспечивающие безопасность работы персонала.

В ремонтных мастерских используются такие высокочастотные установки, как установка для индукционной пайки. Она содержит:

· модуль высокочастотного генератора;

· выносной модуль (один или несколько) с фланцем для крепления сменного индуктора;

· высокочастотный соединительный кабель (1 или 2, длина по согласованию) со штепсельными разъёмами;

· ножной выключатель (педаль) и пирометрический измеритель температуры по согласованию.

От одного высокочастотного генератора может работать один или два выносных модуля параллельно. Каждый выносной модуль соединяется с генератором своим гибким кабелем.

Таблица технических данных высокочастотных генераторов для установок индукционной пайки:

Высокочастотные установки для индукционной пайки, до 1,5 Мгц

1. Бодин А. П., Московкин Ф. И. Электрооборудование для сельского хозяйства. М.: Россельхозиздат, 1981. 302 с., ил.

2. Будзко И. А., Зуль Н. М. Электроснабжение сельского хозяйства. — М.: Агропромиздат, 1990. — 496 с.: ил.

3. Жеребцов И. П. Электрические и магнитные цепи. Основы электротехники.— Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1987. — 256 с.: ил.

4. Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства/А. П. Тарасенко, В. Н. Солнцев, В. П. Гребнев и др. — М.: КолосС, 2004. — 552 с: ил.

5. Поляков В. А. Электротехника: Учеб. пособие для учащихся 9 / 10 кл. — М.: Просвещение, 1982. —239 с. ил.

6. Широков Е. П. Технология хранения и переработки плодов и овощей с основами стандартизации.— М.: Агропромиздат, 1988.— 319 с.: ил.

7. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / И. Ф. Кудрявцев, Л. А. Калинин, В. А. Карасенко и др.; Под ред. И. Ф. Кудрявцева.— М.: Агропромиздат, 1988.— 480 с.: ил.

8. Электротехника: Учеб для ПТУ/Шихин А. Я., Белоусова Н. М., Пухляков Ю. X. и др; Под ред. А. Я. Шихина. — М.: Высш. шк., 1989. — 336 с.: ил.