Потребители электрической энергии

И.И. Чудинова

Потребители электрической энергии

Курс лекций

 

Специальность: 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования»

 

 

2006

Автор:

преподаватель электротехнических дисциплин ____________ И.И. Чудинова

 

Рецензент:

преподаватель спец. дисциплин______________________Ю.В. Великий

 

 

. Рассматривается классификация промышленных потребителей электрической энергии, характеристика типовых потребителей, их влияние на работу электрической сети, взаимоотношение потребителей и энергосистемы. Курс лекций рассчитан на студентов среднего профессионального образования электротехнических специальностей.

 

Курс лекций рассмотрен  и одобрен:

 

На заседании кафедры металлургических и электротехнических дисциплин

 

«___» ______________200 г., протокол №________

 

Зав. кафедрой. _____________ И.И. Чудинова

 

На заседании УМСС факультета МЭи АП «__» _________200 г., протокол №___

 

 Председатель УМСС ________________Т.А. Чумакова

Содержание

Введение	4
Лекция 1 Введение Общие требования к качеству эл. энергии	5
Раздел 1 Потребители электроэнергии и электроприемники.
Лекция 2. 1.1 Классификация потребителей электрической энергии	7
Лекция 3. Тема 1.2 характеристика типовых электроприводов	11
Лекция 4. Тема 1.3 ручной электроинструмент	14
Лекция 5 Тема 1.4 Характеристика установок электроосвещения	16
Лекция 6 Тема 1.5 Характеристика электротермических установок	19
Лекция 7 Тема 1.6 Характеристика установок электрической сварки	26
Лекция 8. Тема 1.7 Использование электрической энергии в электрохимическом производстве	30
Лекция 9. Тема 1.8 Применение электрических полей в технологических процессах	33
Лекция 10. Тема 1.9 установки для электроэрозионной обработки. Промышленные лазеры	40
Раздел 2 эксплуатация электроустановок потребителей
Лекция 11. Тема 2.1 Организация взаимоотношений между энергосистемой и потребителями	44
Лекция 12. Тема 2.2 общие требования к эксплуатации электроустановок	45
Лекция 13. Тема 2.3 Управление электроэнергетическими системами	49
Список литературы	51

 

ВВЕДЕНИЕ

Курс лекций составлен в соответствии с учебным планом специальности 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования и рабочей программой курса «потребители электрической энергии» для студентов среднего профессионального образования.

Предметом изучения дисциплины «Потребители электроэнергии» является электрооборудование производственных объектов, их технических характеристик и методов их воздействия на электрическую сеть.

Современное электрооборудование - это совокупности миллионов электрических машин, аппаратов, преобразователей и других устройств, которые используются во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорте и в быту. Часто эти устройства связаны между собой электрически и механически таким образом, что они образуют сложнейшие электротехнические системы, в которых происходит преобразование энергии из одного вида в другие

Дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:

· электротехника;

· электроснабжение объектов;

· Электрическое и электромеханическое оборудование и др.

знания, полученные  в ходе изучения курса «Потребители электроэнергии» могут быть полезны при изучении специальных дисциплин «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования», «Энергосбережение и качество электроэнергии», а также при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам и в ходе дипломного проектирования.

.

    Целью преподавания дисциплины «Потребители электроэнергии» является формирование знаний о типовом электрооборудовании производственных объектов:

-изучение воздействия основного электрооборудования производственных объектов на электрическую сеть;

-требования к электроснабжению характерных электроприемников;

- построение взаимоотношений между энергоснабжающей организацией и потребителями.

 Курс лекций может быть полезен и для других специальностей электротехнического направления.

Лекция 1: ВВедение

 Общие требования к качеству эл. энергии

Современное развитие электрооборудова­ния промышленных предприятий отличается большим распространением электроприемни­ков с неблагоприятными с точки зрения ра­боты системы электроснабжения характерис­тиками. Это обусловливается возросшими требованиями в области совершенствования и рационализации технологических процессов в промышленности и ставит трудные задачи при построении рациональной системы элект­роснабжения.

При проектировании элект­роснабжения необходимо прорабатывать ме­роприятия по нормализации рабочих режи­мов электрических сетей, питающих злектроприемники, работа которых неблагоприятно отражается на качестве электроэнергии и на рациональных режимах работы ЭП, например электропе­чей. Это необходимо по условиям работы дру­гих электроприемников, присоединенных к электрическим сетям той же системы элект­роснабжения. Прогресс в технологических процес­сах требует соответствующего приспособле­ния систем электроснабжения к новым усло­виям их работы. Необходимо предусматривать мероприятия и устройства, обеспечивающие надлежащее качество элект­роэнергии, установленное соответствующими стандартами, правилами устройства и прави­лами эксплуатации.

Для систем трехфазного тока качество электро­энергии характеризуется:

-отклонениями и ко­лебаниями напряжения и частоты от установ­ленных норм,

-несинусоидальностью формы кривой напряжения,

- смещением нейтрали

- несимметрией напряжений основ­ной частоты.

 

 Показатели качества электро­энергии во всем должны соответствовать тре­бованиям ГОСТ 13109—97 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, при­соединенных к электрическим сетям общего назначения», в котором подробно регламен­тированы нормативы качества и допустимые отступления. Мероприятия по обеспечению показателей качества электроэнергии, приве­денные в ГОСТ 13109—97, должны решать­ся комплексно при проектировании электро­снабжения, электропривода и электротермических установок. Они должны базироваться на

- рациональной технологии и режимах производства;

-правильном выборе типов и параметров электропривода и электропечей;

-на оптимальном решении системы электроснабежения в целом с учетом как энергетических, так и технологических факторов.       

 

Энергоснабжающая организация обязана поставлять предприятию электроэнергию на нормированном уровне напряжения и часто­ты во всех ситуациях, предусмотренных ГОСТ 13109—97. Промышленное предприятие обя­зано принимать меры, чтобы такие показате­ли качества электроэнергии, как колебание напряжения, несинусоидальность формы кри­вой напряжения, несимметрия напряжений, были в пределах нормированных величин, так как ухудшение этих показателей качества вызывается работой определенных видов электроприемников и практически не зависит от энергосистемы.

Электропромышленность должна обеспечи­вать поставку электротехнического оборудо­вания, не ухудшающего показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения против нормированных значений.

Для обеспечения надлежащего качества электроэнергии в проектах в первую очередь следует предусматривать использование уст­ройств, необходимых также и по другим усло­виям, например для компенсации реактивной мощности и др.

Для этой цели в проектах должны преду­сматриваться устройства и приборы, необхо­димые для контроля качества электроэнергии и соответствия ее показателям, приведенным в ГОСТ 13109—97*.

 

 

Классификация

Приемником электроэнергии — электроприемником, токопри­емником — называют электрическую часть производственной установки, получающую электроэнергию от источника и преобразующую ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, а также в энергию электростатического или электромагнитного поля.

Приемники электрической энергии промышленных предпри­ятий классифицируют на следующие группы:

1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, часто­той 50 Гц.

2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц.

3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, часто­той 50 Гц.

4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, пи­таемые от преобразовательных подстанций и установок.

5. Приемники постоянного тока, питаемые от преобразователь­ных подстанций и установок.

По мощности и напряжению все потребители электроэнергии можно разделить на две группы:

 - потребители большой мощности (80-100 кВт и выше) на напряжение 3-6-10 кВ, получающие питание непосредственно от сети 3-6-10 кВ. К этой группе относятся мощные печи сопротивления и дуговые печи для плавки черных и цветных металлов, питаемые через собственные трансформаторы;

 - потребители малой и средней мощности (ниже 80-100 кВт), питание которых возможно и экономически целесообразно только на напряжение 380-660 В.

По роду тока все потребители электроэнергии можно разделить на три группы:

 - работающие от сети переменного тока нормальной промышленной частоты (50 Гц);

 - работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;

 - работающие от сети постоянного тока.

 Основной род тока, на котором работают электроустановки промышленных предприятий, - переменный трёхфазный ток частотой 50 Гц.

По режимам работы все потребители электроэнергии можно распределить на ряд групп, для которых предусматривается три режима работы:

 - продолжительный;

 - кратковременный;

 - повторно-кратковременный.

По технологическому назначению приемники электро­энергии классифицируют в зависимости от вида энергии, в кото­рый данный приемник преобразует электрическую энергию: элек­тродвигатели приводов машин и механизмов; электротермичес­кие установки; электрохимические установки; установки электро­освещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, устрой­ства контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки ультразвука и т. д.).

Электропотребителем называют совокупность электропри­емников производственных установок цеха, корпуса, предпри­ятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания.

Электромеханическое устройство, предназначенное для элект­рификации и автоматизации производственных процессов назы­вают электрическим приводом.

Одним из главных электрифицированных потребителей явля­ется электропривод металлообрабатывающих станков: токарные; сверлильные и расточные; шлифовальные и полировальные; комбинированные; зубо- и резьбообрабатывающие; фрезерные; строгальные, долбежные и протяжные; разрезные; разные.

К силовым установкам общепромышленного назначения отно­сят

 -подъемно-транспортные устройства,

-компрессоры,

-вентиля­торы

-насосы.

Электротермические приемники промышленных предприятий в соответствии с методами нагрева делят на следующие группы:

дуговые электропечи для плавки черных и цветных ме­таллов;

 установки индукционного нагрева для сварки и термооб­работки металлов и сплавов;

электрические печи сопротивления и электросварочные установки.

 

Рисунок 1- Методы электрического нагрева

 

Электрохимические и электролизные установки (электролити­ческие ванны для электролиза воды, растворов, расплавов цвет­ных металлов; установки электрохимических процессов в газе; ванны для гальванических покрытий: омеднения, никелирования, хромирования, оцинкования и т. п.) работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций,! выпрямляющих трехфазный переменный ток.

Установки электростатического поля применяют для созда­ния направленного движения капель при выполнении, например, электроокраски, для улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), для разделения смесей жидкости и газа, различающихся по размерам и  электропроводности.

Электросварочные установки. Технологически сварку делят на дуговую и контактную, по способу производства работ — на ручную и автоматическую.

Ручной электроинструмент. К этой группе приемников элект­роэнергии относят различные ручные механизированные элект­роинструменты: электродрели, электрогайковерты, электротру­борезы, электросверлилки, электрорубанки, ручные электропилы, электромолотки, глубинные вибраторы и др.

 

Структура электропривода

Электропривод  (рисунок 2)  состоит из: преобразователя 1, электродвигателя или группы электродви­гателей 2, передаточного 3, управляющего 4 и рабочего 5 ор­ ганов

 

.

Рисунок 2- Структурная схема электропривода

 

Электрическую энергию электропривод преобразует в меха­ническую и обеспечивает управление преобразованной энергией в соответствии с технологическими требованиями к режимам работы механизма. В простейшем случае электропривод пред­ставляет собой двигатель, питаемый от сети и приводящий в дви­жение с постоянной скоростью какой-либо механизм. Для вклю­чения двигателя в сеть применяют обычный магнитный пускатель, контактор, рубильник или пакетный выключатель.

В зависимости от способа пере­дачи энергии от двигателя к рабочим органам механизмов электроприводы бы­вают:

- групповые (один двигатель приводит в движение с помощью трансмиссий или передач группу рабочих машин или рабочих ор­ганов одной машины);

- индивидуальные (двигатель приводит в движе­ние только один рабочий орган машины); Электропривод центробежного насоса — индивидуальный. По сравнению с груп­повым индивидуальный привод позволя­ет упростить кинематическую схему рабо­чей машины. Иногда двигатель встраива-ют в механизм так, что он образует с рабочим органом единое целое

- многодвигательны е (отдельные рабочие органы машины приводятся в движение самостоятельным двигателем через систему передачи).

Совокупность связанных между собой электромагнитных, электромеханических, полупроводниковых и подобных им элеме­нтов называют системой управления приводом.

Движение электропривода, как и всякого механизма, подчиня­ется законам динамики и определяется силами (моментами), действующими в этой системе. Вращающий момент М_т, раз­виваемый электродвигателем, в любой момент времени урав­новешивается суммой момента статического сопротивления М_c и динамического (инерционного) момента М_ДИН,

                                             (1)

Это уравнение называют уравнением движения электроприво­да. Вращающий момент электродвигателя считают положитель­ным, если он направлен в сторону движения механизма, и от­рицательным, если он препятствует его движению. Последний называют тормозным моментом.

Статический момент, приложенный к валу двигателя, прояв­ляется в полезной работе, совершаемой механизмом, и работе сил трения. Динамический момент проявляется только во время переходных процессов, т. е. таких процессов, когда изменяются частота вращения электропривода и запас энергии движения в нем. Если вращающий момент электродвигателя и момент статического сопротивления системы находятся в состоянии динамического равновесия частота вращения электропривода не меняется. При нарушении равновесия между вращающим мо­ментом электродвигателя и моментом статического сопротивления частота вращения электродвигателя начинает изменяться:

 -если М_т>М_с, привод ускоряет свое движение, т. е. частота его вращения увеличивается;

 -если М_т<М„ то привод замедляет свое движение, т. е. частота его вращения снижается.

 Величина дина­стического момента определяется разностью между вращающим моментом электродвигателя и моментом статического сопротив­ления.

 

Общие понятия

Электрическое освещение и источники света предназначены для создания световых условий, требуемых для труда и отдыха человека. В последние годы источники света все шире приме­няются для технологических целей (сушка, облучение сельско­хозяйственной продукции, получение химических веществ, в ин­формационной технике и т. д.). На освещение в нашей стране используется около 10% всей производимой электроэнергии.

Светящееся тело излучает энергию, которая распространяется в окружающее пространство в виде электромагнитных колебаний с различными длинами волн. Та часть энергии, которая переносится лучами оптической части спектра, называется лучистой энергией.

Электрические источники света характеризуются электриче­скими и световыми параметрами. К электрическим параметрам относятся: номинальное напряжение u _н; номинальная мощ­ность Р_н; номинальный ток лампы /_н. к световым — световой по­ток Ф, излучаемый лампой, измеряемый в люменах (лм); свето­вая отдача лампы, равная отношению светового потока Ф к по­требляемой ею мощности Р; стабильность светового потока, ко­торым считают световой поток лампы в конце срока службы, выраженный в процентах к начальному световому потоку.

Электрические светильники представляют собой однофазную электрическую нагрузку, но при правильной группировке освети­тельных приборов можно получить равномерную нагрузку по фазам (с несимметрией до 10%). Характер нагрузки от освещения изменяется в зависимости от времени суток, года и географичес­кого положения объекта. Частота тока общепромышленная — 50 Гц. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп — 0,6. Для осветительных установок приме­няют напряжение от 12 до 220 В. В тех производствах, где отключение освещения угрожает безопасности людей, применя­ют специальные системы аварийного освещения.

Для электрического освещения используются лампы накаливания и газоразрядные лампы.

 

Лампы накаливания

Лампы накаливания являются основным источником света при устройстве внутреннего и наружного электрического освещения. В них световая энергия получается за счет нагревания тонкой вольфрамовой нити до температуры порядка 3300 ºС проходящим через неё электрическим током. Лампы накаливания бывает следующих типов: общего назначения 15…1500 Вт, местного освещения 15…60 Вт, зеркальные 150…1000 Вт, прожекторные 500…1000 Вт, галогенные 1000…2000 Вт. Лампы накаливания применяются в основном для проходных и вспомогательных помещений без постоянного пребывания людей; в производственных помещениях с грубыми работами; для охранного освещения и аварийного освещения; для проездов и проходов на территории промпредприятий; для взрывоопасных помещений и взрывоопасных наружных установок, в наружных прожекторных установках и т.д.

Лампы накаливания применяют во всех отраслях народного хозяйства. Их номенклатура достигает 1600 наименований, а выпуск более 2 млрд. штук в год. Во многих случаях они не име­ют равноценной замены даже более экономичными газоразряд­ными лампами.

Основным их недостат­ком можно считать сравнительно низкую светоотдачу, малый срок службы (не более 2000 ч) и низкую механическую проч­ность.

Стремление повысить све­тоотдачу ламп накалива­ния при достаточно высо­ком сроке службы привело к созданию вольфрамо-галогенных (галогенных) ламп.

В этих лампах материалом для тела накала служит вольфрам. Колба лам­пы наполнена ксеноном с добавкой соединения галоген­ного элемента (фтора, хлора, брома и йода) с водородом При высоких температурах тела накала они образуют хи­мическое соединение с вольфрамом, препятствуя его испа­рению. Галогенные лампы малых размеров имеют прочную в виде трубки колбу из кварцевого стекла и обладают по­вышенной светоотдачей и яркостью.

Конструкция галогенной лампы представлена на рис. 258. В колбе лампы 1 расположено тело накала 2. Вводы 4 из молиб/ деновой фольги заштампованы в кварц. Внутренняя часть элек­тродов 3 выполнена из вольфрама, внешние выводы 5 — из мо­либдена. Для крепления и присоединения к сети на концы лампы надеты цоколи 6.

 

В настоящее время галогенные лампы применяют для све­тильников общего и киносъемочного освещения, прожекторов, инфракрасных облучателей, аэродромных огней и т. п.

 

Газоразрядные лампы

 

Для внутреннего и наружного электроосвещения широко применяются следующие типы газоразрядных ламп:

-люминесцентные лампы 15…200 Вт,

-дуговые ртутные высокого давления и исправленной цветностью ДРЛ 80…1000 Вт

 -ксеноновые ДКсТ. 5000…50000 Вт.

Люминесцентная лампа представляет собой трубку, на концах которой в цоколях смонтированы вольфрамовые электроды. Внутренняя поверхность трубки покрыта слоем особого состава (люминофором), способным светиться под действием лучистой энергии.

После откачки воздуха в трубку вводится под небольшим давлением аргон и капля ртути. Для включения люминисцентных ламп в сеть необходимо применять пускорегулирующие аппараты.

Расчеты и практика показывают, что применение высокоэкономичных люминесцентных ламп, световой КПД которых в 3-4 раза выше КПД ламы накаливания, позволяет сократить расход электроэнергии в 2-3 раза. Люминесцентные лампы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха 18-25⁰С. Они применяются в помещениях с тонкими и напряженными работами (контроль и сортировка изделий, сборка приборов, чертежная работа); при необходимости правильного различения цветов и т. п.

Лампы ДРЛ (четырехэлектродные) предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от 35 до -25 ºС, а двухэлектродные от 25 до –35 ^оС.

Зажигание этих ламп происходит через специальные пускорегулирующие аппараты.

Лампы ДРЛ состоят из кварцевой колбы, содержащей ртутные пары при давлении от 2 до 4 атмосфер, и высокой стеклянной колбы, на внутренней поверхности которой нанесен слой люминофора для пополнения спектра ртутных паров недостающими в них лучами красной части.

При включении разгорание лампы длится около 7 мин. Повторное зажигание лампы при выключении или прерыве питания можно только после ее остывания (около 10 мин.)

Лампы надежно зажигаются и горят при напряжении сети не ниже 200В.

При снижении напряжения на 10% и более номинального лампы зачинают гореть неустойчиво и при дальнейшем понижении мо­гут погаснуть, а не горевшие лампы не зажечься.

Наряду с перечисленными преимуществами газоразрядные лам­пы имеют ряд недостатков, в числе которых следует указать на пульсации светового потока при питании от сети однофазного тока.

Лампы ДРЛ применяются для общего освещения помещений высотой более 6м (цехи металлургической, машиностроительной, судостроительной промышлен-ности); для освещения строительных площадок; для основных проездов и проходов с интенсивным движением транспорта и людей.

Ксеноновые лампы включаются в сеть без балластных дросселей, их коэффициент мощности близок к 1. Для зажигания лампы необходим высоковольтный высокочастотный импульс напряжения, создаваемый специальными пусковыми устройствами. Лампы могут зажигаться и гореть при очень низких температурах   

(ниже -35 С). Свет, испускаемый лампами, близок к свету полуденного солнца, что обеспечивает хорошую цветопередачу.

Лампы применяются для освещения больших открытых проранств – карьеров, мест производства открытых работ на территории промпредприятий, открытых складов, железнодорожных сортировочных станций

Лекция 6. Тема 1.5 Характеристика электротермических установок

1 Установки косвенного нагрева

2 Установки индукционного нагрева

В процессе термической обработки металлов, получения качественных сталей и сплавов и др. используют электрический нагрев, который производится в специальных электрических печах и установках.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих цехах.

При протекании тока в твердом или жидком проводнике выделяется теплота. Если проводник является объектом нагрева, то происходит прямой нагрев. Если же в провод­нике выделяется теплота, которая затем передается объ­екту нагрева, то происходит косвенный нагрев; проводник в этом случае называют электронагревателем или нагрева­тельным элементом.

Общие сведения

Практически нет ни одной отрасли машиностроения, приборостроения и строительства, в которых не применялись бы сварка и резка металлов. С помощью сварки получают неразъемные соединения почти всех металлов и сплавов различной толщины – от сотых долей миллиметра до нескольких метров.

Электросваркой называется процесс получения неразъемных соединений металлических деталей с применением местного нагрева электрическим током и использования сил молекулярного сцепления.

Электросварка делится на два основных вида: дуговую сварку и сварку сопротивлением, или контактную сварку. Тепловая энергия при дуговой сварке выделяется в дуговом разряде в непосредственной близости от свариваемого шва. При контактной сварке тепловая энергия выделяется непосредственно в свариваемом стыке за счет прохождения через свариваемые детали электрического тока.

Электросварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном

Сварочные установки питаются от сетей напряжением 220/380 В.

Источники сварочного тока делятся на однопостовые и многопостовые. Однопостовые источники имеют небольшую мощность, обеспечивают питание только одного сварочного поста. Многопостовые источники имеют мощность, достаточную для одновременного питания нескольких сварочных постов. По конструктивному исполнению источники сварочного тока делятся на стационарные и передвижные.

Электросварочные установки по степени механизации технологических операций разделяются на установки, в которых эти операции выполняются вручную, установки полуавтоматические (когда автоматически поддерживается электрический режим сварки, остальные операции выполняются вручную) и установки автоматические.

Различают:- сварку сопротивлением, или контактную сварку;

                 -дуговую сварку;

               - плазменно-дуговую;

               - электронно-лучевую сварку.

 

Контактная сварка

Способ электрической сварки, при котором нагрев свариваемого участка происходит за счет выделения тепла в местах соприкосновения свариваемых деталей при прохождении через них сварочного тока, называется контактной сваркой.

 Контактная сварка производится на переменном токе от сварочных трансформаторов, вторичные обмотки которых состоят из одного витка, замыкаемого электродами через два свариваемых куска металла. Напряжение вторичной цепи составляет от 2 до 25 В, сила сварочного тока измеряется десятками килоампер и достигает в самых крупных машинах 300 кА, а при сварке труб - до 1,5 млн. А.

Разновидностями контактной сварки являются:

- точечная;

- стыковая;

-шовная сварки.

Машины для точечной сварки бывают автоматическими и неавтоматическими, одноточечными и многоточечными, стационарными и переносными. Одноэлектродные машины имеют мощность от 5 до 1000 кВт с величиной сварочного тока от 0,5 до 160 кА.

Для сварки деталей толщиной менее 1 мм применяется импульсная сварка, которая проводится импульсом тока, получаемого при разряде конденсатора через первичную обмотку сварочного трансформатора, мощностью 0,1-0,2 кВА.

Для сварки стыков различных деталей применяется стыковая сварка. Стыковые машины мощностью от 0.75 до 100 кВт изготавливают с пружинными или рычажными механизмами сжатия, мощностью от 150 до 600 кВт - с приводом от электродвигателя или от гидравлического двигателя.

При шовной сварке соединение металлических деталей производится непрерывным или прерывистым швом электрическим током, подводимым к свариваемым деталям вращающимися роликами. Такой вид сварки применяют при производстве труб различного диаметра. Трубы свариваются из полос с продольным или спиральным сварочным швом.

Например, для электросварки труб диаметром 400-660 мм к заготовкам с продольным швом подводятся диски-электроды, вращающиеся вместе со сварочным трансформатором мощностью 4400 кВА и производящие нагрев и сварку стыка при напряжении 16 В и сварочном токе 275 кА.

Контактная электросварка имеет разновидности: стыковая, точечная и роликовая. Точечная и роликовая (шовная) сварка производится на контактных машинах мощными однополярными импульсами тока.

Свариваемые детали устанавливают между электродами кон­тактной машины, плотно сжимают и включают ток. В месте контакта металл расплавляется и образуется сварная точка, при роликовой сварке заготовки устанавливают между роликами. При вращении роликов к ним импульсом подключается ток.

Высококачественная точечная сварка достигается при опре­деленной амплитуде и длительности импульса тока. Коммутация тока производится в цепи первичной обмотки сварочного транс­форматора Тр (рис. 253). Напряжение и ток вторичной обмотки

 

 

 

трансформатора регулируются тиристорными ключами (контак­торами 77 и Т2), управляемыми специальным устройством У У посредством изменения фазы угла открывания тиристора.

 

Дуговая сварка

При дуговой сварке детали нагревают с помощью электри­ческой дуги. Детали сами служат одним из электродов дуги. Черные металлы сваривают стальным электродом с обмаз­кой. В процессе сварки электрод расплавляется и образует шов. Детали из цветных металлов чаще сваривают с по­мощью угольного или графитового электрода — катода. Присадку вводят в зону сварки в виде отдельного приса­дочного прутка.

Устройства дуговой сварки отличаются повышенной электро­опасностью. Поэтому напряжение холостого хода источников пи­тания не превышает 90 В, рабочее напряжение составляет 35—70 В, напряжение дуги находится в пределах 35—50 В.

Сварочный ток в зависимости от толщины деталей может быть 100—1200 А.

Простейшим источником питания для сварки постоянным током является генератор смешанного встречного возбуж­дения с последовательной размагничивающей обмоткой возбуждения РО (рис. 251, а). Внешняя характеристика гене­ратора U (I) представлена на рис. 251,6.Напряжение холостого хода генератора регулируется реоста­том в цепи независимой обмотки возбуждения НО, а регулиро­вание тока короткого замыкания /_к осуществляется изменением числа витков размагничивающей обмотки.

В настоящее время получила большее распространение свар­ка переменным током, так как она обеспечивает не менее высо­кое качество свариваемого шва при меньшей стоимости источ­ника тока, меньшем расходе электрической энергии на единицу свариваемой продукции, большей надежности электрооборудова­ния и меньших эксплуатационных расходах.

В качестве источников питания для дуговой сварки перемен­ным током применяют однофазные сварочные трансформаторы с первичным напряжением 220 и 380 В. Существует три разно­видности конструкции трансформаторов. В трансформаторах с нормальным магнитным рассеянием (рис. 252, а) и дополнитель­ной реактивной катушкой первичная wl, вторичная w 2 и реак­тивная ау_р обмотки размещены на магнитопроводе 1. Подвижная часть магнитопровода 2 образует регулируемый зазор б, при изменении которого меняется индуктивное сопротивление реак­тивной обмотки, включенной последовательно с нагрузкой. Чем больше зазор, тем меньше индуктивное сопротивление обмот­ки ш_р и больше сварочный ток /₂. Подвижная часть магнито­провода перемещается с помощью электропривода с дистанцион­ным управлением. Такие трансформаторы выпускают на нор­мальные сварочные токи от 500 до 2000 А.

В трансформаторах с подвижными катушками (рис. 252, б) перемещают одну из обмоток, обычно вторичную w 2. При сбли­жении обмоток магнитная связь между ними усиливается, ток нагрузки растет, и наоборот. По такой схеме построены транс­форматоры на сварочные токи от 150 до 600 А.

Трансформаторы с магнитными шунтами (рис. 252,в) снаб­жены поворотным шунтом 3 между вторичной w 2 и первич­ной wl обмотками. Шунт закорачивает часть магнитного потока, создаваемого обмоткой wl; чем меньше зазор между шунтом и основным магнитопроводом /, тем меньший поток проходит через вторичную обмотку и тем меньше сварочный ток /г.

Электронно-лучевая сварка

Кроме рассмотренных выше способов сварки в настоящее время находит все большее применение электронно-лучевая сварка, а также сварка с использованием плазмы.

Электронный луч способен сваривать любые тугоплавкие металлы, камни и керамику. При электроннолучевой сварке расходуется в 20 раз меньше энергии, чем при дуговой. При этом здесь не приходится разогревать большие объемы металла. Луч легко перемещать, отклоняя поток электронов магнитным полем и оставляя само изделие неподвижным. Достигается ювелирная точность сварки и отпадает надобность в громадных приспособлениях для перемещения изделий. Для сварки корпусов ракет, деталей подводных кораблей, тепловыделяющих элементов атомных станций созданы сварочные камеры диаметром более 10 м. Вес обрабатываемых в них заготовок достигает 25 т.

Одним из состояний вещества является плазма, представляющая собой газообразную смесь движущихся электронов, ионов и нейтральных атомов. Источником плазмы является плазменный генератор, или плазмотрон. Дуговой плазмотрон устроен следующим образом. Он содержит анод и катод, на которые подается высокое напряжение. В пространство разрядной камеры подается плазмообразующее вещество, чаще всего газ - воздух, азот, аргон и т.д. Под действием высокого напряжения в газе возникает разряд, и между катодом и анодом образуется плазменная дуга. Чтобы избегать перегрева стенок разрядной камеры, их охлаждают водой. В качестве анода может служить, например, металл, подвергаемый обработке с помощью плазмы. Применяются плазмотроны для резки, сварки металлов и других целей.

 

Лекция 8. Тема 1.7 Использование электрической энергии в электрохимическом производстве

1 Электролиз и экстракция

2 г альваностегия и  гальванопластика

Электролиз и экстракция