Електрозварювальні установки

У загальному випадку зварювання - це спосіб з’єднання металів шляхом їхнього розігріву до розплавленого або тістоподібного стану з наступним охолодженням. Особливістю електричного зварювання є використання електричної дуги для розплавлювання металів і опору для місцевого розігріву деталей, що з’єднуються. У першому випадку електрозварювання називається дуговим, у другому – контактним. Установки дугового зварювання можуть працювати на змінному і постійному струмі, а контактного зварювання – тільки на змінному струмі. Джерелом живлення дуги є зварювальний трансформатор або генератор постійного струму. Зварювальні трансформатори аналогічні пічним трансформаторам для дугових печей, мають низький для надійного горіння дуги, підвищений індуктивний опір розсіювання для обмеження струмів КЗ, круту характеристику, щоб величина струму мало залежала від довжини дуги і напруги на ній. На відміну від пічних трансформаторів зварювальні мають меншу потужність 2 – 10 кВАр, напругу на дузі порядку 60 В й активні або реактивні регулятори струму дуги.

Для розрахунку трансформатора для дугового зварювання початковими даними є діаметр у мм зварювального електрода і напруга живлення . Зварювальний струм визначають за емпіричною формулою (А). Вторинна напруга холостого ходу приймається , а при зварюванні . Визначаютьпотужність вторинної обмотки (Вт) і трансформатори , де . Площу поперечного перерізу осердя трансформатора (см²) визначають з величини магнітної індукції на рівні 1,3 Тл. Кількість витків на 1В напруги знаходять як , кількість витків первинної і вторинної обмоток ; . Струм первинної обмотки . Площу поперечного перерізу провода обмотки визначають за щільністю струму А/мм² з урахуванням повторно- короткочасного режиму роботи.

 

Гальванічні установки

Процес електрохімічного покриття металом іншого металу з метою підвищення зносостійкості виробу і додання йому декоративного вигляду називають гальваностегією.

Робота електричної енергії полягає у переміщенні іонів речовини на катод з наступною їх нейтралізацією в молекули речовини. Кількість речовини, виділеної на катоді, визначають за законом Фарадея:

, г

де – електрохімічний еквівалент речовини;

– сила струму в А,

– час електролізу за годину.

Для живлення установок застосовуються електромашинні агрегати і напівпровідникові випрямлювачі. ККД агрегатів складається з ККД двигуна і генератора , а ККД напівпровідникового випрямлювача - з ККД трансформатора і випрямлювача .

 

Електротранспорт

 

Для електрифікації транспорту застосовують постійний (випрямлений) струм напругою 275, 600, 1650 і 3300 В і однофазний змінний струм промислової частоти напругою 10,5 і 27,5 кВ. Номінальну напругу на струмоприймачі приймають відповідно 250, 550, 1500 і 3000 В при постійному і 10, 25 кВ при змінному струмі. На магістральній і приміській залізницях використовується однофазний змінний струм з частотою 50 Гц. Номінальна напруга приймача - відповідно 25000 В змінного і 3000 В постійного струму. Номінальна напруга приймачів промислового транспорту складає 10000 (6000) змінного струму. Залежно від призначення приймача може використовуватися напруга постійного струму 250 В для підземного транспорту, 3000, 1500 і 550 В для наземного транспорту, а напруги на шинах тягових підстанцій - відповідно 11000 (6000) В змінного і 275, 3300, 1650 і 600 В постійного струму. Тягові підстанції для міського транспорту на шинах мають напругу 825 В для метрополітену і 600 В для трамвая і тролейбуса постійного струму, номінальну напругу приймачів - 750 і 550 В.

Магістральні електровози, що працюють на постійному струмі, мають по 6 або 8 тягових двигунів з послідовним збудженням. Пуск здійснюється контактно-реостатним методом при трьох угрупованнях двигунів: послідовному, послідовно-рівнобіжному і рівнобіжному. На кожній із трьох безреостатних позицій можливі чотири ступеня ослаблення поля, тобто всього електровоз має 15 ходових позицій у режимі тяги. Електровоз і поїзд гальмуються механічно за допомогою стиснутого повітря. При числі тягових двигунів 8 при реостатному пуску двигуни з'єднуються: всі послідовно, паралельно дві групи по чотири послідовно з'єднаних двигуна і паралельно чотири групи по два послідовно включених двигуна. Крім пневматичного гальмування електровоз має рекуперативне гальмування при тих же угрупованнях двигунів. Електровози змінно-постійного струму за влаштуванням механічної частини подібні до електровозів постійного струму. Змінна напруга живлення 25 кВ на електровозі знижується за допомогою трансформатора і випрямляється напівпровідниковими випрямлювачами. Тягові двигуни постійного струму послідовного збудження живляться від випрямлювача, напруга якого під час пуску змінюється 33 ступенями від найменшого (початкового) до найбільшого шляхом переключення виводів вторинної обмотки трансформатора і схемних рішень.

Для транспортного обслуговування цехів і складів застосовують електрокари вантажопідйомністю від 0,75 до 3 т і акумуляторні автонавантажувачі вантажопідйомністю від 0,5 до 1,5 т.

Допоміжні механізми, гальмове пневматичне устаткування, силова пускорегулююча і захисна електроапаратура в приміських електропоїздах і вагонах метрополітену розміщуються під кузовом. Електрична апаратура монтується у спеціальних захисних камерах, що підвішуються на ізоляторах до рами кузова. У трамвайних вагонах з безпосереднім керуванням і в тролейбусах, що мають відносно невелику кількість електроапаратури, прагнуть розмістити її в кабіні водія.

Вагони метрополітену і приміські електропоїзди мають групову автоматичну систему керування, що забезпечує роботу вагонів за "системою багатьох одиниць", тобто керування потягом виконується з одного поста, звичайно з першого (головного вагона), за допомогою поїзних проводів, що йдуть уздовж усіх вагонів.

Приміський потяг складається з 10-12 вагонів, половина з них моторні і половина причіпні. Два з причіпних є головними, кожен має пост керування і виготовляється обтічної форми. Електропоїзди обладнані пневматичними й електропневматичними автогальмами з високим коефіцієнтом натискання гальмових колодок. Для попередження заклинювання колісних пар при малих швидкостях зусилля натискання гальмових колодок автоматично знижується при зниженні швидкості за допомогою інерційного регулятора.

Потяги метрополітену повинні розвивати високе прискорення й уповільнення, тому всі вагони виготовляють моторними. Потяги складаються з однотипних вагонів. Вагони мають реостатне гальмування, при якому тягові двигуни працюють у режимі генераторів послідовного збудження. При зниженні швидкості вагона до 8-10 км/год, коли реостатне гальмування стає слабким, відбувається автоматичне включення пневматичного гальмування. Якщо при гальмуванні потяга за якимись причинами не збереться схема реостатного гальмування, то в цьому вагоні відбувається автоматичне включення пневматичного гальмування, що заміщає реостатне гальмування. Екстрене гальмування потягу здійснюється за допомогою пневматичних автогальм.

Трамвайні вагони мають групову автоматичну систему керування, що забезпечує плавний пуск при високому прискоренні і плавне реостатне гальмування, що використовується як службове. При малих швидкостях, а також несправностях у схемі реостатне гальмування автоматично заміщається електромагнітним. Електромагнітне гальмування включається автоматично також при відпусканні педалі пильності. Для екстреного гальмування вагона використовуються рейкові гальма, живлення яких здійснюється від акумуляторної батареї. Вагони керуються автоматично за допомогою багатоступінчастого комутаційного апарата, що має 80 ступенів пуску і 100 ступенів реостатного гальмування, завдяки чому досягаються прискорення й уповільнення приблизно 1,5-1,8 м/с².

Тролейбуси мають групову автоматичну систему керування. У якості зупинного використовується реостатне гальмування, що діє в комбінації з пневматичним гальмуванням. При малому натисканні гальмової педалі виходить реостатне гальмування, при більш глибокому натисканні на реостатне гальмування накладається пневматичне гальмування. При екстреному гальмуванні педаль натискається до упора і на реостатне гальмування накладається пневматичне гальмування максимальної інтенсивності.

Тягові мережі працюють у своєрідних умовах, що відрізняються від умов роботи системи електропостачання інших промислових об'єктів. Навантаження тягової мережі змінюються в широких межах і безупинно переміщуються. Тягові двигуни рухомого складу можна переводити в генераторний режим, здійснюючи рекуперацію – передачу нагромаджень кінетичної енергії в тягову мережу. Тягова мережа рейкового транспорту несиметрична. Параметри контактної і рейкової мереж істотно розрізняються. Рейкова мережа шунтується ґрунтом, в результаті чого деяка частина тягового струму протікає по землі. Схеми з'єднання контактної і рейкової мереж звичайно розрізняються. Відзначені особливості ускладнюють розрахунок системи електропостачання й аналіз режимів її роботи.

Розрахунки системи електропостачання виконують на базі конкретних графіків або за заданими розмірами руху. Порядок електричного розрахунку тягових мереж за середніми розмірами рухунаступний:

 

визначається середнє навантаження лінії для однобічного живлення

 

при двосторонньому живленні ,

 

визначається середнє навантаження підстанції ,

 

квадрат ефективного навантаження лінії для однобічного живлення

 

,

 

при двостороннім живленні

 

 

,

 

квадрат ефективного навантаження підстанції

 

 

.

Тут - - середній потяговий струм за час ходу по ділянці кожного з потягів типу i, А;

- середнє число потягів на ділянці (не обов'язково ціле число);

_i- коефіцієнт ефективності струму одного потяга.

Тягові підстанції на залізничному транспорті розташовуються на відстані 15-25 км на двоколійних і 20-30 км на одноколійних ділянках при постійному струмі, при змінному струмі - 45-50 км.

Число випрямних агрегатів N_а і їхня потужність для підстанцій постійного струму вибирають за умови

 

 

де - діюче значення струму підстанції; - номінальний струм агрегата; - короткочасна перевантажувальна здатність агрегата; - число робочих агрегатів. Звичайно приймають один резервний агрегат на двох підстанціях і одну пересувну підстанцію на чотири-шість стаціонарних.

Потрібна потужність на тягу трансформаторів тягових підстанцій змінного струму, кВА,

 

,

 

де – розрахункові потужності по плечей a і b,кВА;

, - коефіцієнти ефективності навантажень пліч живлення;

, -коефіцієнти, що враховують припустиме перевантаження трансформаторів по навантаженню плечей а і b.

Повна розрахункова потужність триобмоточних трансформаторів, кВА,

 

,

 

де – районне навантаження;

 

 

,

 

 

де S_Pmaxn -максимальне районне навантаження n-го споживача; k_Н,Р – коефіцієнт нерівномірності районного навантаження; k_М,Р- перевантажувальна здатність районних трансформаторів; S – число районних споживачів; k_П- коефіцієнт попиту.

Тягові підстанції залізниць забезпечують електроенергією електричну тягу потягів і таких залізничних споживачів, як локомотивні і вагонні депо, майстерні, освітлення, зв'язок, автоблокування та ін. Одночасно тягові підстанції здійснюють електропостачання прилягаючих до підстанцій промислових, комунальних і сільськогосподарських підприємств. Тягові підстанції бувають опорні, проміжні транзитні, проміжні на відгалуженнях і тупикові.

Тягові підстанції метрополітену класифікують за способом розміщення – підземному і наземному, за місцем розташування на трасі – основні (біля станцій), вестибюльні (біля машинних залів ескалаторів), тунельні (на перегонах) і деповські (при депо). За призначенням бувають тягові, тяглово-знижувальні (сполучені) й знижувальні. На двох останніх здійснюється живлення силових мереж і висвітлення пасажирських станцій.

Тягові підстанції міського електротранспорту за призначенням класифікують на трамвайні, тролейбусні й змішані. За системою електропостачання на децентралізоване електропостачання (підстанції одноагрегатні) і централізоване електропостачання (підстанції багатоагрегатні). Живлення рухомого складу трамвая здійснюється по контактному проводу (позитивної полярності) і по рейках, які виконують роль зворотного проводу, негативної полярності схеми електропостачання. У зв'язку з недосконалістю ізоляції рейок щодо землі частина тягового струму відгалужується у ґрунт і далі замикається на негативну шину тягової підстанції. Ці струми не мають чітко виражених шляхів по землі, тому називаються блукаючими. Для ліній при проектуванні, споруд та експлуатації здійснюють наступні заходи щодо обмеження струмів витоку з рейок:

- збільшення провідності рейкової мережі шляхом влаштування електричних з'єднувачів на кожному температурному стику;

- збільшення перехідних опорів рейка-земля (влаштування шляхів на відособленому полотні, водовідводів, застосування ізоляційних баластів з бітумізованого піску, просочення шпал масляними антисептиками, влаштування ізоляції від залізобетонних шпал тощо.);

- відсутність робочого заземлення у негативної шини підстанції.

 

Електричне освітлення

Оптична область спектра випромінювання з довжиною хвиль приблизно від 1 нм до 1 мм поділяється на ультрафіолетову (УФ), видиму й інфрачервону (ІЧ). УФ випромінювання –оптичне випромінювання, довжини хвиль монохроматичних складових якого знаходяться у межах від 1 до 380 нм і поділяється на три області: УФ-А- від 315 до 400 нм, УФ-В- від 280 до 315 нм, УФ-С- від 100 до 280 нм.

Видиме випромінювання (світло) – випромінювання, яке, потрапляючи на сітківку ока, може викликати зорове відчуття (відчуття перетворення енергії зовнішнього подразника у факт свідомості). Воно має довжини хвиль монохроматичних складових у межах 380-780 нм.

Інфрачервоне випромінювання (ІЧ) має довжини хвиль монохроматичних складових, що знаходяться за видимим випромінюванням, але не більше 1 мм. ІЧ випромінювання поділяється на три області: ІЧ-А- від 780 до 1400 нм; ІЧ-В- від 1400 до 3000 нм; ІЧ-С- від 3000 до 10⁶ нм (від 3 мкм до 1 мм).

Спектр випромінювання – сукупність монохроматичних випромінювань, що входять до складу складного випромінювання. Джерела випромінювання можуть мати суцільний, смугастий, лінійчатий спектр або такий, що має суцільну і лінійчату складові.

 

Світловий потік – потужність світлової енергії, ефективна величина якого виміряється в люменах. 1 лм відповідає світловому потокові, випромінюваному в одиничному тілесному куті точковим джерелом із силою світла 1 кандела.

Сила світла точкового джерела – просторова щільність світлового потоку. Кандела (кд) – дорівнює силі світла, що випускається в перпендикулярному напрямку з площі в 1/600000 м² чорного тіла при температурі затвердіння платини Т=2045 К й тиску 101325 Па.

Освітленість – щільність світлового потоку по освітлюваній поверхні. Освітленість у 1 лк має поверхня, на 1 м² якої падає і рівномірно по ній розподіляється світловий потік у 1 лм. .

Освітленість в точці поверхні (розташованої перпендикулярно до відносно падаючих на неї променів світла) зворотно пропорційна квадрату відстані від цієї точки до джерела світла розмірам, малим у порівнянні з . . Освітленість у точці, вилученій від основи перпендикуляра , опущеного на поверхню з центра джерела світла, пропорційна третьому ступеню косинуса кута , під яким світлові промені падають на поверхню в даній точці. .

Яскравість у напрямку тіла або ділянки його поверхні дорівнює відношенню сили світла в напрямку до проекції випромінюючої поверхні на площину, перпендикулярну до цього напрямку. За одиницю виміру яскравості кд/м² прийнята яскравість такої поверхні, яка у перпендикулярному напрямку випромінює силу світла в 1 кд з площи в 1 м². .

 

Параметри джерел світла

Світлотехнічні параметри джерел світла ДС характеризуються: світловим потоком , силою світла , світловою яскравістю , розподілом яскравості по поверхні, розподілом сили світла в просторі (крива сили світла), спектральною щільністю випромінювання (спектром випромінювання). Колір випромінювання додатково характеризується колірними параметрами: координатами кольоровості і , колірною температурою і індексом передачі кольору (загальний індекс передачі кольору) і (спеціальний індекс передачі кольору характеризує передачу кольору на кольорах великої насиченості – червоних, жовтих, зелених і синьому, а також на зразках, що відтворюють колір людської шкіри і зеленого листя).

Електричний режим характеризується: потужністю ДС , робочою напругою на ДС , струмом і родом струму (постійний, змінний з частотою ). Для РЛ електричний режим додатково повиненвраховувати втрати потужності в пускорегулюючій апаратурі (ПРА), коефіцієнт потужності лампи і лампи з ПРА (), напруги запалювання (пробою) і загасання розряду, струм пускового режиму.

Геометричні параметри ДС: габаритні й приєднувальні розміри, висота світлового центру, розміри випромінюючого тіла. Конструктивні – форма колби і її оптичних властивостей, форма і розташування тіла розжарювання, конструкція ніжки або вводу, конструкція і розміри електродів, відстань між ними та ін.

Тепловий режим: тіла розжарювання, колби, цоколя, виводів електродів та інших вузлів.

Показники довговічності для ДС – повний і корисний терміни служби. Повний термін служби - це тривалість горіння від початку роботи до повної або часткової втрати працездатності (перегоряння нитки розжарювання, втрата здатності запалювання). Корисний термін служби - це тривалість горіння ДС від початку експлуатації до моменту відходу за встановлені межі одного з параметрів, що визначають доцільність використання ДС даного типу (зниження світлового потоку, нестабільність положення дуги та ін.).

Ефективність ДС оцінюється за його енергетичним ККД, інакше світловій віддачі, що є характеристикою ефективності перетворення електричної енергії у світлову енергію. Світлова віддача - це відношення ефективного світлового потоку до потужності ДС (світловий ККД.).

 

Джерела світла

Для електроосвітлення використовують електричні лампи розжарювання і газорозрядні лампи.

Сучасна освітлювальна лампа розжарювання (рис. 7) складається з таких конструктивних деталей.

1. Скляна колба. У вакуумних лампах тиск залишкових газів у колбі після відкачки складає 10^-5–10^-7 мм рт.ст. У газорозжарювальних лампах після відкачки колба заповнюється сумішшю інертних газів, тиск яких у холодній лампі ~ 600 мм рт. ст. Скло колби лампи розжарювання повинно мати постійний коефіцієнт розширення, безкольоровість і стійку прозорість; високу міцність (колба повинна витримувати легкі удари, струси, вітрове навантаження. Температура розм'якшення скла мусить знаходитися в межах 400–500°С. Скло мусить бути термостійким і витримувати різкі коливання температури.

2. Тіло розжарювання, виконане з вольфрамового дроту, звитого спіраллю або біспіраллю. У сучасних лампах тіло розжарювання робиться тільки з вольфраму - тугоплавкого металу, що володіє значною формостійкістю при високих температурах.

3. Молібденові крючки, що надають певну форму тілу розжарювання і підтримують її протягом всього строку служби.

4. Електроди, які передають напругу на тіло розжарювання.

5. Скляний стержень (штабника), у верхній частині якого є потовщення, так звана лінзочка, куди впаюють крючки.

6. Порожній скляний циліндр з розгорнутою нижньою (тарілка) і опресованою верхньою частиною, так званою лопаткою, в якій з'єднані штабик, електроди і відкачка трубка (штенгель). У лопатці продувається отвір, через який проводиться відкачка лампи. Штабик з крючками, тарілка, електроди з тілом розжарювання і штенгель, зібрані разом, становлять ніжку лампи.

Рис. 7. - Лампа розжарювання загального користування:

1 – скляна колба; 2 – тіло розжарювання; 3 – молібденові крючки;

4 – лінзочка; 5 – електроди; 6 – скляний стержень; 7 – лопатка;

8 – отвір; 9 – скляний циліндр; 10 – відкачна трубка; 11 – цоколь;

12 – шайба; 13 - скломаса; 14 – різьба.

 

7. Цоколь, який складається з металевого стакана з різьбою (латунь або оцинкована сталь), до якого припаяний один із електродів. Другий електрод припаюється до латунної контактної шайби, скріпленої із стаканом цоколя за допомогою скломаси, що служить ізоляцією. Цоколь спеціальною мастикою з'єднується з колбою лампи. Останнім часом у деяких типах ламп цоколь опресовується на колбі.

Електричні й світлові характеристики лампи, а також строк їх служби залежать від величини живильної напруги. У промисловій мережі, від якої працюють лампи розжарювання, трапляються відхилення напруги від номінального значення або спад її в проводах розподільчої мережі. Тому важливо знати, як змінюються електричні й світлотехнічні характеристики лампи із зміною напруги (рис.8).