Контрольная работа: Электрический расчет бытовых электроприборов

Расчетная контрольная работа №1

по дисциплине: «Бытовые электроприборы и машины»

ТЕМА: Электрический расчет бытовых электроприборов

КЛАСС ЭСЭ23 В

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: Заочная

КУРС: III

1. Электрический расчет аккумулирующего ВЭНа

Таблица1.1.

Примечание: t₁=15^оС,

; γ=0,998 кг/л.

Электрический расчет ВЭН сводится к определению мощности электроэнергии потребляемой из сети, необходимой для нагрева определенного количества воды за определенное время τ_н до заданной температуры t_зад , а также определению элементов НЭ, диаметр проволоки спирального НЭ и ее длины.

Задача 1

Определить Р_нэ, диаметр и длину проволоки НЭ в ВЭН аккумулирующего типа, если его размеры диаметр250 х450 мм, τ_н= 50мин=0,833333часа, а t_зад=100^оС. γ=0,998 кг/л (г/см³)

Порядок расчета:

1.Определяем массу воды

m = ( 3,14 ∙ (25см)² / 4) ∙ 45см ∙ 0,998 г/куб.см = (3,14 ∙ 625/4) ∙ 44,91 = 490,625 ∙ 44,91 =22033,97 г=22,034кг

2. Определяем Q_пол и Q_общ, принимая η=0,9

Полезная теплота определяется по формуле:

 Q_пол=С₀m(t_зад- t_н), кДж

где С₀- удельная теплоемкость воды при

 =;

m- масса воды в кг;

t_н – начальная температура воды, принимаем t_н=15⁰С.

Q_пол =mC_o (t_зад –t_н)=22,034кг·4,2· (100-15)= 92,543·85=7866,127 кДж.

Q_общ- потребляемая энергия с учетом тепловых потерь.

η – КПД электрического прибора, принимаем η=0,85-0,95.

3. Мощность НЭ определяется по формуле:

k- коэффициент, учитывающий рост удельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15.

До Р_нэ=5÷7 кВт нагреватели подключают к однофазной сети U=220 В, при больших мощностях используют 3-х фазную сеть 380 В 50 Гц.

Мощность, потребляемая нагревателями из сети:

4.  Выбираем материал НЭ.

- удельное сопротивление проволоки НЭ, Ом·м.

ρ_о- удельное сопротивление при 20^оС.

k₁- коэффициент, учитывающий рост ρ_t с ростом температуры нагревателя. Принимают k₁=(1.01÷1.10).

Сплав Х20Н80 с ρ_о=1,086·10^-6 Ом·м k₁=1,04

ρ_t= ρ_о· k₁=1,086·1,04=1,13·10^-6 Ом·м.

5.  Допустимая защитная мощность излучения для НЭ в воде принимается

β_доп=(4÷6) ·10⁴

Принимаем для нашего случая

β_доп=6 ·10⁴.

6.  Определяем диаметр и длину проволоки НЭ.

2. Электрический расчет проточного водоэлектронагревателя (ВЭН)

Таблица 2.1.

1.  Расход воды на одну помывку 30 литров.

2.  Время помывки 15 минут.

3.  НЭ- электроды из нержав. стали.

Как правило, потребители используют горячую воду для хозяйственных нужд с температурой 35÷40^оС. Поэтому воду после проточного ВЭН необходимо разбавлять до приемлемой температуры. Объем горячей воды, нагреваемой до t₂=90^оС определяется либо по номограмме, либо по формуле:

V_см =V₁+V₂ или

V₁ =V_см+V₂

Решив относительно V_2, – находим объем воды, прошедшей через проточный ВЭН, т.е. с t₂=85^оС.

Таблица 2.2. Данные расхода воды

Задача 2.

В цехе установлено 8 женских и 20 мужских кабинок для душа.

Произвести электрический расчет проточного ВЭН. Если температура на выходе 90 ^оС.

1. Считаем, что все рожки работают одновременно. Время помывки t_п =15 мин. Объем воды на помывку одного человека 30 л.

2. Находим расход смеси при температуре = 40 ^оС.

3. Из выражения находим V2=(56∙40-30∙15)/90=(2240-450)/90=1790/90=19,9 л/мин или 19,9∙60 = V₂=14 л/мин или 14·60=1194 л/час.

4.  Находим мощность НЭ

С₀- удельная теплоемкость воды при

 =;

k- коэффициент, учитывающий рост удельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15. γ=0,998 кг/л (г/см³) – плотность воды при температуре 19-23 градуса.

Если нагреватель выполнен в виде электродов. то находим фазное R_ф, и из выражения

Находим S электрода, а далее и ее размеры . Длину принимает 2-3 см, ρ_в=490÷500 Ом·см.

Пусть электроды для нашего ВЭНа соединены в треугольник .

Мощность Р=√3∙Uл∙Iл

Задаем расстояние между электродами ℓ=2 см.

ρ_в=500 Ом·см.

размеры электрода :

С некоторым приближением принимаем размеры фазных электродов 17 см.

3. Электрический расчет жарочного шкафа

Трубчатые НЭ используют V и W вида на U=220, 110В. Ряд мощностей одного ТЭН: 0,12; 0,25; 0,4 0,55; 0,63кВт.

Таблица 3.1.

1.  Терморегулятор ТК-32 (0÷330^оС).

2.  Плотность стали (чугуна) γ=7,9÷8,0 кг/дм³.

3.  t_нач=20^оС.

4.  В каждой секции установлено 2 ТЭНа.

Задача 3.

Рассчитать мощность ТЭН жарочного шкафа, если масса противня m=6,9 кг, t_max=290^оС, а время разогрева до t_раб. τ_р=17 мин.

1. = 4,5 ∙6,5 ∙ 0,03 ∙ 7,9=6,9 кг

2. Определяем Q_пол.

С_чугуна=0,5; K_запаса=1,1; η=0,6+0,85, принимаем η=0,7.

Q_пол=c·m (t_р- t₁)=0,5·6,9·(290-20)=931,5 кДж.

3. Определяем мощность ТЭНов.

4. выбираем 2 ТЭНа по 0,63 кВт.

Шкаф подключается к сети через автоматический выключатель. Коэффициент отсечки по однофазному I_к.з. принимаем 3.

4.  Электрический расчет тепловентилятора

Таблица 4.1.

1.  Тип ЭД выбираем из справочника.

2.  НЭ – спиральные –2НЭ на агрегат.

3.  Коэффициенты и КПД смотри в примере 4.

Нормируемые параметры тепловентилятора:- Р_нэ – мощность НЭ, Вт.- П – производительность по воздуху, по воде, м³/мин.- Температура воздуха за НЭ – T₂, ^оС.

Связаны зависимостью: Р_нэ≈20П (t₂-20), Вт.

Задача 4.

Пусть необходимо обогреть помещение с размерами 4х3х3, до t_окр=22^оС, если первоначальная температура t₁=6^оС.

Определить параметры тепловентилятора, если t₂-t на выходе тепловентилятора ~90^оС, а время нагрева τ=15 мин= 0,25 часа.

Порядок расчета.

1.Температура отапливаемого помещения t_окр. =22^оС.

Температура первоначальная t_{1= 6} ^оС.

Тогда количество теплоты определяется по формуле:

где ρ – плотность воздуха при О^оС ~ 1,293 кг/м³.

V- объем помещения 4х3х3,5 м³ =42 м³

С_в- удельная теплоемкость воздуха ~ 1,004÷1,01

Определяем количество полезного тепла:

2. Рассмотрим сам процесс нагрева: Сначала помещение нагревается до t_окр. =22^оС. Затем тепловентилятор возмещает тепловые потери в помещении. Но в первом режиме тепловентилятор должен и нагревать помещение до t_окр и одновременно компенсировать тепловые потери Q_тп.

Общая теплота с учетом β=11% =0,11.

Q=Q_п·(1+0,11)=875,84∙1,11=972,18 кДж.

3. Найдя общую теплоту и задаваясь временем нагрева τ=15 мин, находим Р_нэ

k- коэффициент, учитывающий рост удельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15. η – КПД электрического прибора, η=0,85-0,95. η_н-принимаем 0,95. Мощность НЭ max:

Принимаем НЭ 1х1,25.

4. Находим производительность вентилятора

5. Н- напор вентилятора выбираем в пределах (50÷70)ПА. Напор вентилятора принимаем Н~70 ПА при оборотах η_н ~1500 об/мин.

6. Находим мощность вентилятора (осевого):

где П – производительность на входе, м³/с. Н- напор в ПА. η_в- КПД ~ (0,4÷0,5).

7. Определив Р_в – определяем Мощность ЭД =Р_ЭД по формуле

k_з – зависит от мощности Р_в.

При Р_в=0÷2 кВт k_з=2÷1,5

При Р_в=2÷5 кВт k_з=1,5÷1,25.

8. В справочнике (под ред. Орлова) выбираем ЭД однофазный типа ДПА Р_н=15 Вт, n=1500 об/мин.

9. В вентиляционных установках общий напор определяется по формуле:

Величина  является динамическим напором вентилятора и оно составляет, как правило, 5÷7% общего напора вентилятора.

Реальная скорость воздуха на выходе тепловентилятора, как правило 2÷3 м/с.

Принимаем U=3 м/с, тогда динамический напор h будет:

Выводы по работе

1.  Что такое теплота? Теплота это энергия и поэтому она эквивалентна некоторой работе. Величина, характеризующая тепловое состояние тела, называется температурой. Та часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче, называют количеством теплоты.

2.  В чем измеряется теплота? Внутреннюю энергию тела и количество теплоты измеряют джоулями (Дж) или килоджоулями (кДж). Также калория - это количество теплоты, которое необходимо передать 1г воды для нагревания её на 1 ^оС.(1ккал-1000кал)

3.  Чему равен 1 Джоуль в килокалориях? 1кал=4,1868 Дж ;1ккал=4190 Дж

4.  Каким образом передается тепло? Теплопроводностью, конвекцией, излучением

5.  Что означает коэффициент теплопроводности, его размерность?

Λ- величина, измеряемая количеством теплоты, переданной в единицу времени через слой единичной толщины при разности температур поверхностного слоя в 1^о ,если площадь поверхности слоя равна 1. [ккал / (м ∙ час ∙град)] или[кал / (см∙ сек ∙град)]

6. Что такое удельная теплоемкость, ее размерность?

Удельная теплоёмкость- теплоёмкость единицы массы однородного вещества [кал / (г∙град)] [Дж / (кг ∙ ^о С ⁾ ]. Удельная теплоёмкость показывает, на сколько джоулей изменяется внутренняя энергия вещества массой 1кг при изменении температуры на1 ^о С.

6.  В чем измеряется удельная теплота парообразования? Количество теплоты, необходимое для обращения в пар жидкости массой 1кг без изменения температуры, называют удельной теплотой парообразования.[Дж/кг]

7.  Как выглядит аккумулирующий водонагреватель? Грубо говоря, накопительный электрический водонагреватель это большая бочка, в которой с помощью электрического нагревательного элемента (традиционного ТЭНа или его усовершенствованных разновидностей) нагревается вода. Для продления срока службы стальных водонагревателей на поверхность внутреннего бака наносятся специальные покрытия (стеклофарфор, эмаль и т.д.). Но перепады температуры и насыщенная кислородом вода ведут к разрушению покрытия бака и его коррозии. Для повышения сопротивляемости коррозии в конструкцию большинства электрических накопительных водонагревателей встраивается магниевый анод. Еще один путь борьбы с коррозией - изготовление внутреннего бака из нержавеющей стали. Практически все электрические накопительные водонагреватели оснащены термостатом, с помощью которого можно задать температуру нагрева воды, которая будет поддерживаться автоматически.

8.  Какие виды НЭ используются в водонагревателях? Нагревательные элементы могут быть проволочными, ленточными, трубчатыми и электродными.

9.  Какие виды нагрева вы знаете? Водонагреватели классифицируются по различным типам, самые распространенные из которых – два: по виду топлива (электрические, газовые, косвенные или комбинированные) и по способу нагрева воды (проточные и накопительные).

10. Как устроен проточный водонагреватель? В проточных водонагревателях резервуара нет, и вода, проходя сквозь бойлер, нагревается практически сразу. Большинство электрических проточных водонагревателей оснащено системой автоматического включения при начале водозабора. Проточные ВЭН могут быть косвенного и прямого нагрева, т.е.с нагревательным элементом или с электродами. НЭ - могут быть трубчатыми или спиральными. Проточные ВЭН с электродами применяются редко. Максимальная температура нагрева обычно не превышает 85^оС. В случае изменения расхода горячей воды с целью поддержания постоянства t_зад необходимо регулировать мощность НЭ. (См. рис.). Регулирование Р_нэ осуществляется изменением напряжения на клеммах НЭ. Естественный коэффициент мощности (cos φ) проточного ВЭНа зависит от рода оборудования, используемого для регулирования Р_нэ и имеет следующие значения:-трансформатор или автотрансформатор со ступенчатым регулированием напряжения cos φ=0,95÷0,98.-тиристорный регулятор напряжения с фазным управлением cos φ=0,7÷0,9.-при использовании контактора или тиристорного РН с ШИУ или питания НЭ непосредственно от сети cos φ=0,99÷1,0.

10.  Каков КПД проточного водонагревателя? Более 85%

11.  В каких случаях используют 3-х фазную сеть для подключения водонагревателя? Для 3-х фазных водонагревателей.

12.  Как устроен жарочный шкаф? Его назначение? Жарочные шкафы, или духовки, используют для приготовления пищи. Они бывают стационарного и переносного исполнения. Жарочный шкаф служит для обжаривания мяса, рыбы, овощей, приготовления котлет и т.д. В состав шкафа входят несколько отдельных секций (2,3,4), в каждой из которых находится противень (либо стальной, либо чугунный).Нагревательные элементы, как правило трубчатые, расположены попарно в нижней части каждой секции. Самым простым агрегатом является электрическая переносная духовка. Она состоит из внутреннего и наружного корпусов, между которыми имеется теплоизоляция из листового асбеста. На верхней и нижней стенках внутреннего корпуса уложены нагревательные элементы, которые представляют собой спирали из нихромовой проволоки с надетыми на них фарфоровыми бусами. Мощность каждого элемента составляет 475 Вт, сопротивление — 25 Ом. Элементы соединены последовательно. В верхней стенке внутреннего корпуса сделаны отверстия для лучшего обогревания духовки. Наружный корпус состоит из кожуха, передней и задней стенок.

13.  Как происходит управление мощностью НЭ в жарочном шкафу? Например, с помощью пакетных переключателей: для включения, выключения и переключения нагревательных элементов шкафа на различные степени мощности. Или в нижней части шкафа находится отсек оборудования, где размещены переключатели мощности (типа ПКУ-25), терморегуляторы ТК-32 (ТК-52) и сигнальные лампы типа ТЛ3-3-2.ПКУ-25 имеет 4 положения 0-II-III.I пол. – Р_min.II пол. – 0,5Р_н.III пол. – Р_ном.Позиционное регулирование температуры в секции осуществляется с помощью ТК-32 (t=0÷330^оС).Температура обжаривания (t₂=180÷300^оС) выбирается ручкой ТК-32.

14.  Какова конструкция бытового тепловентилятора?

Бытовые тепловентиляторы служат для отопления жилых помещений.

В состав БТ входят: корпус тепловентилятора; спирали НЭ; вентилятор (осевой, центробежный); клавишные переключатели; термореле.

Обогрев помещения происходит преимущественно за счет принудительной конвенции.

Технические данные типовых бытовых электрических тепловентиляторов.

U_с, В -127, 220 В 50 Гц.

Р_ном. НЭ, кВт - 1,0; 1,25; 1,6; 2,0.

Q_ном, м³/мин - 1,0; 1,6; 2,5.

Количество n, об/мин - 2 или плавно.

Количество ступеней

Регулирования Р_нэ - 2 или плавно.

На рисунке приведена типовая электрическая схема электрического тепловентилятора «Климат».

Q₁÷ Q₄ – клавишные переключатели. М – ЭД типа ДВ –114. R₁-резистор ПЭВ- 680 Ом.

ТВ- термовыключатель. Н₁, Н₂- нагреватели по 1 кВт. ТВ срабатывает при повышении температуры внутри корпуса > 90^оС.

Температура кожуха тепловентилятора не более 60^оС.

16.Как управляется бытовой тепловентилятор? Теплопроизводительность тепловентилятора можно регулировать изменением скорости вращения вентилятора и изменением Р_нэ.

17.Какие меры Вы можете предложить по повышению эффективности использования бытовых электронагревательных приборов? Применение альтернативных источников энергии, например ветра. Автоматическое отключение при достижении необходимой температуры нагрева. Таймеры отключения при работе более 2-х часов (на случай если забыли выключить), применение фильтров для очищения и смягчения воды.