Методические указания для выполнения курсовой работы Направления подготовки 110800 Агроинженерия Профиль Электрооборудование и электротехнологии в сельском хозяйстве

• Название: Методические указания для выполнения курсовой работы Направления подготовки 110800 Агроинженерия Профиль Электрооборудование и электротехнологии в сельском хозяйстве
• Дата: 22.09.2022
• Размер: 5.17 Mb.
• Имя файла: Metodicheskie_ukazaniya_k_laboratornym_i_kursovoj_rabotam_161346.doc
• Тип: Методические указания; #691281
• страница: 6 из 19

К -концентрированная ; Г -глубокая; Д - косинусная; Л - полуширокая; Ш - широкая; М - равномерная; С - синусная
Рисунок 4.7 – Типы кривых силы света (КСС)
От кривой силы света светильника зависит оптимальное расстояние между светильниками, а от этого в свою очередь зависит количество светильников, и как следствие количество потребляемой электроэнергии.

Так же при выборе светильника необходимо учитывать светораспределение светильника. От этого зависит качество освещения и энергетическая экономичность. Для помещений, в которых отражающие поверхности (потолок, стены, пол) имеют не высокие отражающие свойства, рекомендуется использовать светильники прямого света, у которых 80% светового потока распределен в нижнюю полусферу.


5. РАЗМЕЩЕНИЕ СВЕТИЛЬНИКОВ В ПОМЕЩЕНИИ

Одной из основных задач при проектировании освещения производственных помещений в АПК является создание нормированной освещенности и необходимого качества освещения в помещениях. Так же необходимо учитывать экономическую целесообразность использования предлагаемой осветительной установки.

Рациональное размещение светильников в помещении в первую очередь зависит от высоты помещения, кривой силы света светильника и высоты подвеса светильника.

Расчетная высота свеса светильника над освещаемой поверхностью определяется по формуле, м:
, (5.1)
где Н – высота помещения, м;

h_с – высота свеса светильника, м;

h_р.у – высота рабочего уровня, м;

h_р – расчетная высота свеса светильника, м.


Рисунок 5.1 – Определение расчетной высоты
Для подвесных светильников h_с=0,3…0,5 м, для встроенных светильников h_с=0…0,2 м. Высота свеса светильника может быть и больше 0,5 м, но в этом случае необходимо устанавливать жесткие подвесы, не допускать раскачивания светильников.

При общей, равномерной системе освещения светильники распределяют по углам квадрата. Расстояние между светильниками в ряду L_А и расстояние между рядами светильников L_В определяется по формуле, м:
, (5.2)
где _с и _э – светотехнически и энергетически наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками, зависит от кривой силы света (табл. 61).
Таблица 5.1 - Рекомендуемые значения  для светильников типовыми кривыми силы света

Типовая кривая	с	э
Концентрированная	0,4-0,7	0,6-0,9
Глубокая	0,8-1,2	1,0-1,4
Косинусная	1,2-1,6	1,6-2,1
Равномерная	1,8-2,6	2,6-3,4
Полуширокая	1,4-2,0	1,8-2,3

При расстояние между стеной и крайним светильником принимается равным 1/2 расстояние между светильниками , то число светильников ряду N_А определяется по формуле (5.3а), а число рядов N_В, определяется по формуле (5.3б), шт:
, (5.3)
где А и В – размеры помещения,м.
Общее число светильников в помещении определяется, по формуле, шт:
. (5.4)
Дальнейшие светотехнические расчеты производятся ниже изложенными методами.

6. МЕТОДЫ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

6.1. Метод коэффициента использования светового потока

При расчете общей, равномерной системе освещения в основном пользуются методом коэффициента использования светового потока.

Необходимый поток источника излучения определяется по формуле, лм:
(6.1)

где Е_н – нормированное значение освещенности, лк;

N – число светильников над освещаемой поверхностью, шт;

S – площадь освещаемой поверхности, м²;

k_з – коэффициент запаса (табл.1.3);

z – коэффициент неравномерности освещения: для точечных источников, z=1,15, для линейных z =1,1;

 – коэффициент использования светового потока, о.е
Коэффициент использования светового потока выбирается по приложению или по справочнику в зависимости от типа светильника, его КПД и характера светораспределения, коэффициентов отражения потока, стен и пола и от размеров помещения, которые учитывают индексом, о.е.:
(6.2)
где h_р – расчетная высота, м; A, B – длина и ширина помещения, м.

По полученному значению потока F_л, выбирается источник излучения, но при этом должно соблюдаться следующее соотношение, %:
(6.3)

где F_л.т – табличное значение потока лампы, лм.


Общая мощность осветительной установки определяется во формуле, Вт:
. (6.4)

Расчет мощности осветительной установки, выполненной люминесцентными лампами, кроме мощности источников излучения, имеет мощность пускорегулирующей аппаратуры, которая равна 25 % от мощности источника света.
Примеры 1. Рассчитать осветительную установку в помещении для содержания откормочного поголовья свиней методом коэффициента использования с круглосимметричными источниками излучения. Длина помещения А-52м; ширина помещения В-9м; высота h-3м. Стены и потолок в помещении из бетона побеленные.
В помещении для содержания свиней нормированная освещённость Е_н=50лк .

Среда помещения влажная, пыльная, химически активная.

Для помещения с высоким содержанием пыли, коэффициент запаса составляет К_з=1,5.

В зависимости от материала изготовления окружающих поверхностей (побеленный бетон) выбираются коэффициенты отражения: потолка 50% , стен 30%, пола 10%.

На основании среды помещения, коэффициента запаса выбирается светильник серии ФСП17 с компактной люминесцентной лампой.

Высота установки светильников вычисляется по формуле (5.1):
h_р= 3 – 0,5 – 0 = 2,5 м.

Оптимальное расстояние между светильниками в ряду L_А и между рядами светильников L_В, вычисляется по формуле (5.2):
L_опт = 3 2 = 6 м.
Число рядов светильников N_B и число светильников в ряду N_А, вычисляется по формуле (5.3):

Действительное расстоянием между светильниками Lд, вычисляется по формуле:


Индекс помещения i, вычисляется по формуле (6.2):

Определяется коэффициент использования светового потока на основании индекса помещения, коэффициентов отражения: η = 70%=0,7о.е.

Световой поток источника излучения F_и, вычисляется по формуле (6.1):

Общее количество светильников N_общ, вычисляется по формуле (5.4):


Для предложенного светильника выбирается лампа 4U42E2745 мощностью 42Вт. Световой поток лампы F_л = 2850лм.

Ошибка в расчетах Δ, вычисляется по формуле (6.3):

Расчет и выбор осветительной установки произведен верно, так как, ошибка лежит в пределах нормы от -10% до + 20%.

Общая мощность осветительной установки Р_общ, вычисляется по формуле (6.4):
Р_общ = 18·42= 756Вт = 0,756кВт.

Пример 2. Рассчитать осветительную установку с линейными источниками излучения в коровнике. Характеристика телятнике: длинна А-58м; ширина В-12м; высота h-3,5м.
В помещении для содержания телят система освещения общая, равномерна, вид освещения - рабочее и дежурное.

Нормированная освещённость при использовании светильников с линейными люминесцентными лампами составляет Е_н=35лк.

Среда помещения влажная, пыльная, предлагается установить светильники серии ЛСП40.

В помещениях с пыльной средой коэффициент запаса К_з=1,5.

Коэффициенты отражения потолка 30% , стен 30%, пола 10%.

Высота установки светильников h_р, рассчитывается по формуле (5.1):
h_р= 3,5 – 0,5 – 0 = 3 м.

Расстояние между светильниками в ряду L_А м и расстояние между рядами светильников L_Б, рассчитывается по формуле (5.2):
L_опт = 3 2 = 6м.
Расстояние между стеной и крайним светильником равно 1\2 расстояние между светильниками.

Число рядов светильников N_B, рассчитывается по формуле (5.3б):
Индекс помещения i, рассчитывается по формул (6.2):
i = 58 12 / 3 (58+12) = 3,3 о.е.
Коэффициент использования светового потока определяется на основании индекса помещения, коэффициентов отражения η =0,65.

Световой поток ряда светильников F_св, рассчитывается по формуле (6.1):
F_св = (35 1,5 696 1,15) /(0,65·2) = 32323,8 лм.

Выбирается лампа ЛБ36 мощностью 36Вт. Световой поток лампы F_л = 3050лм.

Число светильников в ряду N_А, рассчитывается по формуле (5.6а):
N_А = 32323,8/ 6100 =5 шт.
Общее число светильников N_общ, рассчитывается по формуле (5.4):
N_общ = 5·2 = 10 шт.

С учетом габаритных размеров светильника, действительное расстояние между светильниками L_д, рассчитывается по формуле:
L_д = А,В / N_А,В. (6.6)
Длина светильника 1,26м. Расстояние, занятое светильниками по длине помещения 1,26·5=6,3 м, 58-6,3=51,7 м. свободно от светильников.
L_дА = 51,7 / 5 = 10,3м.
Общая мощность осветительной установки Р_общ, рассчитывается по формуле (6.4):
Р_общ = 10·(36+9)·2= 900Вт = 0,9кВт.

6.2. Метод удельной мощности

Методом удельной мощности пользуются для приближенного расчета осветительных установок помещения, к освещению которых не предъявляются особые требования, например вспомогательные складские помещения, кладовые и коридоры.

По расчетной высоте подвеса и площади освещаемого помещения для выбранного типа светильника по приложениям или справочной литературе определяется значение удельной мощности Р_уд, которое затем корректируется для приведения в соответствии с данными таблиц. Для корректировки расчетного значение удельной мощности источников, Вт/м² используется формула:
(6.7)
где k₁ – коэффициент приведения запаса к табличному значению;

k₂ – коэффициент приведения коэффициентов отражения поверхностей помещения к табличному значению.
Расчетную единичную мощность источника излучения определяется по формуле, Вт:
(6.8)
где Р_р– расчетная мощность лампы, Вт;

S – площадь помещения, м²;

N – количество светильников, шт;

n – количество ламп в светильнике, шт.
При расчете осветительной установки светильников с люминесцентными лампами по расчетной удельной мощности определяют число светильников, шт:

(6.9)
Далее производят компоновку осветительную установку.

Пример 3. Рассчитать осветительную установку в помещении приема кормов. Размеры помещения: А=4,9м; В=8,7м; Н=3м.
Система освещения и вид освещения: общая равномерная, вид освещения - рабочее.

Нормируемая освещенность .

Среда помещения: пыльная.

На основании среды помещения выбирается светильник с лампами накаливания для производственных помещений: НСП 41-200-003 кривая силы света (КСС) «М»-равномерная.

Выбирается коэффициент запаса .

Определяются коэффициенты отражения поверхностей: , , .

Определяется расчетная высота установки светильника по формуле (5.1):

.

Определяется количество рядов светильников и количество светильников в ряду, по формуле (5.3):




Действительное расстояние между светильниками:




Общее количество светильников определяется по формуле (5.4):



Рассчитывается значение удельной мощности источников , по формуле (6.7):
кВт/м².
Определяется единичная мощность источника по формуле (6.9):

По справочным даннвм выбирается ближайшая стандартная лампа Б-215-225-150 ее мощность 150Вт.

Ошибка в расчетах вычисляется по формуле (6.3):



Определяется мощность осветительной установки по формуле (6.4):


6.3. Точечный метод расчета

Точечный метод расчета применяется при расчете общего равномерного и локализованного освещения, местного освещения, освещения вертикальных и наклонных к горизонту плоскостей, наружного освещения, атак же к качестве проверочного, при расчете методом коэффициента использования светового потока.

Освещенность в контрольной точке рабочей поверхности рассчитывают по формуле, лк:
, (6.10)
где F_фл – фактический световой поток лампы, лм;

 – коэффициент добавочной освещенности, принимают равным 1,1-1,2;

k_з – коэффициент запаса;

е – суммарная условная освещенность расчетной точки, создаваемая n светильниками, в каждом из которых условная лампа имеет световой поток 1000 лм.
Более рациональный способ нахождение условной освещенности по кривым изолюксам. В этом случае освещенность от каждого светильника в расчетной точке поверхности зависит непосредственно от его высоты hр и от расстояния d между точкой и проекцией светильника на рабочую поверхность.

Для прямого расчета по формуле (6.10) определяется поток лампы, приравняв освещенность Е к нормированному значению, по формуле:
. (6.11)


Если длина светильника меньше половины расчетной высоты, то светильники принимаются за точечные (круглосимметричные). Когда длина светильника превышает половину расчетной высоты, светильники рассматриваются как светящие линии и световой поток рассчитывается по формуле:
, (6.12)
где е – сумма условных относительных освещенностей в расчетной точки, определяемых по графикам линейных изолюкс или приложениям, построенных в координатах L^//P^/, лк.

Относительная длина L^/=L/h_р, L – длина светящей линии; расстояние от контрольной точки до линии проекции светильника на рабочую поверхность заменяют относительным расстоянием Р^/=Р/h_р.

Для расчета точечным методом, на плане необходимо выбрать минимум две контрольные точки. Не рекомендуется выбирпть контрольные точки у стен, если там не расположено технологическое оборудование, а так же в углах помещения.

Полный световой поток светящей линии, необходимый для создания в контрольной точке нормированной освещенности Е, вычисляется по формуле:
F=F^/·L , (6.13)
где L – длина светящей линии или светильника, м.
Пример 4. Рассчитать осветительную установку представленную на рис. 6.1, точечным методом. Нормированная освещенность Е_н = 75лк, расчетная высота установки светильников h_р = 3м. Кривая силы света светильника косинусная. Расстояние между рядами светильников 5,6м, расстояние между светильниками в ряду 5,3м.
На плане размещения осветительной установки выбирается не менее двух контрольных точек. Результаты расчетов освещенности представлены в таблице 6.1.


Рисунок 6.1 – Размещение осветительной установки

с нанесением контрольных точек
Результаты определения освещенности в контрольных точках представлены в таблице 6.1.
лк.

За расчетную принимается точка В, так как имеет наименьшею освещенность.


Таблица 6.1 – Результаты расчетов освещенности в контрольных точках

Для точки А											Для точки В
	17,18, 24,25		10,11,31,32		16,19, 23,26		9, 12, 30,33		8,13, 29,34	25,26			18,19, 32,33		24,27		17,20, 31,34		11,12
L, м	3,91	2,65	3,91	2,65	10,47	9,21	10,47	9,21	3,91	3,91		2,65	3,91	2,65	10,47	8,3	10,47	8,3	11,2
P, м	2,8	2,8	8,4	8,4	2,8	2,8	8,4	8,4	14	0		0	5,6	5,6	0	0	5,6	56	0
	1,3	0,88	1,3	0,88	3,49	3,07	3,49	3,07	1,3	1,3		0,88	1,3	0,88	3,49	2,8	3,49	2,8	3,7
	0,9	0,9	2,8	2,8	0,9	0,9	2,8	2,8	4,7	0		0	1,87	1,87	0	0	1,87	1,87	0
Е, лк	60	50	2,7	2,2	72	70	4,5	4	0	135		125	12	10	160	155	15	13	0
	240	200	10,8	8,8	288	280	18	16	0	270		250	48	40	320	310	60	52	0

Световой поток одной лампы.

По(прил.2) выбирается ближайшая стандартная лампа ЛБ36, со световым поток .
Ошибка в расчетах определяется по формуле (6.3).


Расчет произведен верно, так как ошибка лежит в допустимых пределах (от-10 до +20%).

7. РАСЧЕТ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

7.1. Стационарные ультрафиолетовые облучательные

установки

В настоящее время существует большое количество облучательных установок и источников излучения для ультрафиолетового облучения животных. По конструктивным особенностям они выпускаются стационарными, передвижными и подвижными. Облучатели предназначены для перераспределения витального (эритемного) потока излучения, а так же для защиты источника излучения от внешних воздействий.
Для расчета необходимо знать исходные данные: возраст животных; способ их содержания; размеры площади, занятой животными; высоту помещения.

Выбирается доза витального облучения А_э, которая зависит от вида и возраста животных, а также от способа их содержания.

Определяется расчетная высота h_р, м. За расчетную высоту принимают расстояние от облучателя до уровня спины животных.

Выбирают тип облучателя. Стационарные облучательные установки ЭО-1-30М, ОЭ-1, ОЭ-2, ОЭСП02.

Определяется расстояние между облучателями, м:
(7.1)
где λ_отн - относительно наивыгоднейшее расстояние между облучателями, м;

h_р - расчетная высота, м.
Эритемную облучённость определяют по формуле, эр/мм²:
, (7.2)

где  – коэффициент добавочной освещённости (облучённости);

k – коэффициент запаса;

_υ, _э – коэффициент отражения материала облучателя для светового и эритемного потока;

F_э – эритемный поток источника, эр;

е – сумма условных освещённостей в расчётной точке от ближайших светильников (облучателей).
Продолжительность работы облучательной установки, ч:
t =A_э/E_э.max, (7.3)
где A – доза облучения, эрч/м² или мэрч/м².
Установки для одновременного освещения помещений и ультрафиолетового облучения животных и птицы рассчитываются по коэффициенту K_э соотношения светового и эритемного потоков. По нормированным значениям освещённости E_н и облучённости E_э находят коэффициент, о.е.:
, (7.4)
где _с, _э – коэффициенты использования светового и эритемного потоков и светильника.
После расчёта источника видимого излучения, по световому потоку выбранной лампы определяется эритемный поток источника, эр:
F_э=K_э·F_с , (7.5)
где F_с – световой поток источника излучения, лм.
По каталогу выбирают ближайший УФ – источник. При расчёте эритемных установок относительное расстояние между облучателями с косинусным светораспределением следует принимать =1,59.

7.2. Подвижные ультрафиолетовые облучательные установки

Подвижная ультрафиолетовая облучательная установка УО-4М предназначена для облучения сельскохозяйственных животных при их содержании в стойлах или станках.

Предлагаемая установка состоит (рис.7.1) из приводной станции, облучателей и кабеля. Приводная станция содержит электродвигатель трехфазного тока мощностью 0,27кВт, напряжением 380…220В. Редуктор с передаточным числом 1:891, переключатель изменения напряжения вращения вала электродвигателя, щит управления.

В установке используется дуговая ртутная трубчатая лампа мощностью 400 Вт типа ДРТ 400. Пускорегулирующая аппаратура ламп, которая содержит дроссели, конденсаторы, выключатели, предохранители установлена на щите управления.

В комплект установки входит несущая проволока диаметром 6 мм, длиной до 90 м и замкнутый стальной ведущий трос диаметром 3 мм для движения облучателей. Возвратно-поступательное движение облучатели совершают при помощи ведущего троса и электродвигателя. Скорость движения облучателей 18 м/ч, потребляемая мощность установки 2,1 кВт.

В предложенной облучательной установки генераторам ультрафиолетового излучения является лампа ДРТ400 (рис.7.2), которая состоит из кварцевой стеклянной колбы 1, пропускающей мягкое, ультрафиолетовое излучение. По кроям лампы расположены электроды 2. Внутрь колбы закачивается аргон и дозированное количество ртути. Для крепления лампы в облучатели служат металлические держатели 3. Для облегчения зажигания лампы, между держателями расположена лента из медной фольги.



1 – несущая проволока; 2 – ведущий трос; 3 – роликовая каретка; 4 – облучатель с лампой ДРТ 400; 5 – шкаф управления; 6 – кабель питания облучателей; 7 – приводная станция
Рисунок 7.1 – Конструкция облучательной установки УО-4М



1 – кварцевая трубчатая колба; 2 – вольфрамовый электрод с оксидным слоем;

3 – держатель; 4 – лента из медной фольги
Рисунок 7.2 – Лампа ДРТ400
Для включения лампы в сеть необходима пускорегулирующая аппаратура. Лампа включается последовательно с дросселем L, предназначены для ограничения тока и стабилизации разряда в лампе (рис.7.3).

Для получения зажигающего импульса высокого напряжения служат кнопка SB и конденсатор С2, которые включены параллельно лампе. Импульс напряжения происходит за счет взаимодействия дросселя и конденсатора. Разогрев лампы происходит 5…10 минут после ее зажигания. С разогревом лампы давление в ней возрастает, образуется яркий светящийся шнур разряда с температурой 600…800К, происходит изменение электрических и светотехнических характеристик лампы. После чего в лампе устанавливается рабочий режим.



EL – лампа; L – дроссель; SB – кнопочный выключатель; C1, C2, – конденсаторы
Рисунок 7.3 – Схема включения лампы ДРТ
Отклонение напряжения сети оказывает значительное влияние на светотехнические и электрические параметры лампы, при отклонения напряжения, как в большую сторону, так и в меньшую, поток излучения изменяется количественно и качественно.

Характер распределения потока излучения подвижных облучателей косинусный. Это необходимо учитывать при расчете облучателей.

Сила излучения облучателя, эр/ср:

, (7.6)
где F_эр – эритемный поток лампы, эр;

γ – защитный угол облучателя, град.;

ρ – коэффициент отражения поверхности облучателя, о.е.
При расчётах необходимо иметь в виду, что _к+=90. В реальных условиях из-за наличия ограждения животного может оказаться либо _к<90-, либо _к>90-. В первом случае в расчётную формулу подставляют не фактическое значение защитного угла, а =90-_к, во втором случае берут фактическое значение защитного угла и _к=90-.

Одним из основных параметров которые нужно определить, является высота подвеса облучателя над спиной животных или птицу.

Наиболее часто встречающиеся формы тел облучаемых объектов – плоскость, сфера и цилиндр, м:
для плоского объекта,
,(7.7)
для сферического объекта,
, (7.8)
для цилиндрического объекта, ось которого перпендикулярна направлению силы излучения,

, (7.9)
где h – высота прохода облучателей над объектом, м;

k_з – коэффициент запаса, зависящий от срока службы источника излучения;

_к – наибольшее значение угла между направлением потока от источника на объект облучения и вертикалью в процессе облучения, зависящий от защитного угла облучателя;

n – число проходов облучателей над объектом;

A_э – доза облучения объекта, мэрч/м²;

υ – скорость перемещения облучателей, м/ч.
Длина хода передвижной установки, м: