практические. практическиепрпп. Руководство к выполнению лабораторных работ по дисциплине Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики Бишкек 2015
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Методическое руководство к выполнению лабораторных работ по дисциплине Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики Бишкек 2015 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КЫРГЫЗСКО-РОССИЙСКИЙ СЛАВЯНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Методическое руководство к выполнению лабораторных работ по дисциплине Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики Бишкек 2015 УДК 621.31(076) Н 57 Рецензент В. А. Юриков – канд. техн. наук, проф. Составители Ю. П. Симаков, В. П. Пантелеев, А. М. Карих Рекомендовано к изданию кафедрой Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, Ученым советом ЕТФ Н 57 НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ методическое руководство к выполнению лабораторных работ по дисциплине Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики / сост. Ю. П. Симаков, В. П. Пантелеев, А. М. Карих. Бишкек КРСУ, 2015. 83 с ил. В методическом руководстве дан перечень лабораторных работ по курсу Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики для бакалавров специальности Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, который может также выборочно использоваться студентами других специальностей, имеющих в своих рабочих программах обучения курсы, изучающие использование источников нетрадиционной энергетики для электроснабжения локальных потребителей электрической энергии. В методическом руководстве освещены вопросы описания лабораторных работ потрем видам источников нетрадиционной энергетики солнце, ветер и вода. Дан перечень лабораторных стендов для проведения лабораторных и исследовательских работ и описание их работы, дано описание приборов обнаружения и контроля вырабатываемой электрической энергии от указанных источников, приведены их технические характеристики и описание работы. Освещены вопросы техники безопасности при выполнении лабораторных работ, даны рекомендации студентам при самостоятельной подготовке к лабораторным занятиям, краткие указания по оформлению отчетов, организации и проведению исследований и подготовке к лабораторным работам. Настоящее Руководство включает 3 лабораторных работы (спои предназначено для бакалавров, прослушавших курс лекций и имеющих теоретическую подготовку к проведению занятий в лаборатории НВИЭ. © ГОУВПО КРСУ, 2015 3 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Ознакомление с заданием и предварительная подготовка к работе Практические занятия в лаборатории представляют собой один из важнейших этапов изучения курса Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Они иллюстрируют большинство положений теории нетрадиционной энергетики, способствуют закреплению знаний, приобретению студентами навыков в обращении с оборудованием НВИЭ и, наконец, что также важно, при вдумчивом и прилежном отношении к работе знакомят их с элементарными правилами организации работ. Как правило, задание наследующую работу студенты должны получить за неделю до ее выполнения. Обычно задание на новую работу выдается по окончании предыдущей, а сама работа должна быть описана в Методическом руководстве к выполнению лабораторных работ. Предварительная подготовка к выполнению работы состоит в следующем По учебнику, приведенному в конце описания лабораторной работы, повторяется теоретический материал, относящийся к выданному заданию. Затем в рабочие тетради, предназначенные для работ в лаборатории, каждый студент записывает по пунктам план проведения работы, рисует схемы проведения опытов, подготавливает таблицы для записей результатов измерений и записывает формулы, по которым будут производиться расчеты и вычисления. Для облегчения самоподготовки к каждой работе студент использует конспекты лекций поданному разделу задания и составляет собственный конспект в рабочей тетради для лабораторных работ. Правильность полученных вовремя опыта данных проверяется студентами построением на клетчатой бумаге черновых графиков. Студенты, не имеющие подготовки, к выполнению лабораторной работы не допускаются. 4 2. Ознакомление с работой на месте и сборка схемы проведения опыта Допущенные к работе студенты приступают к ознакомлению с рабочим местом – знакомятся с оборудованием стенда, составом технического обеспечения проведения лабораторной работы, реостатами, пусковыми и регулировочными приспособлениями. Производят запись технических данных оборудования, щитков электромашин и реостатов, те. тип, номер и номинальные значения величин напряжения, тока, мощности, скорости вращения, частоты, КПД, cosϕ, режима работы, схемы включения – записывают перечень электроизмерительных приборов с указанием системы приборов, номинальных значений измеряемых величин, класса точности, названия завода-изготовителя и заводского номера. Каждое место лаборатории оснащено постоянным набором пусковой и регулировочной аппаратуры и электроизмерительных приборов. По запросу руководителя занятиями могут быть предоставлены недостающие приборы и аппараты. Задача студентов состоит в том, чтобы разобраться, какие приборы следует включать в отдельные цепи принципиальной схемы опыта. Иногда один и тот же стенд служит рабочим местом для нескольких разнородных работ. Тогда перед студентами стоит более трудная, но и более интересная задача – выбрать из имеющейся аппаратуры именно ту, которая необходима для данной работы. Приборы следует подбирать так, чтобы значения измеряемых величин находились в пределах 20–95 % шкалы прибора. При измерении мощности в трехфазных цепях по способу двух ваттметров измеряемые токи и напряжения должны быть не ниже 20 % номинальных токов и напряжений применяемых ваттметров. После этого начинается сборка монтажной схемы по той принципиальной схеме, которая дана в задании. Очень важно, чтобы монтажная схема была, возможно, простой, пусковая и регулировочная аппаратура была доступной для управления и обеспечивала бы максимальную оперативность и безопасность, а электроизмерительные приборы были расположены удобно для быстрых и безошибочных отсчетов. У всех электрических машин, реостатов и электроизмерительных приборов до соединения их в схему следует установить назначение их выводов, ау реостатов, кроме того, выяснить, какие положения рукояток подвижных контактов соответствуют пусковому и рабочему режимам (пуск, ход. Провода по сечению должны соответствовать тем токам, которые будут в них при работе, и иметь необходимую длину (без больших 5 излишков. Все места соединений проводов с элементами схемы должны иметь хороший контакт и надежно закрепляться (клювиками наконечников вниз) в зажимах контактных клемм. Сборку монтажных схем удобнее производить следующим образом • Руководствуясь принципиальной схемой, необходимо, начав сборку главной последовательной цепи от одного зажима (клеммы) источника энергии, закончить ее на другом зажиме (клемме) источника. К этой цепи в соответствующих принципиальной схеме местах присоединяются все параллельные цепи. • Собирать схему должны все студенты – участники проводимых занятий. Это достигается тем, что одну схему собирает один или два студента, а остальные ее проверяют. • Вторую схему собирают те студенты, которые проверяли первую, а другие проверяют уже ее. • Каждая собранная схема обязательно должна быть показана препо- давателю-руководителю занятий в лаборатории, и только после его разрешения схема может быть включена под напряжение. 3. Включение схемы под напряжение и проведение лабораторной работы При включении схемы под напряжение необходимо сразу обратить внимание на показания электроизмерительных приборов. Если стрелка прибора не отклоняется, то это указывает или на обрыв цепи, или на неправильное присоединение зажимов прибора. В первом случае следует проверить соответствующую цепь, а во втором – поменять местами концы присоединенных к прибору проводов. По показаниям электроизмерительных приборов во многих случаях можно определить неисправность даже в тех цепях тока, в которые эти приборы не включены. Например, большой и не уменьшающийся ток в якоре припуске электродвигателя параллельного возбуждения указывает на обрыв вцепи обмотки возбуждения и т. п. Во всех этих случаях машину отключают от источника энергии и устраняют неисправность. Затем схему опять включают под напряжение, производят пробный опыт, не записывая показаний приборов, те. проверяют правильность собранной схемы и соответствие электроизмерительных приборов поставленной задаче. После этого производят требуемый опыт и записывают показания приборов в таблицы рабочих тетрадей. Так как в работе с электрическими машинами приходится делать одновременно отсчеты по нескольким приборам, то для наблюдения за каждым из них требуется один человек, и каждый ведет свою запись. 6 Отсчеты показаний следует производить очень внимательно, они делаются одновременно, по команде одного из студентов. Для построения графика таких отсчетов необходимо сделать пять–семь отсчетов. По окончании опыта все записи сводят в общую таблицу, показанную в задании. Записи показаний электроизмерительных приборов производятся в тех единицах, которые нанесены на шкале прибора, те. вольт, ампер, ватт, обороты в минуту и т. д. Когда применяются многопредельные приборы, а также приборы, включаемые через трансформаторы тока и напряжения, то запись производится в делениях шкалы прибора. По окончании опыта числа делений шкалы переводятся в измеренные единицы умножением числа делений на постоянную измерений С. Она равна – для амперметра I / , а н С N = – для вольтметра / , в н С U N = – для ваттметра / , вт н н С I где ни н – номинальные величины прибора N – полное число делений шкалы. Например Амперметр с пределом измерения 5 А имеет число делений шкалы 100. Тогда постоянная амперметра равна 5 С Ваттметр с пределами измерения потоку Аи по напряжению 300 В имеет число делений шкалы 150. Тогда 5 300 10. 150 н н вm I U С N ⋅ = = = Пусть при замере стрелка амперметра отклонилась на 55 делений шкалы, а стрелка ваттметра – на 36 делений. Отсюда измеренный ток 55 55 0,05 2,75 А; а I C = ⋅ = ⋅ = мощность 36 36 10 360 Вт. вт Р С = ⋅ = ⋅ = Если измерительные приборы включены с помощью измерительных трансформаторов, то для амперметра ат т С С К = ⋅ вольтметра , в т н С С К 7 ваттметра , вт т т т н С С К К = где и т т т н К К – коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения. По окончании опыта, не разбирая схемы, проверяют записанные результаты. Для этого на листах клетчатой бумаги строят оси координат ив выбранном масштабе наносят полученные при опыте точки. Координатами этих точек будут цифровые значения величин опыта. Соединение точек друг с другом плавной линией даст черновик полученной при опыте кривой (характеристики. Само расположение точек определит качество проведенного опыта. Если часть точек не располагается на кривой, а резко выпадает, то это указывает или на отсутствие навыка у студента в производстве эксперимента, или на наличие помех вовремя опыта. Выпавшие точки легко могут быть проверены и график исправлен, пока схема не разобрана. Результаты опыта должны быть показаны преподавателю – руководителю занятий в лаборатории. 4. Отчет о проделанной лабораторной работе Каждым студентом представляется индивидуальный отчет о проделанной работе. Отчет составляется на основе записей в рабочей тетради и должен содержать название работы, ее номер и дату выполнения, номинальные данные машин, аппаратов, устройств и электроизмерительных приборов. В отчете должны быть все таблицы наблюдений опытов, кривые и графики, формулы, по которым производились вычисления, пример вычисления по каждой формуле. Отчет пишется шариковой ручкой на листах бумаги стандартного формата (лучше в клеточку, для подшивки на листах оставляются поля шириной 3 см слева. Схемы и графики вычерчиваются чертежным карандашом с помощью чертежных принадлежностей. Особое внимание следует обратить на выполнение графических работ. Все схемы должны быть выполнены согласно стандартным обозначениям. На графиках, исполненных в карандаше, не допускаются надписи, сделанные шариковой ручкой. Чертеж не должен содержать излишних обозначений и пояснений – хороший чертеж понятен и без них. Не следует чертить схемы цветными карандашами. Допускается при оформлении использовать элементы компьютерной графики. В одних осях координат допускается строить несколько кривых, если их соседство увеличивает наглядность и облегчает сопоставление, например, рабочие характеристики, механические характеристики и т. п. Размеры графиков необходимо выполнять в размере не меньше 10 х 10 см. Для удобства использования и эстетических соображений размеры графика по осям абсцисс и ординат выбираются так, чтобы отношение между ними было не более 1,5 ÷ 1. Масштаб графиков должен быть удобным для построения и использования. Для этого следует брать водном миллиметре А измеряемых единиц, где А кратно десяти или одному из чисел ряда 1; 2; (2,5); 5. На чертеже должна быть обязательно нанесена масштабная сетка, облегчающая построение кривых и их практическое использование. Не следует строить график соединением отрезков, которые соединяют отдельные точки графика. При пользовании графиком нужна сама кривая, а не точки, которые получены при опыте. При нанесенном на осях масштабе можно легко найти значения любой интересующей нас точки графика. Может случиться, что через полученные при опыте точки нельзя провести плавную кривую, те. получается зигзагообразная линия. В этом случае все-таки следует провести плавную кривую, захватывающую наибольшее число точек или занимающую среднее положение между ними. Выпадение точек объясняется или помехами вовремя проведения опыта или недостаточными навыками в работе. Можно также избежать больших ошибок, если строить кривые в относительных единицах. Этот график имеет неоспоримое преимущество перед графиком, изображенным ломаной линией, так как на нем значительно легче найти точки, отмечающие номинальные значения измеряемых величин. В таком виде приводятся все графики в каталогах и справочниках. Представление электротехнических величин в процентах или относительных единицах облегчает построение векторных диаграмм, определение процентного изменения напряжения, расчет токов короткого замыкания и т. п. Принимая за единицу номинальные напряжение, ток, мощность, сопротивление, скорость вращения и момент машины, получают их значения в относительных единицах или процентах, пользуясь следующими формулами / ; ; ; ; B B H H H B H i U I P U I P i U I P i ∗ ∗ ∗ = = = = ; ; ; H H H H H H H H H H H H R I Z I R R Z Z R Z U U U R U Z I I n M n M n M ∗ ∗ ∗ ∗ ⋅ ⋅ = = = = = = = = 9 Здесь / Rн Uн н – номинальное сопротивление машины В результате всей проделанной работы отчет обязательно должен содержать краткое заключение, сделанное на основании сравнения полученных результатов сданными каталогов машин данного типа. При подготовке к защите отчета по лабораторной работе необходимо обязательно проработать контрольные вопросы, приведенные в конце каждого описания лабораторной работы. 5. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ При выполнении лабораторных работ студенты обязаны соблюдать правила техники безопасности. Эти правила изложены в Инструкции по технике безопасности и пожарной безопасности для студентов в лаборатории НВИЭ». С этой инструкцией студенты обязаны ознакомиться перед началом проведения лабораторных работ. Все студенты, прибывающие в лабораторию НВИЭ, обязаны пройти инструктаж на рабочем месте и расписаться об этом в Журнале инструктажа по технике безопасности и пожарной безопасности в лаборатории НВИЭ». Инструктаж проводит преподаватель – руководитель практических занятий и допускает прошедших инструктаж студентов к проведению лабораторных работ. Об этом он должен сделать соответствующую запись в « Журнале и расписаться против фамилии каждого студента, допущенного к проведению лабораторных работ в лаборатории. Студентам следует помнить о том, что лабораторные стенды относятся к действующим электроустановкам, находящимся под напряжением. Поражает человека не напряжение, а ток. Прохождение через организм человека тока 50 мА может привести к серьезной электротравме с тяжелыми последствиями, а ток 90–100 мА может вызвать паралич сердца и смерть. Рабочее напряжение в лаборатории обычно не превышает 220–380 В. Следует помнить, что при неблагоприятных условиях сопротивление тела человека может изменяться от сотен тысяч Ом до 800–600 Ом, и тогда опасное поражение током может произойти уже при напряжении 40–30 В. Наибольшее сопротивление току оказывает верхний роговой слой кожи. Повреждение этого слоя, увлажнение его сильно снижает его сопротивление. Сопротивление току зависит также от общего состояния организма и его нервной системы. По этой причине нив коем случае не следует касаться руками неизолированных проводов и соединительных контактов, когда электрическая цепь находится под напряжением. 10 Если в схеме требуется сделать какое-либо пересоединение, то цепь обязательно следует отключить от источника электрической энергии. Всякое изменение в схеме обязательно должно быть проверено преподавателем – руководителем практических занятий в лаборатории. Особенно надо быть осторожным с цепями, где имеются катушки с большим числом витков. Не следует размыкать цепи возбуждения машин постоянного тока, находящихся в рабочем состоянии, а также вторичные обмотки трансформаторов тока при наличии тока в первичных обмотках. При измерении скорости вращения машин и вообще при приближении к вращающимся частям следует соблюдать большую осторожность. Нельзя пытаться тормозить валили шкив, или соединительную муфту рукой, ногой или ремнем с целью быстрее остановить машину. Опасно подходить к вращающейся машине, имея свободно повязанный шарф или концы платка, косынки, рукава кофты, повязанной на поясе, так как даже совсем гладкий вал способен схватывать все, что к нему может касаться, особенно следует быть внимательными осторожным при работе вращающегося колеса ветроэнергетической установки (ВЭУ). При измерении тахометром скорости вращения ветрового колеса необходимо присутствие одного человека, чтобы рядом никого не было. При этом категорически запрещается отвлекать его вовремя измерения. Надзор за проведением измерения скорости ветроколеса ВЭУ в обязательном порядке проводит руководитель занятий. В его отсутствие измерение скорости производить запрещается. Литература 1. Правила устройства электроустановок. М Энергоатомиздат, 1986. 2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. М Атомиздат, 1989. 3. Николаев С. А. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам. М Энергия, 1969. 11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ (ВЭУ) Введение Лабораторная работа по исследованию режимов работы ветроэнергетической установки выполняется студентами энергетических специальностей и предназначена для закрепления теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ветроэнергетическая установка (сокращенно ВЭУ) – устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Ветрогенераторы можно разделить на две категории промышленные и домашние (для частного использования. Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Ее основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) – полное отсутствие как сырья, таки отходов. Единственное важное требование для ВЭС – высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт. |