Лабораторная работа № 6 Исследование и расчет тепличной облучательной установки Цель работы: освоить методику расчёта облучательной установки с точечными источниками излучения. Общие сведения Климатические условия страны таковы, что даже в южных регионах выращивание овощей зимой и ранней весной возможно только в защищенном грунте – теплицах и других специальных культивационных сооружениях. Сокращение продолжительности светового дня и снижение интенсивности естественной облучённости в это время экономически целесообразно компенсировать дополнительным искусственным облучением (досвечиванием). Использование в технологическом процессе дополнительного облучения рассады овощных культур позволят на 20…40% увеличить урожай огурцов, на15…20% - томатов, на 3…4 недели ускорить выход овощей, сократить сроки выращивания рассады огурцов на 15…20 дней, вместо 35…40, томатов – до 30…40 дней, вместо-60 , на 15…20% снизить себестоимость готовой продукции. Дополнительное облучение растений в теплице не может быть заменено каким-либо другим агротехническим приёмом. Только под действием энергии оптического излучения области ФАР (фотосинтетическая активная радиация) протекают реакции синтеза хлорофилла и фотосинтеза, при которой энергия ФАР в присутствии молекул воды и углекислого газа трансформируется в химическую энергию органических соединений растений с выделением кислорода В практике тепличного овощеводства наибольшее распространение получил облучатель ОТ400 – облучатель тепличный, состоящий из балластного устройства и лампы ДРЛФ 400. Лампа ДРЛФ 400 – дуговая ртутная люминесцентная фитолампа ( лампа, используемая при выращивании растении ) конструктивно сходна с лампой ДРЛ 400, но имеет другой состав люминофора и отражающее покрытие из напылённого алюминия, нанесённое на внешнюю колбу под слоем люминофора. Последнее обстоятельство позволяет использовать лампу без дополни- тельной отражающей арматуры, поэтому облучатель ОТ 400 практически не затеняет растения от естественного излучения в дневное время. Облучатель ОТ 400 выпускается двух модификаций: ОТ 400 И – облучатель с индуктивным балластом и лампой ДРЛФ 400 и ОТ 400 Е – облучатель с индуктивно-ёмкостным балластом и лампой ДРЛФ 400. Обе модификации имеют коэффициент мощности около 0,5 но в одной ток отстаёт по фазе, а другой – опережает напряжение сети, что позволяет при одновременном параллельном их включении получить коэффициент мощности cos , близкий к I. Расчет тепличных облучательных установок с точечными источниками целесообразно вести для точки с минимальной облученностью, причем коэффициент равномерности Z обычно принимают не менее 0,8 т.е. min фТ 0,8. норм. фT где ФТ min и (1), фТ норм. - минимальная и нормированная (макси- мальная) фитооблученности, фт/м2. Программа работы 1. Ознакомится с устройством, основными светотехническими, элек- трическими и эксплуатационными характеристиками тепличных облучателей серии ОТ 400. 2. Снять необходимые данные для определения коэффициента мощ- ности cos и построение векторной диаграммы токов в пусковом и установившемся режимах облучателей ОТ 400 И, ОТ 400 Е и облучательной установки, состоящей из параллельно включенных облучателях с индуктивным и индуктивно-ёмкостном балластах. 3. Определить опытным путём и вычертить в полярных координатах КСС лампы ДРЛФ 400. 4. фТ Построить в прямоугольных координатах графическую зависимость f ( r) лампы ДРЛФ 400. 2 5. Рассчитать высоту подвеса h и число облучателей N в теплице. 6. Сделать выводы по работе. Порядок выполнения работы 1. По литературе /1,2/ ознакомиться с техническими характеристика- ми облучателей серии ОТ 400. 2. Составить электрическую схему и таблицу I для определения пол- ной мощности S, коэффициента мощности cos и углов сдвига по фазе между токами и напряжением в сети в пусковом (4,5 значений) и установившемся режимах для ОТ 400Е и ОТ 400И, а также для установки, состоящей из параллельно включенных облучателях. Схему и таблицу I согласовать с преподавателем. 3. Собрать и включить схему в сеть, снять опытные данные и занести их в таблицу I. 4. Построить векторные диаграммы токов для ОТ 400Е, ОТ 400И и для схемы параллельного их включения в начале пускового и установившегося режимах. 5. Построить графики зависимостей S, P = f (t) в пусковом режиме. 6. Выполнить графоаналитический расчёт облучательной установки, используя следующие рекомендации. Расположение облучателей на плане теплицы определяется характером КСС источника облучения. Высоту подвеса h выбирают такой, чтобы нормированный уровень облученности был обеспечен. Таким образом, светотехнический расчёт тепличной облучательной установки практически сводится к определению оптимального расстояния L между облучателями и высоты подвеса. Высота облучателей (h, м) над верхушками растений определяется из выражения: 3 h ФT , (2) норм где I0 - сила света по КСС лампы при = 00, кд; КФТ – коэффициент перехода от величин световой системы к фотосинтетическим величинам, определяется как отношение номинальных значений фотосинтетического потока (фитопотока) к световому потоку, мфт. м -2 лк-I; Ефтнорм – нормируемая фитооблученность, мфт/м-2, выбирается в зависимости от выращиваемой культуры, так для рассады огурцов Ефтнорм составляет 3500 мфт/м2, для рассады томатов – 4500 мфт/м2. Оптимальное расстояние L между облучателями определяется следующим образом. В полярных координатах вычертить КСС лампы. С этой целью через каждые 10 градусов от 00 до 900 люксметром определить освещённость Е, и по выражению (3) рассчитать значение силы света I для каждого угла 2 (3), где Е – освещённость, измеренная люксметром, лк; - сила света в направлении под углом , кд; - расстояние от лампы до фотоэлемента люксметра, м. Данные занести в таблицу 2. Таблица 2 - Распределение силы света (I, кд) лампы ДРЛФ 400. Угол , град 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Освещённость, лк Сила света, кд Затем в прямоугольной системе координат построить зависимость фитооблучённости (Ефт, мфт/м2) в точках на расчётной поверхности от расстояния (r, м) между проекцией оси симметрии облучателя на поверхность и рассматри- 4 ваемой точки (рис. 1). Облучённость для каждой точки определить из выражения (4) с использованием КСС лампы: где 2 1 cos (4), – расстояние от лампы до точки на расчётной поверхности, м; Кфт – коэффициент, равный 0,66 мфт∙м-2∙лк-1. Данные занести в таблицу 3 Таблица 3 Распределение облучённости (Ефт, мфт/м2) на горизонтальной поверхности Угол , град 0 10 20 30 40 50 60 70 Расстояние , м Фитооблучённость, Ефт , мфт/м2 Рисунок 1 – Распределение фитооблученности на горизонтальной поверхности 5 Рисунок 2 – Фрагмент плана теплицы с размещением облучателей На рисунки I показан пример построения зависимости Ефт=f( r ). Из точки А через каждые 10 градусов от 0 до 60-700 проводят прямые до пересечения с горизонталью. Из точек пересечения 1, 2, 3 и т.д. восстанавливают перпендикуляры высотой, определяемой из выражения (4). Вершины полученных отрезков соединяют плавной кривой. На рисунке 1 h и r имеют одинаковый масштаб. По предварительному расположению облучателей на плане теплицы, например, по вершинам квадрата ( рис. 2 ) намечают характерные точки, в которых облучённость может оказаться минимальной. Очевидно, что такими точками окажутся А,В,С. Для создания в этих точках облученностей Ефт а,в,с, Z∙Ефт нор. находят допустимые расстояния на плане от облучателя 2 до точек А,В,С. При этом предполагают, что на значение облученности в точке А максимальное воздействие оказывает один ближайший облучатель 2, на значение облученности в точке В одинаковое влияние оказывают два ближайших облучателя 1 и 2,на облучённость в точке С - четыре ближайших облучателя 1,2,3,4.Это значит, что значение уровня облучённости от облучателя 2 в точке А должно быть Ефта ,2 =Z∙Ефт норм., в точке – Ефтв,2=0.5Z∙Ефт норм., в точке С - Ефтс,2=0,25Z∙Ефт норм. На кривой Ефт=f∙(r) из рисунка I находят эти значения облученностей и соответствующие им расстояния rа,rв,rс будут определять распо6 ложение облучателя 2 относительно точек А,В,С. А так как облучатели 1,2,3,4, расположены по вершинам квадрата, следовательно значение L можно определить из решения прямоугольных треугольников со сторонами rа, rв, rс, т.е. L 2 rB2 rA2 и L rc 2 2 Меньшее из двух значений принимают за расчетное. Зная rAa и L, компонуют облучательную установку, рассчитывая требуемое число облучателей и установленную электрическую мощность в теплице. Содержание отчёта. 1. Название, цель работы, электрическая схема установки. 2. Графические зависимости =f ( ), ЕФТ =f (r) и рисунок 2. 3. Таблицы 1,2,3. 4. Векторные диаграммы токов в пусковом и установившемся режимах. 5. Выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Устройство, принцип работы, достоинства, недостатки, область применения ламп ДРЛФ 400. 2. Причины снижения значений токов в ветвях и повышение значения общего тока параллельно включенных ОТ 400Е и ОТ 400И в пусковом периоде. 3. Расскажите основные положения методики расчёта облучательной установки. 7