Лабораторная работа № 6 Исследование и расчет тепличной облучательной установки Цель работы:

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 распростране-
ние 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 дополнительной 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. (1),
 норм.
фT
где 
ФТ
min и 
фТ
норм. - минимальная и нормированная
(максимальная) фитооблученности, фт/м2.
Программа работы
2
1. Ознакомится с устройством, основными светотехническими, электрическими и эксплуатационными характеристиками тепличных
облучателей серии ОТ 400.
2. Снять необходимые данные для определения коэффициента мощности 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. Построить в прямоугольных координатах графическую зависимость

фТ
 f ( r) лампы ДРЛФ 400.
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 характеристиками облучателей серии ОТ 400.
2. Составить электрическую схему и таблицу I для определения полной 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.
3
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:
h


 ФT ,

норм

где I0 - сила света по КСС лампы при
(2)

= 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.
4
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 рассматриваемой 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
5
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
6
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 зна7
чит, 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 расположение 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.
8
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.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Жилинский Ю.М., Кумин В.Д. электрическое освещение и облучение – М: Колос. 1982. – 272 с.
1. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / под ред. И.Ф. Кудрявцева. – М.: Агропромиздат, 1988, – 480 с.
9