Elektromechanik_724[05]_Z4.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Klasyfikacja, budowa i charakterystyka urządzeń grzejnych

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

26
26
27

4.2. Układy połączeń rezystancyjnych elementów grzejnych

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

28
33
33
35

4.3. Regulacja temperatury w urządzeniach grzejnych

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

36
40
41
42

4.4. Eksploatacja przemysłowych urządzeń grzejnych

4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów

43
50
50
54

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o urządzeniach grzejnych,

rozpoznawaniu i rozróżnianiu ich podzespołów, przeprowadzaniu drobnych napraw, a także
ocenianiu stanu technicznego urządzeń na podstawie przeprowadzanych oględzin i przeglądów.

W poradniku zamieszczono:

1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności, które powinieneś mieć

opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.

2. Cele kształcenia tej jednostki modułowej.
3. Materiał nauczania (rozdział 4), który umożliwia samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy
wskazaną literaturę oraz inne źródła informacji. Materiał nauczania obejmuje również:

−

pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,

−

ćwiczenia, które zawierają wykaz materiałów, narzędzi i sprzętu potrzebnych do ich
realizacji,

−

sprawdzian postępów, powinieneś odpowiadać na pytanie „tak” lub „nie”, co oznacza,
że opanowałeś materiał nauczania albo nie.

4. Sprawdzian osiągnięć zawierający zestaw pytań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy

i umiejętności z zakresu całej jednostki. Zaliczenie tego sprawdzianu jest dowodem
osiągnięcia umiejętności określonych w tej jednostce modułowej.
Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem materiału nauczania lub wykonaniem ćwiczenia, to

poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze
wykonujesz daną czynność.

Szczególną uwagę zwróć na informacje zawarte w dokumentacji technicznej badanych

urządzeń oraz w instrukcjach ich obsługi.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

Szczególną ostrożność musisz zachować podczas wykonywania ćwiczeń praktycznych

z urządzeniami zasilanymi bezpośrednio z sieci. Podczas wykonywania tych ćwiczeń zwróć
szczególną uwagę na zachowanie maksymalnego bezpieczeństwa, na organizację bezpiecznego
stanowiska pracy i postępowanie zgodne z zasadami bhp, ppoż. i ergonomii.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozpoznawać urządzenia i podzespoły elektryczne i ich elementy na podstawie wyglądu
zewnętrznego, oznaczeń na nich stosowanych oraz na schematach,

−

rozróżniać funkcje podstawowych elementów w układach elektrycznych,

−

charakteryzować podstawowe parametry podzespołów elektrycznych,

−

określać zastosowanie podstawowych elementów elektrycznych,

−

analizować pracę prostych urządzeń elektrycznych na podstawie schematów ideowych
i montażowych,

−

mierzyć podstawowe parametry urządzeń elektrycznych (napięcie, natężenie prądu, moc),

−

oceniać stan techniczny elementów elektrycznych na podstawie oględzin i pomiarów,

−

korzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektrycznych,

−

dobierać zamienniki elementów i podzespołów elektrycznych z katalogów,

−

stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu przemiennego jedno-
i trójfazowego,

−

opracowywać wyniki pomiarów,

−

korzystać z komputera (obsługiwać program Word i Excel),

−

stosować podstawowe zasady bhp, ochrony ppoż. i ergonomii obowiązujące na stanowisku
pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

sklasyfikować elektryczne urządzenia grzejne,

−

rozpoznać urządzenia grzejne na podstawie ich schematów,

−

odczytać schematy urządzeń grzejnych,

−

dokonać analizy schematów połączeń elementów grzejnych w układach jednofazowych
i trójfazowych,

−

skorzystać z danych umieszczonych na tabliczkach znamionowych urządzeń grzejnych,

−

zorganizować stanowisko pracy,

−

dobrać narzędzia i materiały do prowadzonych prac,

−

dokonać oględzin oraz przeglądów wybranych urządzeń grzejnych,

−

zlokalizować uszkodzenia wybranych urządzeń grzejnych na podstawie oględzin
i pomiarów,

−

połączyć elementy grzejne zgodnie ze schematem,

−

wykonać konserwację wybranych urządzeń grzejnych,

−

sprawdzić stan techniczny elementów i podzespołów przeznaczonych do montażu,

−

wykonać montaż i demontaż podzespołów urządzeń grzejnych,

−

określić koszty naprawy urządzenia grzejnego,

−

sporządzić kosztorys naprawy urządzenia grzejnego,

−

dobrać materiały i podzespoły korzystając z różnych źródeł informacji,

−

wykorzystać technikę komputerową przy prowadzeniu dokumentacji napraw i przeglądów,

−

wykonać próby odbiorcze wybranych urządzeń grzejnych po naprawach,

−

zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku
pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Klasyfikacja, budowa i charakterystyka urządzeń grzejnych

4.1.1. Materiał nauczania

Klasyfikacja elektrotermicznych urządzeń grzejnych

Urządzenia elektrotermiczne to urządzenia służące do przemiany energii elektrycznej

w ciepło do celów użytkowych.
Ze względu na wartość temperatury roboczej (temperatury, w której ma się odbywać proces
grzewczy) urządzenia grzewcze klasyfikowane są następująco:

−

urządzenia niskotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika nie

przekracza 300

C (T

≤

300

C),

−

urządzenia średniotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika zawiera

się w granicach 300

C <T<1300

−

urządzenia wysokotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika

przekracza 1300

C (T

≥

1300

C).

Ze względu na częstotliwość pracy urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:

−

urządzenia prądu stałego (f = 0),

−

urządzenia małej częstotliwości (f = 50 Hz),

−

urządzenia średniej częstotliwości (50 Hz < f ≤ 10

Hz),

−

urządzenia wysokiej częstotliwości (10

Hz < f ≤ 10

Hz),

−

urządzenia mikrofalowe (f > 10

Hz).

Ze względu na sposób nagrzewania urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:

−

nagrzewnice pośrednie (ciepło przepływa z ciała o wyższej temperaturze),

−

nagrzewnice bezpośrednie (ciepło wytwarzane jest wewnątrz ciała nagrzewanego).

Ze względu na metodę nagrzewania rozróżnia się urządzenia grzewcze:

−

rezystancyjne (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w przewodniku),

−

promiennikowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania i przemiany

promieniowania temperaturowego (podczerwonego) wytworzonego w źródle zwanym
promiennikiem),

−

elektrodowe (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w cieczy pomiędzy

zanurzonymi w niej elektrodami),

−

łukowe (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w zjonizowanych gazach
w postaci łuku elektrycznego wytworzonego pomiędzy elektrodami),

−

indukcyjne (energia cieplna wytwarzana jest przez prądy wirowe indukowane w materiale

przewodzącym wywołane indukcją elektromagnetyczną),

−

pojemnościowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku zjawisk związanych z efektami

polaryzacji dielektryka znajdującego się w zmiennym polu elektrycznym o dużej
częstotliwości wytworzonym pomiędzy elektrodami stanowiącymi wraz z dielektrykiem
kondensator),

−

mikrofalowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku zjawisk związanych z efektami

polaryzacji dielektryka, do którego energia doprowadzona jest w postaci fali
elektromagnetycznej o bardzo dużej częstotliwości),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

plazmowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku wykorzystania strumienia plazmy

niskotemperaturowej

obojętnej

elektrycznie

mieszaniny

zjonizowanego

gazu

o określonej koncentracji ładunków dodatnich i ujemnych),

−

elektronowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania wiązki elektronowej

o dużej energii kinetycznej),

−

fotonowe, laserowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania promieniowania

elektromagnetycznego wytworzonego w laserach),

−

ultradźwiękowe

(energia

cieplna

wytwarzana

jest

wskutek

pochłaniania

fal

ultradźwiękowych).

Ze względu na przestrzeń grzejną urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:

−

komorowe – przestrzeń grzejna ograniczona jest ściankami utrudniającymi odpływ ciepła do

otoczenia,

−

bezkomorowe – nie posiadają komory grzejnej.

Do urządzeń grzejnych bezkomorowych zalicza się:

−

elektryczne narzędzia grzejne – spełniają zadanie narzędzia i na ogół wymagają poruszania

nimi przy użytkowaniu (żelazko, lutownica, opalarka, suszarka do włosów, grzebienie
elektryczne, zapalniczki),

−

elektryczne przyrządy grzejne – wytwarzają ciepło i nie wymagają poruszania nimi przy

użytkowaniu; najczęściej są to grzejniki przenośne lub dające się łatwo zdemontować
(ogrzewacze wnętrzowe, grzałki elektryczne, naczynia elektryczne, warniki, kuchenki,
poduszki elektryczne),

−

elektryczne nagrzewnice – to urządzenia nieprzenośne służące do obróbki cieplnej, w których

ciepło wytworzone jest w grzejniku (płyty grzejne do podgrzewania materiałów, nagrzewnice
oporowe do podgrzewania stali, nagrzewnice indukcyjne do hartowania stali).

Do urządzeń grzejnych komorowych zalicza się:

−

piece elektryczne - to urządzenia przeznaczone do procesów technologicznych związanych:

−

ze zmianą stanu skupienia wsadu (piece do topienia materiałów),

−

ze zmianą struktury wsadu (piece hartownicze),

−

z reakcjami chemicznymi (piece do spalania, piekarniki wykorzystywane

w przemyśle spożywczym),

−

suszarki elektryczne - urządzenia przeznaczone do procesów suszenia (suszarki lakiernicze,

suszarki do drewna),

−

cieplarki elektryczne - urządzenia przeznaczone do procesów o przebiegu termostatycznym,

w których temperatura jest czynnikiem wpływającym na procesy biologiczne odbywające się
w komorze grzejnej (wylęganie, kiełkowanie, sterylizacja).

Urządzenia elektrotermiczne rezystancyjne

Urządzenia elektrotermiczne rezystancyjne (oporowe) to urządzenia, w których ciepło

wytwarzane jest przez prąd elektryczny przepływający przez przewodnik. Moc cieplną powstałą
wskutek przemiany energii elektrycznej w ciepło wytworzone w elemencie grzejnym
o rezystancji R, można określić przy pomocy zależności:

gdzie:

P – moc cieplna wytworzona w elemencie grzejnym,
R – rezystancja elementu grzejnego,
I – natężenie prądu płynącego przez element grzejny,
U – napięcie występujące na elemencie grzejnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Element grzejny rezystancyjny, w którym zachodzi przemiana energii elektrycznej w ciepło,

wykonywany jest ze specjalnych materiałów rezystancyjnych (oporowych).

Materiały rezystancyjne stosowane na elementy grzejne powinny charakteryzować się:

−

dużą rezystywnością (można uzyskać określoną rezystancję elementu przy mniejszej jego

długości),

−

wysoką temperaturą mięknięcia (umożliwia to uzyskiwanie wysokich temperatur pracy przy

zachowaniu dobrych właściwości mechanicznych),

−

wysoką odpornością na wpływy chemiczne (szczególnie na utlenianie), które powodują

zmiany wymiarów (przekroju), parametrów elektrycznych (rezystancji) i mechanicznych
elementów,

−

małym współczynnikiem temperaturowym rezystancji, co zapewnia małe zmiany rezystancji

elementu podczas nagrzewania, a w konsekwencji małe zmiany prądu i mocy grzejnej,

−

małym współczynnikiem temperaturowym rozszerzalności zapewniającym małe zmiany

wymiarów elementu przy znacznych zmianach temperatury, co w znacznym stopniu
zmniejsza naprężenia wewnętrzne podczas pracy,

−

dostateczną wytrzymałością mechaniczną zapewniającą brak odkształceń przy najwyższych

temperaturach pracy,

−

dużą odpornością na gwałtowne zmiany temperatury (nieuniknione przy włączaniu

i wyłączaniu grzejnika) powodujące zmniejszenie trwałości materiału.

Stosowane są dwa rodzaje materiałów rezystancyjnych:

−

materiały metalowe,

−

materiały niemetalowe.

Materiały metalowe

Materiały metalowe produkowane są w postaci drutów (przewodów o przekroju okrągłym)

oraz taśm (przewodów o przekroju prostokątnym). Najczęstsze zastosowanie w grzejnictwie
rezystancyjnym mają:

−

nikielina (stop miedzi, niklu i manganu) - stosowana w przyrządach grzejnych

o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 500

C (np. niskotemperaturowe

ogrzewacze przewiewowe, poduszki i koce elektryczne),

−

ferronichrom (zwany potocznie chromonikieliną – stop żelaza, niklu i chromu)

- stosowany w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 1050

−

nichrom (zwany potocznie chromonikieliną bezżelazową - stop niklu z chromem)

- stosowany w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 1150

−

ferrochromal (znany pod nazwą firmową kanthal - to stop żelaza, chromu i aluminium), jest

materiałem o najwyższej dopuszczalnej temperaturze roboczej grzejnika (nie przekraczającej
1350

C) spośród materiałów metalowych rezystancyjnych stosowanych w grzejnictwie

przemysłowym.

−

ferronichrom i nichrom to materiały, które są odporne na zmiany temperatur, czynniki

zewnętrzne i dają się łatwo obrabiać i spawać.

W grzejnictwie laboratoryjnym mają zastosowanie:

−

platyna - stosowana w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej

1400

−

molibden - ze względu na łatwość utleniania musi pracować w atmosferze ochronnej,

temperatura robocza molibdenu wynosi 1700

−

wolfram - równie łatwo jak molibden utlenia się i dlatego musi również pracować

w atmosferze ochronnej. Temperatura robocza wolframu wynosi 2200

C. Wolfram jest

bardzo kruchy. Elementom grzejnym wykonanym z wolframu nadaje się najczęściej kształt
rurek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Materiały niemetalowe

Materiały niemetalowe stosowane w przemysłowym grzejnictwie rezystancyjnym,

w porównaniu z materiałami metalowymi, są mniej wrażliwe na utleniające działanie powietrza
w wysokiej temperaturze. Do najbardziej rozpowszechnionych w grzejnictwie rezystancyjnym
materiałów niemetalowych należą: sylit, autracyt, grafit i kryptol.

−

Sylit (węglik krzemu SiC znany pod nazwą globar) stosowany jest w urządzeniach

o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 1400

C. Sylitowe elementy grzejne

wytwarzane  są  w  kształcie  prętów  i  rur.  Rezystywność  sylitu  jest  wielokrotnie  większa  od
rezystywności  materiałów  metalowych.  Jest  on  materiałem  kruchym.  Ulega  pod  wpływem
tlenu  z powietrza  procesom  starzenia,  powodującym  stopniowy  wzrost  rezystywności.
Spadek  mocy grzejnej,  spowodowany wzrostem rezystywności  w wyniku procesu starzenia,
jest  często  rekompensowany  przez  podwyższanie  napięcia  zasilającego  elementy  grzejne.
Napięcie  zasilające  przewody  grzejne  zmienia  się  poprzez  zmianę  połączeń  odczepów
transformatora zasilającego.

−

Antracyt (bezpostaciowa odmiana węgla występująca w węglu kamiennym) wykorzystuje się

do wyrobu rezystancyjnych elementów grzejnych, którym nadaje się kształt prętów, rur, płyt
i tygli. Przy nagrzewaniu w powietrzu antracyt łatwo ulega utlenianiu (od temperatury 500

wzwyż), dlatego też elementy grzejne wykonane z tego materiału powinny pracować przy
wyższych temperaturach w osłonie atmosfery ochronnej. Maksymalna temperatura robocza
antracytowych elementów grzejnych pracujących w atmosferze ochronnej wynosi 2000

−

Grafit (krystaliczna odmiana węgla) stosowany jest do wyrobu rezystancyjnych elementów

grzejnych, których maksymalna temperatura robocza wynosi 2500

C, a w szczególnych

warunkach może wynosić nawet 3000

C. Rezystancyjnym elementom grzejnym wykonanym

z grafitu nadaje się kształt prętów, rur, płyt i tygli.

−

Kryptol jest sypkim materiałem rezystancyjnym uzyskanym przez rozkruszenie złomu

otrzymanego z wyeksploatowanych elektrod grafitowych lub antracytowych. Maksymalna
temperatura robocza rezystancyjnych elementów grzejnych wykonanych z kryptolu wynosi
1700

C. Podczas pracy kryptol stopniowo wypala się, jednak jego niski koszt rekompensuje

tę wadę.

Przemysłowe rezystancyjne urządzenia komorowe

Wśród przemysłowych rezystancyjnych urządzeń komorowych największą i najbardziej

rozwiniętą grupę stanowią piece elektryczne.

Piec wannowy

Na rysunku 1 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca wannowego stosowanego do

topienia aluminium, w którym zastosowano rezystancyjne elementy grzejne w postaci skrętki
wykonanej z kanthalu. Skrętki grzejne e umieszczone są w żłobkach sklepienia.

Piec ten posiada komorę o kształcie płaskiej wanny. Wsad umieszcza się na pochylni

przedsionka p, skąd w miarę topienia spływa do wanny w. Po ukończeniu topienia pochyla się
piec na rolkach r i zlewa się metal przez lej spustowy l. Piece tego typu budowane są o mocach
kilkuset kilowatów i o pojemności wsadu do 7 ton.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

e - elementy grzejne,
w - wanna,
p - przedsionek,
d - drzwiczki ładownicze,
l - lej spustowy,
g - cegła ogniotrwała,
t - izolacja cieplna,
b - obudowa,
r – rolki

Rys. 1. Piec wannowy - szkic budowy pieca [6]

Piec muflowy

Na rysunku 2 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca muflowego. Piece muflowe

są to piece, w których ciepło jest doprowadzone do komory od zewnętrznej strony ścian
ogniotrwałych otaczających komorę i stanowiących tzw. muflę.

m - mufla,
e - element grzejny,
zs - zaprawa    szamotowa,
ps - proszek    szamotowy,
b - obudowa metalowa,

c - czołowy pierścień

szamotowy,

d – drzwiczki

Rys. 2. Piec muflowy – szkic budowy pieca [6]

Na muflę wykonaną z materiału ogniotrwałego (z szamotu, karborundu lub alundu)

nawinięty  jest  przewód  grzejny  w  postaci  drutu  lub  taśmy.  Aby  zapobiec  zwieraniu  się
sąsiednich  zwojów  wskutek  wydłużania  się  przewodu,  układa  się  przewód  grzejny  w  rowkach
ukształtowanych  śrubowo  na  zewnętrznej  powierzchni  mufli.  Zamiast  w  rowkach,  można  też
umieszczać  zwoje  przewodu  grzejnego  w  cienkiej  warstwie  zaprawy  szamotowej  nałożonej
w tym  celu  na  powierzchnię  mufli.  Element  grzejny  jest  otoczony  warstwą  proszku
szamotowego  oraz  (w  dolnej  części)  warstwą  cegieł  szamotowych.  Obudowa  pieca  jest
wykonana z blachy stalowej.

Ściany mufli oddzielają element grzejny od komory, zabezpieczając go w ten sposób od

uszkodzeń mechanicznych i wpływów chemicznych wsadu. Na ściankach mufli występuje
znaczny spadek temperatury sięgający 150 do 200°C.

Piece muflowe są najczęściej używane są jako piece warsztatowe bądź jako piece

laboratoryjne o temperaturach roboczych do 1100

Piec sylitowy

Na rysunku 3 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca z elementami grzejnymi

wykonanymi

postaci

prętów

sylitowych.

Pręty

umieszczone

są

poziomo

w  dwóch  rzędach  pod  sklepieniem.  Każdy  pręt  sylitowy  na  obu  swoich  końcach  jest
uchwycony  w  głowicy  chłodzonej  wodą  i  zaopatrzonej  w  sprężyny  dociskowe
i  doprowadzenia  napięcia.  Do  ładowania  wsadu  służy  otwór  ładowniczy.  Ściany  komory  są
utworzone  z  cegły  ogniotrwałej,  warstwy  materiału  o  mniejszej  trwałości  (np.  szamot)
i warstwy termoizolacyjnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

e - pręty sylitowe,
g - cegła ogniotrwała,
s - szamota,
t - izolacja  cieplna,
b - obudowa,
w - otwór  ładowniczy,
te - otwór  na  termoelement

Rys. 3. Piec sylitowy – szkic budowy pieca [6]

Piece tego rodzaju są stosowane głównie jako piece kuźnicze do podgrzewania półwyrobów

stalowych.

W celu obniżenia temperatury pręta sylitowego w miejscach doprowadzenia napięcia dąży

się do zmniejszenia rezystancji na końcach pręta poprzez:

−

zwiększenie przekroju poprzecznego stosując pręty o pogrubionych końcach,

−

zmniejszenie rezystywności materiału w końcach pręta za pomocą specjalnej obróbki

chemicznej i metalizacji końców pręta.

Konstrukcja połączenia musi zapewnić swobodne wydłużanie się pręta sylitowego podczas

nagrzewania. Bez tej możliwości pręt mógłby popękać.

Suszarka z rezystancyjnymi elementami grzejnymi

Na rysunku 4 przedstawiono w sposób szkicowy budowę suszarki z rezystancyjnymi

elementami grzejnymi, służącą do suszenia przewiewowego.

e - elementy grzejne,
bw - obudowa wewnętrzna,
bz - obudowa zewnętrzna,
t - izolacja cieplna,
w - stojak do umieszczania wsadu,
ps - wlot suchego powietrza,
pw - wylot powietrza wilgotnego,
r - przesłona regulacyjna

Strzałkami zaznaczono kierunek
ruchu powietrza.

Rys. 4. Suszarka z rezystancyjnymi elementami grzejnymi – szkic budowy suszarki [6]

Powietrze suche dopływające przez otwory u dołu suszarki nagrzewa się od elementów

grzejnych,  po  czym  przedostaje  się  przez  liczne  otwory  w  ściankach  bocznych
i  półkach  stojaka  i  opływa  wsad  umieszczony  na  tych  półkach.  Pod  wpływem  nagrzanego
powietrza  następuje  odparowanie  wody  lub  innych  cieczy  zawartych  we  wsadzie  bądź
pokrywających  jego  powierzchnię.  Wilgotne  powietrze  odpływa  przez  górny  otwór.
Do  regulacji  ilości  powietrza  przepływającego  przez  komorę  suszarki  służy  przesłona
regulacyjna.  W  przypadku,  gdy  zachodzi  potrzeba  wymuszonego  przepływu  powietrza,  włącza
się wentylatory.

procesach

suszenia

temperatura

robocza

zwykle

nie

przekracza

300

Do ograniczenia strat cieplnych wystarcza warstwa materiału termoizolacyjnego, umieszczonego
między blachami stanowiącymi obudowę wewnętrzną i zewnętrzną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urządzenia elektrodowe

Urządzenia elektrodowe to urządzenia, w których prąd płynie pomiędzy elektrodami

przyłączonymi do źródła napięcia, zanurzonymi w cieczy stanowiącej przewodnik prądu
elektrycznego.

Wartość natężenie prądu płynącego przez ciecz zależy od:

−

wartości napięcia przyłożonego między elektrody zanurzone w cieczy,

−

wymiarów i kształtu elektrod,

−

odległości, w jakiej znajdują się elektrody,

−

głębokości zanurzenia elektrod,

−

wartości rezystywności cieczy.

W czasie przepływu prądu przez ciecz przewodzącą energia elektryczna zmienia się

w energię cieplną, powodując nagrzewanie się cieczy.

Przepływowi prądu przez elektrolit, w zależności od rodzaju prądu (np. prąd stały, prąd

jednokierunkowy tętniący, prąd przemienny), towarzyszą dodatkowo inne zjawiska oprócz
zjawiska przemiany energii elektrycznej w energię cieplną. Są to zjawiska powodujące zmiany
rezystywności elektrolitu i zjawisko elektrolizy.

Pod względem energetycznym nagrzewanie elektrodowe jest podobne do nagrzewania

rezystancyjnego bezpośredniego.

Rozróżnia się dwie grupy urządzeń elektrodowych:

−

urządzenia elektrodowe - urządzenia, w których zjawiska elektrolizy nie występują lub są

niepożądane. Do zasilania tych urządzeń stosuje się napięcie o częstotliwości sieciowej.
Do urządzeń tych zalicza się kotły elektrodowe i piece elektrodowe (piece elektrodowe
często nazywane są wannami elektrodowymi).

−

urządzenia termoelektrolityczne - urządzenia, w których zjawiska elektrolizy są konieczne.

Termoelektrolizery to urządzenia, w których elektrolitem są stopione związki metali. Zasila
się je wyłącznie napięciem stałym.

Piec elektrodowy

Piece elektrodowe posiadają zbiorniki zaopatrzone w elektrody zanurzone w kąpieli solnej,

która wskutek przepływu przez nią prądu nagrzewa zanurzony w niej wsad.

W zależności od wymaganej temperatury kąpieli dobiera się sole o odpowiedniej

temperaturze topienia. W piecach elektrodowych uzyskuje się temperatury robocze od 200

C do

1300

C. Ze względu na dużą rezystywność soli w stanie zimnym w procesie rozruchu

wykorzystuje  się  dodatkowe  elektrody  rozruchowe  usytuowane  blisko  siebie,  często  połączone
elementami rezystancyjnymi (niemetalowymi). Na rysunku 5 przedstawiono w sposób szkicowy
budowę  jednofazowego  pieca  elektrodowego.  Ściany  wanny  pieca  są  dwuwarstwowe.  Warstwa
ogniotrwała  jest  wykonana  z  cegły  szamotowej.  Jako  izolację  cieplną  stosuje  się  cegły
diatomitowe.  Obudowa  wykonana  jest  z  blachy  stalowej.  W  celu  zmniejszenia  powierzchni
oddawania ciepła do otoczenia (zmniejszenie strat ciepła) urządzeniu nadano kształt cylindra.

W górnej części urządzenia znajdują się drzwiczki i wyciąg służący do odprowadzania

gazów wydobywających się z kąpieli solnej.

Przy uruchamianiu pieca opuszcza się elektrody pomocnicze tak, ażeby stykały się

z  powierzchnią  kąpieli.  Wskutek  przepływu  prądu  pomiędzy  elektrodami  pomocniczymi
wytwarza się ciepło, powodując topnienie  i rozprzestrzenianie się  stopionej soli.  Z chwilą,  gdy
zacznie  płynąć  prąd  pomiędzy  elektrodami  roboczymi,  elektrody  rozruchowe  usuwa  się
z kąpieli.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

e - elektrody robocze,
p - elektrody pomocnicze,
k - kąpiel solna,
g - warstwa ogniotrwała,
t - izolacja cieplna,
b - obudowa,
d - drzwiczki,
w – wyciąg

Rys. 5. Jednofazowy piec elektrodowy – szkic budowy pieca [6]

Pod wpływem wytwarzającego się ciepła w stopionej już warstwie soli proces topienia

postępuje  szybko,  aż  cała  ilość  przejdzie  w  stan  ciekły.  Z  chwilą,  gdy  temperatura  kąpieli
osiągnie zadaną wartość, obniża się wartość napięcia pomiędzy elektrodami roboczymi (wartość
rezystywności  gorącej  kąpieli  jest  znaczne  mniejsza  od  wartości  rezystywności  soli  w  stanie
zimnym).  Napięcie  robocze  między  elektrodami  utrzymywane  jest  na  poziomie  od
8 V do 25 V, a moce tych urządzeń wynoszą od 10 kW do 150 kW.

Piece elektrodowe znalazły zastosowanie głównie do hartownia narzędzi, jednak rozwój

innych technik hartowania (indukcyjne) powoduje coraz mniejsze ich zastosowanie.

Termoelektrolizer

Termoelektrolizery to urządzenia, w których prąd, przepływając przez elektrolit, nagrzewa

go utrzymując w stanie ciekłym. Występujące zjawiska elektrolityczne powodują rozkład
stopionych związków metali i wydzielenie się czystego metalu. Główne zastosowanie tych
urządzeń to procesy odtleniania, oczyszczania i otrzymywania aluminium.

Na rysunku 6 przedstawiono w sposób szkicowy budowę termoelektrolizera stosowanego do

rafinacji aluminium (oczyszczania z domieszek).

r - aluminium rafinowane,
e - elektrolit,
s - stop aluminium surowego z metalami,
a - anoda,
k - katoda,
g - warstwa ogniotrwała,
m - obmurze,
b - obudowa stalowa

Rys. 6. Termoelektrolizer do rafinacji aluminium – szkic budowy [6]

Obmurze wanny w obudowie stalowej jest wyłożone warstwą ogniotrwałą z cegły

magnezytowej. Spód wanny jest wykonany z węgla i stanowi anodę. Katodę stanowi blok
grafitowy zawieszony u góry.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zawartość wanny składa się z trzech warstw układających się odpowiednio do ich gęstości.

Na  spodzie  w  bezpośredniej  styczności  z  anodą  znajduje  się  warstwa  tzw.  stopu  anodowego
(stopu  aluminium  z  miedzią).  Pośrednie  miejsce  zajmuje  elektrolit  o  odpowiednim  składzie.
Temperatura  topnienia  tego  elektrolitu  jest  stosunkowo  niska,  dzięki  czemu  proces
termoelektrolizy może się odbywać w temperaturze od 700°C do 750°C. Górną warstwę stanowi
oczyszczone aluminium.

Za pomocą tej metody można otrzymać aluminium o stopniu czystości sięgającym

99,9986%.

Napięcie zasilające elektrody wynosi około 7 V. W procesie technologicznym

otrzymywania aluminium wanny łączy się szeregowo (od 50 do 140), co umożliwia zasilanie
układu napięciami rzędu 250 V do 700 V przy poborze prądu rzędu 8 kA do 12 kA.

Urządzenia łukowe

Urządzenia łukowe to urządzenia, w których wykorzystywane jest ciepło wytwarzane

w łuku elektrycznym. Wysoka temperatura łuku elektrycznego osiągająca nieraz wartość nawet
10000°C wynika ze skupienia dużej mocy w niewielkiej przestrzeni. Wskutek tego nagrzewanie
łukowe

charakteryzuje

się

bardzo

nierównomiernym

rozkładem

temperatur

w nagrzewanym tą metodą wsadzie. Właściwości łuku elektrycznego znalazły zastosowanie
w procesie spawania (spawarki) i topienia metali (piece łukowe).

W celu wywołania zapłonu łuku elektrody zbliża się aż do zetknięcia ze sobą (przy metodzie

nagrzewania pośredniego) lub ze wsadem (przy metodzie nagrzewania bezpośredniego). Prąd
zwarcia powoduje gwałtowne nagrzewanie się miejsca styku wywołując jonizację otaczającego
je powietrza. Następnie elektrody są odsuwane.

W zjonizowanym powietrzu pomiędzy oddalającymi się elektrodami powstaje łuk

elektryczny. Ruch elektrod powinien ustać, gdy łuk osiągnie odpowiednią długość. W czasie
pracy elektrody wypalają się i musi następować korekcja ich ustawienia, aby utrzymać stabilną
pracę łuku. Natomiast, żeby łuk wygasić, elektrody są oddalane.

Moce przemysłowych pieców łukowych są rzędu od setek kVA do kilkudziesięciu MVA.

Napięcie łuku wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset woltów, prąd zaś od kilkuset do
kilkudziesięciu tysięcy amperów.

Do zasilania pieców łukowych stosuje się specjalne transformatory o dużych mocach

znamionowych i niskim napięciu wtórnym. Transformatory te zasilane są z sieci wysokiego
napięcia zasilającej zakład przemysłowy korzystający z pieca (nawet z sieci 110 kV).

W niektórych procesach napięcie w czasie pracy powinno być zmniejszane. Do tego celu

wykorzystuje  się  przełączenie  uzwojenia  transformatora  trójfazowego  z  układu  połączenia
w trójkąt  na  gwiazdę,  po  stronie  napięcia  górnego  tego  transformatora.  Przy  wymaganej
większej liczbie stopni regulacji napięcia (zwykle od 3 do 6) zmienia się przekładnię napięciową
transformatora  wykorzystując  odczepy  uzwojenia  transformatora  znajdujące  się  po  stronie
napięcia górnego tego transformatora.

W piecach łukowych stosowane są regulatory reagujące na napięcie i prąd łuku,

dostosowując  odległość  elektrod  do  optymalnych  warunków  pracy.  Cechą  charakterystyczną
toru  silnoprądowego  pieców  łukowych  jest  to,  że  występują  w  nich  dławiki  indukcyjne
szeregowo  włączone  z  uzwojeniami  pierwotnymi  transformatora  zasilającego.  Zadaniem
dławików  jest  ograniczenie  wartości  prądu  zwarcia  występującego  podczas  zetknięcia  się
elektrod  w  celu  zainicjowania  łuku  elektrycznego.  Elementem  końcowym  toru  są  elektrody

łukowe.

Rozróżnia się trzy rodzaje pieców łukowych:

a)  piece łukowe o nagrzewaniu pośrednim,
b)  piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim,
c)  piece rezystancyjno-łukowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piec łukowy o nagrzewaniu pośrednim

Piece tego typu charakteryzują się tym, że łuk płonie pomiędzy grafitowymi elektrodami

umieszczonymi ponad wsadem. Ciepło przez promieniowanie przenosi się do wsadu.
Promieniowanie łuku pada również na ściany komory powodując wzrost ich temperatury. Piece
o mocach do 500 kVA stosuje się głównie do topienia metali nieżelaznych (miedź, mosiądz,
brąz) w temperaturach rzędu 1300

C - 1400

Szkic budowy pieca łukowego o nagrzewaniu pośrednim przedstawiono na rysunku 7.

Zbudowany jest w postaci bębna wykonującego ruchy wahadłowe dookoła osi poziomej, dzięki
czemu roztopiony metal omywając ściany pieca, chłodzi je. W pobliżu ścian czołowych piec jest
opasany dwiema obręczami, z których każda wspiera się na dwóch rolkach Jedna para rolek jest
napędzana silnikiem przez przekładnię zmniejszającą prędkość obrotową tak, ażeby piec obracał
się  z  prędkością  1  do  2  obrotów  na  minutę.  Piec  obraca  się  dzięki  tarciu  między  rolkami
a obręczą.  Pośrodku  długości  pieca  znajduje  się  prostokątny  otwór  stanowiący  zarazem  okno
wsadowe  i  otwór  spustowy  pieca.  Otwór  ten  ukształtowany  jest  w  postaci  leja  i  zamykany
szczelnie drzwiczkami.

Rys. 7. Piec łukowy o nagrzewaniu pośrednim – szkic budowy [6]

b - obudowa, t - izolacja cieplna, g - wyprawa ogniotrwała, l - lej spustowy,

d - drzwiczki, p - obręcze, r - rolki, e - elektrody, ł – łuk, w - wsad

Elektrody przeprowadzone są przez przepusty znajdujące się w osi pieca i przymocowane za

pośrednictwem uchwytów wykonanych z brązu do prowadnic, w których można je przesuwać za
pomocą śruby pociągowej (lub silnika). Przepusty i uchwyty elektrod są chłodzone wodą.
Uchwyty umożliwiają również przyłączenie elektrod do źródła zasilania.

Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim

Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim (rysunek 8) charakteryzują się tym, że łuk płonie

pomiędzy  elektrodami  a  wsadem,  co  zapewnia  większą  skuteczność  nagrzewania  wsadu.
Elektrody  w  tych  piecach  są  usytuowane  pionowo,  zapewniając  znacznie  lepsze  mechaniczne
warunki pracy, umożliwiają budowę urządzeń o mocach do 15000 kVA i pojemnościach 60 ton.
Piece  te  są  stosowane  do  topienia  materiałów  trudnotopliwych  (wysokogatunkowych  stali
stopowych), przetapiania  stali  na odlewy, oczyszczania ciekłej stali (temperatury robocze rzędu
1600

C - 1700

C).

Położenie elektrod w czasie pracy pieca wymaga częstej korekty, która najczęściej odbywa

się automatycznie dzięki wykorzystywaniu odpowiednich regulatorów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

b - obudowa stalowa,
t - warstwa termoizolacyjna,
s - szamot,
c - cegły magnezytowe,
m - masa magnezytowa,
g - ściany ogniotrwałe z cegły

magnezytowej,

d - sklepienie z cegły dynasowej,
e - elektrody,
ł - łuk,
w - wsad,
o - okno wsadowe,
l - lej spustowy

Rys. 8. Piec łukowy o nagrzewaniu bezpośrednim – szkic budowy [6]

Piec rezystancyjno-łukowy

Piece rezystancyjno-łukowe charakteryzują się tym, że łuk płonie pomiędzy elektrodami,

których  końce  pogrążone  są  we  wsadzie  stałym  o  dużej  rezystywności,  dzięki  czemu  wsad
nagrzewa  się  zarówno  wskutek  płonącego łuku  jak  i  pod  wpływem prądu  płynącego  pomiędzy
elektrodami  poprzez  wsad.  Elektrody  w  tych  piecach  nie  wymagają  specjalnych  właściwości
mechanicznych  (pracują  w  pionie  i  są  ściskane),  dlatego  piece  te  budowane  są  zarówno  jako
piece  o  małych  jak  i  o  dużych  mocach.  Konstrukcje  pieców  zależą  od  tego,  która  z  metod
nagrzewania dominuje (łukowa czy rezystancyjna).

Piece rezystancyjno-łukowe stosowane są do otrzymywania metali (mangan, chrom) na

drodze odtleniania ich tlenków. Często tego typu piece buduje się jako otwarte (nie posiadają
sklepienia i gazy przez otwór przedostają się do otoczenia). Temperatura robocza osiąga nawet
4000

C, a ich moce mogą osiągać wartości nawet kilkudziesięciu MVA. Na rysunku 9

przedstawiono szkic budowy jednofazowego pieca rezystancyjno-łukowego.
Posiada  on  jedną  ruchomą  elektrodę.  Rolę  drugiej  elektrody  odgrywa  przeciwelektroda
stanowiąca zarazem spód komory. Transformator zasilający jest umieszczony pod komorą pieca.
Jeden  koniec  wtórnego  uzwojenia  transformatora  połączony  jest  z  elektrodą,  drugi  zaś
z przeciwelektrodą.  Średnica  elektrody  pieców  jednofazowych  dochodzi  do  4  m,  a  masa  do
100 ton.  Przy  mocy  pieca  13 000  kVA  i  wartości  napięcia  bliskiej  90 V  między  elektrodą  a
przeciwelektrodą wartość natężenia prądu płynącego przez elektrodę wynosi około 150 kA.

e – elektroda ruchoma,
pe - przeciwelektroda,
m - obmurze,
tr - transformator zasilający,
ws - wsad stały,
wt - wsad stopiony,
ł - przestrzeń łuku

Rys. 9. Piec rezystancyjno-łukowy – szkic budowy [6]

Średnica elektrod w piecach trójfazowych dochodzi do 1,1 m, a wartość napięcia uzwojenia

wtórnego transformatora zawiera się na ogół w granicach od 120 V do 200 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urządzenia indukcyjne

Indukcyjne urządzenia grzejne to urządzenia, w których ciepło wytworzone jest przez prądy

wirowe indukowane w przewodniku (wsadzie metalowym) wskutek oddziaływania na niego
zmiennego pola magnetycznego, wytworzonego przez prądy płynące w cewce (wzbudniku).

Prądy zmienne ze źródła (sieci, przetwornicy, generatora) doprowadzone są do

równoległego obwodu rezonansowego o częstotliwości rezonansowej dostrojonej do
częstotliwości źródła. Przez cewkę obwodu rezonansowego, pobudzonego do drgań, płynie prąd
o natężeniu większym od natężenia prądu zasilającego obwód tyle razy, ile wynosi dobroć
obwodu rezonansowego.

Prądy płynące przez cewkę (wzbudnik) wytwarzają w niej zmienne pole magnetyczne, przy

czym  natężenie  pola  magnetycznego  jest  tym  większe,  im  większy  jest  prąd  płynący
w cewce i im większa jest liczba zwojów cewki. Zmienne pole magnetyczne bezpośrednio lub za
pośrednictwem  rdzenia  przenika  wsad  (element  metalowy)  indukując  w  nim  prądy  wirowe.
Indukowany prąd wirowy przepływając przez  fragment wsadu o określonej wartości rezystancji
R  powoduje  wzrost  energii  cieplnej  zawartej  w  tym  fragmencie  wsadu.  Im  większa  jest
częstotliwość zmian strumienia magnetycznego, tym bliżej powierzchni wsadu następuje wzrost
gęstości prądów wirowych, a tym samym wzrost gęstości mocy czynnej.

Skutkiem tego zjawiska (zwanego zjawiskiem naskórkowości) jest nierównomierny rozkład

chwilowej wartości temperatury, do jakiej rozgrzewany jest wsad w funkcji odległości od
powierzchni nagrzewanego wsadu.

Często w urządzeniach indukcyjnych (zwłaszcza średniej i dużej częstotliwości) elementem

indukcyjnym obwodu rezonansowego jest transformator, którego uzwojenie wtórne (często
jeden zwój) przyłączone jest do wzbudnika.

Rozwiązanie to pozwala na zwiększenie natężenia prądu wzbudnika tyle razy, ile razy

liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest większa od liczby zwojów uzwojenia wtórnego tego
transformatora. Powoduje to zwielokrotnienie natężenia pola magnetycznego przenikającego
wsad i zwiększenie gęstości mocy czynnej we wsadzie.

Cechą charakterystyczną urządzeń indukcyjnych jest to, że ostatnim elementem toru

silnoprądowego jest obwód rezonansowy, którego wzbudnik jest elementem indukcyjnym tego
obwodu.
Ze wzoru na częstotliwość rezonansową:

gdzie:

– częstotliwość rezonansowa,

L – indukcyjność cewki,
C – pojemność kondensatora,

wynika pojemność baterii kondensatorów, którą należy przyłączyć:

Ponieważ podczas procesu grzania materiałów ferromagnetycznych zmienia się

indukcyjność obwodu wskutek zmian przenikalności magnetycznej wsadu, wywołanych
zmianami temperatury, istnieje konieczność zmian parametrów obwodu podczas nagrzewania.

Aby zapewnić optymalne warunki grzania, utrzymując obwód w rezonansie, dokonuje się

zmian poprzez:

−

zmianę liczby przyłączonych kondensatorów (w układach małych częstotliwości),

−

zmianę częstotliwości źródła zasilania (przetwornicy napięcia w układach średniej

częstotliwości),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

zmianę indukcyjności obwodu (w urządzeniach wielkiej częstotliwości).

Dobór urządzenia o określonej częstotliwości pracy zależy od procesu nagrzewania.

Związane jest to ze zjawiskiem naskórkowości, polegającym na zmniejszaniu się w sposób
wykładniczy gęstości prądu w kierunku od powierzchni do środka przewodnika. Im większa jest
częstotliwość prądu, tym większa jest jego gęstość przy powierzchni.

Głębokość wnikania prądu, nagrzewającego wsad, można określić następującą zależnością:

δ 5030

gdzie:

δ - głębokość wnikania prądu w m,
ρ - rezystywność wsadu w Ωm,
μ

- względna przenikalność magnetyczna wsadu,

f - częstotliwość prądu w Hz.

Głębokość wnikania prądu w stali przy częstotliwości 50 Hz wynosi 70 mm, a przy
częstotliwości 3 kHz - 9 mm. W przypadku miedzi głębokość wnikania wynosi odpowiednio
33 mm i 5 mm.
Ze względu na zastosowanie urządzenia indukcyjne dzielimy na:

−

piece indukcyjne - urządzenia do topienia metali (urządzenia małej częstotliwości),

−

nagrzewnice indukcyjne - do nagrzewania metali bez zmiany stanu skupienia.

Nagrzewnice indukcyjne, ze względu na głębokość nagrzewania, dzielimy na:

−

nagrzewnice do nagrzewania skrośnego (nagrzewanie przebiega w całej objętości wsadu) -

nagrzewnice małej i średniej częstotliwości,

−

nagrzewnice do nagrzewania powierzchniowego - nagrzewnice wysokiej częstotliwości.

W urządzeniach indukcyjnych małej i średniej częstotliwości wyróżniamy:

−

nagrzewnice i piece rdzeniowe (wzbudnik umieszczony na rdzeniu magnetycznym),

−

nagrzewnice i piece bezrdzeniowe (wsad umieszczony wewnątrz lub na zewnątrz

wzbudnika).

Na rysunku 10 przedstawiono w sposób szkicowy zasadę budowy tych urządzeń.

1- wzbudnik,
2 - wsad,
3 – rdzeń
magnetyczny

Rys. 10. Szkice budowy urządzeń grzejnych indukcyjnych [8]

a) piec rdzeniowy,
b) piec bezrdzeniowy,
c) nagrzewnica bezrdzeniowa (nagrzewanie zewnętrzne),
d) nagrzewnica bezrdzeniowa (nagrzewanie wewnętrzne)

Piec rdzeniowy

Na rysunku 11 przedstawiono szkic budowy indukcyjnego pieca rdzeniowego stosowanego

do  topienia  aluminium.  W  piecu  rdzeniowym  wzbudnik  odgrywający  rolę  uzwojenia
pierwotnego transformatora wytwarza zmienny strumień magnetyczny zamykający się w rdzeniu
magnetycznym.  Jako  uzwojenie  wtórne  (zwarty  zwój)  występuje  wsad  (topiony  metal)
umieszczony  w  pierścieniowym  kanale  stanowiącym  komorę  pieca  i  wykonanym  z  materiału
ogniotrwałego.  Pod  wpływem  zmian  strumienia  magnetycznego  powstają  we  wsadzie  prądy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

indukowane przyczyniające się do nagrzewania i topienia wsadu.

Przy rozpoczęciu każdego wytopu kanał musi być wypełniony metalem, dlatego podczas

każdego  zlewu  pozostawia  się  w  kanale  resztkę  stopionego  metalu  o  poziomie  zapewniającym
tworzenie  zwoju  zwartego.  Metal  przeznaczony  do  topienia  ładowany  jest  do  zbiornika
znajdującego  się  w  górnej  części  pieca  i  nagrzewany  jest  kosztem  ciepła  wytworzonego
w  metalu  wypełniającym  kanał.  Ciepło  przenosi  się  do  wsadu  przez  unoszenie  wywołane
krążeniem  metalu  między  kanałem  a  zbiornikiem.  Rdzeń  pieca  wykonany  jest  z  izolowanych
blach transformatorowych i jest chłodzony wodą.

Piece rdzeniowe zasila się napięciem o częstotliwości sieciowej i wartości od 230 V do

500 V otrzymanych z transformatora obniżającego wartość napięcia sieci wysokonapięciowej.

Piec bezrdzeniowy

W piecu bezrdzeniowym wsad znajduje się w tyglu ogniotrwałym otoczonym zwojami

wzbudnika. Wobec braku rdzenia żelaznego strumień magnetyczny wytworzony przez wzbudnik
musi  zamykać  się  przez  powietrze  i  wsad.  Opór magnetyczny  drogi  strumienia  magnetycznego
w  powietrzu  jest  duży,  dlatego  wartość  strumienia  magnetycznego  w  piecach  bezrdzeniowych
jest  mała.  Uzyskanie  odpowiedniej  wartości  siły  elektromotorycznej  indukowanej  we  wsadzie
przy  zmniejszonym  strumieniu  magnetycznym  jest  możliwe  przy  odpowiednio  zwiększonej
częstotliwości jego zmian. Z tego względu piece bezrdzeniowe wymagają zasilania napięciem o
częstotliwości większej niż to jest możliwe w piecach rdzeniowych.

W praktyce piece indukcyjne bezrdzeniowe zasilane są napięciem zmiennym

o  częstotliwościach  od  500  Hz  do  3000  Hz.  Przy  takich  częstotliwościach  występuje  dość
wyraźnie  zjawisko  naskórkowości.  Największe  wartości  gęstości  prądów  indukowanych  we
wsadzie występują w cienkiej warstwie przyściennej.
Na  rysunku  12  przedstawiono  szkic  budowy  indukcyjnego  pieca  bezrdzeniowego  stosowanego
do topienia stali.

p - wzbudnik,
w - wsad,
tg - tygiel,
a - izolacja cieplna,
m - mikanit,
s - podstawa szamotowa,
d - rama drewniana,
sp - lej spustowy,
op - oś przechylenia pieca,
ch - rurociągi wody chłodzącej

Rys. 12. Indukcyjny piec bezrdzeniowy stosowany do topienia stali - szkic budowy [6]

p - wzbudnik,
r - rdzeń,
pr - pień rdzenia,
k - kanał,
z - zbiornik,
b - obudowa,
t - izolacja cieplna,
a - rura termoizolacyjna,
g - wyprawa ogniotrwała,
c - korek ceramiczny

Rys. 11. Piec indukcyjny rdzeniowy do topienia aluminium – szkic budowy (przekrój) [6]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W piecu tym wzbudnik i tygiel umocowane są na podstawie szamotowej osadzonej na ramie

drewnianej.  Elementy  obudowy  pieca  wykonywane  są  ze  stali  niemagnetycznej,  żeby  nie
nagrzewały  się  zbytnio  pod  wpływem  zmiennego  strumienia  magnetycznego  wytworzonego
przez  wzbudnik.  Również  metalowe  elementy  konstrukcyjne  wykonuje  się  tak,  aby  zapobiec
tworzeniu  się  zamkniętych  obwodów  dla  prądów  wirowych  (izolowanie  miejsc  połączeń).
Wzbudnik wykonuje się z rury miedzianej, której wnętrze wykorzystuje się do przepływu wody
chłodzącej.  Zlewu  roztopionego  metalu  dokonuje  się  poprzez  obrót  pieca  wokół  osi
przechylenia.

Piece te, w odróżnieniu od pieców kanałowych, nie wymagają pozostawiania części

roztopionego metalu podczas opróżniania.
Wartość napięcia zasilającego wzbudnik wynosi od 500 V do 2000 V.

Zalety nagrzewania indukcyjnego:

−

małe koszty w porównaniu z innymi rodzajami nagrzewania,

−

możliwość uzyskania dużej gęstości mocy grzejnej we wsadzie,

−

możliwość regulacji głębokości nagrzewania,

−

łatwa regulacja wartości temperatury i jej rozkładu we wsadzie,

−

łatwa regulacja szybkości nagrzewania,

−

łatwe i szybkie uruchamianie procesu grzania, bez długotrwałych procesów rozgrzewania
i studzenia urządzeń,

−

powtarzalność procesów grzewczych,

−

nagrzewanie bezpłomieniowe,

−

możliwość budowania urządzeń o dużym zakresie mocy (od kilkuset woltoamperów do kilku

megawoltoamperów).

Urządzenia indukcyjne są stosowane do:

−

nagrzewania skrośnego wyrobów przed obróbką plastyczną (kucie, tłoczenie),

−

nagrzewania miejscowego do łączenia metali (lutowania lutem twardym i miękkim,

zgrzewania),

−

nagrzewania powierzchniowego do hartowania powierzchniowego przedmiotów stalowych,

−

topienia metali,

−

nagrzewania łatwopalnych substancji (umieszczonych w zbiornikach stalowych)

wykorzystywanych w procesach technologicznych przemysłu chemicznego (np. łatwopalne
składniki stosowane do produkcji farb i lakierów).

Źródłem  napięcia  przemiennego  w  urządzeniach  średniej  częstotliwości  są  różnego  rodzaju
przetwornice  napięcia.  W  starszych  rozwiązaniach  to  są  przetwornice  elektromaszynowe
wytwarzające napięcia o częstotliwościach do 1000 Hz. Obecnie powszechne zastosowanie mają
przetwornice  budowane  w  oparciu  o  elementy  półprzewodnikowe.  Urządzenia  o  mocach  do
kilkudziesięciu  kilowoltoamperów  posiadają  przetwornice  tranzystorowe,  a  urządzenia
większych  mocy  posiadają  przetwornice  tyrystorowe  (falowniki).  Źródłem  prądów  zmiennych
w urządzeniach dużych częstotliwości są generatory lampowe.

W wielu zastosowaniach grzania indukcyjnego urządzenia muszą umożliwiać regulację

mocy potrzebną w czasie nagrzewania albo przy dopasowaniu układu do różnych wsadów.

Obecnie produkowane urządzenia grzejne umożliwiają płynną regulację mocy w pełnym

zakresie  (od  0  do  mocy  znamionowej).  Regulację  tę  uzyskuje  się  poprzez  płynną  regulację
napięcia  stałego,  którym  zasilana  jest  przetwornica  lub  generator.  Zmiana  napięcia  zasilania
przetwornicy  (generatora)  powoduje  zmianę  amplitudy  wytworzonego  napięcia  przemiennego,
którym  zasilany  jest  wzbudnik.  To  zaś  prowadzi  do  zmiany  amplitudy  prądu  płynącego  przez
wzbudnik  i  zmiany  amplitudy  natężenia  pola  magnetycznego  wytworzonego  przez  ten  prąd,
a przenikającego  wsad.  Skutkiem  tego  jest  zmiana  mocy  czynnej  przekazywanej  do  wsadu  za
pośrednictwem pola magnetycznego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W urządzeniach indukcyjnych powszechne są dwa rozwiązania regulacji napięcia stałego

(a poprzez to regulacji mocy grzania):

−

stosowanie regulowanego prostownika tyrystorowego, najczęściej zasilanego bezpośrednio

z sieci jedno- lub trójfazowej,

−

stosowanie regulatora napięcia przemiennego, włączanego pomiędzy zaciski sieci zasilającej

a  zaciski  uzwojeń  strony  dolnego  napięcia  transformatora  podwyższającego  napięcie.
Uzwojenia górnego napięcia tego transformatora są przyłączone do prostownika diodowego,
z  którego  zasilana  jest  przetwornica  (lub  generator).  Rozwiązanie  to  stosowane  jest
w urządzeniach,  w  których  wymagane  jest,  aby  przetwornica  (lub  generator)  zasilana  była
wysokim napięciem stałym (powyżej 1 kV).

Urządzenia pojemnościowe

Pojemnościowe urządzenia grzejne to urządzenia, w których ciepło wytworzone jest

w dielektryku znajdującym się w zmiennym polu elektrycznym kondensatora.

Szybkozmienne pole elektryczne powoduje ruchy drgające cząstek dielektryka (dipoli),

czemu towarzyszy powstawanie ciepła (straty dielektryczne). Metodę tę stosuje się do
nagrzewania materiałów nieprzewodzących (dielektryków). Szkic budowy pojemnościowego
urządzenia grzejnego przedstawiono na rysunku 13.

G – generator napięcia w.cz.
e - elektrody,
w - wsad

Rys. 13. Szkic budowy urządzenia grzejnego pojemnościowego [6]

Elektrody metalowe, do których doprowadzone jest napięcie o bardzo dużej częstotliwości

z generatora,  stanowią  okładziny  kondensatora,  między  którymi  umieszczony  jest  nagrzewany
materiał.  Taki  układ  grzejny  można  przedstawić  jako  szeregowe  połączenie  idealnego
kondensatora  C  (bez  strat)  z  rezystorem  o  rezystancji  R,  dobranej  tak,  aby  moc  cieplna
wytworzona  w  tym  rezystorze  pod  wpływem  przepływającego  prądu  była  równoważna  mocy
cieplnej stanowiącej straty dielektryczne kondensatora.

Rys. 14. Schemat zastępczy pojemnościowego układu grzejnego (a) i jego wykres wskazowy (b)

δ – kąt strat dielektrycznych [6]

Kondensator C jako bezstratny mocy czynnej nie pobiera.
Moc czynna układu (moc cieplna) jest mocą wytwarzaną w rezystorze:

P = I U

Składowa czynna napięcia U

= IR =U sinδ

Składowa bierna napięcia U

= I X

= U cosδ

reaktancja kondensatora

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie: f – częstotliwość napięcia zasilającego.

W praktyce grzejnictwa pojemnościowego moc grzejną określa się zależnością:

P = 2πfC U

tg δ

gdzie: tg δ – nazywa się współczynnikiem strat dielektrycznych.

Nazwa „nagrzewanie pojemnościowe” wiąże się z zależnością mocy cieplnej od wartości

pojemności C występującej w powyższej zależności.

Moc grzejna rośnie z kwadratem wartości napięcia zasilającego. Maksymalna wartość

napięcia jest ograniczona wytrzymałością elektryczną dielektryka, w praktyce wartości napięć
dochodzą nawet do kilkudziesięciu kV.

Moc cieplna jest proporcjonalna do częstotliwości, dlatego dąży się do zasilania tego typu

urządzeń napięciem o dużej częstotliwości (powyżej 1MHz).

Przy procesach nagrzewania posługujemy się pojęciem mocy jednostkowej wyrażonej jako

stosunek mocy grzejnej do objętości wsadu.

πfCtg

Objętość wsadu V = Sd,
gdzie: S – powierzchnia wsadu (elektrod),

d – wysokość wsadu (odległość między elektrodami).

W praktyce bardzo często elektrody nagrzewnicy pojemnościowej i wsad stanowią kondensator
płaski.

Pojemność kondensatora płaskiego wyraża zależność:

gdzie:

ε - przenikalność elektryczna dielektryka (wsadu).

Uwzględniając powyższe zależności otrzymamy:

Pole elektryczne między elektrodami kondensatora płaskiego jest równomierne, a jego

natężenie E wyraża zależność:

Stąd moc jednostkowa:

Wielkość mocy jednostkowej ograniczana jest przez:

−

maksymalne dopuszczalne natężenie pola elektrycznego (wytrzymałość elektryczną wsadu),

−

maksymalną częstotliwość pracy uwarunkowaną konstrukcją generatorów i zjawiskami

fizycznymi

powodującymi

nierównomierne

nagrzewanie

przy

bardzo

dużych

częstotliwościach (powstawanie fal stojących).

W nagrzewnicach pojemnościowych pobór mocy i wartość temperatury wsadu można regulować
przez:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

zmianę wartości napięcia zasilającego,

−

zmianę częstotliwości napięcia zasilającego,

−

zmianę położenia elektrod (rozsunięcie, zbliżenie).

Zaletą  pojemnościowej  metody  nagrzewania  jest  krótki  czas  nagrzewania  wsadu  oraz
uzyskiwanie  równomiernego  rozkładu  wartości  temperatur  wewnątrz  nieprzewodzącego
materiału w stopniu nieosiągalnym żadną inną metodą.

Nagrzewanie pojemnościowe zwane jest również nagrzewaniem dielektrycznym ze względu

na zjawiska występujące w dielektryku. Na rysunku 15 przedstawiono szkic budowy
pojemnościowej suszarki do drewna, a na rysunku 16 szkic budowy zgrzewarki pojemnościowej.

e  -  elektrody  robocze,
pe - przeciwelektrody,
w - wsad,
pw - podstawa wózka,
d - belki dociskowe,
s - ściągacze,
sw - szczeliny wentylacyjne

Rys. 15. Pojemnościowa suszarka drewna – szkic budowy [6]

W suszarce do drewna poziomo umieszczone elektrody mają postać siatki wykonanej

z drutu mosiężnego o średnicy od 0,5 mm do 1,5 mm. Elektrody są połączone z jednym
biegunem źródła, a przeciwelektrody z drugim, połączonym z konstrukcją urządzenia.

Elektrody, wsad i przeciwelektrody ułożone są na przemian, tworząc zespół równolegle

połączonych  kondensatorów.  Stos  suszonego  drewna  jest  ściśnięty  belkami  dociskowymi
i  podstawą  wózka  za  pomocą  ściągaczy.  Między  belkami  (deskami)  każdej  warstwy  wsadu
pozostawia  się  pionowe  szczeliny  wentylacyjne  umożliwiające  krążenie  powietrza  i  odbieranie
wilgoci wydzielającej się z nagrzewanego drewna.

e - elektroda,
pe – przeciwelektroda,
w1, w2 – wsad (spajane materiały)

Rys. 16. Spajarka pojemnościowa do tworzyw sztucznych – szkic budowy [6]

Spajarka pojemnościowa zawiera dwie elektrody w postaci kółek metalowych, między

którymi  przesuwa  się  spajane  ze  sobą  materiały.  Za  pomocą  zgrzewarek  pojemnościowych
można  ze  sobą  spajać  materiały  o  grubości  do  1  mm.  Tego  typu  urządzenia  budowane  są
o  mocach  od  kilku  do  100  VA  i  częstotliwościach  od  50  MHz  do  200  MHz.  Natężenie  pola
elektrycznego przy spajaniu elektrycznym zwykle nie powinno przekraczać 1000 V/m.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nagrzewanie pojemnościowe jest stosowane do:

−

podgrzewania tworzyw sztucznych konstrukcyjnych przed operacjami tłoczenia - stosowane

są nagrzewnice o mocach rzędu kilowatów przy napięciach do 3 kV i częstotliwościach
20 – 25 MHz przy temperaturach do 180

−

suszenia drewna (częstotliwość pracy do 5 MHz, temperatura pracy do 150

C),

−

klejenia

drewna

(wyrobu

sklejek,

płyt

pilśniowych,

kształtowych

materiałów

konstrukcyjnych), zakres temperatur od 60 do 150

−

spajania tworzyw sztucznych (temperatura pracy od 60 do 150

C przy częstotliwościach

25 – 250 MHz i mocach 5 – 100 W),

−

suszenia i sterylizacji produktów spożywczych i farmaceutycznych,

−

pasteryzacji mleka,

−

nagrzewania żywności.

Cechą charakterystyczną nagrzewnic pojemnościowych jest to, że tor silnoprądowy

zakończony jest kondensatorem (którego okładziny stanowią elektrody robocze) zasilanym
z generatora bardzo dużej częstotliwości.

Urządzenia grzejne domowe

Jest duża różnorodność elektrycznych urządzeń grzejnych różniących się wielkością,

konstrukcją, przeznaczeniem i mocą grzejną. Moc grzejna urządzeń domowych zwykle nie
przekracza 1 kW.

Ze względu na przeznaczenie można wyróżnić następujące grupy elektrycznych domowych

urządzeń grzejnych:

−

grzejniki do ogrzewania pomieszczeń (konwekcyjne, akumulacyjne, wentylatorowe,

kominkowe, promiennikowe, panelowe, podłogowe, podgrzewacze łazienkowe),

−

grzejniki do nagrzewania cieczy (bojlery, ogrzewacze przepływowe, grzałki nurkowe,

podgrzewacze),

−

naczynia grzejne (garnki, patelnie, naczynia do smażenia, szybkowary),

−

kuchenki do nagrzewania naczyń i ich zawartości (kuchnie, kuchenki, kuchenki mikrofalowe,

płyty grzejne, piekarniki, podstawki),

−

przyrządy do nagrzewania żywności (piece chlebowe, rożna, frytkownice, opiekacze),

−

narzędzia grzejne (lutownice, żelazka, parniki, zapalarki, opalarki, suszarki do włosów,

poduszki, koce, buty, suszarki łazienkowe, suszarki do naczyń).

Urządzenia  grzejne  stosowane  w  gospodarstwach  domowych  powinny  być  tak  skonstruowane
i posiadać  tak  opracowaną  instrukcję  obsługi,  aby  ich  uruchamianie  i  obsługa  w  czasie
normalnego  użytkowania  nie  sprawiała  kłopotów  przeciętnym  użytkownikom  nie  mającym
wykształcenia technicznego.

Tabliczka znamionowa

Każde urządzenie elektrotermiczne posiada tabliczkę znamionową, która powinna być

przymocowana w miejscu łatwo dostępnym, a jednocześnie nie szpecącym wyglądu urządzenia
(szczególnie w urządzeniach domowych).

Na tabliczce znamionowej podawane są dane identyfikujące producenta (nazwa), typ

i model  urządzenia,  rok  produkcji  (często  kwartał  lub  miesiąc),  numer  seryjny,  moc
znamionowa,  znamionowe  napięcie  zasilające  (rodzaj,  wartość,  częstotliwość),  wartość  prądu
znamionowego,  współczynnik  mocy,  rodzaj  pracy,  częstotliwość  pracy,  masa,  znaki
bezpieczeństwa i certyfikacji.

Na tabliczce znamionowej mogą być podawane również inne informacje przewidziane przez

producenta.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dane umieszczone na tabliczce znamionowej umożliwiają:

−

jednoznaczną identyfikację urządzenia,

−

egzekwowanie praw konsumenckich (reklamacje, naprawy gwarancyjne),

−

dobór sposobu i środka transportu (ręczny, mechaniczny),

−

określenie dodatkowego obciążenia prądowego sieci zasilającej,

−

określenie rodzaju zasilania i zabezpieczeń.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie zjawiska fizyczne wykorzystywane są do nagrzewania w elektrotermicznych

urządzeniach grzewczych?

2.  Według jakich kryteriów klasyfikowane są urządzenia grzewcze?
3.  Jak klasyfikujemy urządzenia grzewcze ze względu na zasadę nagrzewania?
4.  Jakie są charakterystyczne cechy budowy poszczególnych rodzajów urządzeń grzewczych?
5.  Jaka jest zasada działania poszczególnych urządzeń grzewczych?
6.  Jakie  charakterystyczne  elementy  elektryczne  znajdują  się  na schematach  poszczególnych

urządzeń grzewczych?

7. Jakie są podobieństwa i różnice w budowie i zasadzie działania pomiędzy urządzeniami do

nagrzewania indukcyjnego i pojemnościowego?

8. Jakie są podobieństwa i różnice w budowie i zasadzie działania pomiędzy piecami

grzewczymi i suszarkami przemysłowymi?

9.  Jakie są przykłady typowych zastosowań poszczególnych urządzeń elektrotermicznych?
10.  Jakie informacje są podawane na tabliczce znamionowej urządzeń elektrotermicznych?
11.  Do czego przydatne są informacje podawane na tabliczkach znamionowych.

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj urządzenia i podzespoły elektryczne toru mocy na schemacie ideowym

przemysłowych urządzeń grzewczych takich jak:

a)  piec hartowniczy,
b)  suszarka przemysłowa,
c)  nagrzewnica indukcyjna,
d)  nagrzewnica pojemnościowa,
e)  przemysłowy ogrzewacz wentylatorowy,
f)  inne dowolne przemysłowe urządzenie grzewcze.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić na podstawie schematu rodzaj urządzenia grzewczego,
2)  zidentyfikować elementy toru mocy urządzeń na podstawie ich schematów ideowych,
3)  znaleźć w katalogach zidentyfikowane elementy urządzenia,
4)  znaleźć informację o zidentyfikowanych elementach i ich producentach w Internecie,
5)  objaśnić, jaką funkcję spełniają te elementy w danym układzie,
6)  podać ich podstawowe parametry.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy ideowe przemysłowych urządzeń grzewczych,

−

dokumentacja techniczna przemysłowych urządzeń grzewczych,

−

karty katalogowe przemysłowych urządzeń grzewczych,

−

katalogi elementów elektrycznych,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka.

Ćwiczenie 2

Na podstawie danych z tabliczek znamionowych i danych katalogowych lub dokumentacji

technicznej określ warunki zasilania i transportu urządzeń elektrotermicznych takich jak:
1)  piec hartowniczy,
2)  suszarka przemysłowa,
3)  nagrzewnica indukcyjna,
4)  przemysłowy ogrzewacz wentylatorowy,
5)  suszarka domowa,
6)  inne dowolne przemysłowe urządzenie grzewcze.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić rodzaj zasilania urządzenia,
2)  obliczyć znamionowe prądy zasilające,
3)  określić rodzaj stosowanej ochrony przeciwporażeniowej,
4)  określić ciężar urządzenia,
5)  zidentyfikować elementy przewidziane do transportu,
6)  zaproponować środek transportu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− tabliczki znamionowe urządzeń (ich zdjęcia),

− karty katalogowe lub informacyjne, rysunki ofertowe lub niezbędne fragmenty

dokumentacji technicznej,

− zeszyt do ćwiczeń, ołówek, kalkulator.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać urządzenia na podstawie ich schematu?

2) sklasyfikować urządzenia grzejne?

3) odczytać schematy ideowe urządzeń grzejnych?

4) scharakteryzować urządzenia grzejne?

5) określić warunki zasilania na podstawie danych z tabliczki znamionowej?

6) dobrać środki transportu na podstawie dokumentacji technicznej?

7) wskazać podobieństwa i różnice w zasadzie działania urządzeń

elektrotermicznych?

8) wskazać podobieństwa i różnice w schematach blokowych urządzeń

elektrotermicznych?

9) wskazać podobieństwa i różnice w schematach ideowych urządzeń

elektrotermicznych?

10) rozpoznać rodzaj zastosowanej ochrony przeciwporażeniowej

w urządzeniach elektrotermicznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Układy połączeń rezystancyjnych elementów grzejnych

4.2.1. Materiał nauczania

Urządzenia elektrotermiczne rezystancyjne małych mocy (przyrządy i narzędzia grzejne)

mogą  być  zasilane  napięciem  stałym  lub  przemiennym  jednofazowym.  W  urządzeniach  tych
można  uzyskać  stopniowanie  mocy  przez  łączenie  szeregowe  lub  równoległe  elementów
grzejnych.  Urządzenia  elektrotermiczne  rezystancyjne  dużych  mocy  są  zasilane  z  sieci
trójfazowej a ich elementy grzejne mogą być łączone w trójkąt lub w gwiazdę.

Połączenie równoległe

Połączenie równoległe dwóch jednakowych elementów grzejnych przedstawiono na

rysunku 17.

R – rezystancja elementu grzejnego,
U – wartość skuteczna napięcia zasilającego

Rys. 17. Schemat równoległego połączenia elementów grzejnych [6]

Moc cieplną wydzieloną w jednym elemencie grzejnym określa zależność:

Całkowita moc wydzielona w układzie dwóch elementów połączonych równolegle jest równa:

Natężenie prądu płynącego przez każdy element można obliczyć z zależności:

Wartość natężenia prądu pobieranego z sieci:

Rezystancja zastępcza układu (mierzona miernikiem) jest równa:

Przy n elementach połączonych równolegle obowiązują następujące zależności:

−

całkowita moc cieplna wydzielona w układzie jest równa:

−

wartość natężenia prądu pobieranego z sieci jest równa:

−

rezystancję zastępczą układu określa zależność:

Cechą charakterystyczną połączenia równoległego jednakowych elementów grzejnych jest to,
że:

−

początki elementów są połączone ze sobą i końce również,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

na elementach występuje takie samo napięcie, równe napięciu zasilania,

−

przez każdy element płynie prąd o takim samym natężeniu,

−

wartość natężenia prądu pobieranego z sieci jest tyle razy większa od natężenia prądu
płynącego w pojedynczym elemencie, ile elementów jest połączonych równolegle,

−

moc cieplna (moc pobierana z sieci) wydzielana w układzie jest tyle razy większa od mocy
cieplnej wydzielanej w pojedynczym elemencie, ile elementów jest połączonych
równolegle,

−

rezystancja zastępcza układu jest tyle razy mniejsza od rezystancji pojedynczego elementu,
ile elementów jest połączonych równolegle.

Połączenie równoległe rezystancyjnych elementów grzejnych jest najczęściej stosowanym
połączeniem w rezystancyjnych urządzeniach grzewczych.

Połączenie szeregowe

Połączenie szeregowe dwóch jednakowych elementów grzejnych przedstawiono na

rysunku 18.

R – rezystancja elementu grzejnego,
U – wartość skuteczna napięcia zasilającego

Rys. 18. Schemat szeregowego połączenia elementów [6]

Całkowita moc wydzielona w układzie dwóch elementów połączonych szeregowo jest równa:

Przez każdy element płynie ten sam prąd, którego natężenie można obliczyć z zależności:

Z porównania odpowiednich zależności dla równoległego i szeregowego połączenia dwóch
elementów grzejnych wynika, że:

−

wydzielana moc cieplna przy połączeniu równoległym elementów jest cztery razy większa
niż przy połączeniu szeregowym

= 4 P

−

wartość natężenia prądu pobieranego z sieci przy połączeniu równoległym elementów jest
cztery razy większa niż przy połączeniu szeregowym

= 4 I

Przy n elementach jednakowych połączonych szeregowo obowiązują następujące zależności:

−

całkowita moc cieplna wydzielona w układzie jest równa

−

wartość natężenia prądu pobieranego z sieci jest równe:

−

rezystancję zastępczą układu określa zależność:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

wartość napięcia na jednym elemencie jest równa:

−

moc wydzielana w jednym elemencie:













Cechą charakterystyczną szeregowego połączenia jednakowych elementów grzejnych jest to, że:

−

koniec jednego elementu jest połączony z początkiem następnego (drugiego),

−

na elementach występuje takie samo napięcie i jest ono tyle razy mniejsze od napięcia
zasilającego, ile elementów występuje w układzie,

−

przez każdy element płynie prąd o takim samym natężeniu i równe jest ono wartości
natężenia prądu pobieranego z sieci zasilającej,

−

moc cieplna (moc pobierana z sieci) wydzielana w układzie jest tyle razy większa od mocy
cieplnej wydzielanej w pojedynczym elemencie ile elementów jest połączonych szeregowo,

−

rezystancja zastępcza układu jest tyle razy większa od rezystancji pojedynczego elementy ile
elementów jest połączonych szeregowo.

Połączenie jednakowych elementów w trójkąt

Połączenie jednakowych elementów grzejnych w trójkąt przedstawiono na rysunku 19.

R – rezystancja elementu grzejnego,
U – wartość skuteczna napięcia

międzyprzewodowego

Rys. 19. Schemat połączenia elementów grzejnych w trójkąt [6]

W układzie jednakowych elementów rezystancyjnych połączonych w trójkąt można

dokonać pomiaru rezystancji R

miernikiem (przy odłączonym układzie zasilania) pomiędzy

zaciskami fazowymi (1–2, 2–3, 1–3). Wyniki pomiarów powinny być takie same. Zależność
pomiędzy wynikiem pomiaru a rezystancją R elementu jest określona wzorem:

Różnica w wynikach pomiarów świadczy o wadliwym układzie grzejnym lub stykach jego
połączeń.
Schemat układu przy pomiarze rezystancji pomiędzy zaciskami 1–2 przedstawiono na rysunku 20.

Rys. 20. Schemat zastępczy elementów połączonych w trójkąt z punktu widzenia zacisków 1-2 [6]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Z punktu widzenia zacisków pomiarowych 1-2 układ przedstawia sobą połączenie równoległe
rezystorów o wartościach R i 2R.

⋅

Mierząc wartość rezystancji zastępczej układu można określić wartość rezystancji pojedynczego
elementu z zależności:

Na każdym elemencie występuje taka sama wartość napięcia międzyprzewodowego, więc
w każdym będzie się wydzielała taka sama moc:

Ponieważ w układzie występują trzy elementy grzejne, to moc wydzielana w tym układzie
będzie trzy razy większa niż moc wydzielana w jednym elemencie:

∆

Połączenie jednakowych elementów w gwiazdę

Połączenie jednakowych elementów w gwiazdę przedstawiono na rysunku 21.

Rys. 21. Schemat połączenia elementów grzejnych w trójkąt [6]

– wartość skuteczna napięcia fazowego

W układzie jednakowych elementów rezystancyjnych połączonych w gwiazdę można dokonać
pomiaru rezystancji R

miernikiem (przy odłączonym układzie zasilania):

−

gdy niedostępny jest punkt gwiazdowy (N), pomiędzy zaciskami fazowymi (1–2, 2–3,
1–3). Wówczas wynik pomiaru jest dwukrotnie większy od wartości rezystancji R elementu
grzejnego R

= 2 R.

−

gdy dostępny jest punkt gwiazdowy (N), pomiędzy zaciskami fazowymi a punktem
gwiazdowym (1–N, 2–N, 3 – N). Wówczas wynik pomiaru jest równy wartości rezystancji
elementu grzejnego R

= R.

Różnica w wynikach pomiarów świadczy o wadliwym układzie grzejnym lub stykach jego

połączeń.

Na każdym elemencie występuje taka sama wartość napięcia fazowego, więc w każdym

będzie się wydzielała taka sama moc:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ponieważ w układzie występują trzy elementy grzejne to moc wydzielana w tym układzie

będzie trzy razy większa niż moc wydzielana w jednym elemencie:

W układzie trójfazowym, napięcie fazowe U

i międzyprzewodowe U powiązane są

zależnością:

⇒

Uwzględniając powyższą zależność, moc w układzie elementów połączonych w gwiazdę

jest określona jako:









Z porównania mocy wydzielanej w układzie jednakowych elementów połączonych w trójkąt

i w gwiazdę wynika, że:

∆

= 3 P

Moc wydzielana w układzie elementów połączonych w trójkąt jest trzykrotnie większa od

mocy wydzielanej w układzie takich samych elementów połączonych w gwiazdę.

Przełączanie trójkąt-gwiazda wykorzystuje się w ten sposób, że w okresie rozgrzewania

urządzenia (po stanie wystudzenia), w celu skrócenia czasu rozgrzewania, elementy grzejne
włączane są w trójkąt, a po osiągnięciu założonej temperatury elementy grzejne przełączane są
w gwiazdę i z trzykrotnie mniejszą mocą grzejną utrzymywana jest stała temperatura grzania.

Poprzez wykorzystywanie większej liczby elementów grzejnych i stosowanie różnych

układów połączeń można zwiększyć liczbę regulowanych stopni mocy grzejnej zarówno
w układach jedno - jak i trójfazowych.

Cechą charakterystyczną elektrotermicznych urządzeń rezystancyjnych jest to, że

elementem końcowym toru głównego (toru mocy) są elementy rezystancyjne.

Elementy te na schematach ideowych urządzeń przedstawione są w postaci symboli

rezystorów. Do nich, poprzez silnoprądowe elementy zabezpieczające, łączeniowe i przewody
doprowadzone jest napięcie zasilające, najczęściej bezpośrednio z sieci jedno- (przy mniejszych
mocach) lub trójfazowej.

Element grzejny to przewód grzejny w postaci takiej, w jakiej ma pracować w urządzeniu

grzejnym, razem z elementami izolacyjnymi i mocującymi.
Elementy grzejne wykonane z materiałów niemetalowych mają kształt nadany im podczas
procesu produkcyjnego głównie ze względu na dużą kruchość, która uniemożliwia jakiekolwiek
ich kształtowanie.
Przy dobieraniu grzejnego elementy rezystancyjnego należy uwzględnić szereg warunków,
w jakich ma pracować dany element, a w szczególności:

−

maksymalną temperaturę pracy,

−

warunki chłodzenia,

−

sposób mocowania,

−

miejsce pracy (rodzaj urządzenia),

−

wpływ czynników zewnętrznych (atmosfera, drgania, naprężenia mechaniczne),

−

rodzaj materiału zastosowanego (jego parametry elektryczne i mechaniczne),

−

czas eksploatacji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

koszty wykonania (zakupu),

−

wykonanie,

−

konstrukcję.

Dobierając elementy grzejne do urządzeń fabrycznych należy uwzględniać zalecenia

producenta. Niezbędne dane można uzyskać z dokumentacji technicznej, wykazu części
zapasowych bądź bezpośrednio od producenta.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są cechy charakterystyczne połączenia szeregowego elementów grzejnych?
2.  Jakie są cechy charakterystyczne połączenia równoległego elementów grzejnych?
3.  Jakie są cechy charakterystyczne układu elementów grzejnych połączonych w trójkąt?
4.  Jakie są cechy charakterystyczne układu elementów grzejnych połączonych w gwiazdę?
5.  Od czego zależy moc cieplna wydzielana w rezystancyjnych urządzeniach grzejnych jedno-

i trójfazowych?

6. W jaki sposób można regulować moc cieplną w prostych rezystancyjnych urządzeniach

grzejnych?

7. Ile razy zwiększa się moc pobierana przez urządzenie przy przełączeniu jego elementów

z układu gwiazdy w trójkąt i dlaczego?

8. Ile razy zwiększa się moc pobierana przez urządzenie przy przełączeniu jego elementów

z układu szeregowego na równoległy i dlaczego?

9. Jakie warunki należy uwzględniać przy doborze rezystancyjnych elementów grzejnych?
10. W jaki sposób można określić cechy elementów grzejnych, aby złożyć na nie zamówienie?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj pracę jednakowych rezystancyjnych elementów grzejnych połączonych:

a)  szeregowo,
b)  równolegle,
c)  w trójkąt,
d)  w gwiazdę.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  narysować układy połączeń,
2)  wyprowadzić zależności na wartości wydzielanych mocy w poszczególnych układach,
3)  wyprowadzić  zależności  na  rezystancję  zastępczą  układu  widzianą  z  zacisków  sieci

zasilającej,

4) przekształcić zależności na rezystancje zastępcze tak, aby określić rezystancję jednego

elementu,

5) porównać uzyskane zależności,
6) obliczyć rezystancję elementu grzejnego przyłączonego do sieci jednofazowej, tak aby moc

wydzielana w nim była równa mocy wydzielanej w układzie trzech elementów o rezystancji
R połączonych w trójkąt i przyłączonych do sieci trójfazowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka.

Ćwiczenie 2

Dobierz i „złóż” zamówienie na elementy grzejne rurkowe do trójfazowego piekarnika

przemysłowego zasilanego z sieci, złożonego z trzech jednakowych elementów połączonych w:
a) trójkąt,
b) gwiazdę.

przyjmując:

−

moc ogrzewacza 4,5 kW,

−

kształt elementów typu M,

−

mocowanie przy pomocy przepustów gwintowanych M16,

−

podłączenia przystosowane do końcówek konektorowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  narysować schemat połączeń elementów,
2)  określić napięcie pracy elementów,
3)  obliczyć moc i rezystancję pojedynczego elementu grzejnego,
4)  dobrać elementy na podstawie katalogu,
5)  napisać  zamówienie  na  elementy  grzejne  zgodnie  z  wymaganiami  podanymi  w katalogu

producenta,

6) znaleźć producenta elementów grzejnych w Internecie i wypełnić formularz zamówienia (bez

wysyłania).

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

katalog elementów grzejnych rurkowych,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

zeszyt do ćwiczeń, kalkulator.

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozpoznać rodzaje układów połączeń elementów grzejnych?

dokonać obliczeń mocy w poszczególnych układach jednofazowych znając
rezystancję elementów?

dokonać obliczeń rezystancji elementów w poszczególnych układach
znając całkowitą moc układu?

przeanalizować

schematy

połączeń

elementów

grzejnych

w układach jedno - trójfazowych?

określić

warunki

zasilania

elementów

podstawie

danych

z tabliczki znamionowej i schematu ideowego urządzenia?

wskazać czynniki wpływające na dobór elementów grzejnych?

dokonać obliczeń mocy w poszczególnych układach trójfazowych, znając
rezystancję elementów?

porównać właściwości układów jednakowych elementów połączonych
szeregowo i równolegle?

porównać właściwości układów jednakowych elementów połączonych
w trójkąt i gwiazdę?

10) określić cechy rezystancyjnych elementów grzejnych, jakie są niezbędne,

aby złożyć na nie zamówienie?

11) znaleźć producentów rezystancyjnych elementów grzejnych i złożyć

zamówienie na określone elementy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3 Regulacja temperatury w urządzeniach grzejnych

4.3.1. Materiał nauczania

Obiekty cieplne podlegają wpływom różnych zakłóceń na wartość ich temperatury,

z których najważniejsze to:

−

zmiany napięcia sieci zasilającej elektryczne urządzenia grzejne (moc grzewcza jest

proporcjonalna do kwadratu napięcia zasilającego),

−

zmiany temperatury otoczenia,

−

zmiany temperatury spowodowane wymianą wsadu (otwarcie drzwi, klap itp.).

Regulację temperatury stosuje się w przypadku konieczności utrzymywania stałej temperatury
lub programowej jej zmiany, można ją przeprowadzać ręcznie lub automatycznie. Ręczna
regulacja temperatury, ze względu na konieczność ciągłego dozorowania, jest stosowana bardzo
rzadko, w prostych mało odpowiedzialnych układach.
Rozróżnia się dwa podstawowe typy regulacji:

−

ciągłą (wielkość regulowana może przyjmować dowolne wartości),

−

nieciągłą (wielkość regulowana może przyjmować tylko kilka ściśle określonych wartości –

najczęściej dwie lub trzy).

Regulacja ciągła

Regulacja ciągła wymaga analogowych członów wykonawczych (urządzenia tyrystorowe).

W urządzeniach przemysłowych dużych mocy, ze względu na duże koszty urządzeń
tyrystorowych, nie jest stosowana.
Najczęściej spotyka się regulatory:

−

proporcjonalne P,

−

proporcjonalno-różniczkujące PD,

−

proporcjonalno-całkujące PI,

−

proporcjonalno – całkująco - różniczkujące PID.

Regulator proporcjonalny P działa jak wzmacniacz. Regulator całkujący I generuje sygnał

narastający – gdy sygnał wejściowy jest dodatni, lub malejący – gdy sygnał wejściowy jest
ujemny. Regulator różniczkujący D generuje sygnał dodatni – gdy sygnał wejściowy narasta, lub
ujemny – gdy sygnał wejściowy maleje.

Stosowanie regulatorów typu I zalecane jest, gdy występują małe i długotrwałe zmiany

sygnału regulowanego. W przypadku, gdy występują szybkie zmiany wartości i kierunku
wielkości regulowanej, zalecane jest stosowanie regulatorów typu D.

Najlepsze wyniki regulacji uzyskuje się przez stosowanie regulatorów o działaniu będącym

kombinacją regulatorów P, I, D.

Rys. 22. Schemat blokowy układu ciągłej regulacji temperatury [6]

Układ powyższy pracuje jako układ ciągłej regulacji temperatury pod warunkiem, że sterownik
tyrystorowy pracuje w układzie sterownika fazowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Regulacja nieciągła

W układach regulacji nieciągłej stosowane są człony wykonawcze nieciągłe, posiadające

dwa stany: załączony lub wyłączony. Są to najczęściej styczniki i coraz powszechniej stosowane
w urządzeniach mniejszych mocy łączniki tyrystorowe.
Rozróżnia się trzy podstawowe układy regulatorów nieciągłych:

−

regulatory dwustanowe,

−

regulatory trójstanowe,

−

regulatory impulsowe.

Regulacja dwustanowa

Regulatory dwustanowe są najprostszymi i najtańszymi regulatorami, dzięki czemu nadal

mają szerokie zastosowanie, szczególnie w urządzeniach grzejnych przemysłowych dużych
mocy oraz w urządzeniach gospodarstwa domowego.

Regulacja dwustanowa polega na włączeniu znamionowej mocy grzania, gdy temperatura

obiektu jest mniejsza od temperatury wymaganej i wyłączeniu w przeciwnym przypadku.

Na rysunku 23 przedstawiono schemat blokowy układu dwustanowej regulacji temperatury,

w którym elementem włączającym napięcie zasilające obiekt jest stycznik sterowany łącznikiem
regulatora temperatury.

Cechą charakterystyczną regulatorów dwustanowych jest to, że istnieje możliwość

ustawiania (zadawania) tylko jednej temperatury pracy obiektu, często posiadają jeden łącznik.

Układ z rysunku 22 może również pracować jako regulator dwustanowy, gdy układ

tyrystorowy będzie pracował jako łącznik prądu przemiennego.

Rys. 23. Schemat blokowy układ dwustanowej regulacji temperatury [6]

Regulacja trójstanowa

Schemat blokowy układu realizujący trójstanową regulację temperatury przedstawiono na

rysunku 24. Regulacja trójstanowa umożliwia trzy stany pracy urządzenia: załączenie pełnej
mocy grzania, załączenie mniejszej mocy grzania i wyłączenie grzania.

Regulacja ta stosowana jest wówczas, gdy wymagany jest krótki czas osiągnięcia

wymaganej  temperatury  po  włączeniu  wystudzonego  urządzenia  (piec  hartowniczy,  suszarka).
Załącza  się  wówczas  urządzenie  z  mocą  grzania  znacznie  większą  niż  moc  konieczna  do
utrzymywania stałej temperatury. Po osiągnięciu założonej temperatury obiektu część mocy jest
wyłączana i układ pracuje z  mniejszą  mocą tak jak układ regulacji dwustanowej. Mniejsza  moc
powinna  zapewnić  otrzymanie  każdej  potrzebnej  w  czasie  eksploatacji  temperatury.  Regulator
trójstanowy umożliwia ustawienie dwóch różnych wartości temperatur (T

min

i T

max

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zasada działania

Jeżeli obiekt jest wystudzony i temperatura jego jest mniejsza od minimalnej temperatury

zadanej T

min

, to oba łączniki regulatora są zamknięte, powodując przepływ prądu przez cewki

wzbudzające styczników S1 i S2 i załączenie ich styków. Obie grupy elementów grzejnych
obiektu są załączone i temperatura wewnątrz szybko narasta.

Rys. 24. Schemat blokowy układ trójstanowej regulacji temperatury [6]

Jeżeli temperatura obiektu przekroczy temperaturę minimalną T

min

, wówczas łącznik regulatora

przerwie obwód cewki stycznika S1 i jedna grupa elementów grzejnych zostanie wyłączona,
podczas gdy druga będzie nadal zasilana.

Jeżeli temperatura obiektu przekroczy maksymalną temperaturę zadaną T

max

, wówczas drugi

łącznik regulatora przerwie obwód cewki stycznika S2 i obie grupy elementów grzejnych będą
wyłączone. Gdy temperatura obiektu spadnie poniżej temperatury T

max

, łącznik regulatora

załączy stycznik S2 i ponownie zostanie załączona druga grupa elementów grzejnych.

Jeżeli temperatura obiektu nie zmniejszy się poniżej temperatury T

min

, układ będzie

pracował jak typowy regulator dwustanowy i temperatura obiektu będzie oscylowała wokół
maksymalnej temperatury zadanej T

max

Jeżeli temperatura obiektu spadnie poniżej temperatury minimalnej T

min

(np. po otworzeniu

drzwi suszarki), oba łączniki regulatora będą zamknięte i obie grupy elementów grzejnych będą
załączone powodując szybszy wzrost temperatury. Jeżeli utrata ciepła będzie tak duża, że przy
mniejszej mocy grzania wartość temperatury będzie malała poniżej wartości T

min

, to proces może

się ustalić się na nowym poziomie z oscylacjami wokół temperatury T

min

W układach trójfazowych można spotkać rozwiązania, w których regulator steruje

stycznikami przełączającymi elementy grzejne z układu trójkąta w gwiazdę.

Cechą charakterystyczną regulatorów trójstanowych jest to, że istnieje możliwość

ustawiania (zadawania) dwóch temperatur pracy obiektu – temperatury minimalnej
i maksymalnej. Regulatory z wyjściem stykowym posiadają przynajmniej dwa niezależne od
siebie łączniki.

Przy regulacji dwu- i trójstanowej, w stanie ustalonym, czasy załączania i wyłączania (okres

impulsowania - częstotliwość) mocy grzejnej zależne są tylko od właściwości obiektu.

Regulacja impulsowa

Regulacja impulsowa jest odmianą regulacji dwustanowej. Charakterystyczną cechą

regulacji impulsowej jest to, że częstotliwość lub szerokość impulsów załączania mocy grzania
jest niezależna od właściwości obiektu. Uzyskuje się przez to znacznie mniejsze oscylacje
wartości temperatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Powszechnie stosowane są dwa rodzaje regulacji impulsowej:

−

ze stałą częstotliwością impulsowania (z modulacją szerokości impulsów),

−

ze stałą szerokością impulsów (modulacją częstotliwości impulsów).

Na rysunku 25 przedstawiono przebiegi sygnałów łączeniowych regulatora przy trzech metodach
regulacji nieciągłej i trzech współczynnikach wypełnienia impulsów k.

Rys. 25. Sposoby impulsowej regulacji temperatury – ilustracja przebiegów łączeniowych regulatora [1]

a) regulacja dwustanowa,
b) regulacja ze stałą częstotliwością impulsowania,
c) regulacja ze stałą szerokością impulsów

Okres impulsowania t

jest to suma czasu załączenia t

i wyłączenia t

układu.

Częstotliwość impulsowania jest odwrotnością okresu impulsowania.
Współczynnik wypełnienia k impulsów jest to stosunek czasu załączenia t

do okresu

impulsowania t

, k = t

Przy regulacji ze stałą częstotliwością impulsowania czas załączenia mocy (współczynnik

wypełnienia impulsów) jest zależny od uchybu regulacji. W urządzeniach przemysłowych, przy
dużych mocach (powyżej 1 kW) zaleca się stosować okres impulsowania większy od 40 sekund
w celu ograniczenia częstotliwości zakłóceń pracy sieci zasilającej występujących podczas
załączania dużych mocy (prądów).

Przy regulacji ze stałą szerokością impulsów czas załączania mocy jest stały, a zmienia się

czas jej wyłączenia - częstotliwość załączania mocy jest zależna od uchybu regulacji.

Coraz powszechniej stosowane są regulatory mikroprocesorowe, które mogą pracować

zarówno  jako  regulatory  ciągłe  jak  i  nieciągłe.  W  regulatorach  tego  typu  można  dowolnie
kształtować  charakterystykę  regulacji  (zależność  wielkości  regulowanej  od  wielkości  i  zmian
uchybu  regulacji).  Umożliwiają  one  również  programową  zmianę  wielkości  zadanej  w  czasie.
Mogą  współpracować  z  wieloma  czujnikami temperatury  umieszczonymi  w  różnych  miejscach
obiektu  i  realizować  program  sterowania  systemem  grzejnym  uzależnionym  od  wskazań
czujników – posiadają wiele wyjść do sterowania kilku członów wykonawczych.

Regulatory temperatury

W urządzeniach elektrotermicznych, zależnie od standardu, stosowana jest szeroka gama

regulatorów.  Producenci  regulatorów  oferują  zarówno  bardzo  proste  i  tanie  regulatory
jednostykowe  (bimetalowe,  manometryczne),  jak  i  skomplikowane  o  dużych  możliwościach
programowania,  sterowane  mikroprocesorem  czy  też  mikrokontrolerem  (mikrokomputerem
jednoukładowym).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do ważniejszych parametrów użytkowych regulatorów (termostatów) należą:

−

rodzaj sygnału wejściowego (rodzaj współpracującego czujnika temperatury – rezystancyjny,

termopara, wejście napięciowe, wejście prądowe, czujnik wbudowany),

−

zakres regulacji i pomiaru temperatury (w tym dokładność ustawiania i regulacji),

−

zakresy nastaw parametrów regulatora,

−

rodzaj regulacji,

−

liczba i rodzaj wyjść sterujących i ich obciążalność (przekaźnikowe, tranzystorowe, prądowe,

napięciowe),

−

napięcie zasilania,

−

liczba programów (w regulatorach programowalnych).

W kartach katalogowych producentów regulatorów (termostatów) podawane są ich

szczegółowe parametry, na podstawie których można dobrać termostat do własnych potrzeb.
Producenci termostatów mają różne wymagania, co do sposobów zamawiania swoich urządzeń.

W zamówieniu należy podać:

−

informację identyfikującą jednoznacznie termostat (symbol typu i wykonania, numer

katalogowy lub kod wyrobu),

−

liczbę zamawianych sztuk,

−

sposób odbioru (odbiór własny, przesyłka),

−

termin odbioru,

−

sposób i termin płatności,

−

dane identyfikujące zamawiającego (nazwisko, nazwa firmy, adres, telefon, niezbędne dane

do wystawienia faktury, jeśli jest konieczna).

Przykładowe dane (handlowe) podawane w katalogu „ELFA” termostatu przeznaczonego do

prostych urządzeń grzewczych (np. suszarka):
Termostat bimetalowy, typ 2455RM-L140.
Producent Elmwood.
Termostat bimetalowy z ręcznym przyciskiem kasującym. Kasowanie możliwe, gdy temperatura
spadnie do 70 °C. Kasowanie automatyczne przy + 5 °C.
Temperatura zadziałania: 140 ±5 °C.
Napięcie: 250 V~ max.
Prąd: 10 A max.
Wyprowadzenia: konektorowe 6,3×0,8 mm.
Wymiary: 30×21×21 mm.
Kołnierz montaż.: Φ16,5 mm, c-c 23,8 mm.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  W jakim celu używane są termostaty?
2.  Jakie są podstawowe metody regulacji temperatury?
3.  Jakie są charakterystyczne cechy podstawowych metod regulacji temperatury?
4.  Jakie są różnice w schematach blokowych układów regulacji dwu- i trójstanowej?
5.  Jakie są podobieństwa i różnice regulacji dwu- i trójstanowej?
6.  Jak definiujemy współczynnik wypełnienia impulsowej regulacji temperatury?
7.  Cym różni się regulacja temperatury ze stałą szerokością impulsów od regulacji temperatury

ze stałą częstotliwością?

8. Co oznaczają w układach regulacji symbole P, I, D, PID?
9. Jaka jest zasada działania układu z regulatorem ciągłym, dwustanowym, trójstanowym

i impulsowym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10.  Na czym polega różnica w pracy regulatorów typu P, I, D, PID?
11.  Jakie są zalety i wady regulatorów mikroprocesorowych?
12.  Jakie są podstawowe parametry techniczne regulatorów?
13.  Czym należy kierować się przy doborze termostatu do urządzenia grzejnego?
14.  Czy urządzenia grzejne mogą pracować bez termostatów?
15.  Jakie  dodatkowe  informacje  należy  podać,  oprócz  informacji  technicznych,  przy

zamawianiu termostatów?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj pracę regulatorów dwustanowego i trójstanowego oraz porównaj ich działanie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  narysować schematy układów,
2)  opisać działanie układów,
3)  porównać działanie układów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka,

Ćwiczenie 2

Przeanalizuj pracę regulatora impulsowego:

a) ze stałą częstotliwością impulsów,
b) ze stałą szerokością impulsów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) narysować przebiegi czasowe ilustrujące zasadę działania układu z modulacją szerokości

impulsów,

2) narysować przebiegi czasowe ilustrujące zasadę działania układu z modulacją częstotliwości

impulsów,

3) opisać działanie układów,
4) porównać działanie układów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka.

Ćwiczenie 3

Na podstawie danych katalogowych dobierz i „złóż” zamówienie na termostat do

wnętrzowego (ogrzewającego pomieszczenie biurowe) zestawu grzejnego zasilanego z sieci
jednofazowej złożonego z 15 listew przypodłogowych każda o mocy 90 W.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić napięcie zasilania termostatu,
2)  określić napięcie pracy i obciążalność łącznika termostatu,
3)  określić zakres regulacji temperatury w pomieszczeniu,
4)  dobrać na podstawie katalogu (lub danych z Internetu) typ termostatu i określić producenta,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5) napisać zamówienie na termostat zgodnie z wymaganiami producenta,
6) znaleźć producenta termostatu w Internecie i wypełnić formularz zamówienia (bez

wysyłania).

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

katalog regulatorów temperatury,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek.

Ćwiczenie 4

Dokonaj analizy sposobu regulacji temperatury w:

a) piecu hartowniczym,
b) suszarce lakierniczej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować schemat ideowy urządzeń,
2)  rozpoznać elementy toru silnoprądowego,
3)  rozpoznać regulator temperatury i elementy z nim współpracujące,
4)  odszukać  i  przeanalizować  informacje  związane  z  regulacją  temperatury  w dokumentacji

technicznej urządzenia,

5)  przeanalizować połączenia regulatora temperatury z elementami toru silnoprądowego,
6)  dokonać analizy sposobu regulacji temperatury w wybranych urządzeniach,
7)  narysować uproszczony schemat rozpoznanego układu regulacji,
8)  objaśnić, na podstawie uproszczonego schematu, sposób regulacji temperatury.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy ideowe wybranych urządzeń,

−

dokumentacja techniczna wybranych urządzeń,

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić sposoby regulacji temperatury?

2) dokonać porównania regulacji ciągłej i nieciągłej?

3) scharakteryzować poszczególne sposoby regulacji temperatury?

4) wskazać podobieństwa i różnice poszczególnych sposobów regulacji

temperatury?

5) wskazać zalety i zastosowanie poszczególnych sposobów regulacji

temperatury?

6) wymienić podstawowe parametry regulatorów?

7) narysować schemat blokowy regulatora i objaśnić jego działanie?

8) narysować uproszczone schematy i objaśnić działanie poszczególnych

sposobów regulacji temperatury?

9) dobrać termostat do urządzenia grzejnego?

10) złożyć zamówienie na termostat?

11) dokonać porównania termostatów stosowanych do urządzeń grzejnych

i stosowanych do urządzeń chłodniczych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Eksploatacja przemysłowych urządzeń grzejnych

4.4.1. Materiał nauczania

Eksploatacją przemysłowych urządzeń elektrotermicznych mogą zajmować się osoby

posiadające dodatkowe kwalifikacje potwierdzone aktualnym zaświadczeniem.

Podstawowym dokumentem producenta określającym sposób postępowania podczas

przyjmowania urządzenia do eksploatacji jest dokument o nazwie „Warunki Odbioru
Techniczne” (WTO). Dokument ten jest opracowywany dla każdego rodzaju i typu
produkowanych urządzeń.

Oprócz WTO istnieje wiele ogólnych wymagań i wytycznych odbioru wydanych w postaci:

norm europejskich, państwowych i branżowych, przepisów i zarządzeń instytucji
odpowiedzialnych za prawidłową gospodarkę maszynami i urządzeniami (np. ministerstwa).

Warunki Techniczne Odbioru zawierają:

−

Opis techniczny.

−

Główne dane techniczne charakteryzujące urządzenie.

−

Określenie rodzaju i zakresu badań odbiorczych (rodzaj obciążenia, próba pracy, rodzaj
pracy – ciągła, przerywana).

−

Wytyczne sprawdzania:

−

Wytyczne konserwacji, opakowania i transportu.

Dokumentacja Techniczno-Ruchowa (DTR) zawiera:

−

Dane techniczne:

−

Przeznaczenie.

−

Opis techniczny zawiera.

Opis techniczny zawiera:

−

Szczegółowy opis działania:

w oparciu o schematy ideowe i konstrukcyjne uwzględniające: uruchomienie i zatrzymanie,
załączanie

wyłączanie,

działanie

przycisków

dźwigni

sterowniczych

i manipulacyjnych oraz reakcję urządzenia na te działania, pracę podzespołów
pomocniczych (np. obwodu wodnego).

−

Instrukcję obsługi, która powinna zawierać szczegółowy opis:

−

czynności związanych z uruchomieniem (załączeniem) i zatrzymaniem (wyłączeniem)
pracy urządzenia uwzględniający ich kolejność i uwarunkowania,

−

czynności wykonywanych podczas normalnej pracy,

−

warunków uzyskania maksymalnej mocy, sprawności i wydajności,

−

wskazań przyrządów pomiarowych i ich znaczenia (sposób interpretacji wskazań),

−

czynności wykonywanych podczas wystąpienia stanów przeciążeniowych, awaryjnych,
a w szczególności stanów zagrażających zdrowiu lub życiu.

−

Opis warunków bezpieczeństwa i higieny pracy:

−

zastosowane środki zabezpieczające, zapewniające bezpieczną obsługę i pracę,

−

źródła zagrożeń i miejsca ich występowania,

−

strefy i stopnie zagrożeń, dopuszczalny czas pracy w poszczególnych strefach oraz
zastrzeżenia dotyczące przebywania w nich osób i wymagania, jakie muszą spełnić,

−

bezwzględne  zakazy  (uruchamiania  urządzeń  pozbawionych  zabezpieczeń  –  np.
ochrony  przeciwporażeniowej,  pracy  przy  otwartych  lub  usuniętych  osłonach,
naprawiania przy włączonych urządzeniach, dotykania i zbliżania się  podczas pracy do
elementów stanowiących zagrożenie),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

wymagania dotyczące:
kwalifikacji  osób  obsługi,  wyposażenia  stanowiska  pracy,  prac  manipulacyjnych
wykonywanych  przed  otwieraniem  drzwi  i  osłon,  stosowanych  środków  ochrony,
zachowania  się  przy  wystąpieniu  zagrożeń,  zawiadamiania  odpowiednich  organów
państwowych  o  zmianie  warunków  eksploatacji  (np.  Państwowej  Inspekcji  Sanitarnej
w celu wyznaczenia stref zagrożeń, Dozoru Technicznego).

−

Wymagania konserwacyjne:

czynności

wymagane

dla

zapewnienia

utrzymywania

bezawaryjnej

pracy,

a w szczególności czynności: obsługi codziennej i okresowej; sprawdzania, czyszczenia,
regulacji i wymiany elementów i podzespołów; sprawdzania i zabezpieczenia połączeń;
czynności obsługi napędów itp.

−

Typowe objawy uszkodzeń:

wskazówki dotyczące przyczyn, wyszukiwania i usuwania prostych usterek.

−

Wymagania transportowe:

czynności  przygotowujące  urządzenie  do  transportu  (demontaż  przyrządów  pomiarowych
wrażliwych  na  uszkodzenia  mechaniczne  oraz  ich  sposób  pakowania),  wskazania
elementów  przystosowanych  do  transportu  (wzmocnienia,  ucha,  wysięgniki),  sposób
pakowania i transportowania.

−

Sposób instalowania obejmujący:

rodzaje  pomieszczeń  i  warunki  klimatyczne,  minimalne  odległości  od  ścian  i  innych
urządzeń,  oświetlenie,  mocowanie  i  sposób  tłumienia  wibracji,  wymagania  dotyczące
instalacji  elektrycznej,  wodnej,  pneumatycznej  i  hydraulicznej  (przekroje  przewodów,
zabezpieczenia,  blokady,  ciśnienie,  dopuszczalne  zanieczyszczenia,  minimalne przepływy),
schematy instalacyjne.

Oględziny

Oględziny przeprowadza się podczas pracy lub postoju urządzenia w zakresie i terminach

przewidzianych w instrukcji eksploatacji, a w szczególności przed załączeniem urządzenia po
dłuższej przerwie w pracy. Podczas oględzin sprawdza się stan techniczny urządzenia,
sprawdzając między innymi:

−

stan połączeń elektrycznych i mechanicznych,

−

stan ochrony przeciwporażeniowej i przeciwpożarowej,

−

wskazania aparatury kontrolno-pomiarowej,

−

działanie i szczelność układu chłodzenia oraz temperaturę czynnika chłodzącego,

−

temperaturę powierzchni obudów i stan przestrzeni roboczej,

−

poziom drgań i hałasu,

−

stan napędów, instalacji torów silnoprądowych wraz z ich wyposażeniem,

−

działanie aparatury sygnalizacyjnej, sterowniczej i zabezpieczającej,

−

działanie układów załadowczych i wyładowczych,

−

czystość urządzenia, jego wyposażenia i urządzeń współpracujących,

−

stan izolacji elektrycznej.

W razie stwierdzenia nieprawidłowości należy je usunąć lub przekazać urządzenie do

remontu.

Przeglądy

Przeglądy przeprowadza się w terminach i zakresie przewidzianym przepisami

i dokumentacją techniczną urządzenia. Przeglądy wykonuje się zarówno podczas postoju jak
i normalnej pracy urządzenia. Obejmują one badania urządzenia, a w szczególności:

−

szczegółowe oględziny,

−

sprawdzenie wszystkich podzespołów urządzenia elektrotermicznego ze szczególnym

uwzględnieniem elementów pracujących w wysokich temperaturach,

−

czynności konserwacyjne przewidziane dokumentacją fabryczną,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

sprawdzenie stanu technicznego i ocenę skuteczności ochrony przeciwporażeniowej,

−

wymianę zużytych części i usunięcie stwierdzonych uszkodzeń,

−

pomiar rezystancji izolacji,

−

pomiary wartości prądów zasilających i poboru mocy w różnych stanach pracy.

Przeprowadzanie  przeglądów  wymaga  często  demontażu  niektórych  podzespołów  urządzenia
(osłony,  pokrywy,  przegrody),  aby  sprawdzić  elementy  urządzenia  niedostępne  dla  obsługi
podczas  normalnej  pracy.  Podczas  dokonywania  przeglądów  należy  zachować  szczególną
ostrożność  i  bezwzględnie  stosować  się  do  zasad  bhp  obowiązujących  podczas  pracy  przy
urządzeniach  elektrycznych.  Szczególną  uwagę  należy  zwróć  na  bezpieczną  i  ergonomiczną
organizację stanowiska pracy.
Po każdym wykonanym przeglądzie należy sporządzić protokół przeglądu technicznego.
Protokół powinien zawierać:

−

numer protokółu,

−

nazwę, typ i nr inwentarzowy urządzenia oraz miejsce eksploatacji,

−

ogólną ocenę stanu utrzymania i stanu technicznego,

−

wyniki prób pracy bez obciążenia i przy obciążeniu znamionowym,

−

wyniki weryfikacji i ustalenie zakresu naprawy (nazwa zespołu lub części, stan, zakres

naprawy lub polecenie wymiany),

−

orzeczenie (zalecenie w sprawie rodzaju i terminu najbliższej naprawy i wskazania

dotyczące dalszej eksploatacji).

Naprawy urządzeń grzejnych

Urządzenia do nagrzewania pojemnościowego i indukcyjnego prądami wielkiej

częstotliwości budowane są w oparciu o lampy nadawcze dużej mocy pracujące w układzie
generatora prądu sinusoidalnie zmiennego. Konstrukcje tych urządzeń są podobne, również
podobny jest zakres prac konserwacyjnych i naprawczych.

Ze względu na występowanie w tego typu urządzeniach wysokiego napięcia (nawet do

kilkunastu  tysięcy  woltów),  wszelkie  prace wykonywane  w  częściach urządzeń,  w  których  ono
występuje  mogą  być  wykonywane  jedynie  przez  upoważnionych  i  przeszkolonych
pracowników,  po  odłączeniu  urządzenia  od  sieci  i  uziemieniu  obwodów  wysokiego  napięcia
z zachowaniem przepisów bhp przy pracy z wysokim napięciem.

Zaleca się, by stanowisko pracy wyposażone było w odrębny rozłącznik instalacyjny

z widoczną przerwą izolacyjną (np. nożowy), dywaniki izolacyjne i drążek uziemiający. Przed
przystąpieniem do prac naprawczych należy sprawdzić stan i termin ważności badań dywaników
i drążków izolacyjnych.

Zabrania się wykonywania jakichkolwiek prac konserwacyjnych i napraw urządzenia

włączonego do sieci.

Podczas każdych oględzin, przeglądów oraz napraw należy szczególną uwagę zwrócić na:

−

jakość metalicznych styków pomiędzy drzwiami i obudową (czystość powierzchni, pewność
docisku),

−

stan połączeń przewodów uziemiających,

−

stan styków połączeń elektrycznych w komorze generatora w.cz.,

−

stosowanie elementów złącznych (śruby, podkładki, nakrętki) wykonanych z mosiądzu
(w przedziale oscylatora nie wolno stosować elementów stalowych),

−

stan elementów ekranujących i ich połączenia z konstrukcją urządzenia,

−

pewność połączeń elektrycznych,

−

stosowanie przewodów połączeń uziemiających w postaci taśm lub linek o maksymalnie
krótkich odcinkach,

−

stosowanie kondensatorów bocznikujących podzespoły indukcyjne (mierniki, przekaźniki),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

czystość podzespołów wchodzących w skład obwodu w.cz. (elementy kondensatorów i lamp
czyścić czystą szmatką zwilżoną czystym spirytusem),

−

sposób obchodzenia się z lampą generacyjną (lampy dużych mocy są bardzo wrażliwe na
wstrząsy – podczas transportu urządzenia należy je wyjmować i transportować w specjalnie
do tego celu przystosowanych fabrycznych opakowaniach),

−

stan kontaktów styczników i przekaźników.

Przed przystąpieniem do poszukiwania uszkodzeń należy:

−

zapoznać się z Dokumentacją Techniczno-Ruchową urządzenia (instrukcją obsługi,
schematem ideowym i opisem działania urządzenia, objawami typowych uszkodzeń),

−

dokonać podstawowych czynności kontrolnych (sprawdzić stan bezpieczników, lampek
sygnalizacyjnych, przeprowadzić oględziny w celu wykrycia śladów wyładowań
elektrycznych, obluzowanych połączeń itp.),

−

włączyć i uruchomić urządzenie zgodnie z instrukcją obsługi, obserwując zachowanie się
elementów sygnalizacyjnych, kontrolnych i pomiarowych – na podstawie tych obserwacji
zwykle można określić obwód, w którym występuje usterka,

−

przeanalizować

schemat

urządzenia,

uwzględniając

zachowanie

się

elementów

sygnalizacyjnych i kontrolnych,

−

wyłączyć obwód wysokiego napięcia (zabezpieczyć przed przypadkowym załączeniem)
oraz obwód żarzenia lampy, a następnie sprawdzić poprawność działania obwodów
sterowniczych, sygnalizacyjnych i zabezpieczeń,

−

po ustaleniu nieprawidłowo działającego obwodu zapoznać się ze schematem montażowym
urządzenia i przystąpić do identyfikacji uszkodzenia,

−

usunąć usterkę (przy wyłączonym urządzeniu z sieci zasilającej),

−

włączyć urządzenie i sprawdzić poprawność działania obwodów sterowniczych,
sygnalizacyjnych i zabezpieczeń,

−

włączyć obwody żarzenia lampy i obwód wysokiego napięcia,

−

sprawdzić poprawność pracy urządzenia podczas pracy jałowej i przy obciążeniu.
Obwód wysokiego napięcia wyłącza się najczęściej wyłącznikiem umieszczonym po stronie

niskiego napięcia transformatora podwyższającego napięcie. Żarzenie lampy wyłącza się
najczęściej wykręcając bezpiecznik (wyłączając zabezpieczenie nadmiarowo - prądowe).

Najczęściej występującymi uszkodzeniami są uszkodzenia w obwodach sterowania
i zabezpieczeń, do których należą:

−

obluzowane połączenia,

−

zużyte (upalone, odkształcone) styki styczników i przekaźników,

−

przerwy lub zwarcia w cewkach styczników i przekaźników,

−

uszkodzone sprężyny odciągające styki styczników i przekaźników,

−

źle ustawione łączniki krańcowe (przesunięte łączniki drzwiowe).
Najczęściej występującymi uszkodzeniami w obwodach wysokiego napięcia to uszkodzenia

powstałe  w  wyniku  przebicia  izolacji  materiałów  izolacyjnych  (wsporników,  uchwytów,
elementów  dystansowych,  kondensatorów)  oraz  znaczne  pogorszenie  się  styków  połączeń
elementów obwodu z konstrukcją urządzenia (masą). Tego typu usterki  można wykryć podczas
dokładnych  oględzin  urządzenia  (ślady  zwęglenia,  osmolenia,  przebarwienia,  zniekształcenia).
Naprawę  urządzenia  dokonuje  się  poprzez  wymianę  uszkodzonego  elementu,  poprawę  jakości
styku,  prawidłowe  ustawienie  położenia  podzespołów  i  zabezpieczenie  przed  ich
przemieszczaniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rysunek 26 przedstawia schemat ideowy nagrzewnicy indukcyjnej w.cz.

Wykaz niektórych oznaczeń:
LO – odłącznik ręczny.
F – filtry przeciwzakłóceniowe.
PW – styki przekaźników przepływowych kontrolujących prędkość przepływu wody chłodzącej,

PWX.2 – styki zwarte, gdy przepływ wody jest za mały (X – numer przekaźnika od 1 do 5),
PWX.1 – styki zwarte, gdy przepływ wody jest wystarczający.

LN – lampka sygnalizująca prawidłowy stan przekaźników przepływowych przy braku

przepływu wody.

Tr1 – transformator wysokiego napięcia.
WIS – wyłącznik stanowiący zabezpieczenie nadmiarowo - prądowe.
ZZW – stycznik kontroli przekaźników przepływowych.
W1 – łącznik umożliwiający załączenie urządzenia bez zamykania przepływu wody.
Th1 – przekaźnik termiczny kontrolujący temperaturę wnętrza urządzenia.
BL – krańcowe łączniki drzwiowe zabezpieczające przed pracą urządzenia z otwartymi

drzwiami.

W4 – przełącznik umożliwiający zdalne sterowanie urządzeniem.
S3 – stycznik załączający obwód żarzenia lampy generacyjnej.
LG – licznik godzin pracy urządzenia.
PC1 – przekaźnik czasowy opóźniający możliwość załączenia zasilania lampy przed upływem

czasu niezbędnego na osiągnięcie ustalonej temperatury włókna żarzenia lampy.

P3 – przekaźnik blokad elektrycznych.
P4 – przekaźnik sterowany łącznikami START i STOP załączającym i wyłączającym proces

grzania.

S1, S2 – styczniki załączające zasilanie transformatora wysokiego napięcia.
P5 – przekaźnik zapewniający prawidłową kolejność załączania i wyłączania styczników mocy.
PPO – przekaźnik nadnapięciowy kontrolujący ciągłość części obwodu wysokiego napięcia

znajdującego się poza przedziałem wysokiego napięcia.

Tr2 – transformator żarzenia lampy.
P1, P2 – przekaźniki nadmiarowo - prądowe zabezpieczające obwód anodowy i siarkowy lampy.
BP1, BP2 - boczniki pomiarowe prądowe.
C9 – Kondensatory obwodu rezonansowego.
L3, L4, L5 – cewki obwodu rezonansowego.
L6 – cewka dodatniego sprzężenia zwrotnego.
R7 – rezystory siatkowe ustalające warunki pracy lampy.
PRW – tyrystorowy regulator napięcia włączany w miejsce zwór pomiędzy stycznik S2

i transformator wysokiego napięcia.

Pot – potencjometr współpracujący z regulatorem napięcia PRW (zadawanie mocy grzania),

umieszczony na płycie mierników.

V – miernik napięcia anodowego lampy.
Ia – miernik natężenia prądu anodowego lampy.
Is – miernik prądu siatkowego lampy.

W rezystancyjnych urządzeniach grzewczych (piekarniki przemysłowe, piece akumulacyjne,

podgrzewacze  wody,  piece  komorowe  itp.)  najczęstsze  uszkodzenia  wynikają  z  wpływu
wysokiej  temperatury  na  elementy  obwodu  elektrycznego.  Do  częstych  uszkodzeń  należą
uszkodzenia  elementów  grzejnych,  styków  łączników  w  torze  mocy,  sprężyn  odciągających
styczników i przekaźników.

Pogorszenie jakości styków połączeń elektrycznych w torze mocy (zwiększona rezystancja

przejścia, przegrzanie i utrata sprężystości elementów dociskowych, zwiększona rezystancja

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przejścia), powoduje utratę właściwości elektrycznych izolacji przewodów (zwęglenie) w torze
mocy oraz niewłaściwą pracę styczników (drgania styków, brzęczenie stycznika, słaby docisk
styków, uszkodzenie cewek wzbudzających).

Częstą przyczyną uszkodzenia elementów grzejnych jest pogorszenie ich warunków

chłodzenia wynikających z braku lub zmniejszonego chwilowego przepływu czynnika
chłodzącego (powietrze, woda), osadzaniem się zanieczyszczeń (kamienia kotłowego) lub
zasłonięcia otworów wentylacyjnych.

Utrata szczelności elementów rurkowych powoduje pogorszenie izolacji elementów,

zwiększenie prądów upływu, uszkodzenie wskutek przedostania się wilgoci do wnętrza
elementu.

Prace związane z montażem i łączeniem elementów grzejnych rurkowych należy

wykonywać ze szczególną starannością. Niewielkie siły działające na wyprowadzenia podczas
wykonywania połączeń mogą spowodować utratę szczelności; nie należy więc dopuszczać do
wyginania lub skręcania wyprowadzeń podczas prowadzenia prac montażowych.

Podstawowym dokumentem związanym z naprawą, oprócz protokółu przeglądu jest karta

napraw. Karta napraw zawiera:

−

numer karty, nazwę urządzenia i jego numer inwentarzowy,

−

dane charakterystyczne urządzenia (nazwa wytwórcy, typ, rok budowy, data zainstalowania,
podstawowe dane techniczne),

−

dane użytkownika (zakład, wydział, osobę odpowiedzialną za eksploatację),

−

plany i zapisy wykonania napraw,

−

rodzaj naprawy, datą naprawy, wykaz wymienionych części i wykonanych czynności,

−

przestoje - datę, czas wyłączenia urządzenia, przyczyny.

Koszty napraw

Pojęcie kosztorysu wiąże się ściśle z obliczaniem przewidywanych kosztów, które mogą

dotyczyć naprawy lub wymiany podzespołu lub części maszynowej. W celu sporządzenia
kalkulacyjnego kosztorysu, należy wziąć pod uwagę kilka istotnych składników mających
wpływ na koszty naprawy urządzenia, a mianowicie:

1) koszty bezpośrednie, które mogą być bezpośrednio odniesione do naprawianego urządzenia -

zalicza się do nich przede wszystkim wartość zużycia tzw. materiałów bezpośrednich
(surowce, półfabrykaty, materiały pomocnicze, gotowe elementy, np. termostat w urządzeniu
grzejnym), transport oraz płace bezpośrednie (wynagrodzenie łącznie z narzutem),

2) koszty pośrednie, które wiążą się z utrzymaniem stanowisk pracy, z funkcjonowaniem

wydziału lub zakładu i nie ulegają bezpośrednio zmianie (koszty wydziałowe
i ogólnozakładowe).

W układzie rodzajowym kosztów własnych rozróżnia się dwie podstawowe grupy:

1) koszty osobowe (płace wszystkich pracujących oraz narzuty na ubezpieczenia społeczne),
2) koszty rzeczowe (koszty materiałowe, energii oraz zużytych środków trwałych).

W praktyce znacznie częściej sporządza się kalkulacyjny kosztorys naprawy.
Do obliczeń kalkulacyjnych przyjmuje się:
1) stawkę godzinowa pracownika łącznie z narzutem,
2) koszt naprawianej części łącznie z wartością zużytych materiałów oraz kosztem zaopatrzenia -

wg cennika,

3)  koszty pośrednie 50-100% sumy kosztów z pozycji 1) i 2),
4)  zysk 5-20% sumy kosztów z pozycji 1) i 2),
5)  koszt końcowy naprawy – suma kosztów z pozycji 1), 2), 3) i 4).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak definiujemy pojęcie eksploatacji i co wchodzi w jej zakres?
2. Jakie są podstawowe dokumenty związane z eksploatacją przemysłowych urządzeń

grzejnych?

3.  Co zawierają Warunki Techniczne Odbioru urządzeń?
4.  Jakie informacje zawiera dokumentacja techniczno-ruchowa?
5.  Jakie informacje zawiera instrukcja eksploatacji?
6.  Jakie jest znaczenie instrukcji obsługi?
7.  Gdzie znajdują się podstawowe informacje o oględzinach i przeglądach urządzeń?
8.  Jaka jest różnica pomiędzy oględzinami i przeglądem?
9.  Jakie są podstawowe czynności wykonywane podczas oględzin urządzeń grzejnych?
10.  Jakie są podstawowe czynności wykonywane podczas przeglądów urządzeń grzejnych?
11.  Jakie informacje zawiera protokół pokontrolny?
12.  Jakie są niebezpieczeństwa związane z przeprowadzaniem oględzin i przeglądów?
13.  Na czym polega bezpieczna organizacja stanowiska pracy przy urządzeniach elektrycznych?
14.  Jakie składniki zawiera koszt naprawy?
15.  Jakie informacje zawiera karta naprawy?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj analizy:

− dokumentacji techniczno-ruchowej suszarki lakierniczej,

− dokumentacji techniczno-ruchowej pieca hartowniczego,

− instrukcji eksploatacji przemysłowego ogrzewacza wentylatorowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z zawartością poszczególnych dokumentacji,
2)  scharakteryzować zawartość dokumentacji,
3)  wykonać zestawienie zawartości dokumentacji,
4)  zinterpretować uzyskane zestawienie, wskazując podobieństwa i różnice.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja eksploatacji przemysłowego ogrzewacza wentylatorowego,

−

dokumentacja techniczno - ruchowa suszarki lakierniczej,

−

dokumentacja techniczno - ruchowa pieca hartowniczego,

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Na podstawie dokumentacji techniczno-ruchowej lub instrukcji eksploatacji trzech

przemysłowych urządzeń elektrotermicznych „zamów” po dwie części zapasowe dla każdego
urządzenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wyszukać w dokumentacjach wykaz części zapasowych,
2)  wypisać po dwie części i dane ich producentów,
3)  w katalogach i Internecie znaleźć producentów części,
4)  napisać zamówienie na części zgodnie z wymaganiami podanymi w katalogu producenta,
5)  znaleźć producenta elementów grzejnych w Internecie i wypełnić formularz zamówienia (bez

wysyłania).

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja eksploatacji przemysłowego ogrzewacza wentylatorowego,

−

dokumentacja techniczno-ruchowa suszarki lakierniczej,

−

dokumentacja techniczno-ruchowa pieca hartowniczego,

−

katalogi z częściami zamiennymi,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 3

Dokonaj analizy pracy przemysłowego urządzenia grzewczego na podstawie jego

dokumentacji techniczno-ruchowej (np. nagrzewnicy indukcyjnej).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z dokumentacją techniczno-ruchową,
2)  opisać funkcję, jaką pełnią poszczególne bloki w urządzeniu,
3)  opisać zasadę działania urządzenia,
4)  zidentyfikować zastosowane układy sterowania i zabezpieczeń oraz ich elementy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja techniczno-ruchowa przemysłowego urządzenia grzewczego (np. nagrzewnicy

indukcyjnej, schemat z rysunku 26).

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 4

Dokonaj szczegółowych oględzin przemysłowego urządzenia grzejnego (np. ogrzewacza

wentylatorowego).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić rodzaj ogrzewacza,
2)  zapoznać się z instrukcją obsługi i wytycznymi zawartymi w dokumentacji technicznej,
3)  dokonać analizy pracy urządzenia na podstawie instrukcji eksploatacji i schematu ideowego,
4)  zidentyfikować podzespoły dostępne dla użytkownika,
5)  objaśnić, jaką funkcję spełniają zidentyfikowane podzespoły w  ogrzewaczu,
6)  sprawdzić rodzaj sieci zasilającej i zastosowanych zabezpieczeń,
7)  objaśnić możliwość wystąpienia zagrożeń,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8) dokonać szczegółowych oględzin urządzenia zgodnie z wytycznymi zawartymi

w dokumentacji,

9) przygotować ogrzewacz do uruchomienia,
10) uruchomić ogrzewacz postępując zgodnie z informacjami zawartymi w instrukcji obsługi,
11) sprawdzić działanie termostatu i innych elementów sterujących pracą urządzenia,
12) wyłączyć urządzenie zgodnie z informacjami zawartymi w instrukcji obsługi,
13) sporządzić protokół końcowy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

sprawne przemysłowe urządzenie grzewcze (np. przemysłowy ogrzewacz wentylatorowy),

−

dokumentacja techniczna (instrukcja obsługi ogrzewacza, schemat),

−

odpowiednio przygotowane i wyposażone stanowisko pracy,

−

induktor lub inny miernik rezystancji izolacji,

−

miernik rezystancji lub inny przyrząd do sprawdzania ciągłości przewodów,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek.

Ćwiczenie 5

Dokonaj przeglądu okresowego urządzenia grzejnego (np. przemysłowego ogrzewacza

wentylatorowego).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić rodzaj urządzenia,
2) zapoznać się z dokumentacją urządzenia z uwzględnieniem sposobu uruchamiania i obsługi,

wytycznych przeprowadzania oględzin i przeglądów,

3)  sporządzić plan działania,
4)  zidentyfikować podzespoły urządzenia i określić ich funkcję,
5)  dokonać analizy pracy urządzenia na podstawie schematu i dokumentacji,
6)  zorganizować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp, ochrony ppoż. i ergonomii,
7)  dokonać szczegółowych oględzin  i przeglądu urządzenia zgodnie z wytycznymi  zawartymi

w jego dokumentacji, a w szczególności,

8)  sprawdzić stan wszystkich podzespołów, ich mocowanie i połączenia,
9)  objaśnić możliwość wystąpienia zagrożeń,
10)  sprawdzić  rodzaj  sieci  zasilającej  i  zastosowanych  zabezpieczeń  oraz  skuteczność  ochrony

przeciwporażeniowej,

11)  sprawdzić stan izolacji i dokonać pomiaru jej rezystancji,
12)  przygotować ogrzewacz do uruchomienia,
13)  uruchomić

urządzenie

sprawdzić

jego

działanie,

postępując

zgodnie

z informacjami zawartymi w instrukcji obsługi,

14) dokonać pomiaru napięcia zasilającego, prądu i mocy pobieranej w różnych stanach pracy,
15) w przypadku stwierdzenia niesprawności przeanalizować, na podstawie schematu, pracę

urządzenia, zlokalizować i usunąć usterkę,

16)  sprawdzić działanie termostatu i innych elementów sterujących pracą urządzenia,
17)  wyłączyć urządzenie,
18)  napisać protokół pokontrolny wykorzystując technikę komputerową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przemysłowe urządzenie grzewcze przystosowane do symulacji usterek (np. przemysłowy
ogrzewacz wentylatorowy z usterką),

−

dokumentacja techniczna (instrukcja eksploatacji, schemat),

−

odpowiednio przygotowane i wyposażone stanowisko pracy,

−

przyrządy pomiarowe do pomiaru ciągłości obwodu ochronnego, prądów i napięcia
zasilającego oraz mocy,

−

komputer z oprogramowaniem biurowym,

−

zeszyt od ćwiczeń, przyrządy do pisania i rysowania.

Ćwiczenie 6

Wymień elementy grzejne oraz układ regulacji temperatury w piekarniku przemysłowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić rodzaj urządzenia,
2) zapoznać się z dokumentacją urządzenia z uwzględnieniem sposobu uruchamiania i obsługi,

schematem ideowym i montażowym,

3) sporządzić plan działania,
4) dokonać szczegółowych oględzin i zidentyfikować elementy układu grzejnego i układu

regulacji temperatury oraz sposób mocowania tych elementów i połączenia,

5) ustalić kolejność demontażu urządzenia i jego podzespołów niezbędnych do wykonania

zadania,

6)  zorganizować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp, ochrony ppoż. i ergonomii,
7)  sprawdzić stan podzespołów przygotowanych do wymiany,
8)  dokonać niezbędnego demontażu urządzenia i wymienić elementy wskazanych układów,
9)  wykonać  połączenia  elementów  grzejnych  zgodnie  ze  schematem  oraz  połączenia  układu

regulacji temperatury,

10)  sprawdzić poprawność wykonanych prac i zmontować urządzenie,
11)  przygotować urządzenie do uruchomienia,
12)  uruchomić

urządzenie

sprawdzić

jego

działanie,

postępując

zgodnie

z informacjami zawartymi w instrukcji obsługi,

13) dokonać pomiaru napięcia zasilającego, prądu i mocy pobieranej w różnych stanach pracy,
14) w przypadku stwierdzenia niesprawności przeanalizować, na podstawie schematu, pracę

urządzenia, zlokalizować i usunąć usterkę,

15)  sprawdzić działanie termostatu i innych elementów sterujących pracą urządzenia.
16)  wyłączyć urządzenie,
17)  napisać protokół pokontrolny wykorzystując technikę komputerową,
18)  znaleźć  w  katalogach  lub  Internecie  dane  producentów  wymienionych  elementów  i  złożyć

na nie zamówienie,

19) sporządzić kosztorys naprawy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

piekarnik przemysłowy (lub inne rezystancyjne przemysłowe urządzenie grzewcze
z układem regulacji temperatury),

−

dokumentacja techniczna (instrukcja eksploatacji, schemat),

−

odpowiednio przygotowane i wyposażone stanowisko pracy,

−

zestaw części wymiennych oraz niezbędne narzędzia),

−

przyrządy pomiarowe do pomiaru ciągłości obwodu, prądów i napięcia zasilającego oraz mocy,

−

komputer z oprogramowaniem biurowym,

−

zeszyt do ćwiczeń, przyrządy do pisania i rysowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 7

Na podstawie analizy schematu ideowego nagrzewnicy indukcyjnej (rysunek 26 z poradnika

dla ucznia) określ, co spowoduje chwilowy brak przepływu wody.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przeanalizować schemat ideowy,
2)  określić jaki będzie stan łączników podczas normalnej pracy,
3)  określić,  które  łączniki  zmienią  swój  stan  w  wyniku  chwilowego  zaniku  przepływu  wody

oraz określić, co spowoduje chwilowa zmiana położenia ich styków,

4)  określić, które obwody zostaną wyłączone na stałe, a które chwilowo,
5)  określić stan łączników w urządzeniu po powrocie przepływu wody,
6)  określić stan lampek sygnalizacyjnych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schemat z rysunku 26,

−

zeszyt do ćwiczeń, ołówek.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) podać, jakie elementy wchodzą w skład kosztów naprawy?

2) sporządzić kosztorys naprawy?

3) wymienić podstawowe dokumenty dotyczące eksploatacji urządzeń?

4) wymienić, jakie informacje zawiera dokumentacja techniczna?

5) podać, gdzie znajdują się informacje o przeprowadzaniu oględzin

i przeglądów?

6) objaśnić różnicę pomiędzy oględzinami a przeglądem?

7) wyjaśnić, kiedy przeprowadza się oględziny a kiedy przeglądy?

8) wymienić podstawowe czynności wchodzące w skład oględzin?

9) wymienić podstawowe czynności wchodzące w skład przeglądu?

10) przeanalizować pracę urządzeń grzejnych na podstawie ich dokumentacji

technicznej?

11) przeprowadzić oględziny urządzeń grzejnych?

12) objaśnić, na jakie uszkodzenia narażone są elementy grzejne rurkowe

podczas montażu i wykonywania połączeń?

13) zaplanować i przeprowadzić przegląd urządzeń grzejnych?

14) zlokalizować proste usterki w urządzeniach grzejnych?

15) sprawdzić stan techniczny urządzeń grzejnych?

16) uruchomić przemysłowe urządzenia grzejne?

17) sporządzić protokół z przeglądu?

18) stosować zasady bhp na stanowisku pracy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  22  zadania  dotyczące  montażu  i  wykonywania  napraw  urządzeń  grzejnych.

Wszystkie zadania są zadaniami wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest
prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź

zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową).

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż rozwiązanie

zadania na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8. Na rozwiązanie testu masz 45 min.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Urządzenie grzejne niskotemperaturowe to urządzenie, którego temperatura robocza nie

przekracza:

a) 50

b) 100

c) 300

d) 500

2. Nagrzewnice bezpośrednie to nagrzewnice, w których:

a) ciepło przepływa z ciała o wyższej temperaturze bezpośrednio do ciała o niższej

temperaturze,

b)  ciepło wytworzone jest wewnątrz ciała nagrzewanego,
c)  promieniowanie cieplne pada bezpośrednio na ciało nagrzewane,
d)  ciało nagrzewane umieszczone jest blisko odkrytych elementów grzejnych.

3. Na najwyższą temperaturę roboczą ma grzejnik wykonany z:

a)  kanthalu,
b)  wolframu,
c)  platyny,
d)  molibdenu.

4. W procesach nagrzewania pojęcie mocy jednostkowej określane jest jako:

a)  stosunek mocy cieplnej do powierzchni wsadu,
b)  stosunek mocy cieplnej do objętości komory grzejnej,
c)  stosunek mocy cieplnej do objętości wsadu,
d)  stosunek mocy cieplnej do powierzchni elementu grzejnego.

5. Po przełączeniu dwóch jednakowych elementów grzejnych z połączenia szeregowego na

równoległe moc układu:

a)  zmaleje dwukrotnie,
b)  wzrośnie dwukrotnie,
c)  zmaleje czterokrotnie,
d)  wzrośnie czterokrotnie.

6. Po przełączeniu dwóch jednakowych elementów grzejnych z połączenia równoległego na

szeregowe wartość natężenia prądu zasilającego układ:

a)  zmaleje dwukrotnie,
b)  wzrośnie dwukrotnie,
c)  zmaleje czterokrotnie,
d)  wzrośnie czterokrotnie.

7. W układzie z modulacją częstotliwości impulsów:

a)  czas załączania jest stały,
b)  czas wyłączania jest stały,
c)  suma czasu załączania i czasu wyłączania jest stała,
d)  stosunek czasu załączania do czasu wyłączania jest stały.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Pełną moc grzania można uzyskać w układzie regulacji:

a)  tylko dwustanowej,
b)  tylko trójstanowej,
c)  tylko ciągłej,
d)  w każdym układzie regulacji.

9. Opis czynności wykonywanych podczas wystąpienia stanów awaryjnych znajduje się w:

a)  instrukcji obsługi,
b)  szczegółowym opisie działania,
c)  opisie technicznym,
d)  opisie warunków bezpieczeństwa i higieny pracy.

10. Które określenie jest prawidłowe:

a)  przegląd przeprowadza się na podstawie instrukcji obsługi,
b)  przegląd przeprowadza się tylko po awarii,
c)  przegląd przeprowadza się po każdych oględzinach,
d)  oględziny przeprowadza się przed każdym przeglądem.

11. Przegląd przeprowadza się:

a) tylko podczas postoju,
b) tylko podczas normalnej pracy,
c) zarówno podczas postoju jak i normalnej pracy,
d) tylko po zauważonych nieprawidłowościach podczas normalnej pracy.

12. Przedstawiony układ na rysunku to:

a)  układ regulacji impulsowej,
b)  układ regulacji dwustanowej,
c)  układ regulacji dwustanowej lub impulsowej,
d)  za mało danych, żeby określić.

13. Pomiar rezystancji izolacji wykonuje się:

a)  podczas oględzin,
b)  podczas przeglądów,
c)  zarówno podczas oględzin i przeglądów,
d)  tylko po stwierdzeniu uszkodzenia izolacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. Wskazówki dotyczące przyczyn, wyszukiwania i usuwania usterek znajdują się w:

a)  instrukcji obsługi,
b)  szczegółowym opisie działania,
c)  wymaganiach konserwacyjnych,
d)  dokumentacji techniczno-ruchowej.

15. Pomiar wartości prądów zasilających i poboru mocy wykonuje się podczas przeprowadzania:

a)  uruchamiania,
b)  oględzin,
c)  przeglądów,
d)  zarówno oględzin jak i przeglądów.

16. Bezpośrednie koszty naprawy to koszt:

a)  bezpośrednio wpływające do kasy – koszty, które pokrywa zleceniodawca naprawy,
b)  materiałów związanych z wykonywaną naprawą,
c)  wynagrodzenia pracownika związanego z wykonywaną naprawą,
d)  materiałów i wynagrodzenia pracownika.

17. Przerwa w połączeniu czujnika temperatury w układzie z zadania 12 spowoduje:

a)  stałe zasilanie elementów grzejnych,
b)  stałą przerwę w zasilaniu elementów grzejnych,
c)  wydłużenie czasu załączenia a skrócenie czasu wyłączenia,
d)  niekontrolowane załączanie i wyłączanie zasilania.

18. Skutkiem przepalenia bezpiecznika w układzie z zadania 12 będzie:

a)  zwarcie styków łącznika regulatora,
b)  rozwarcie styków regulatora,
c)  nie będzie miało wpływu na stan styków regulatora,
d)  styki będą cyklicznie załączane i wyłączane.

19. Przy nagrzewaniu indukcyjnym głębokość wnikania prądu nie zależy od:

a)  przenikalności elektrycznej wsadu,
b)  przenikalności magnetycznej wsadu,
c)  rezystywności wsadu,
d)  częstotliwości prądu.

20. Po przełączeniu jednakowych elementów grzejnych z połączenia w gwiazdę na połączenie w

trójkąt wartość natężenia prądu płynącego w każdym przewodzie zasilającym:

a) zmaleje trzykrotnie,
b) wzrośnie trzykrotnie,

c) zmaleje 3 razy,

d) wzrośnie 3 razy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21. W układzie elementów połączonych w trójkąt zmierzono pomiędzy punktami 1 i 2

rezystancję, która wyniosła 40

Ω

. Ile wynosi rezystancja pojedynczego elementu grzejnego:

a) 26

Ω

b) 40

Ω

c) 60

Ω

d) 80

Ω

22. Po przełączeniu jednakowych elementów grzejnych z połączenia w trójkąt na połączenie

w gwiazdę moc układu:

a)  zmaleje trzykrotnie,
b)  wzrośnie trzykrotnie,
c)  zmaleje dwukrotnie,
d) wzrośnie dwukrotnie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………..

Montaż i wykonywanie napraw urządzeń grzejnych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: