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

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