【正文】 做可變電阻器，可利用水的蒸發(fā)、增加冷水、攪動(dòng)水循環(huán)以降低變阻器的溫度便于操作與控制，而且減小了設(shè)備體積，降低了成本。 當(dāng)置于水中的電極間有電流通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā) 生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。 水被電解 ,陰極附近的氫離子就會(huì)與電極上的電子結(jié)合 ,被還原而放出氫氣 。而陽(yáng)極附近的氫氧根將放出電子給正極 ,發(fā)生氧化反應(yīng)而形成水同時(shí)析出氧氣，兩極上發(fā)生氧化還原變化 , 分別放出或消耗電子 , 其效果就好像在陰極有電子進(jìn)入了溶液 ,而陽(yáng)極得到了從溶液中跑出來(lái)的電子一樣 ,如此反復(fù)使電流在電極與溶液界面處得以連續(xù)。兩電極間的外電路導(dǎo)線上靠電子遷移導(dǎo)電 , 這樣就構(gòu)了整個(gè)回路中連續(xù)的電流。在電場(chǎng)力的作用下 ,溶液中的離子向兩極遷移。電池中的反應(yīng)都在電極的金屬 (溶液 ) 界面進(jìn)行。反應(yīng)速率直接與電流相聯(lián)系 ,反應(yīng)進(jìn)行的量直接與電池中通過(guò)的電量相聯(lián)系 ,反應(yīng)的推動(dòng)力與電源電壓有關(guān) , 反應(yīng)消耗的能量與水電阻和電解液的溫度和濃度等因素有關(guān)。 在用水電阻法對(duì)發(fā)電機(jī)功 率進(jìn)行吸收時(shí)，會(huì)伴隨著水或電解液的電解和分解。在水電阻池中， 原動(dòng)機(jī)輸送來(lái)的電能大部分由水的溫升將能量帶走，而另 一 部分能量則 4 是由水或電解液的電解和分解消耗。 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 水電阻實(shí)驗(yàn)裝置主要由水阻槽、傳動(dòng)裝置和監(jiān)控設(shè)備等組成。在水阻槽中注入水作為電阻，利用極板改變電阻的大小，從而達(dá)到測(cè)量的目的。 改變電阻大小的依據(jù) slR ?? l 兩極板之間的距離； s 兩極板的正對(duì)面積； ? 在一定溫度范圍下的電阻率 改變水電阻的大小就涉及到了水的電阻率： 水的導(dǎo)電性能，與水的電阻值大小有關(guān)，電阻值大，導(dǎo)電性能差，電阻值小，導(dǎo)電性能就良好。根據(jù) 電阻公式 ，在水溫一定的情況下，水的電阻值 R 大小與電極的垂直截面積 s 成 反 比，與電極之間的距離 l成 正 比 。在水溫基本恒定的情況下，我們一般可以通過(guò)改變兩極板正對(duì)的面積和極板之間的距離來(lái)改變水的電阻。采用改變極板間的距離來(lái)改變水電阻的大小，則要求電阻水箱的體積將會(huì)很大。一方面會(huì)浪費(fèi)大量的用水，另一方 面，設(shè)計(jì)過(guò)程中的很多數(shù)據(jù)的取值都將會(huì)非常的大。而改變極板之間正對(duì)面積的大小就相對(duì)容易些，設(shè)計(jì)中將整塊極板分成面積大小相等的若干小面積極板，正負(fù)極相互隔開(kāi)放置在水中。改變極板間距離的方法；一，旋轉(zhuǎn)浸入水電阻箱內(nèi)水面以下的正負(fù)兩極極板，形成一定角度；二，選擇吊起一個(gè)單獨(dú)的極板（通常選擇正極），這樣，在吊起極板時(shí)，可以減少鋼絲繩的受力大小，同時(shí)，也可相應(yīng)減小平衡鐵的用量，在選用吊起極板的橫梁時(shí)，也可以減小其型號(hào)。 綜上所述，述要改變水電阻的大小只要改變極板的相對(duì)面積的大小，極板分為上、下兩部分，下部極板固定在水阻 槽中，上部極板可以上下移動(dòng)。上部極板作為陽(yáng)極，接電流正極；下部極板作為陰極，接電流負(fù)極。 通過(guò)上極板的上下移動(dòng)，來(lái)改變極板間的相對(duì)面積，這樣便可以改變電阻。這就是設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的依據(jù)。上極板的上下移動(dòng)是通過(guò)傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的，包括滑輪組、卷?yè)P(yáng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)等裝置。監(jiān)控設(shè)備就是對(duì)試驗(yàn)站的控制和對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)主發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流、主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓，電流。 5 傳動(dòng)原理圖如下： 圖 2－ 1 極板 平衡塊 滑輪 鋼絲繩 卷筒 減速器 電動(dòng)機(jī) 水槽 實(shí)驗(yàn)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 需要實(shí)現(xiàn)的功能，極板的上下移動(dòng)是通過(guò)滑輪組用纜繩連接，纜繩的另一端由電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，從而使活動(dòng)極板能夠以一定的速度 v 上升下降。 傳動(dòng)方案的比較 整套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、減速器和卷筒組成。合理的傳動(dòng)方案首先要滿足機(jī)器的功能要求，例如傳動(dòng)功率的大小，轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式。此外還要適應(yīng)工作條件，滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等要求。 方案一：采用兩極展開(kāi)式圓柱齒輪減速器構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng)。圓柱齒輪減速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，容易控制，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，由于電動(dòng)機(jī)，減速器與滾筒 并列，導(dǎo)致橫向尺寸較大，機(jī)器不緊湊。 6 圖 2－ 2（ a） 1— 電動(dòng)機(jī) 2— 連軸器 3— 制動(dòng)器 4— 二級(jí)圓柱齒輪減速器 5— 卷筒 6— 軸承 7— 齒輪 方案二 采用蝸桿 — 齒輪減速器，這類減速器在絕大多數(shù)情況下，都是把蝸桿傳動(dòng)作為高速級(jí)蝸桿傳動(dòng)的效率較高，它所使用的傳動(dòng)比一般在 50~100 的應(yīng)用范圍內(nèi)，最高可達(dá) 蝸桿 — 齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕。但制造安裝較困難，傳動(dòng)效率高。蝸輪輪緣需用有色金屬制造，機(jī)器總體布置尺寸緊湊。如圖： 圖 2－ 2（ b） 1— 電動(dòng)機(jī) 2— 連軸器 3— 齒輪 蝸桿減速器 4— 卷筒 5— 軸承 6— 齒輪 方案的對(duì)比選定：方案一的兩級(jí)圓柱齒輪減速器在通常情況下被廣泛的使用。它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)布置較大，不太緊湊，且傳動(dòng)比較小。在 8~50 之間。方案二的蝸桿 — 齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比大的優(yōu)點(diǎn)，而且不許要采用制動(dòng)器?？傮w性能較高。因此經(jīng)對(duì)比確定采用蝸桿 — 齒輪傳動(dòng)較合適。 設(shè)計(jì)中，極板分為上下兩組，一組極板固定在水阻槽 中 ,另一組極板可以上下移 7 動(dòng) ,在水箱里加入適當(dāng)水 ,通過(guò)上極板的上下移動(dòng) ,來(lái)改變極板間的正對(duì)面積 ,這樣便可以改變電阻 .上極板的上下移動(dòng)是通過(guò)傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的。 監(jiān)控設(shè)備就是對(duì)試驗(yàn)站的控制和對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) ,主 要監(jiān)測(cè)主發(fā)電機(jī)的輸出電壓 ,主發(fā)電機(jī)的磁電壓 ,電流 .進(jìn)而調(diào)整主發(fā)電機(jī)的輸出功率 ,讓它們達(dá)到設(shè)計(jì) 的要求。達(dá)到電流 ,主發(fā)電機(jī)的磁電壓 ,電流 .進(jìn)而調(diào)整主發(fā)電機(jī)的輸出功率 ,讓它們達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 電動(dòng)機(jī)的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響容量 。小于工作要求，則不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間超載運(yùn)行而過(guò)早的損壞，容量選得過(guò)大，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，傳動(dòng)能力又不能充分利用。而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較底，從而造成能源的浪費(fèi)。 選擇電動(dòng)機(jī)的的容量由額定功率表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。其大小主要由運(yùn)行的發(fā)熱條件，依據(jù)工作機(jī)容量來(lái)確定，必要時(shí)還必須用過(guò)載能力及起動(dòng)條件加以校核。在本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，由于負(fù)載是穩(wěn)定的，無(wú)需進(jìn)行過(guò)載能力的校核，也無(wú)需進(jìn)行起動(dòng)條件的校核。 電動(dòng)機(jī)所需的功率為 ： wd PP N? KW 式中： Pd電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位： KW； Pw工作機(jī)所需輸入功率，單位： KW； N 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。 工作機(jī)所需功率 Pw 就是極板運(yùn)動(dòng)所需的功率，由下式求得： 1000w FVP ?? KW 式中： F 極板運(yùn)動(dòng)所需的最大牽引力，單位： N； V 極板的運(yùn)動(dòng)速度，單位： m/s； 極板運(yùn)動(dòng)所需的 牽引力的大小 由極板的重量和阻力大小決定。因?yàn)闃O板工作時(shí)要放置于水阻槽中，所以必須考慮到水的浮力對(duì)牽引力的影響。當(dāng)極板完全放置于水中時(shí)，浮力最大，牽引力也就最小；當(dāng)極板還未接觸水面時(shí)，沒(méi)有浮力作用，牽引力也就最大。最大牽引力就是極板還未接觸水面時(shí)所需的牽引力。極板的重量根據(jù)計(jì)算， 有 2217 千克 8 左右 ，如果直接用纜繩拉動(dòng)，則需要比較大功率的電動(dòng)機(jī)，而且難以控制。可以采用一個(gè)平衡力來(lái)減小纜繩拉力的大小 —— 在纜繩的一端固定一個(gè)質(zhì)量較大的平衡物 體，極板運(yùn)動(dòng)所需的牽引力就等于極板的重量減去平衡物體的重量再減去極板所受的浮力。 平衡物體的重量必須小于極板與起吊架的重量之和，必須小于極板與起吊架的重量和與最大浮力之差，否則極板無(wú)法完全插入水中。 這里考慮的最大牽引力就是極板還未接觸水面時(shí)所需的牽引力。即最大牽引力的大小等于極板和吊架的總的質(zhì)量減去平衡鐵的重量。 由前面計(jì)算可知極板和吊架的總質(zhì)量為 2217Kg，平衡鐵的質(zhì)量為 2100 Kg 極板起吊所需最大拉力為： F=（ 22172100） ? = 確定極板運(yùn)動(dòng)速度 在監(jiān)控站有四個(gè)儀表盤來(lái)表示電流的大小，分別表示個(gè)位﹑十位﹑百位﹑千位。儀表的參數(shù)和狀態(tài)的變化能否處于正常的范圍，對(duì)操作人員的觀察認(rèn)讀的準(zhǔn)確性，快速性及疲勞程度有一定的影響。也就是說(shuō)極板的起吊速度太快，儀表指針將急劇跳動(dòng)，以致于不便觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 電流的最大值可達(dá)到 6000A，由于試驗(yàn)中難免會(huì)出現(xiàn)一些不確定因素，比如水的上下波動(dòng)，溫度的變化等等，這些因素都會(huì)使指示儀表上個(gè)位上的數(shù)字變化非?？?，致使人眼分辨不清，據(jù)實(shí)驗(yàn)要求電流在個(gè)位上的變化不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大影響，因此我們只要看清十位上的變化就可以了。 在此假設(shè)人眼在二秒鐘的間隔內(nèi)能看到電流儀表十位上的變化，即二秒鐘變化10A。 電阻的變化率可由以下公式求出 2PR I? 電阻的變化率為 ? 在由公式 LS R?? ，解得面積的變化率為 2m 。 因此由極板的寬度 和總塊數(shù) 12 能夠算出極板上升的高度為 ： 0. 14 07 0. 09 41. 5 m? 則極板的速度 v= 所以工作機(jī)所需輸入的功率 1000w FVP ?= 總效率η的計(jì)算 9 總效率η是每個(gè)傳動(dòng)構(gòu)件的效率的乘積： 1 2 3? ? ? ???? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得： 減速器效率為 ～ 。 繩子與滑輪接觸的效率為為 。 卷筒效率為 。 算出 η≈ 因此電動(dòng)機(jī)的所需的額定功率 ： wd PP ??? 所以，選擇的電動(dòng)機(jī)額定功率必須≥ 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以便確定滿足工作要求的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速可供選用，如三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，一般有3000r/min（兩極）﹑ 1500r/min（四極）﹑ 1000r/min（六極）及 750r/min（八極）四種。電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速越高，磁極對(duì)數(shù)愈少，其重量愈輕，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈底。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速相差過(guò)多勢(shì)必使傳動(dòng)比加 大，致使傳動(dòng)裝置的外廓尺寸和重量增加，價(jià)格提高。而選用較底轉(zhuǎn)速的電機(jī)時(shí)，則情況正好相反。 因此，在設(shè)計(jì)中常用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1000r/min 兩種電機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，活動(dòng)極板的起吊速度將是非常小的，故要求傳動(dòng)比較大。所以選擇同步轉(zhuǎn)速相對(duì)較小的 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)。 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式 在交流電動(dòng)機(jī)中，三相異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中廣泛的應(yīng)用。常用的 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)為全封閉自扇式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，起動(dòng)特性好，價(jià)格低廉，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)額定功率轉(zhuǎn)速及工作條件選 擇三相異步電動(dòng)機(jī)為： Y90L 型 技術(shù)參數(shù)為： 額定功