Расчёт и выбор элементов и средств автоматизации

Системы автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в сельском хозяйстве должны строиться на базе серийно выпускаемых приборов, аппаратов, средств автоматизации и вычислительной техники.

Выбор элементов и средств управления производится после оконча­тельной доработки принципиальной электрической схемы в следующей последовательности:

1. Определяют назначение устройства, его функцию в данной схеме управления; формулируют требования к нему;

2. Определяют место установки элемента ( в шкафу, в щиту управ- -ления, в помещении пункта управления, на объекте управления),его ус­ловия эксплуатации;

3. Составить, на основании перечня требований к выбираемому, список возможных вариантов выбора;

4. Отсеять конкурирующие варианты не соответсвующие в полном объёме предъявленным требованиям;

5. Произвести расчёт и выбор одного из конкурирующих вариантов.

Результаты выбора элементов необходимо свести в таблицу 7.1:

При выборе всех электротехнических изделий, аппаратов необходи­мо принимать во внимание степень защиты изделия от попадания во внутрь оболочки твердых посторонних предметов и воды согласно ГОСТ 1М254-80. Для обозначения степени защиты применяют буквы IP и сле­дующие за ними две цифры. Первая цифра после IP О...6 означает сте­пень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущими­ся частями от попадания инородных тел. Вторая цифра - 0. ..8 степень защиты от попадания воды.

Номинальный ток плавкой вставки Iвст предохранителя определяет­ся по значению длительного расчетного тока Iдл электроприемника или линии из соотношения:

I_вст > I_дл (7.1)

и по второму варианту:

I_вст > I_пуск/α (7.2)

где I_пуск - пусковой ток электродвигателя, А;

α - коэффициент учитывающий условия пуска электродвигателя.

Если необходимо обеспечить защиту группы электродвигателей, то ток плавкой вставки будет равен

I_вст > ( ∑I_н + I_пуск.н ) /α (7.3)

где ∑I_н - сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей, без электродвигателя с наибольшим пусковым током, А;

I_пуск.н - наибольший пусковой ток, А.

Если число электродвигателей больше пяти, то

I_вст = ∑I_н + (∑I_пуск.н / α) (7.4)

Номинальный ток стандартной плавкой вставки I_вст.ст должен быть равным или близким расчетному току плавкой вставки I_{вст .}

Автоматический выключатель выбирают по типу, по напряжению и номинальному току, по способу установки, по номинальному току тепло­вого расцепителя I_н.р который равен

I_н.р > I_р (7.6)

Если автомат встроен в шкаф, то следует учесть изменившиеся ус­ловия охлаждения автомата, вводя поправочный коэффициент

K = 1,1 ...1,5

I_н.р >(1,1 ...1,5) I_р (7.7)

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя I_ср.р равен

I_ср.р > (1,25…1,8)( ∑I_н + I_пуск.н ) (7.9)

Расчетный ток срабатывания I_ср.р не должен превышать каталожное значение тока срабатывания

I_ср.р > I_ср.кат (7.10)

Если данное условие не выполняется, то возможны ложные срабаты­вания автомата при включении потребителей.

В основу выбора теплового реле положено соответствие номиналь­ного тока I_н его нагревательного элемента номинальному току элект­роприемника (потребителя) I_дв

I_н > I_дв (7.11)

Электромагнитные пускатели выбирают с учетом степени защиты и климатического исполнения, по номинальному току и напряжению, а так же по конструктивному исполнению. Пускатели серии ПМЛ допускают ус­тановку одной дополнительной контактной (с замыкающимися и размыкаю­щимися контактами) приставки ПКЛ и пневмоприставки (с замедлением! при срабатывании) типа ПВЛ.

Выбор промежуточного реле необходимо проводить по роду тока, напряжению катушки, по значению коммутирующего тока, по исполнению. При выборе реле постоянного тока необходимо также определить коэффи­циент запаса К_з , характеризующий надежность срабатывания реле

К₃ = I_Р / I_ср (7.12)

где I_Р - рабочий ток реле, А ;

I_ср - ток срабатывания реле, А.

Рабочий ток реле определяется по выражению:

I_Р = U_п / R_oб (7.13)

где U_n - напряжение питания реле, В ;

R_oб - сопротивление обмотки реле, Ом .

Коэффициент запаса должен находиться в пределах К₃ = 1,5.. .3. Мощность, потребляемая обмоткой реле, определяется по формуле

Р_об = U_n² / R_oб (7.14)

Мощность, потребляемая обмоткой реле, должна быть не более 2 Вт для длительного режима работы, и не более 7 Вт для импульсного режима. Если приходится эксплуатировать реле в длительном режиме, то не­обходимо последовательно с обмоткой включить добавочный резистор, величина которого определяется по формуле:

R_доб² = ( U_n² - R_oб Р_доп ) / Рдоп (7.15)

где Р_доп - допустимая мощность обмотки, Вт.

Мощность резистора определим по формуле

Р = I²_р R_доб (7.16)

Выбор тиристоров для управления электродвигателями заклю­чается в следующем :

- определяют расчетный ток тиристора

I_р.т. = I_ном /K₀ K_t (7.17)

где I_н - номинальный ток электродвигателя, А ;

К₀ - коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристора:

без радиатора и обдува К₀ = 0,15,

при наличии радиатора, но без обдува К₀ = 0,5,

с радиатором и обдувом К₀ = 1,0;

Kt - коэффициент загрузки тиристора в зависимости от темпера­туры окружающей среды (таблица 7.1 )

-выбирают по току предварительно тиристор

-определяют перегрузочную способность тиристора

К_п = I_пуск / I_н.ст (7.18)

где I_пуск - пусковой ток электродвигателя, А ;

I_н.ст - номинальный ток выбранного тиристора, А .

-определяют номинальное напряжение тиристора

U_н = U_c (7.9)

где U_c - напряжение сети, В.

- по каталогу выбирают тиристор и определяют его класс.

Таблица 7.2 -Значения коэффициента К_t в зависимости от температуры окружающей среды

Длительный ток тиристоров зависит от условий охлаждения. При естественном воздушном охлаждении допустимый ток нагрузки тиристоров серии Т составляет всего 35 % значения номинального тока. Например, тиристор Т-100 при естественном охлаждении допускает длительную нагрузку 35 А. Тиристоры допускают кратковременную перегрузку по току. Так, тиристоры серии Т допускают 25 % перегрузки по току в течение 30 с , 50 % - в течение 5 с и 100% - в течение 1 с.

При расчете и выборе выпрямителей переменного тока следует принимать во внимание, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп на который рассчитан, и обрат­ное напряжение U_обр , которое выдерживает диод без пробоя в непрово­дящий период. Ток потребителя I_d (т. е. проходящий через диод ) равен

I_d = P_d / U_d (7.20)

где P_d - мощность потребителя, Вт ;

U_d - напряжение потребителя, В.

Для однополупериодного выпрямителя ток, проходящий через диод, равен току потребителя, т.е. необходимо, чтобы соблюдалось условие:

I_доп > I_d (7.21)

Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления

I_доп >0,5 I_d (7.22)

И для трехфазного выпрямителя

I_доп > 1/3 I_d (7.23)

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период U_b , также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

U_b = π U_d (7.24)

для мостового выпрямителя

U_b = (π Ud / 2 )= 1,57 U_d (7.25)

и для трехфазного выпрямителя

U_b =2.1 U_d (7.26)

При выборе диода должно соблюдаться условие

U_oбp > U_b (7.27)

Рубильники выбирают по номинальному току и напряжению, по спо­собу установки, по условиям окружающей среды. Предельный максималь­ный ток 1м для рубильников без дугогасительных камер составляет

I_м = 0,3 I_н (7.28)

Пакетные барабанные, кулачковые, универсальные переключатели выбирают по каталогу в соответствии с необходимой схемой (диаграм­мой) переключения, номинальному току и напряжению, с учетом места установки и условий окружающей среды.

Реле времени выбирают в соответствии с требуемым диапазоном вы­держек времени, напряжению питания, току коммутации, числом коммути­рующих контактов и программ.

При выборе кнопочных выключателей также необходимо принимать во внимание напряжение и ток коммутации, число и вид контактов, тип толкателя и способ установки.

Конечные, путевые выключатели и переключатели выбирают из ката­лога по номинальному напряжению и току коммутации, по типу (контакт­ные, бесконтактные), по типу нажимного устройства с учетом условий окружающей среды.

При выборе аппаратуры (контрольно-измерительных прибо­ров, средств автоматизации) необходимо учитывать параметры контроли­руемой и окружающей среды (температуру, давление, состав среды, влажность, запыленность, наличие вибраций, электрические свойства, а также условия контроля и измерения), размеры и характер контролируе­мого объекта, расстояние между точкой измерения и вторичным прибо­ром, механические воздействия (удары, вибрацию), наличие источников питания и др.

Кроме того, должны быть выражены требования к средствам автома­тики, предъявляемые технологическим процессом (по точности, чувстви­тельности, инерционности), а также требования охраны труда, техники безопасности, противопожарные условия. Необходимо стремиться применять унифицированную аппаратуру: приборы одной информационной системы, одного завода-изготовителя и т.д., что облегчит обслуживание системы и позволит сократить число запасных приборов и средств ав­томатики.

При выборе приборов нужно руководствоваться следующими метроло­гическими показателями:

-для контроля и регулирования производственных процессов, с вы­сокой точностью применять приборы класса точности 0,2 (погрешность 0,2%) со стандартной шириной поля записи 250 мм;

-для измерения, регистрации и регулирования технологических процессов, допускающих применение приборов средней точности измере­ния и записи, использовать приборы точности 0,5 (погрешность 0,5%) со стандартной шириной поля записи 160 мм;

-для мнемонических схем, пультов контроля и сигнализации в системах автоматического регулирования технологических процессов, не требующих высокой точности, применять приборы класса точности 1,0 (погрешность 1,0 %) с шириной поля записи 100- мм;

-шкалы показывающих и самопишущих приборов выбирать таким образом, чтобы характерные значения измеряемых величин укладывались во вторую половину или в последнюю треть шкалы, в некоторых случаях приходится устанавливать несколько приборов с разными шкалами для контроля одной и той же величины при разных режимах работы (напри­мер, температуры теплоносителя в сушилках при разных режимах сушки

продуктов).

При выборе измерительных приборов, устройств необходимо учиты­вать инерционность прибора, которая должна быть значительно меньше инерционности объекта. Исполнительные элементы так же, как и другие устройства автоматики, выбирают прежде всего по виду вспомогательной энергии. Кроме того, при их выборе учитывают условия эксплуата­ции, значение развиваемого усилия, частоту вращения, угол поворота, время поворота и другие показатели. Результаты производственного расчета и выбора элементов и устройств автоматики сводим в табли­цу 7.3.

Таблица 7.3 Элементы и устройства систем автоматики

Методику выбора элементов, аппаратов и средств автоматизации

для управления сельскохозяйственными машинами и агрегатами проследим на примерах.

Пример 1. Для электродвигателя серии 4А (установлен для привода сельскохозяйственной машины), включенного в сеть напряжением 380/220 В, необходимо выбрать пусковую и защитную аппаратуру.* Режим работы электродвигателя длительный, рабочий механизм не реверсирует­ся, условия пуска электродвигателя легкие.

Решение.

1. Выписываем из каталога номинальные данные двигателя, необхо­димые для выбора аппаратуры: Р_н =7,5 кВт, I_н =18 A, K_i =6.

2. Выбираем из каталога рубильник типа РБ-31 - трехполюсный, первой величины, с боковой рукояткой, защищенного исполнения, с пе­редним присоединением. При использовании рубильника в качестве вык­лючателя нагрузки предельный ток I_пр составит

I_пр = 0,3 I_н

I_пр = 0,3 • 100 = 30 А,

что больше номинального тока двигателя:

3. Определяем ток плавкой вставки предохранителя

I_вст = ( I_н К₁ ) / α

I_вст = 18 • 6 / 2,5 = 43,2 А.

Выбираем предохранитель типа ПР-2-60 с плавкой вставкой, рассчитанной на 45 А.

4. Вместо рубильника РБ-31 и предохранителя ПР-2 рациональней
выбрать силовой ящик типа ЯБПВУ-1, ящик с блоком предохранитель вык­лючатель (рубильник) уплотненного исполнения, первой величины. Применение комплектного аппарата упрощает монтаж и увеличивает надежность в работе. Кроме этого ящик имеет блокировку, исключающую отк­рывание дверцы при включенном блоке, что обеспечивает безопасную
эксплуатацию.

5.Учитывая мощность двигателя, условия окружающей среды, технологические требования и требование обеспечить тепловую защиту, выбираем магнитный пускатель типа ПМЕ-232 с тепловым реле TPH-25 или

типа ПМЛ-22300 с тепловым реле РТЛ-102204. Так как пускатели серии ПМЕ сняты с производства, то выбираем пускатель серии ПМЛ. К реле ТРЛ выбираем сменный тепловой элемент с номинальным током 21,5 А с Последующей регулировкой до 18 А.

6. Для коммутации силовой цепи и защиты двигателя можно выбрать любой из автоматов серии АП-50, А-3100, АЕ-20.

Номинальный ток комбинированного расцепителя

I_н.р. > I_н • 1,1

I_н.р > 1,1 • 18 =19,8 А.

Выбираем автомат АЕ-2033-14РС с током расцепителя на 20 А, т.к. автомат серии АЕ более экономичен, соответствует условиям окружаю­щей среды, а автоматы АП-50 и АК-3100 снимаются с производства. Ве­личина тока срабатывания электромагнитного расцепителя

I_cp > 1,25I_н K_t

I_cp > 1,25 • 18 • 6 = 135 А.

Проверяем автомат на возможность ложных срабатываний при пуске двигателя. Каталожное значение тока срабатывания у автомата АЕ равно

I_cp > 12 I_н

I_ср > 12 • 20 = 240 А.

Таким образом, расчетные значения токов срабатывания меньше, чем каталожные. Поэтому ложных срабатываний при пуске двигателя не

будет.

7. Произведем выбор тиристоров для управления электродвигате­лем, который работает в продолжительном режиме, условия охлаждения тиристоров естественные, без принудительного обдува. Определяем рас­четный ток тиристора

I_т = I_ном /К_о • K_t

где I_ном = I8 A -номинальный ток электродвигателя,

K₀ = 0,35 - коэффициент; учитывающий условия охлаждения тирис­тора,

Kt = 1,0 - коэффициент загрузки тиристора в зависимости от температуры охлаждающей среды.

I_т = 18 / 0,35 • 1 = 51,4 А.

Выбираем предварительно тиристор Т-100 с 1Т.СТ.= 100 А. Проверяем перегрузочную способность тиристора Т-100

К_п = I_пуск / I_т.ст

К_п = 18 • 6/100 = 1,008

Такую перегрузку тиристор Т-100 выдержит в течении 30 с, что допустимо. Определяем номинальное напряжение тиристора

U_н = • U_c

где U_c = 380 В - напряжение сети .

U_н = • 380 = 536 В.

Принимаем Up = 600 В. Окончательно выбираем тиристор типа Т-100.

Пример 2. Для мостового выпрямителя произвести расчет и. выбор диодов. Мощность потребителя P_d = 300 Вт, напряжение потребителя U_d = 200 Вт

Решение.

Выбираем из каталога соответствующие диоды и выписыва­ем их параметры:

Таблица 7.4Номинальные данные диодов

Определяем ток потребителя

I_d = P_d / I_d

I_d = 300 / 200 = 1,5 А.

Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя

U_b = 1,57 Ud

U_b =1,57 • 200 = 314 В.

Выбираем диод из условий

I_доп > 0,5 I_d и U_oбp > U_b

I_доп > 0>5 •1,5 > 0,75 А ,

U_oбp > 314 В.

Этим условиям удовлетворяет диод КД 202 Н. Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжению, но не подходят по допустимому току, а диод Д215Б, наоборот подходит по допустимому току, но не подходит по обратному напряжению.

Пример 3. Выбрать реле постоянного тока для длительного режима работы. Реле должно иметь 2 переключающих контакта. Контактная наг­рузка 2 А, напряжение питания UB =24 В.

Решение.

Пусть в нашем распоряжении имеются малогабаритные электромагнитные реле РЭС-47, РЭС-22 и РЭС-48. Из каталога определя­ем, что эти реле имеют сопротивление обмоток от 39 до 40 Ом, комму­тируемые токи до 3 А и имеют 2 и 3 переключающих контакта. Массы этих реле равны соответственно 36,8 и 15,5 г. При прочих равных по­казателях реле РЭС-47 самое малогабаритное. Таким образом, выбираем реле РЭС-47.

В каталоге приводятся технические данные пяти реле. Какое же из них выбрать? Выбираем реле с большим сопротивлением обмотки. Такое реле будет потреблять меньше электроэнергии, т.е. будет экономичным. Поэтому выбираем реле с паспортом РФ4.500.417. у которого сопротив­ление обмотки 650 Ом и ток срабатывания 23 мА. Проверяем параметры выбранного реле. Рабочий ток реле

I_p = U_н / R_об

I_p = 24 / 650 = 37 мА.

Значение коэффициента запаса

К_{3 =} I_р / I_ср

К₃ = 37 / 23 = 1,6

Как показала практика, коэффициент запаса не должен быть меньше 1,5. В данном случае это условие выполняется. Реле будет срабатывать надежно. Определяем мощность, потребляемую обмоткой

Р_об = U_н²/ R_об

Р_об = 24 • 24 / 650 - 0,9 Вт

что допустимо для любого режима работы реле.

Можно ли включить выбранное реле на напряжение 60 В ?

Определим мощность обмотки реле в этом случае

Р_об = 60-60 /650 = 5/5 Вт.

Реле можно эксплуатировать только в импульсном режиме, т. к.

7 Вт. > Р_об > 2 Вт.

Если мы хотим эксплуатировать реле, в длительном режиме, то необходимо последовательно с обмоткой включить добавочный резистор, величина которого определяется по формуле

R_доб = ( U_п² - К_об Р_доб ) / Р_доб

R_доб = ( 60 • 60 - 650 • 2 ) / 2 = 1150 Ом.

Выбираем резистор типа МЛТ сопротивлением 1200 Ом, мощностью 2 Вт.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: