Розрахунок електричних виконавчих пристроїв - Розрахунок автоматизованої системи управління температурою в тунельній печі

Розрахунок проводиться з урахуванням наступних основних вимог:

А) напруга UН І номінальний струм IНАпаратури повинні відповідати напрузі і тривалому струму; Б) апаратура управління повинна без пошкоджень включати і відключати пусковий струм електродвигунів: IПуск = (7...9)IН; IОткл. ? IПуск; В) апаратура захисту по своїй відключаючій здатності повинна відповідати струмам короткого замикання на початку ділянки, що захищається: IОткл. ? IК. з..

Розрахунок і вибір елементів в автоматичних системах регулювання електроприводами за технічними даними регульованого двигуна здійснюється таким чином.

Напруга підсилювача потужності, що живить двигун, UУ. м.=1,05UН. дв.

Струм підсилювача потужності, з урахуванням динамічних режимів в процесі регулювання IУ. м. = (1,15...1,25)IН. дв., де UН. дв., IН. дв. - відповідно номінальні значення напруги і струму регульованого двигуна.

По номінальній частоті обертання двигуна вибирається тахогенератор: nН. тг. ? nН. дв.; щН. тп. = р-nН. тг./30 ? щН. дв. = рnН. дв./30, де nН. тг - номінальна частоті обертання тахогенератора.

Вибір реле.

Промисловістю випускається велика кількість різних типів і серій реле, вибір яких проводиться відповідно до технічних даних реле, електричних режимів роботи і умов їх експлуатації. Тип реле вибирають залежно від роду струму, напруги живлення, значення комутованих струмів і напруги у вихідному ланцюзі, часу спрацьовування і відпуску, числа контактів, маси і габаритів. Особлива увага звертається на відповідність номінальних даних обмоток реле і контактів режимам їх роботи в різних пристроях автоматики.

При комутації активних і активно - індуктивних навантажень слід враховувати виникнення іскрового розряду при розмиканні ланцюга і в необхідних випадках застосовувати пристрої іскрогасіння.

Рубильники, пакетні вимикачі, тумблери вибирають:

А) по номінальній напрузі мережі UН ? UН. с., де UН. с.. - номінальна напруга мережі; Б) по тривалому розрахунковому струму

IН> IТр.; IВідкл. ? IТр.; IТр=

Де IТр. = тривалий розрахунковий струм ланцюга; - сумарний номінальний струм всіх n - споживачів.

Крім того, вказана апаратура повинна без пошкоджень включати і відключати пускові струми споживачів, які перевищують номінальні струми у декілька разів. Магнітний пусковик вибирають залежно від потужності електродвигуна і номінальної напруги мережі.

Номінальні дані магнітного пускача мають бути

UН. ? UН. с.; IН. ? IН. дв.

Магнітні пускачі повинні без пошкоджень включати і відключати пусковий струм двигуна.

Теплові реле магнітних пускачів вибирають по номінальному струму двигуна або тривалому розрахунковому струму

IН. т.> IН. дв.; IН. т.> IДлит.,де IН. т. - номінальний струм теплового елементу.

Автоматичні вимикачі вибирають по номінальній напрузі і струму

Uн. а. ? Uн. с.; Iн. а. ? Iдлит., где Uн. а., Iн. а - номінальна напруга і струм автомата.

Запобіжники використовують для захисту джерел живлення від перевантажень і коротких замикань в силових ланцюгах і ланцюгах управління, для захисту і сигналізації. Розрізняють запобіжники з великою тепловою інерцією - свинцеві струмопровідні провідники і з малою тепловою інерцією - мідні провідники. У системах автоматики найбільш поширені мідні запобіжники.

У ланцюгах управління і сигналізації плавкі запобіжники вибираються по співвідношенню:

Де найбільший сумарний струм, споживаний котушками реле і контакторів, сигнальними лампами при їх одночасній роботі; найбільший сумарний струм, споживаний котушками апаратів, що включаються одночасно.

Розрахунок джерел живлення.

Для електроживлення задавачів, регуляторів, різних електронних і електромагнітних пристроїв автоматики використовуються джерела живлення постійного струму. Загальна структурна схема (рис.16.) джерела живлення постійного струму включає: трансформатор (Тр), випрямляч (В), фільтр (Ф), стабілізатор (Ст).

Рис. 16. Загальна структура джерела живлення.

Початковими даними для розрахунку трансформаторів є: тип і матеріал магнітопровода, амплітуда змінної індукції Вm, що становить0,5...1,5 Тл і частота перемагнічування f; найбільше значення напруги E1 ? U1,; найбільше значення струму первинної обмотки I1 = IНU2/(U1?з), де з = 0,84...0,96 - ККД трансформатора. Мета розрахунку - визначення типоразміру магнітопровода, число витків обмоток, коефіцієнт трансформації і перетину проводів.

Електричні виконавчі двигуни

Необхідність перетворення змінного струму в постійний здорожує і ускладнює конструкцію електроприводів постійного струму. Вони менш надійні в експлуатації, чим безколекторні машини змінного струму.

Двофазні асинхронні двигуни.

У малопотужних стежачих системах і виконавчих механізмах переважно застосовують двофазні двигуни з короткозамкнутим ротором. Вони володіють невеликим моментом тертя. Потужність підсилювачів, необхідна для управління цими двигунами, менше потужності самих двигунів, оскільки частину потужності двигун отримує безпосередньо від джерела змінного струму

До недоліків двофазних двигунів в порівнянні з двигунами постійного струму відносять більший питомий об'єм на одиницю потужності і малий ККД. Проте простота їх конструкції забезпечує високу надійність в експлуатації.

Асинхронні двигуни потужністю до 600 Вт найчастіше живляться від однофазної мережі з фазозсувним конденсатором. При включенні трифазного двигуна в однофазну мережу можливі різні схеми включення.

Трифазні асинхронні двигуни.

Виконавчі двигуни змінного струму потужністю понад 500 Вт, як правило, трифазні і живляться від трифазної мережі через управляючі пристрої. Енергетичні і регулювальні властивості асинхронних двигунів изначаються електромагнітним обетовим моментом, і статичними характеристиками.

Виконавчі двигуни як об'єкти автоматичного управління.

Автоматичні системи з виконавчими електричними двигунами, як правило, розраховують на основі спрощених передавальних функцій, які визначають з інтегро-дифференційних рівнянь, що описують поведінку виконавчих двигунів в перехідних процесах. Проте вони дають можливість аналізувати стійкість і динамічні характеристики систем електроавтоматики з виконавчими двигунами в лінійному наближенні при малих відхиленнях координат щодо сталих значень.

Основними показниками виконавчих механізмів з постійною швидкістю переміщення виконавського органу, які необхідно враховувати при їх виборі, є:

А) максимальне середньодобове число включення в 1 год.; Б) момент на валу виконавчого двигуна; В) потужність електродвигуна; Г) оптимальне передавальне відношення редуктора; Д) швидкість переміщення регулюючого органу.

Регулюючі органи.

Як регулюючі органи використовуються різні заслінки, засувки, клапани, крани, ножі тарілчастих живильників і тому подібне

Кінець кінцем, регулюючий орган змінює прохідний перетин (отвір) або опір на шляху проходження речовини або енергії в об'єкт управління. До основних характеристик регулюючих органів відносяться - переміщаюче зусилля, діапазон регулювання, витратна характеристика.

Витратною характеристикою називається залежність між зміною положення регулюючого органу у відсотках і витратою речовини, що подається в об'єкт. Витрата речовини, проте, залежить не тільки від положення регулюючого органу, але і від властивостей речовини, що подається, його щільності, в'язкості, від умов роботи регулюючого органу, зокрема натиску, опору середовища, перепаду тиску на регулюючому органі.

Витратні характеристики можуть бути лінійними і нелінійними. Найбільш переважна лінійна залежність між витратою, компоненту, що подається в об'єкт, і положенням регулюючого органу.

Якщо простим зчленуванням ВМ з РО не вдається добитися лінійності, то використовуються нелінійні зв'язки (зчленування) за допомогою профільованих кулачків і тяги для надання характеристики бажаної форми.

Найбільш простим видом РО є регулюючі крани, використовувані при управлінні витратою потоків води, а також в'язких і агресивних рідин.

Послідовність розрахунку гідравлічних виконавчих пристроїв.

Початковими даними для розрахунку є:

А) задане корисне навантаження Т на штоку поршня при робочому ході (вправо); при холостому ході навантаження відсутнє; Б) задана швидкість робочого ходу поршня Vп.

Порядок розрахунку.

1. Визначаємо робочий тиск приводу з нормалізованого ряду тиску (ГОСТ 356-59) Р, керуючись технологічними умовами, конструктивними особливостями машини, наявністю гідроапаратури. 2. Розраховуємо діаметр циліндра Д0 З умови:

Враховуючи, що до 20% (0,2) потужності насосної станції витрачається на подолання опорів в гідравлічних магістралях і апаратури приводу, що управляє, на тертя у виконавчому механізмі і ущільненнях штока і поршня гідроциліндра:

3. Вибір основних параметрів гідроциліндрів, зокрема діаметрів поршнів і штоків, регламентується ГОСТ 6340-64. Тому отриманий діаметр Д0 слід округляти до найближчого стандартного значення (округлення проводиться, як правило, у бік збільшення) .

Діаметр штока dШВизначається зазвичай з умови:

Отримані dШ Також округляють до найближчого великого по ГОСТ 6540-64 dШ.

4. Визначення раціонального діаметру трубопроводів гідроприводу d проводиться після підрахунку витрати Qмасла, необхідної для забезпечення заданої швидкості поршня циліндрів діаметром :

5. Швидкість перебігу рідини, що рекомендується, в трубопроводах при робочому тиску від 25 * 105 Н/м2 до 100 * 105 Н/м2складає 3 - 6 м/сек, зростаючи із збільшенням тиску. Приймаючи цю швидкість в приводі машини Vр, визначуваний внутрішній діаметр трубопроводу з рівності:

Звідки

6. Отриманий діаметр також округляють до найближчого великого по ГОСТ 355-67 d*. 7. По отриманих орієнтовних розрахунках для монтажу системи вибирають по ГОСТ 8734-58 труб певного матеріалу, зовнішнього діаметру і товщини стінки, розраховані на експлуатацію при вибраному робочому тиску Р або нижче. 8. При виборі апаратури керуються допустимим тиском Р і витратою Q, які рекомендує завод - виготовник для кожного апарату. Вибирають найменування і типорозміри насосу, запобіжного клапана, фільтру, золотника, дроселя і зворотного клапана. 9. У відповідальних випадках після орієнтовного розрахунку необхідно провести перевірочні розрахунок приводу з метою визначення всіх втрат і провести коректування параметрів, які були отримані при орієнтовному розрахунку.

Послідовність розрахунку пневматичних виконавчих пристроїв.

Розрахунок параметрів і підбір апаратури пневмопривода (рис.17.) проводиться з наступних заданих умов:

А) корисне навантаження Т на штоку поршня при робочому ході (вправо); при холостому ході навантаження відсутнє; Б) стала швидкість руху поршня Vп.

Порядок розрахунку.

Рис. 17. Структурна схема пневмопривода:

1) Золотник; 2) Зворотні клапани; 3) Дроселі; 4) Пневмоциліндр. 1. Діаметр циліндра Д0 розраховується з умови:

Звідки

Де Р1 і Р2- абсолютний тиск відповідно в лівій і правій порожнинах циліндра, Д0- діаметр циліндра; k - коефіцієнт, що враховує втрати на тертя в циліндрі.

Площа штока з причини її незначної величини в порівнянні з площею поршня не враховується при розрахунку пневмопривода.

Тиск Р1 при достатньо великих прохідних перетинах трубопроводу можна вважати за рівний тиску Рс повітря в мережі.

Абсолютний тиск у вихідній порожнині циліндра рекомендується не менше 2 * 105 Н/м2. Якщо до рівномірності швидкості руху поршня (особливо при змінного під час руху навантаження Т) пред'являються підвищені вимоги або вихлопна магістраль має великий опір, воно має бути збільшене.

Значення коефіцієнта k коливається в межах 1,15 ? 1.3 залежно від навантаження, зростаючи з її зменшенням.

2. Вибір основних параметрів пневмоприводов, зокрема діаметрів поршнів і штоків, регламентується ГОСТ 6540-64. Тому отриманий діаметр Д0, слід округляти до найближчого великого стандартного значення. 3. Діаметр штока dШВибирають зазвичай з умови:

Отриманий діаметр dШОкругляють до найближчого більшого поГОСТ 6540-64.

4. Швидкість руху повітря, що рекомендується, в трубопроводах пневматичних приводів лінійно залежить від тиску. При Р = 1 * 105 Н/м2вона не повинна перевищувати 40м/сек. При Р = 10 * 105 Н/м2- її величина, що рекомендується, - не більше 16 м/сек. Значення допустимої швидкості Vдоп. при проміжних значеннях легко знайти за допомогою інтерполяції. Маючи це зважаючи на, з умови

Можна знайти внутрішній діаметр d повітря трубопроводу, що підводить до циліндра:

Отриманий діаметр трубопроводу округляють до найближчого більшого значення по ГОСТ 35567 і отримують d*.

5. Підбір апаратури здійснюється по тиску і витраті аналогічно підбору апаратури в гідроприводі.

Розрахунок електричних виконавчих пристроїв - Розрахунок автоматизованої системи управління температурою в тунельній печі

Похожие статьи