Принципы автоматического регулирования

П ринцип разомкнутого управления заключается в том, что алгоритм управления строится только на основе алгорит­ма функционирования путем выбора законов, определяю­щих действие управляющего устройства с учетом свойств управляемого объекта.

Здесь не учитывается фактическое значение управляе­мой величины и действие возмущений. Алгоритм функционирования может задаваться отдель­ным устройством — задатчиком алгоритма функциониро­вания (ЗАФ) или заложен в конструкцию блока управле­ния (БУ). Тогда ЗАФ может вообще отсутствовать.

П ринцип компенсации (управление по возмущению) Сущность его заключается в том, что управляющее устройство формирует управляющее воздействие таким образом, чтобы компенсировать дей­ствие возмущения на УО. Этот принцип позволяет компенсировать действие возму­щения, которое может быть измерено, причем для каждого вида возмущения необходимо использовать отдельное ком­пенсирующее устройство.

П ринцип управления по отклонению. Сущность принципа заключается в том, что управляю­щее воздействие формируется только при отклонении уп­равляемой величины от заданного ее значения. Алгоритм управления u(t) форми­руется блоком управления БУ после сравнения заданного алгоритма функционирования блоком ЗАФ и фактического значения выходной величины управляемого объекта. Для этой цели в схему вводится дополнительная связь с выхода управляемого объекта в БУ. Эта связь называется цепью обратной связи, так как по ней передается сигнал в обрат­ном направлении с выхода объекта в блок управления.

Цепь обратной связи как бы замыкает контур управления, поэтому такое управление носит название управления по замкнутому контуру.

Схемы автоматизации

Назначение схем автоматизации и общие принципы их выполнения

С хема автоматизации — основной технический документ, опреде­ляющий функционально-блочную структуру отдельных узлов автомати­ческого контроля, управления и регулирования технологическим процес­сом и оснащение объекта управления приборами и средствами автома­тизации (определяющий структуру и функциональные связи между тех­нологическим процессом и средствами автоматизации).

Согласно ГОСТ 21. 408-93 на схеме автоматизации изображают:

1. Техническое и инженерное оборудование и коммуникации (трубопроводы, газоходы, воздуховоды) автоматизируемого объекта;

2. Технические средства автоматизации или контуры контроля, регулирова­ния и управления (контур — совокупность отдельных функционально свя­занных приборов, выполняющих определенную задачу по контролю, регу­лированию, сигнализации, управлению и т.д.);

3. Линии связи между отдельными техническими средствами автоматизации или контурами (при необходимости).

Также при необходимости на поле чертежа даются пояснения и таблица условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами.

Изображение технологического инженерного оборудования и коммуникаций на схемах автоматизации

Технологическое оборудование и коммуникации должны изображаться, как правило, упрощенно, без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения, но технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

Согласно стандарту устанавливаются два метода построения условных обозначений: а) упрощенный; б) развернутый.

При упрощенном методе построения приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции, например, контроль, регулирование, сигнализацию и выполненные в виде отдельных блоков изображают одним условным обозначением. При этом первичные измерительные преобразова­тели и всю вспомогательную аппаратуру не изображают.

П ри развернутом методе построения каждый прибор или блок, входя­щий в единый измерительный, регулирующий или управляющий комплект средств автоматизации, указывают отдельным условным обозначением.

В верхней части графического обозначения наносят буквенные обозначе­ния измеряемой величины и функционального признака прибора, опреде­ляющего его назначение.

При построении буквенных обозначений указывают не все функцио­нальные признаки прибора, а лишь те, которые используют в данной схеме.

Б укву А применяют для обозначения функции «сигнализация» незави­симо от того, вынесена ли сигнальная аппаратура на какой-либо щит или для сигнализации используются лампы, встроенные в сам прибор.

Букву S применяют для обозначения контактного устройства прибора, ис­пользуемого только для включения, отключения, переключения, блокировки.

Принцип построения условного обозначения прибора приведен на рис. 3.4.

Во избежание разночтений буквы «3» и «О», имеющих начертание, по­хожее на начертание цифр, применять не допускается.

Каждая связь между техническими средствами автоматизации, рас­положенными по месту и в щитах, обозначается одной линией независи­мо от фактического числа проводов или труб, осуществляющих эту связь (см, табл. 3.2).

К условным обозначениям приборов и средств автоматизации для входных и выходных сигналов линии связи допускается подводить с любой сто­роны, в том числе сбоку и под углом.

Линии связи допускается изображать с разрывом при большой протя­женности и (или) при сложном их расположении (смотрите примеры чер­тежей). Места разрывов линий связи нумеруют арабскими цифрами в поряд­ке их расположения в прямоугольнике с заголовком «Приборы местные».

Рис.3.5 Пример выполнения схемы автоматизации развернутым способом

Д опускается пересечение линий связи с изображениями технологиче­ского оборудования. Пересечение линий связи с обозначениями приборов не допускается. При необходимости указания на­правления передачи сигнала на линиях связи допускается наносить стрелки.

Схемы автоматизации выполняют двумя способами:

1) развернутым, при котором на схеме изображают состав и место расположения технических средств автоматизации каждого контура контроля и управления. Пример выполнения схемы по первому варианту приведен на рис. 3.5;

2) упрощенным, при котором на схеме изображают основные функции кон­туров контроля и управления (без выделения входящих в них отдельных тех­нических средств автоматизации и указания места расположения).

На схеме автоматизации технологических процессов приво­дится техническое решение варианта автоматизации. Например, при разра­ботке варианта автоматизации линии раздачи корма мобильным кормораз­датчиком (изображение технологического оборудования линии приведено на рис. 3.3) было принято следующее решение.

Для начала процесса загрузки мобильного кормораздатчика должно быть зафиксировано то, что кормораздатчик находится в исходном поло­жении (с помощью конечного выключателя), и что в накопительном бункере имеется корм (с помощью датчика уровня). Далее открывается заслонка (ее конечные положения тоже фиксируются) и по весу произво­дится загрузка кормораздатчика. После этого по сигналу реле времени производится кормораздача в ряд кормушек. Включение и отключение выгрузки корма обеспечивается с помощью конечных выключателей, фиксирующих начало и конец кормушек. Перечень приборов для данного варианта автоматизации приведен в табл. 3.6 и 3.7.

П ервым шагом синтеза САУ ТП является словесное описание алго­ритма функционирования технологической линии, составляемое обыч­но совместными усилиями технологов, конструкторов и проектиров­щиков. В ходе разработки задания на проектирование определяют последовательность работы исполнительных органов технологической линии, обеспечивающих эффективность функций управления, основ­ными из которых являются безопасность работы объекта и правильное выполнение технологического процесса. Качественные показатели ра­боты оборудования технологической линии определяются и корректи­руются на втором этапе проектирования.

Пример. Рассмотрим словесное описание цикла работы линии раз­дачи корма с помощью мобильного рельсового кормораздатчика (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Технологическая схема мобильного кормораздатчика: Б — накопитель­ный бункер; ЗБ — электродвигательная заслонка; К — мобильный кормораздат­чик; БК — бункер кормораздатчика; ВТ — выгрузной транспортер; М1 — привод ЗБ; М2 — привод К; МЗ — привод ВТ; U — скорость передвижения К; О — производительность ВТ; l — длина одной кормушки; q — норма одного рациона корма

Линия раздачи корма состоит из бункера Б с электродвигательной заслонкой ЗБ; кормораздатчика К, имеющего накопительный бункер БК, оборудованный шнековым транспортером ВТ. Перемещение К осу­ществляется реверсивным электроприводом М2.

Включают линию в работу по заданной программе контакты суточ­ного реле времени. Включение контактов кратковременное. Если кон­такты включены, корм в Б имеется и К находится под Б, открывается ЗБ и происходит загрузка БК. При загрузке БК до нормы ЗБ закрыва­ется, привод К включается и он перемещается к началу кормушек, где включается привод ВТ и происходит раздача корма. В конце кормушки К останавливается, привод ВТ выключается, с выдержкой времени включается реверс привода К и он перемещается в исходное положение под Б.

Для формализации алгоритма управления необходимо определить тип и количество ко­мандных аппаратов таким образом, чтобы обеспечить выполнение тре­бований функционирования оборудования технологической линии, т.е. срабатывания командных аппаратов и исполнительных механизмов должны составлять непрерывную логическую цепочку.

Для формализации алгоритма ТП применим следующие буквенные обозначения:

♦ а₁ а₂, а₃..., а_п — исполнительные элементы командных приборов ручного воздействия;

♦ в₁ в₂, в₃ ..., в_n — исполнительные элементы командных приборов технологического воздействия;

♦ х₁, х₂, х₃ ..., х_п — воспринимающие элементы исполнительных устройств;

♦ Z₁, Z₂, Z₃..., Z_n — катушки (или привода) реле времени;

♦ z'₁, z'₂, z'₃..., z'_n - исполнительные элементы реле времен (как ко­мандного прибора);

♦ z'_c — контакт суточного реле времени.

Следующим шагом в направлении алгоритмизации САУ ТП явля­ется описание его с помощью символов.

В табл. 1.1 приведены символы, обозначающие определенные дей­ствия, операции, состояния элементов САУ, вспомогательные обозна­чения, позволяющие связать отдельные элементы в цепочку причинно-следственных связей.

В соответствии с технологией раздачи корма кормораздатчик предварительно должен быть заполнен кормом из бункера Б. Заполнение БК кормом производится путем открытия заслонки ЗБ. Естественно, открытие ЗБ должно производиться, когда К находится под Б, иначе произойдет просыпание корма на пол. Для контроля положения К под Б используем элемент в₁

Открытие ЗБ должно произойти при наличии корма в Б, в противном случае должна сработать сигнализация о нарушении технологического процесса. Для контроля наличия корма в Б используем элемент в₂ .Имеет значение место установки датчика уровня в бункере — он дол­жен контролировать наличие в бункере корма минимум на один цикл работы кормораздатчика. Если корма в Б будет меньше чем на одну дачу, прервется цепочка причинно-следственных связей (не сработает датчик загрузки К) и технологический процесс прервется.

При выполнении вышеуказанных условий и замыкании контакта суточного реле времени срабатывает привод Х₁, открывая ЗБ. Ограни­чивает открытие ЗБ конечный выключатель в₃. Привод Х₂ закрывает ЗБ. Ограничивает закрытие ЗБ конечный выключатель в₅ При запол­ненном БК и закрытой ЗБ включается привод Х₃ кормораздатчика, который перемещается к началу кормушек, где посредством срабаты­вания конечного выключателя в₆ включается привод Х₅ выгрузного транспортера. Кинематика срабатывания конечного выключателя в₆ зависит от конструкции упора, воздействующего на в₆. При коротком упоре (рис. 1.6, а) происходит срабатывание в₆, включение Х₅ и затем обратное срабатывание контакта в_в. Отключение Х₅ производится уже срабатыванием другого командного аппарата. Отключение приводов Х₃ и Х₅ и возврат К в исходное положение (привод Х₄) производится срабатыванием контакта в₇ конечного вы­ключателя.

Таблица 1.2. Буквенное обозначение командных приборов и исполнительных устройств

В приведенном примере каждый из реверсивных электродвигателей М1 и М2 рассматривается как два исполнительных органа (X₁, Х₂) и (Х₃ Х₄) соответственно.

Рис. 1.7. Схема расположения командных приборов и исполнительных устройств

на объекте управления

Примечания: 1. Элементы САУ имеют два состояния (контакт замкнут — разомкнут, исполнительный механизм включен — отключен) и символы (,), которые обеспечива­ют обозначение состояния элементов.

2. Вспомогательные символы облегчают чтение алгоритма, однако нанесение их не­обязательно.

3. Наименование технологических операций и требования к ним приводятся допол­нительно при разработке алгоритма.

Записи алгоритма с помощью символов должны предшествовать обос­нование и выбор командных приборов. При этом следует придерживать­ся основных принципов:

1) количество командных приборов должно быть таким, чтобы мож­но было составить логическую цепочку причинно-следственных связей работы САУ ТП;

2) САУ ТП должна строиться на базе серийно выпускаемых при­боров;

3) приборы должны наиболее полно отвечать предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

4) установка приборов не должна влиять на ход технологического процесса и обеспечивать бесперебойность работы оборудования в течение минимум одного цикла;

5) должна быть проработана кинематика взаимодействия первично­го преобразователя командного прибора с объектом. В качестве датчика уровня в₂ можно использовать мембранные и флажковые датчики уров­ни (СУМ-1, СУМ-1-01, СУ-1Ф), в качестве датчика заполнения кор­мораздатчика в₄ — весовое устройство.

Используя словесное описание технологического процесса и приня­тые обозначения, составим запись алгоритма для нашего примера:

Принципиальная электрическая схема управления разрабатывается в соответствии с алгоритмом управления технологическим процессом и дополняется типовыми принципиальными схемами регулирования, защиты и сигнализации.

Полная принципиальная схема служит основанием для разработки монтажных таблиц щитов и пультов, схем соединений внешних прово­док и других документов проекта. Принципиальными схемами пользу­ются для изучения принципов работы изделий, а также при их наладке, контроле и ремонте. Для концентрации внимания на принципах авто­матического управления в последующих разделах использован упро­щенный вариант принципиальной схемы управления, в котором цепь ручного управления (кнопки пуска, остановки и блок-контакт магнит­ного пускателя) отдельным пускателем заменены условным блоком, обозначенным, например, Р2 (рис. 1.33).

На чертежах принципиальной электрической схемы системы авто­матизации в общем случае должны изображаться все электрические элементы, необходимые для управления, регулирования, измерения, сигнализации, электропитания; контакты аппаратов данной схемы, за­нятые в других схемах, и контакты аппаратов других схем; диаграммы и таблицы включений, контактов переключателей, программных уст­ройств, конечных и путевых выключателей, циклограммы работы ап­паратуры; поясняющая технологическая схема, схема блокировочных зависимостей работы оборудования (при необходимости); необходи­мые пояснения и примечания; перечень элементов.

Графическое обозначение элементов и со­единяющие их линии связи следует располагать на схеме таким обра­зом, чтобы обеспечивать наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействии его составных частей. Схемы выполняют для изде­лий, находящихся в отключенном положении. Расстояние между двумя соседними линиями графического изобра­жения должно быть не менее 1 мм, между соседними параллельными линиями связи — 3 мм, между отдельными условными графическими обозначениями — 2 мм. Графические обозначения на схемах следует выполнять линиями той же толщины, что и линии связи (от 0,2 мм до 1,0 мм в зависимости от форматов схемы и размеров графических обозначений). Условные гра­фические обозначения элементов изображают на схеме в положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах, или поверну­тыми на угол, кратный 90°, если в соответствующих стандартах отсут­ствуют специальные указания. Существует несколько групп обозначений на чертеже принципиаль­ной электрической схемы (рис. 1.34).

1. Позиционное обозначение. В общем случае состоит из 3 частей, ука­зывающих вид элемента, его номер и функцию. Первые два являются обязательной частью обозначения и должны быть присвоены всем эле­ментам и устройствам. Указание функции не является обязательным. В первой части записывают одну или несколько букв для указания вида элемента (приложение 1 ГОСТ 2.710-81), во второй части записывают одну или несколько цифр для указания номера элемента и в третьей (при необходимости) — одну или несколько букв функции элемента (приложение 2 ГОСТ 2.710-81). Позиционные обозначения простав­ляют на схеме рядом с условными графическими обозначениями эле­ментов и устройств с правой стороны или над ними.

2. Обозначение электрического контакта. Для обозначения электри­ческого контакта в общем случае используют комбинацию букв и цифр. Обозначение контакта должно повторять маркировку контакта, нане­сенную на объекте или указанную в документации этого объекта. Если обозначение контактам присваивают при разработке объекта, то следу­ет обозначить их номерами.

3 . Обозначение участков цепей. Обозначение участков цепей в схемах служит для их опознавания, может отражать их функциональное на­значение и создает связь между схемой и устройством. Участки цепи, разделенные контактами аппаратов, обмотками машин, резисторами и другими элементами, должны иметь разное обозначение. Соедине­ния, проходящие через неразборные, разборные и разъемные контакт­ные соединения, обозначают одинаково (допускаются в обоснованных случаях разные обозначения). Последовательность обозначения долж­на быть, как правило, от ввода (источника питания) к потребителю. Разветвляющиеся цепи обозначают сверху вниз в направлении слева направо. Для удобной ориентации в схемах при обозначении участков цепей допускается оставлять резервные номера или некоторые номера пропусков.

4. Адресное обозначение в общем случае состоит из трех частей: обоз­начение документа, с которым сопрягается данный документ; номер листа документа, с которым сопрягается данный лист документа; адрес другой части объекта (или ее изображение), с которой сопрягается данная часть объекта. Все части данного адресного обозначения записыва­ют в указанном порядке и отделяют одну от другой точкой. Адресное обозначение применяется, например, для обозначения разрыва линий связи при переходе с листа на лист.

Данные об элементах принципиальной электрической схемы долж­ны быть записаны в перечень элементов (рис. 1.35 и 1.36), который по­мещают на первом листе схемы или выполняют в виде самостоятельного документа и оформляют в виде таблицы, заполняемой сверху вниз. Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенно-позиционных обозначений, а в группах — по порядку номеров.

В графе «Позиционные обозначения» указывают позиционные обозначения элементов, устройств и функциональных групп; в графе «Наименование» — для элемента (устройства) — наименование в соот­ветствии с документом, на основании которого этот элемент (устрой­ство) применен, и обозначение данного документа (ГОСТ, ОСТ, ТУ), для функциональной группы — наименование; в графе «Примечание» рекомендуется указывать технические данные элемента (устройства), не содержащиеся в его наименовании.

Рис. 1.36. Перечень элементов к принципиальной электрической схеме (лист 2)

Таблица 1.1. Основные обозначения в символической записи алгоритма

Поточные линии. Требования, предъявляемые к поточным линиям.

Поточная линия – технологическая линия станков, машин и механизмов, взаимодействующих друг с другом в согласованном ритме, и предназначенная для непрерывного производства, изготовления чего либо.

Требования, предъявляемые к поточным линиям.

1 Перед пуском поточной линии необходимо подать звуковой или световой сигнал (для обеспечения безопасности обслуживающего персонала).

2 Электродвигатели всех машин и механизмов поточной линии включают в последовательности обратного движения продукта, а останавливают в последовательности совпадающей с движением продукта.

3 Для остановки всей поточной линии необходимо остановить механизм, обеспечивающий подачу продукта на поточную линию. Закрыть заслонку, шибер или затвор, затем с выдержкой времени отключить все машины полностью освободившиеся от продукта.

4 При аварийной остановке одной из машин, должны остановиться без выдержки времени все машины, работающие на ее загрузку, а с выдержкой времени машины, работающие на отгрузку.

5 Схемы должны обеспечивать не возможность неправильного отключения и включения эл. цепей.

6 Для устойчивой работы электропривода, а также во избежание недопустимых снижений напряжения во время каскадного включения электроприводов, схемы должны быть рассчитаны на предельно-допустимую мощность одновременно включаемых электроприводов.

7 С целью защиты от перегрузок, в схемах необходимо предусмотреть тепловые реле.

8 В схемах должны предусматриваться кнопки аварийного отключения линии в различных частях помещения.

№ п/п	Наименование и тип элемента	Обозначение по схеме	Число элементов ni	Интенсивность отказа номинальная 0i*10-6, 1/ч	Поправочный коэффициент Пki	Режим работы		Поправочный коэффициент аi	Интенсивность отказов действительная
						Коэффициент нагрузки кН	Температура 0С		Для одного элемента аi*0i*10-6, 1/ч	Для n элементов ni*i*10-6, 1/ч
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Магнитный пускатель Реле времени Реле переменного тока Звонок Пакетный переключатель Электромагнитный клапан Датчик давления Конечный выключатель Предохранитель Датчик уровня	КМ КТ KV HA SA YA SP QS FU SL	6 2 4 1 8 1 2 2 1 1	10 20 6 0,25 14 10 5 14 0,7 2,5	1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	20 20 20 20 20 20 20 20 20 20	1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1	11,33 22,66 6,8 0,28 15,86 11,33 5,67 15,86 0,79 2,8	67,98 45,32 27,2 0,28 126,88 11,33 11,34 31,72 0,79 2,8
										= 325,64*10-6 1/ч

Надежность работы электрических схем. Пути повышения надежности систем.

Вычертите схему управления системы уборки навоза с пневмотранспортированием. Произведите расчет надежности схемы управления и сделайте вывод.

Надёжность определяет свойство объекта, системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в определённых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения, транспортирования.

Для определения надёжности автоматического управляющего устройства необходимо знать:

типы элементов входящих в схему;

число элементов каждого типа;

интенсивность отказов элементов, входящих в схему.

Выполнению расчётов предшествует составление таблицы. Данные выписывают по группам: резисторы, конденсаторы, диоды, реле и т.д. Значения интенсивностей отказов, поправочные коэффициенты для наиболее распространённых элементов приведены в литературе.

Интенсивность отказа элемента с учётом условий эксплуатации определяется по формуле:

,

где λ₀₁ -номинальная интенсивность отказов.

a_i - поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки и температуры

Пk₁ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических факторов и окружающей среды.

Номинальное значение интенсивности отказов определяют при нормальных условиях эксплуатации: температуре +20…+10 ⁰С, относительной влажности 45…80%, атмосферном давлении 98 кПа, отсутствии механических воздействий и агрессивной газовой среды, номинальном электрическом режиме.

Коэффициент нагрузки К_н оценивает электрический режим работы элемента и определяется отношением значения параметра в рабочем режиме к номинальному значению параметра. Если данных нет, то температуру принимают номинальной для данного элемента, а коэффициент нагрузки К_н =1.

Надёжность узла, блока и системы управления в целом определяется безотказной работой и средней наработки на отказ.

Вероятность безотказной работы:

,

где λ- интенсивность отказов устройства, 1/ч;

t₀- время, для которого определяется интенсивность отказов, ч.

Автоматика считается надежной, если Р ≥ 0,9

Интенсивность отказов устройства:

, где

λ_i - интенсивность отказов 1-го элемента;

n_i-количество 1-х элементов (число элементов в группе );

k- число групп элементов.

Величина t – определяется цикличностью плановых ремонтов и технологическими условиями. Например, для автоматики сельхозмашин она равна числу часов работы в течение сезона, для животноводческих помещений – продолжительности стойлового периода, для СУ микроклиматом животноводческих помещений t₀=4000 ч. Средняя наработка на отказ:

Т_ср =1/λ = 1/325,64*10^-6 = 3070,88 ч

Это время должно быть больше, чем Т_ср>10 t₀. 3070 > 2000

Расчёты надёжности удовлетворяют требуемым.

Элементы АСУ	λср,10-6 1/ч
Автоматы Выпрямитель двухполупериодный Датчик температуры Датчик уровня Датчик давления Дроссель Диоды Ключи управления Кнопки управления, выключатели Конденсаторы Лампы накаливания Логические элементы Предохранители Провода и кабели Пускатели Резисторы Реле постоянного тока Реле переменного тока Реле времени Рубильники Тиристоры Транзисторы Трансформаторы Электродвигатели Элементы нагревательные	0,22 1.0 4.5 2.5 5.0 0.25 1.0…1.5 0.6 14 1.8 20 1…5 0.7 0.1 10 1.5…8 4…8 3 20 6,6 1.8 0.7…5 6 10…22 0.3

Задача 1 Для электрической схемы управления, изображен­ной на рисунке, произвести расчет и выбор мостового полу­проводникового выпрямителя (VD5...VD8), промежуточ­ного реле KV2. Контактная нагрузка реле Iк; напряжение питания реле Uн. Сигнальные лампы HL рассчитаны на напряжение Uл и ток Iл.

Дано:

Uн = 36В

Iк = 2,5А

Uл =60 В

Iл = 55 mA

Р ешение. 1. Выбираем реле постоянного тока для длительного режима работы. Реле должно иметь 2 переключающих контакта. Контактная нагрузка 2,5 А, напряжение питания Uн =36 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 8000 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-22 самое малогабарит­ное. Таким образом, выбираем реле РЭС-22. В каталоге приводятся технические данные пяти реле. Выбираем реле с большим сопротивлением обмотки. Такое реле будет потреблять меньше электро­энергии, т.е. будет экономичным. Поэтому выбираем реле с паспортом РФ4.500.163, у которого сопротивление об­мотки 700 Ом и ток срабатывания 21 мА. Проверяем па­раметры выбранного реле. Рабочий ток реле:

I_p = U_п / R_o6 ,

I_р = 36 / 700 = 0,051А = 51 мА.

Значение коэффициента запаса определяем по фор­муле: Кз = Iр / Icр,

Кз = 51 / 21 = 2,43

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

P_o6=U_п² / Roб. ,

Р_об =36* 36 / 700 = 1,85 Вт,

что допустимо для любого режима работы реле. Мощность, потребляемая обмоткой реле, должна быть не более 2Вт для длительного режима работы, и не более 7 Вт для импульсного режима.

Данное реле можно эксплуатировать в длительном режиме.

2. Для мостового выпрямителя произведем расчет и выбор диодов. Мощность потребителя Р_d= 1,85 Вт, напря­жение потребителя U_d = 36 В.

Решение.

Определяем ток потребителя

I_d = P_d/U_d =1,85 /36 = 0,051 А.

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

U_b=l,57 U_d =1,57*36 = 56,52 В.

Выбираем диод из условий I_доп> 0,5I_d и U_o6p> U_b

I_доп.> 0,5* 0,051 = 0,0255 A,

U_о6p>56,52 B.

Этим условиям удовлетворяет диод Д206 имеющий параметры: I _ДОП, = 0,1 А, Uобр,= 100В

3. Определим добавочные сопротивления для подключения сигнальных ламп на сетевое напряжение 220В. Сигнальные лампы HL рассчитаны на напряжение Uл = 60 В и ток Iл = 55 mA.

Решение Определяем мощность потребляемую сигнальными лампами.

P_л = U_л * I_л = 60 * 0,055 = 3,5 Вт.

Определяем падение напряжения на добавочном сопротивлении:

U_R = U – Uл = 220 – 60 = 160 В

Определим величину добавочного сопротивления

R = U_R / I_Л = 160 / 0,055 = 2909 Ом.

Определяем допустимую мощность резистора:

P_R = U_R * I_Л = 160 * 0,055 = 8,8 Вт.

Выбираем резистор типа ПЭВ-10 сопротивлением 3,0 кОм, мощностью 10 Вт.

Таблица 8. Проволочные резисторы типа ПЭ, ПЭВ
Тип резистора	РНОМ, Вт	Диапазон номина­лов
ПЭ-7.5	7.5	3 Ом... 5.1 кОм
ПЭ-15	15	3 Ом... 5.1 кОм
ПЭ-20	20	2,40м... 5.1 кОм
ПЭ-25	25	4,7 Ом... 5.6 кОм
ПЭ-50	50	1 Ом... 16 кОм
ПЭ-75	75	1 Ом... ЗО кОм
ПЭ-150	150	1 Ом... 51 кОм
ПЭВ -2.5	2.5	43 Ом... 430 Ом
ПЭВ-3	3	1 Ом... 3.3 кОм
ПЭВ - 7,5	7,5	1.80 Ом... 10 кОм
ПЭВ - 10	10	3.90 Ом... 15 кОм
ПЭВ -15	15	4.70 Ом... 20 кОм
ПЭВ -20	20	10 Ом... 24 кОм
ПЭВ -25	25	10 Ом... ЗО кОм
ПЭВ - 30	30	18 Ом... 51кОм
ПЭВ -40	40	18 Ом... 51 кОм
ПЭВ -50	50	47 Ом... 56 кОм
ПЭВ - 75	75	47 Ом... 56 кОм
ПЭВ .-100	100	47 Ом... 56 кОм
ПЭВР-10	10	3 Ом... 220 Ом
ПЭВР -15	15	5.1 Ом... 220 Ом
ПЭВР -20	20	10 Ом... 430 Ом
ПЭВР -25	25	10 Ом... 510 Ом
ПЭВР -30	30	15 Ом... 1 кОм
ПЭВР - 50	50	22 Ом... 1.5кОм
ПЭВР -100	100	47 Ом... 2.7 кОм

Таблица 6. Исходные данные для решения задаче 1 и 2
Вариант	Напряжение питания реле, UH, В	Контактная нагрузка, IК, А	Напряжение питания сигналь- ной лампы, UЛ	Номинальный ток сигнальной лампы, IЛ, mA	Тип электродви­гателя	Условия эксплуата­ции
						На­ли­чие		Температура, toC
						Радиатор	Обдува
-1	-2-	-3-	-4-	-5-	-6-	7	8	-9-
1	16	0.5	60	55	АИР56В2УЗ	+	+	5
2	12	0.7	66	60	АИР63А2УЗ	+	+	10
3	24	0.4	72	65	АИР90L2Y3	+	-	15
4	36	0.6	78	70	АИР100S2УЗ	+	-	20
5	48	0.9	84	75	АИР100L2Y3	-	-	25
6	60	0.8	90	80	АИР160М2УЗ	+	+	30
7	48	0.5	96	85	АИР180S2УЗ	+	-	35
8	60	0.7	110	90	АИР180М4УЗ	+	-	40
9	36	0.9	127	95	АИР200L2УЗ	+	-	45
10	24	1.0	6	80	АИР100S4УЗ	-	-	55
11	12	1.7	12	64	АИР112М4УЗ	-	-	60
12	18	1.3	18	11	АИР132S4УЗ	+	+	70
13	24	1.8	24	45	АИР1322М4УЗ	+	-	65
14	12	1.5	30	70	АИР160S4УЗ	+	-	75
15	24	1.9	36	95	АИР180S4УЗ	+	+	5
16	36	1.4	42	90	АИР180М4УЗ	-	-	10
17	48	1.1	48	85	АИР90L6УЗ	+	+	15
18	60	1.3	54	80	АИР100L6УЗ	+	+	20
19	48	1.3	60	75	АИР112МА6УЗ	+	-	25
20	36	1.9	66	70	АИР132S6УЗ	-	-	30
21	30	1.4	72	65	АИР160S6УЗ	+	+	35
22	24	1.5	80	60	АИР180М6УЗ	+	-	40
23	18	1.6	86	55	АИР200М6УЗ	+	-	45
24	12	1.7	92	40	АИР160М6УЗ	+	-	55
25	48	2.5	98	50	АИР200L2У3	+	+	60
26	30	2.3	71	45	АИР80А2УЗ	+	+	70
27	12	2.7	62	30	АИР80В2УЗ	+	+	65
28	18	2.0	98	35	АИР90L2V3	+	-	75
29	24	2.2	92	20	АИР100А2УЗ	+	-	5
30	30	2.7	86	25	АИР100В2УЗ	+	+	10

Таблица 9. Характеристика резисторов Класс точно­сти I II III Допускаемое отклонение -5% - 10% - 20% Номиналь­ные сопро­тивления Ом, кОм , МОм 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.5; 1.6; 1.8; 2.0; 2.2; 2.4; 2.7; 3.0; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 6.8; 7.5; 8.2; 9.1. 1.0; 1.2; 1.5; 1.8; 2.2; 2.7; 3.3; 3.9; 4.75; 5.6; 6.8; 8.2. 1.0; 1.5; 2.2; 3.3; 4.7; 6.8.
Таблица 12. Основные технические данные некоторых малогабаритных электромагнитных реле постоянного тока
Тип и паспорт реле	Сопротив­ление об­мотки, Ом		Ток сра­батыва­ния, мА		Тип и ко­личество контактов	Сила ком­мутируе­мого тока
-1-	-2-		-3-		-4-	-5-
РЭС-6
РФО.452.130	2500		5		1 зам+1 разм.	до 6 А
РФО.452.131	1250		21
РФО.452.132	850		25
РФО.452.133	550		30
РФО.452.134	300		42
РФО.452.135	200		55
РФО.452.136	125		62
РЭС-10
РС4.524.301	4500		8		1 переклю- чающий	до 1 А
РС4.524.302	630		22
РС4.524.303	120		50
РС4.524.304	45		80
РЭС -22
РФ4.500.125	2800		11		4 переклю- чающих	до 2 А
РФ4.500.129	175		36
РФ4.500.130	2500		10.5
РФ4.500.131	650		20
РФ4.500.163	700		21
РФ4.500.225	650		19
РФ4.500.231	700		21
РЭС-47
РФ4.500.408	650		26		2 переклю- чающих	5
РФ4.500.409	165		45.5
РФ4.500.417	650		23
1	2		3
РФ4.500.419	165		45.5			до 2 А
РФ4.500.421	39		90
РЭС-48
РС4.590.201		600		23	2 пере­ключаю­щих	ДоЗ А
РС4.590.202		100		52
РС4.590.203		350		30
РС4.500.204		42		79.5
РС4.500.205		8000		7.2
РС4.500.213		600		23
РС4.500.214		100		52
РС4.500.215		350		30
РС4.590.216		42		79.5

Таблица 11. Выпрямительные диоды малой и средней мощности
Тип диода	I ДОП, А	Uобр,В
Д229А	0.4	200
Д229Б	0.4	400
Д229В	0.4	100
Д229И	0.7	200
Д229К	0.7	300
Д231А	10	300
Д231Б	5	300
Д242А	10	100
Д242Б	5	100
Д245А	10	300
Д246А	10	400
Д226А	0.3	300
Д226Б	0.3	400
Д226Д	0.3	100
Д206	0.1	100
Д209	0.1	400

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;

K_t - коэффициент загрузки тиристора в зави­симости от температуры окружающей среды (таблица 5)

Таблица 5. Значение коэффициента К_t в зависимости от температуры окружающей среды

Токр, °С	до 20	до 40	до 60	до 80	до 100
Kt	1,0	0,98	0,8	0,4	0,16

Задача 2 Выбрать тиристоры для управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Элек­тродвигатель работает в продолжительном режиме. Усло­вия эксплуатации (охлаждение, температура) тиристоров, тип электродвигателей даны в таблице 6. Номер варианта выберите по двум последним цифрам.

Дано:

Тип электродви­гателя - АИР160М6У3

На­ли­чие Радиатор – да На­ли­чие Обдува – нет Температура, t = 35^oC

Решение

Произведем выбор тиристоров для управления электродвигателем, который работает в продолжительном режиме, условия охлаждения тиристоров естественные, без принудительного обдува. Определяем расчетный ток тиристора I_р._т. = I_ном/ К₀ * K_t,

где I_ном = 30,1 A - номинальный ток электродви­гателя,

К_о=0,5 - коэффициент, учитывающий ус­ловия охлаждения тиристора,

K_t =0,98 - коэффициент загрузки тиристора в зависимости от температуры охлаждающей среды.

I_рт= 30,1 /0,5 * 0,98 = 61,4 А.

Выбираем предварительно тиристор Т-100 с I_Т.СТ=100А.

Проверяем перегрузочную способность тиристора Т-100 К_п = I_пуск /I_н.ст., К_п= 30,1* 6,5 / 100 = 1,96

Такую перегрузку тиристор Т-100 выдержит в тече­ние менее 1 с, что не допустимо. Выбираем тиристор Т-160 с I_Т.СТ=160А.

Проверяем перегрузочную способность тиристора Т-160 К_п= 30,1* 6,5 / 160 = 1,2

Такую перегрузку тиристор Т-160 выдержит в тече­ние 30 с, что допустимо.

Определяем номинальное напря­жение тиристора

U_н= 2 * Uc = 2* 380 = 537,4 В.

Принимаем Uн = 600 В. Окончательно выбираем тиристор типа Т-160.

Таблица 10. Силовые тиристоры и симисторы
Тип прибора	Номинальные величины
	Прямой ток, А	Напряжение, В		Ток утечки, мА	Напря- жение управ- ления, В	Ток управления, А
-1-	-2-	-3-		-4-	-5-	-6-
Силовые тиристоры серии Т
Т10	10	50... 1200		5	5	0,2
Т25	25	50...1200		10	5,5	0,2
Т50	50	50...1200		15	7,0	0,3
Т100	100	50... 1200		20	7,0	0,3
Т160	160	50...1200		20	7,0	0,3
Т250	250	100...2200		50	5,0	0,3
Т320	320	100...1600		40	8,0	0,4
Тиристоры малой мощности
КУ101А-Е	0,075	50... 150		0.3	-	0.015
Д238А-Е	5,0	50...150		20	-	0.35
КУ201А-Л	2,0	25...300		5.0	-	0.2
КУ201А-Н	10	25...400		10	10	0.3
Симисторы
ТС 10	10		50...800	3	5	0.1
ТС 80	80		50...800	60	7	0.4
ТС 125	125		50...800	60	7	0.4
ТС 160	160		50...800	60	7	0.4

Рис. 3. Тиристорный пускатель.

Таблица 6 - Исходные данные для решения задач 1 и 2
Вариант	Напряжение питания реле, UH, В		Контактная нагрузка, IК, А	Напряжение питания сигналь- ной лампы, UЛ			Номинальный ток сигнальной лампы, IЛ, mA	Тип электродви­гателя		Условия эксплуата­ции
										На­ли­чие				Температура, toC
										Радиатор		Обдува
1	16		0.5	60			55	АИР56В2УЗ		+		+		5
2	12		0.7	66			60	АИР63А2УЗ		+		+		10
3	24		0.4	72			65	АИР90L2У3		+		-		15
4	36		0.6	78			70	АИР100S2УЗ		+		-		20
5	48		0.9	84			75	АИР100L2У3		-		-		25
6	60		0.8	90			80	АИР160М2УЗ		+		+		30
7	48		0.5	96			85	АИР180S2УЗ		+		-		35
8	60		0.7	110			90	АИР180М4УЗ		+		-		40
9	36		0.9	127			95	АИР200L2УЗ		+		-		45
10	24		1.0	6			80	АИР100S4УЗ		-		-		55
11	12		1.7	12			64	АИР112М4УЗ		-		-		60
12	18		1.3	18			11	АИР132S4УЗ		+		+		70
13	24		1.8	24			45	АИР1322М4УЗ		+		-		65
14	12		1.5	30			70	АИР160S4УЗ		+		-		75
15	24		1.9	36			95	АИР180S4УЗ		+		+		5
16	36		1.4	42			90	АИР180М4УЗ		-		-		10
17	48		1.1	48			85	АИР90L6УЗ		+		+		15
18	60		1.3	54			80	АИР100L6УЗ		+		+		20
19	48		1.3	60			75	АИР112МА6УЗ		+		-		25
20	36		1.9	66			70	АИР132S6УЗ		-		-		30
21	30		1.4	72			65	АИР160S6УЗ		+		+		35
22	24		1.5	80			60	АИР180М6УЗ		+		-		40
23	18	1.6			86	55			АИР200М6УЗ		+		-		45
24	12	1.7			92	40			АИР160М6УЗ		+		-		55
25	48	2.5			98	50			АИР200L2У3		+		+		60
26	30	2.3			71	45			АИР80А2УЗ		+		+		70
27	12	2.7			62	30			АИР80В2УЗ		+		+		65
28	18	2.0			98	35			АИР90L2V3		+		-		75
29	24	2.2			92	20			АИР100А2УЗ		+		-		5
30	30	2.7			86	25			АИР100В2УЗ		+		+		10
31	36	2,5			80	30			АИР160М2У3		-		+		15
32	42	2,5			74	40			АИР180S2У3		+		+		20