2 Расчет параметров автоматического регулирования
Масса бака mб = 25.62 кг.
Теплоемкость материала бака сб = 451 Дж/(кг×оС).
Теплоемкость установки
, (3.1)
где тв, св – масса, кг и теплоемкость воды, Дж/(кг×оС).
Коэффициент теплопередачи боковой стенки бака
,
(3.2)
где Rбок – термическое сопротивление боковой поверхности бака (м×оС)/Вт.
Коэффициент теплопередачи торцовой стенки
,
(3.3)
где Rт – термическое сопротивление торцовой поверхности бака (м×оС)/Вт.
Средний коэффициент теплопередачи
, (3.4)
где kбок и km – Коэффициенты теплопередачи боковой и торцовой стенки, Вт /(м ×оС)
Коэффициент теплопотерь в окружающую среду
,
(3.5)
где Fбок и Fт – площади боковой и торцевой поверхности, м
Постоянная времени
,
(3.6)
где С – теплоемкость установки, Дж/(кг×оС); А – коэффициент теплопотерь в окружающую среду, Вт/ оС.
Коэффициент передачи установки
,
(3.7)
где А – коэффициент теплопотерь в окружающую среду, Вт/ оС.
Мощность, необходимая для поддержания заданной температуры в установившемся режиме
,
(3.8)
где tу –температура нагрева воды, оС; kоб – коэффициент передачи установки, оС /Вт.
Регулирующее воздействие при включении электронагревательных элементов
,
(3.9)
где Рн – номинальная мощность, Вт; Ро – мощность, необходимая для поддержания заданной температуры в установившемся режиме, Вт.
Регулирующее воздействие при выключении электронагревательных элементов
В2=1
Зона неоднозначности регулятора ДТКБ -53
,
(3.10)
а = 0.028/2 = 0.014
где 2а=2…3 оС, из параметров регулятора ДТКБ -53.
Длительность включения нагревателей. Коэффициент передачи для тепловых процессов в относительных единицах равен единице kоб = 1.
Время запаздывания t в расчетах можно принять равным 10…600 с. для нагревательных установок
, (3.11)
Длительность пауз
, (3.12)
где В1 и В2 – регулирующее воздействие при включении и при выключении электронагревательных элементов; t – время запаздывания; а – зона неоднозначности прибора; kоб – коэффициент передачи установки.
Период колебаний
,
(3.13)
где Т1 и Т2 – длительность включения нагревателей и длительность пауз, с.
Частота включений
,
(3.14)
Тк – период колебаний, с.
Диапазон колебаний температуры
(3.15)
где В1 и В2 – Регулирующее воздействие при включении и при выключении электронагревательных элементов; а – зона неоднозначности прибора; t – время запаздывания; kоб – коэффициент передачи установки.
Положительная амплитуда температуры
, (3.16)
где В1– Регулирующее воздействие при включении электронагревательных элементов; а – зона неоднозначности прибора; t – время запаздывания; kоб – коэффициент передачи установки.
Абсолютное значение
,
(3.17)
где t1 – положительная амплитуда температуры; tу –температура нагрева воды, оС.
Отрицательная амплитуда температуры
,
(3.18)
где В2 – Регулирующее воздействие при выключении электронагревательных элементов; а – зона неоднозначности прибора; t – время запаздывания; kоб – коэффициент передачи установки.
Абсолютное значение
,
(3.19)
где t2 – отрицательная амплитуда температуры; tу –температура нагрева воды, оС.
Величина коррекции регулятора
,
(3.20)
где В1 и В2 – Регулирующее воздействие при включении и при выключении электронагревательных элементов; kоб – коэффициент передачи установки.
Расход энергии за сутки
,
(3.21)
где Т1– длительность включения нагревателей, с; Рн – номинальная мощность, Вт; Тк – период колебаний, с.
Рисунок 2.1 График регулирования температуры объекта.
Работа схемы
С помощью рубильника SQ1 напряжение трехфазной сети через предохранители FU1…FU3 подаем на автоматический выключатель QF1, установленный на входе схемы установки. С него напряжение поступает на силовые контакты КМ 1.1 магнитного пускателя КМ1. С линии L3 однофазное напряжение поступает на схему управления через предохранитель FU4. Кнопкой SB2 включаем промежуточное реле KV1, которое в свою очередь контактами KV 1.1 блокируется, а контактами KV 1.2 включает магнитный пускатель КМ1. Также загорается лампа HL1 – «Сеть», питающаяся через резистор R1 и блокконтакты KV 1.1. Через контакты KV 2.1 и резистор R2 питается лампа HL2 – «Нагрев». Промежуточное реле KV2, контакты которого в исходном состоянии (вода в котле холодная) замкнуты и питают магнитный пускатель КМ1 и лампу HL2, устанавливает связь между терморегулятором и схемой управления установки. Когда температура в котле достигнет заданной (70 оС), сработает терморегулятор и через промежуточное реле KV2 отключает магнитный пускатель КМ1, размыкаются контакты
КМ 1.1, отключив ТЭНы АК1. Размыкаются контакты KV 2.1, отключив лампу HL2. При снижении температуры воды в котле вновь сработает терморегулятор и включив промежуточное реле KV2 включит котел в режим нагрева воды. Лампа HL2 загорается.