К аппаратам и устройствам электроавтоматики
Курс лекций по дисциплине
«Средства автоматизации и управления»
Разработчик: доц. НазаровА.А.
Владимир, 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................ | ||
| 1. | КОНТАКТНЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА | |
| 1.1. Общие положения.............................................................................................. | ||
| 1.1. Термическая стойкость..................................................................................... | ||
| 1.3. Система магнитного дутья................................................................................ | ||
| 1.4. Контакты............................................................................................................. | ||
| 1.5. Электромагниты................................................................................................. | ||
| 1.5.1. Электромагниты постоянного тока............................................................... | ||
| 1.5.2. Электромагниты переменного тока.............................................................. | ||
| 1.6. Контакторы......................................................................................................... | ||
| 1.7. Реле управления................................................................................................. | ||
| 1.7.1. Классификация реле....................................................................................... | ||
| 1.7.2. Поляризованные реле..................................................................................... | ||
| 1.7.3. Герконы............................................................................................................ | ||
| 1.7.4. Реле времени.................................................................................................... | ||
| 2. | АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ........................................................................................ | |
| 2.1. Плавкие предохранители.................................................................................. | ||
| 2.2. Тепловые реле.................................................................................................... | ||
| 2.3. Реле защиты........................................................................................................ | ||
| 2.4. Автоматические воздушные выключатели...................................................... | ||
| 2.5. Синхронные выключатели................................................................................ | ||
| 2.6. Защита тиристоров............................................................................................. | ||
| 3. | УСТРОЙСТВА КОММУТАЦИИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ........................ | |
| 3.1. Электромагнитные муфты................................................................................ | ||
| 3.1.1. Электромагнитные фрикционные муфты.................................................... | ||
| 3.1.2. Порошковые муфты........................................................................................ | ||
| 3.1.3 Электромагнитные закрепляющие устройства............................................. | ||
| 4. | БЕСКОНТАКТНЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА.............................. | |
| 4.1. Общие сведения................................................................................................. | ||
| 4.2. Магнитные усилители....................................................................................... | ||
| 4.2.1. Принцип действия.......................................................................................... | ||
| 4.2.2. Введение обратной связи в магнитных усилителях.................................... | ||
| 4.2.3. Магнитные материалы................................................................................... | ||
| 4.3. Полупроводниковые коммутационные устройства........................................ | ||
| 4.3.1. Транзисторные................................................................................................ 4.3.2. Тиристорые...................................................................................................... 4.4.Фазовые дискриминаторы................................................................................. | ||
| 4.4.1. Электромеханические.................................................................................... | ||
| 4.4.2. Диодные .......................................................................................................... | ||
| 4.4.3. На основе статического триггера.................................................................. | ||
| 4.4.4. С запоминающей емкостью.......................................................................... БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................................... |
ВВЕДЕНИЕ
Классификация и требования, предъявляемые
к аппаратам и устройствам электроавтоматики
Классификация. Проведем классификацию электрических аппаратов и устройств электроавтоматики ( АУ) по следующим основным признакам:
1. По уровню рабочего напряжения:
а) свыше I кВ - АУ высокого напряжения;
б) до I кВ - АУ низкого напряжения.
2. По функциональному назначению:
а)для цепей распределения и хранения электроэнергии(автоматичес-кие выключатели, устройства контроля и защиты и т.п.);
б) для систем электроавтоматики и управления (работающие в коммутационных режимах).
3. По характеру коммутации электрических цепей:
а) контактные;
б) бесконтактные:
- полупроводниковые (транзисторные и тиристорные);
- магнитные усилители и элементы на их основе.
4. По области применения:
а) общепромышленные, требования к которым регламентируются ГОСТ 12434-66;
б) авиационные;
в) морские (брызгозащищенность, водозащищенность);
г) транспортные (тяговые) ГОСТ 9219-66.
Требования, предъявляемые к АУ. Все АУ, как вновь проектируемые, так и находящиеся в эксплуатации, должны отвечать вполне определенным требованиям. Рассмотрим группу общих требований, предъявляемых к АУ и характеризующих условия эксплуатации.
1. Величина номинального рабочего напряжения (ГОСТ 721-77)
а) 
:
6, 12, 24, 48, 60, 110, 220, 440, 750 ;
б) 
; f=50 Гц:
3*, 6*, 10, 20, 35, 115, 150*, 220, 380, 500, 750 (* применяется в старых разработках).
Допустимое отклонение: - 0,85 
;+1,1 .
2. Величина номинального тока (ГОСТ 6827-76):1, 3, 6, 10, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1.103, 1.6×103, 2.5×103, 4×103, 6.3×103.
Величина максимального допустимого тока принимается:
а) для контактных аппаратов
;
б) для бесконтактных (полупроводниковых)
.
3. Область применения уровней напряжения даны в табл.
Таблица 1
| Вид цепей | U=var, B; f=50 Гц | U=const, В |
| Силовые | ||
| Управления | ||
| Электронные | - - - - - | |
| Местного освещения | ||
| Сигнализации |
4. Режим работы (определяется характером тока нагрузки и нагревом токоведущих частей):
а) продолжительный: уровень тока нагрузки постоянный, за время прохождения тока температура нагрева токоведущих частей достигает установившегося значения;
б) кратковременный: за время прохождения тока температура нагрева токоведущих частей не достигает установившегося значения;
в) повторно-кратковременный, характеризующийся временем протекания тока 
и временем паузы 
, температура нагрева достигает 
(колеблется относительно его); режим характеризуется параметром «продолжительность включения» (ПВ):
ПВ= 
ПВ=15, 25, 40, 60%.
5. Частота включения (контактных):
вкл./ч = 6, 30, 150, 600, 1200, 2400.
6. Электрическая и механическая прочность:
а) механическая, определяется износоустойчивостью трущихся частей и должна быть 400 - 2×107 циклов работы;
б) электрическая прочность определяется:
- наибольшей отключающей способностью, представляющей максимальный ток 
при размыкании ( наблюдается выгорание контактов);
- наибольшей включающей способностью аналогично предыдущему, но при замыкании 
при 
наблюдается приваривание контактов 
.
7. Электрическая прочность изоляции определяется уровнем напряж ения пробоя. Прочность изоляции проверяют путём приложения в течение 1 мин напряжения частотой 50 Гц согласно рабочему напряжению:
 , В | 2,4 | |||||
 , В |
8. Допустимая температура нагрева АУ определяется классом изоляции. Установлены следующие классы (табл.2).
Таблица 2
| Класс | Y | A | E | B | F | H |
| 90° | 105° | 120° | 130° | 155° | 180° | |
| Матери-ал изоляции | Волок-но | Волокно с пропиткой | Синтетиче-ская и органическая пленки | Материалы на основе слюды и асбеста | То же, что и “В”, но с пропиткой | То же, что и “F” и кремний органическое связующее |
Срок службы изоляции 10 лет, пропитка - жидкий электроизоляционный материал.
9. Эргономические показатели и расположение пультов управления и рабочего места регламентируются ГОСТ 31.115.483;ГОСТ31.111.42-83; ГОСТ 31.112.40-83.
10. Общие требования к пультам управления.
Пульты управления должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-74.
Поверхности пультов управления должны обладать диффузным или направленно-рассеянным отражением светового потока, исключающим появление бликов в поле зрения оператора.
При разработке пультов, предназначенных для управления однотипными объектами, должно соблюдаться одно и то же размещение наиболее важных для процесса управления, часто используемых и аварийных органов управления и средств отображения информации.
При необходимости пульты управления могут оборудоваться выдвижными ящиками для хранения документации и выдвижными досками для ведения записей и размещения дополнительных переносных приборов. Кресло для оператора должно соответствовать ГОСТ 21889-76.
Пульты управления для работы в положении сидя должны иметь пространство для ног оператора с размерами не менее, мм:
600 - по высоте; 400 - по глубине (на уровне колен);
600 - по глубине; (на уровне поля; 500 - по ширине.
Для удобства работы оператора у пультов должна предусматриваться подставка для ног.
При необходимости обзора пространства поверх пульта управления высота пультов для работы в положении сидя не должна быть более 1100 мм от пола. Средства отображения информации, устанавливаемые на пультах управления, должны соответствовать требованиям ГОСТ 22902-78 и ГОСТ21829-76.
Средства звуковой сигнализации, устанавливаемые на пультах управления, должны соответствовать требованиям ГОСТ 21786-76.
Мнемосхемы и мнемознаки, наносимые на лицевые части панелей пультов управления, должны соответствовать требованиям ГОСТ 21480-76.
Надписи и обозначения, не относящиеся непосредственно к работе оператора (заводской номер, фирменный знак и т.п.), не должны располагаться на лицевых частях панелей пультов управления.
Органы управления, устанавливаемые на пультах, должны соответствовать требованиям ГОСТ 21756-76, ГОСТ 21753-76, ГОСТ 22613-77, ГОСТ 22614-77, ГОСТ 22615-77.
Способы кодирования зрительной информации на пультах управления должны соответствовать требованиям ГОСТ 21829-76.
Расположение приборов на пультах управления регламентируется ГОСТ 2300-78.
11. Требования к панелям пультов.
Панели пультов управления не должны иметь посторонних элементов, затрудняющих работу оператора (неоправданные функциональным назначением пульта выступы, углубления, разноплоскостность, выступающие элементы наружного крепежа и т.п.).
Расположение и углы наклона панелей информации и панелей управления на пультах должны соответствовать указанным на рис. 1и 2. Панели информации и органов управления не должны располагаться друг против друга.
 |
 |
Рис. 1 Рис. 2
При работе оператора в положении сидя средства отображения информации и органы управления, умещающиеся в зоне, ограниченной снизу плоскостью, отстоящей от пола не менее чем на 700 мм и не более чем на 150 мм по фронту, располагают на фронтальной панели. Если располагаемые на панели элементы не умещаются в указанных пределах, используют трапециевидную , многогранную или полукруглую форму панелей, диаметр полукруглой и многогранной панелей должен быть не менее 120 мм.
Требования к расположению средств отображения информации и органов управления на панелях пультов.
При расположении средств отображения информации и органов управления на панелях пультов следует учитывать такие основные факторы:
- приоритет;
- группировки в логические блоки;
- взаимосвязь между органами управления и средствами отображения информации.
При установлении приоритета на место расположения необходимо учитывать, как тот или иной орган управления или средство отображения информации используется оператором и каково его воздействие на работу системы. Здесь учитываются следующие факторы:
-частота и степень использования;
-точность и (или) скорость считывания показаний или установка позиции органа управления;
- влияние ошибки считывания или запаздывания в выполнении операций , надежность и безопасность работы системы;
-легкость манипулирования отдельными органами управления опре-
деляются по точности, скорости, усилиям) в разных местах расположения.
При размещении индикаторов и органов управления на панели применяют два способа их группировки:
- функциональный, когда объединяются индикаторы и органы управления, идентично по функциям или совместно используемые при выполнении одной задачи, а также относящиеся к одному компоненту оборудования;
- последовательный - расположение в порядке последовательности использования.
Средства изображения информации и органы управления на панелях пульта должны быть расположены следующим образом:
- важные и наиболее часто используемые средства отображения информации и органы управления - в пределах оптимальной зоны;
- аварийные - в легкодоступных местах, но не в оптимальной зоне;
- второстепенные, периодически используемые средства отображения информации и органы управления, - не в оптимальных зонах, при этом руководствуются в основном правилами группировки и взаимосвязи между ними.
При компоновке средств отображения информации необходимо обеспечивать: обзор и видимость с рабочего места; возможность легкого опознания нужного индикатора; объединение средств отображения информации в последовательные или функциональные группы; учет взаимосвязи индикаторов с требованиями системы и органами управления, которые влияют на показания этих индикаторов.
При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания необходимо выполнять следующие правила: при наличии в группе шести и более индикаторов располагать их в виде двух параллельных рядов (вертикальных или горизонтальных); не делать более 5 - 6 горизонтальных рядов или вертикальных; при наличии на панели более 25 - 30 индикаторов компоновать их в 2 - 3 зрительно отличимые группы.
При компоновке органов управления все органы управления располагают в зоне досягаемости, причем часто используемые на высоте 600 - 1000 мм для работы в положении сидя и 1000 - 1400 мм для работы в положении стоя. Функциональные однородные органы управления располагать единообразно на всех панелях пультов данной системы.
Для наиболее часто используемых в процессе управления средств отображения информации допустимый угол отключения их лицевой поверхности от нормальной линии взора не должен превышать 150.
Зоны расположения средств отображения информации и органов
управления на панелях пульта в положении сидя приведены в табл.3.
Зона расположения средств информации и органов управления на панелях пульта для работы оператора в положении стоя приведены в табл. 4.
При разработке щитов управления с контрольными приборами можно
руководствоваться настоящими нормами, однако с учетом требований на группу помещений.
Таблица 3
| Номер | Высота кромки над уровнем пола, мм | Ширина | ||
| зоны | нижней | верхней | зоны | |
Таблица 4
| Номер | Высота кромки над уровнем пола, мм | Ширина | ||
| зоны | нижней | верхней | зоны | |