Расчет и выбор аппаратов защиты

3.2 Расчет и выбор аппаратов защиты

В качестве аппарата защиты от перегрузки, обрыва фаз примем к использованию преобразователь тока.

·  Предназначен для преобразования переменного тока в пропорциональный выходной ток с гальванической развязкой между силовой и измерительной цепями.

Электрические параметры

Iвх – Номинальный входной ток, амплитудное значение 20 А

Iпр – Диапазон входных токов 0 … 40 А

Iвых – Выходной ток 4…20 мА в диапазоне входных токов 0…20 А

Uвых – Выходное напряжение 0…10 В в диапазоне входных токов 0…20А

Напряжение питания + 15…+36 В; потребляемый ток 18 + Iвых, мА

Частотный диапазон 20 … 500 Гц

Рабочая температура –30 …+70 °С

Основная погрешность не более 2%

Дополнительная погрешность в рабочем диапазоне температур <0,2%/10°C

Чувствительный элемент – микросхема с датчиком Холла.

Принципиальная электрическая схема преобразователя тока приведена на рис. 1. Микросхема DA1 с датчиком Холла (чувствительный элемент, реагирующий на магнитное поле) помещен в зазор тороидального магнитопровода. Магнитная индукция в зазоре пропорциональна току в силовом проводнике, проходящем через магнитопровод. Микросхема DA1 обеспечивает линейно изменяющееся выходное напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля в зазоре во всем диапазоне измеряемых токов в силовой цепи.

Переменное напряжение с выхода DA1 через разделительный конденсатор С8 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя на микросхеме DA2 (сдвоенный операционный усилитель). Напряжение на выходе выпрямителя сглаживается RC-фильтром R8, C5 и поступает на вход масштабного усилителя DA4, а также на вход преобразователя «U-I» на микросхеме DA3.

Таким образом, напряжение на выходе DA4 пропорционально току в силовой цепи. Ток на выходе DA3 изменяется в пределах 4–20 мА в рабочем диапазоне силовых токов. При соответствующем включении микросхемы DA3 можно обеспечивать выходной сигнал 0–20 мА. Напряжение на выходе масштабного усилителя изменяется от 0 до 10В.

Напряжение питания измерительной схемы стабилизировано микросхемой DA4 на уровне 12В при изменении питающего напряжения в пределах 15–36В.

Электрические параметры преобразователя тока на основе датчика Холла следующие:

Iвх – Номинальный входной ток, амплитудное значение 20 А

Iпр – Диапазон входных токов 0 … 40 А

Iвых – Выходной ток 4…20 мА в диапазоне входных токов 0…20 А

Uвых – Выходное напряжение 0…10 В в диапазоне входных токов 0…20А

Напряжение питания + 15…+36 В; потребляемый ток 18 + Iвых, мА

Частотный диапазон 20 … 500 Гц

Рабочая температура –30 …+70 °С

Основная погрешность не более 2%

Дополнительная погрешность в рабочем диапазоне температур <0,2%/10°C

При соответствующей настройке пределы измерения преобразователя тока можно изменять в широких пределах (от десятков миллиампер до сотен ампер).

Принцип действия датчика Холла.

Датчик Холла – полупроводниковый преобразователь, представляющий собой тонкую пластинку с четырьмя электродами (рис. 2), выполненную из полупроводникового материала с высокой подвижностью носителей заряда (кремний, германий или полупроводниковые соединения).

Если через такую пластинку, помещенную в магнитное поле Н проходит ток I, то на параллельных направлению тока гранях пластинки возникает эдс Холла, (В)

, (102)

где R – постоянная Холла (см/к); d, l, a – размеры датчика Холла; w(l/a) – функция, зависящая от геометрии элемента Холла.

Так как сигнал с выхода элемента Холла невелик, зависит от напряжения питания и температуры, датчик Холла выполняют в виде интегральной микросхемы, содержащей элемент Холла, стабилизатор напряжения, усилитель и схему термокомпенсации.

При использовании датчика Холла в преобразователях тока он помещается в воздушном зазоре магнитопровода из трансформаторной стали, пермаллоя или феррита. Проводник, ток в котором надо измерить, проходит через окно магнитопровода.

Индукция магнитного поля B в воздушном зазоре определяется по формуле

, (103)

где  – магнитная постоянная, равная  ; - магнитная проницаемость материала магнитопровода.

Измерительные преобразователи на основе датчиков Холла позволяют измерять как переменный, так и постоянный ток.

3.2 Разработка шкафа управления

Шкафы управления выполняют роль постов управления, контроля, сигнализации автоматизированного объекта. Он является связующим звеном между оператором и объектом. На щитах располагают средства контроля, управления, сигнализации технологических процессов, надписи поясняющие назначение отдельных элементов.

Искомая площадь монтажной панели щита управления определяется по формуле, мм².

S=∑(А+2b)·(B+2a), (104)

где А – ширина аппарата, мм;

B – высота аппарата, мм;

a – размер, учитывающий вертикальную монтажную зону,

а = 10 ч 50 мм;

b – размер, учитывающий горизонтальную монтажную зону,

b = 10 ч 50 мм;

Принимаем стандартный малогабаритный щит, основные размеры которого сведены в таблице 3.12.

Таблица 3.12. Габаритные размеры щита управления марки ЩШМ

Разработаем схему внутренних соединений щита управления.

Схема соединения показывает порядок соединения электрооборудования внутри отдельной сборочной единицы (шкафа, щита).

Схемы соединений являются безмонтажным документом и должны точно соответствовать электрической принципиальной схеме управления.

У каждого зажима элементов подписывают адрес, причем для обозначения последнего используют позиционные обозначения того элемента, кому это соединение адресовано.

Произведем разработку схемы соединений щита управления мобильного кормораздатчика, для этого на отдельных сборочных единицах щита управления размещаем условные изображения монтажных единиц приборов и аппаратов в соответствии со схемой расположения, разрабатываем отдельные монтажные единицы элементов схемы управления мобильным кормораздатчиком.

Под монтажными единицами указываем позиционные обозначения приборов, принятые на электрической принципиальной схеме управления.

У каждого элемента подписываем адреса элементов, к которым это соединение адресовано.

Разработаем схему подключения. Схемы подключения показывают внешние соединения между отдельными сборочными единицами, т.е. показывают, каким образом выполняются внешние соединения шкафов, щитов управления, датчиков и исполнительных механизмов.

Электрические связи в таких схемах изображают сплошными линиями в однолинейном исполнении и линии в местах присоединения к элементам цепей разделяют, чтобы показать их маркировку.