Автоматизация электроводонагреваетеля

    

    Рис. 2. Функционально-технологическая схема водонагревателя САОС.

1. – термометр контактный;
1. – реле промежуточное;
2. – контакты реле;
2.   – терморезистор;
1. – терморегулятор;
2. – пускатель электромагнитный;
3. – контакты пускателя;

ЕК  – нагреватель (ТЭНы). 

    Сигнал  от контактного термометра 1 поступает  на промежуточное реле 1-1 при превышении температуры максимально допустимой.

    Реле 1-1 срабатывает и своими контактами 1-2 подает сигнал на терморегулятор 2-1.

    Терморегулятор 2-1 своими контактами управляет магнитным  пускателем 2-2, а тот, в свою очередь, своими контактами 2-3 подключает или отключает нагревательный элемент ЕК.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет  и выбор технических  средств автоматизации 

    К техническим средствам автоматизации  в данной схеме относятся:

    - термометр контактный;

    - реле промежуточное;

    - терморезистор;

    - терморегулятор. 

    Терморезистор - выбираем типа ММТ-4 сопротивлением 3,6 кОм.

   Реле  промежуточное - выбираем промежуточное реле типа МКУ-48, с напряжением катушки Uк = 220 В, потребляемым током Iр = 0,03 А.

    Термометр контактный – выбираем типа ТК-5,01 с несменным зондом на пределы температуры -20…+200ºС и установленным пределом температуры 97ºС.

    Терморегулятор – выбираем типа ТК20-01-1-90±6%-85 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка  схемы подключения  устройства

Рис. 3. Электрическая  схема подключения установки. 

    QS – рубильник предназначен для  отключения установки при ремонте  или обслуживании и предохранения  от к. з. и чтобы можно было увидеть, что установка отключена, т. е. для видимого разрыва цепи;

    FU – предохранитель предназначен для предохранения при аварийных режимах;

    QF – автоматический выключатель, предназначен для автоматического отключения при больших токах и при ремонте;

    КК – тепловое реле, предназначено для защиты силовой цепи от больших токов;

    КМ – контакты магнитного пускателя;

    ЕК  – нагревательный элемент.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет  и выбор пускозащитной  аппаратуры 

    Выбор рубильника

    По  номинальному току

In. руб ≥ 3*Iном. нагр

где Iном. нагр – номинальный ток нагрузки;

Iном. нагр = Р*1000/(√3*380)

Iном. нагр = 12,5*1000/(1,73*380) = 19,01 А

In. руб ≥ 3*19,01 = 57 А

    Выбираем  рубильник с ближайшим большим  номинальным током 100 А.

    По  способу подключения проводов.

    Выбираем  рубильник с передним подключением проводов, так как это освобождает  от лишних действий при ремонте рубильника или замене самих подводящих проводов.

    По  степени защиты.

    Выбираем  рубильник пылебрызгозащищенный, так как у нас в помещении агрессивная среда, а также для безопасности обслуживающего персонала.

    По  всем пунктам выбираем рубильник  марки РПБ-31-100.

    Выбор предохранителя.

    По  току плавкой вставки

    Iвст ≥ 4*Iпуск.

где Iпуск – пусковой ток установки, Iпуск = Iном = 19,01 А

    Iвст ≥ 4*19,01 = 76 А.

    Выбираем  предохранитель типа ПРС-100 с номинальным током плавкой вставки 100 А.

    Выбор автоматического  выключателя.

    Расчет  электрического расцепителя автоматического выключателя серии АЕ.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Iн. р. ≥ Iнагр.

Iн. р ≥ 19,01 А

    Выбираем  Iн. р = 20 А.

    Определяем  кратность тока

    k = Iнагр/Iн. р.

    k = 19,01/20 = 0.95

    Поворачиваем  регулятор на деление –0,95.

    Проверка  выбранного автомата на возможность  срабатывания при пуске водонагревателя.

    Кратность тока по отношению к номинальному току расцепителя – 12*Iном. Эти автоматы применяются для мгновенного срабатывания, поэтому

    Iсраб = 1,25* Iпуск.

где 1,25 – постоянный коэффициент, учитывающий средние условия пуска.

    Iсраб = 1,25*19 = 23,75 А

    Начальное значение тока срабатывания

    Iн =12*Iн. р.

    Iн =12*20 = 240 А

    240 А ≥ 23,75 А

    Выбираем  автоматический выключатель серии  АЕ2036 с числом полюсов 3 и номинальным током расцепителя 20 А.

Расчет  теплового реле.

    Выбираем  тепловое реле марки ТРН-25 с номинальным током Iутэ = 20 А.

Определяем  разность токов

ΔI = Iнагр – Iутэ

ΔI = 19 – 20 = — 1 А

Определяем  число делений на шкале регулятора

n = ΔI/(с*Iутэ) 

где с = 0,055 – постоянный коэффициент для  закрытых пускателей

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

n = - 1/(0,055*20) = -0,9 

Устанавливаем стрелку регулятора на деление –  0,9.

    Выбор магнитного пускателя.

    Выбираем  магнитный пускатель типа ПМЕ-22-193А-4Р+4З

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет  основных показателей  надежности

      В соответствии с принципиальной схемой управления температурой водонагревателя все элементы разобьем на группы по числу разнотипных элементов. 

 

      Определим интенсивность отказов каждого  вида элементов рассматриваемой схемы.

λ_р = n∙ λ.

λ_р1 = 2*0,1375∙10^-6 = 0,275∙10^-6 1/час.

λ_р2 = 3∙0,02∙10^-6 = 0,06∙10^-6 1/час.

λ_р3 = 3∙0,5∙10^-6 = 1,5∙10^-6 1/час.

λ_р4 = 1∙0,5∙10^-6 = 0,5∙10^-6 1/час.

λ_р5 = 1∙7∙10^-6 = 7∙10^-6 1/час.

λ_р6 = 1∙0,03∙10^-6 = 0,03∙10^-6 1/час.

λ_р7 = 2∙0,063∙10^-6 = 0,126∙10^-6 1/час.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

λ_р8 = 20∙0,25∙10^-6 = 5∙10^-6 1/час.

λ_р9 = 3∙0,625∙10^-6 = 1,875∙10^-6 1/час.

      Определим результирующую интенсивность отказов  всех элементов схемы

λ_р =

,

λ_р = 0,275*10^-6 +0,06*10^-6+1,5*10^-6+ 0,5∙10^-6 +7*10^-6+ 0,03*10^-6+ 0,126*10^-6+ 5*10^-6+ +1,185*10^-6 =

=  15,676∙10^-6 1/час.

      Определим результирующую вероятность безотказной  работы элементов схемы

Р_рез(t) =

,

Р_рез(t) = = 4,77.

     Результирующая  надежность системы оказалась меньше нормативного значения, т.е.

4,77 < 0,96.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка  принципиальной схемы  управления