Разработать лабораторный стенд для испытания устройств защиты судовых генераторов (стр. 11 из 19)

4. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора.

5. Сопротивление фазы выпрямителя.

6. Определение расчетного коэффициента.

7. Определение соотношения между активными и реактивными сопротивлениями фазы выпрямителя.

8. По вычисленным коэффициентам определяются параметры трансформатора и вентилей.

9. Определяется емкость и тип конденсатора.

10. Определяется внутреннее сопротивление выпрямителя.

11. Определяется КПД выпрямителя.

2.2. Расчет и выбор элементов блока изменения напряжения

2.2.1. Мощность, потребляемая прибором со сторон генератора при U=127 В,50 Гц составляет S_потр1=30ВА – из технических данных прибора.

2.2.2. Определяем потребляющий ток. I_потр1=

А.

2.2.3. Мощность, потребляемая прибором по сети с U=~127 В, 50 Гц. составляет S_потр2=50ВА.

2.2.4. Определяем потребляющий ток: I_потр2=

2.2.5. Определяем общий потребляющий ток I_об=I_потр1+I_потр2=0, 136+0,394=0,530 А.

2.2.6. Определяем мощность лабораторного автотрансформатора Латра ТV4: S_тртv4=I_об UK_ат = 0,53 127 1,4=100ВА,

где К_ат=1,4 – коэффициент автотрансформатора (из справочника).

Выбираем автотрансформатор ТV4 типа: латр 1-М

2.2.7.Трансформатор ТV2 – трансформатор напряжения (220/127В)

- расчетная мощность трансформатора TV2.

η_TV2≈0,91 – КПД трансформатора TV2 – определяется приблизительно из справочника.

Выбираем трансформатор TV2 типа: ОСМ 0,25-79ОМ5; S_{ном TV2}=0,25ВА.

Η=0,954

2.2.8. Из соображения унификации выбираем трансформаторы TV1 и TV3 аналогично трансформаторам TV2 и TV4:

TV1: ОСМ 0,25-74ОМ5; S_ном = 0,25 кВА; η = 0,954.

TV4:

2.2.9. Выбираем автоматический выключатель QF2:

Определяем ток выключателя I=

Выбираем автоматический выключатель QF2: АК63; I_потр = 0,63А.

2.2.10. Предохранители FU1÷FU6

Токи: I_FU=I_общ=0,530 А.

Выбираем предохранители типа:

ВПБ 6-36; I_ном=1А.

2.2.11. Выбираем переключатель S1: - двухсекционный переключатель I_пер=I_общ=0,530А. Выбираем переключатель типа: ПМФ90+90⁰- 0⁰ – - 90⁰ - положение рукоятки переключателя.

2.2.12. Выбираем переключатель S4: - двухсекционный переключатель I_ном=0,503А. Из соображений унификации выбираем переключатель типа: ПМФ90+90⁰- 0⁰ – - 90 ⁰.

2.2.13. Выбор переключателя S7: - двухсекционный трехполюсной выключатель.

Iрас=0,503А. Выбираем ПМФ 0-90⁰.

2.2.14. Выбор переключателя S8: - однополюсной переключатель Iрасп=0,0394А. Выбираем переключатель типа ПМФ90+90⁰- 0⁰ – - 90⁰.

U_ном=127В; I_ном=1А.

2.3 Расчет и выбор элементов блока изменения тока

2.3.1. Мощность, потребляемая прибором со стороны генератора в цепи I=0…6А, f=50Гц, составляет S_напр=15ВА – из технических данных на прибор.

2.3.2. Определяем входное сопротивление цепи питания прибора:

Ом, где I=6А – максимальный ток цепи.

2.3.3. Определяем сопротивление R1: R₁=3R_вх=1,26 Ом.

Мощность рассеяния P_R1=I²R₁=6² 1,26=45,36 Вт.

Выбираем резистор типа: МЛТ-63-1,2: R_ном=1,2 Ом: Р_Rном=63Вт.

2.3.4. Выбор транзистора TV7:

S_TV7=I²R_об=6² 1,62=58,32 ВА=0,058 кВА.

U₁=127В- напряжение первичной обмотки трансформатора.

U₁= IR_об=6 1,62=9,72В – расчетное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Выбираем резистор R₂:

R₂ = R^|_об - R_об=9,72-1,62=8,4Ом, где

R^|_об =

- сопротивление цепи при включенном переключателе S5.

I^/ = 1А – ток в цепи при включенном переключателе S5.

Выбираем резистор МЛТ – 10-8,2, Р_R=10Вт; I_ном=8,2 Ом.

2.3.6. Выбираем лабораторный автотрансформатор TV6:5

задаемся коэффициентом автотрансформатора К_АТ=(1,2¸2)=1,5

STV6 = КАТ STV7=1,5 0,058=0,087 кВА – расчетная мощность автотрансформатора TV6.

Выбираем автотрансформатор типа:

2.3.7. Выбираем автотрансформатор TV5: - трансформатор напряжения 220/127В.

- расчетная мощность трансформатора TV5, где η_TV5=0,9 – КПД трансформатора TV5 – задаемся значением КПД из справочника.

Выбираем трансформатор TV5 типа: ОСМ 0,1-74 ОМ5; U₁=220 В; U₂=133 В; S_ном=0,1кВА.

2.3.8. Переключатель S2: -трехполюсной переключатель на три положения

I_дон=6А; U_ном=220В. Выбираем переключатель S2 типа: ПМФ90 0⁰-90⁰-180⁰

Φ=0⁰, Φ=30⁰, Φ=60⁰

2.3.9. Переключатель S5 – односекционный однополюсной переключатель I_дон=6А; типа ПМФ90 0⁰-90⁰

2.3.10. Переключатель S6 – двухсекционный однополюсной переключатель. I_дон=6А. Из соображений унификации выбираем переключатель типа ПМФ 90 0⁰-90⁰

2.3.11. Выбираем автоматический выключатель QF3:

- расчетный ток выключателя.

Принимаем тип QF3: АК63; I_ном=0,63А.

2.4. Выбор блока питания U-24В

Выбираем стандартный блок питания из журнала “Радио” за 1989 г.

Характеристики: Uвх=перемененное трехфазное напряжение 25 В, Uвых=-24 В Iвых=2 А

2.5. Расчет и выбор элементов релейно-индикационного блока

2.5.1. Напряжение питания блока U=24В.

Мощность, потребляемая релейным блоком Sрел=40ВА

Мощность, потребляемая прибором от цепи U=24В равна 50ВА.

2.5.2. Ток срабатывания реле К: Iреле=0,05А

Мощность реле: Рреле=UIреле=24 0,05=1,2Вт

Суммарная мощность, потребляемая реле: åРреле=4 1,2=4,8Вт

Выбранное реле К1¸К4 типа РП21-УХЛ4; U=24В; Iсраб=0,05А; Iотп=0,01А

2.5.3. Выбираем резисторы R8¸R16, диоды VD18-VD26, светодиоды VD9¸VD17:

а) зададимся значениями тока и напряжения диода:

Iдиода=(5¸20)тА, примем Iд=10тА=0,01А

Uдиода=(2¸3)В, примем Uд=2,5В

б) Определим мощность: Р=Uд Iд=2,5 0,01=0,025Вт

в) Определим суммарную мощность светодиодов и диодов VD9¸VD26:

åР_VD=18 0,025=0,45Вт

Выбираем светодиоды VD9¸VD17: KD103A; Iпрср=0,1А=100мА; Iпрср=1,2В

г) Выбираем резисторы: Rрез=U/Iрез=24/0,01=24000Ом=2,4кОм.

Р_R = I²R=0,01² 2400=0,24В – мощность рассеяния одного резистора

åР_R=9 0,24=2,16 Вт – суммарная мощность рассеяния резисторов R8¸R16

Тип резисторов: МЛТ - 0,25 - 2,4 кОм, Р_Rном=0,25Вт; Rном=2,4 кОм.

2.5.4. Выбираем кнопку управления SH2:

Тип: КЭ; Iном=0,5А – рабочий ток коммутации не должен превышать 0,5А

2.6. Выбор элементов блока индикации питания стенда

2.6.1. Предварительно определяю параметры светодиодов и диодов I_VD= (5-20) тА. Принимаем I_VD =15мА; U_{метакил} = 220В.

Тогда R5=U_{метакил}/I_VD1=220/0,015=14666,6 Ом=14,7 кОм – расчетное сопротивление резистора.

Р_R = I²R=0,015² 14666,6 Ом=3,299 Вт – расчетная мощность рассеяния резисторов R5¸R7

Выбираем резисторы R5¸R7 типа: МЛТ-4-15кОм.

Выбираем светодиоды: VD1¸VD3 типа АЛ112; I=15мА; △U=2,5В.

Выбираем диоды VD4¸VD6 типа: КД103А; I_пр=0,1А; △U=1В.

Выбираем предохранители FU1¸FU3 типа: ПК; I_ном=0,15А.

Выбор защиты цепи питания U=220В и элементов таймеров:

1. Выбор QF1 – трехполюсной автоматический выключатель I_QF1=I_QF2p+I_QF3p+I_S10p+3I_Sрасч=0,5+0,44+0,143=1,09А

I_{QF2pешетки}=0,5А; I_QF3pасч=0,44А; I_S10pасч=0,193А;

Принимаем QF1 типа: АК63, I_{номрезистора}=1,6А; трехполюсной.

2. Таймеры Т1, Т2, Т3 – напряжение питания 1,5В.

2.7. Расчет надежности

В настоящее время последним этапом любого расчета является оценка надежности проектируемой системы или конструкции. Надежность является важнейшим показателем качества проектируемого стенда, от которого значительной степень зависит эффективность использования установки. В связи с этим она должна быть проверена на надежность функционирования.

Основным содержанием расчета надежности является определение количественных показателей надежности системы по известным показателям надежности ее элементов, являющихся исходными расчетными данными. Расчет включает следующие этапы.

1. Формулировку содержания отказа системы. На данном этапе оговариваются условия, при которых нарушается работоспособность системы.

2. Сведение отказа системы к отказам элементов и составление структурной схемы для расчета надежности системы. На данном этапе выясняется, как влияет отказ каждого элемента на работоспособность системы, и на этой основе все элементы объединяются в последовательно-параллельные, или последовательные структурные цепочки.

Методика расчета надежности системы по расчетным формулам основывается на следующих допущениях:

1. Надежность однотипных элементов считается одинаковой;

2. Элементы применяются в режимах нагрузки и условиях работы, не превышающих номинальные значения, предусмотренные ТУ;

3. Интенсивности отказов элементов считаются постоянными в течение срока службы;

4. Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми. При расчете надежности учитываются элементы, отказы которых приводят к отказу системы. Отказом в работе данного стенда является невозможность проведения испытания любого из испытуемых устройств. А именно невозможность изменения напряжения, тока, cos φ, подачи питания контроль этих параметров и времени срабатывания. Этот отказ может наступить при отказе любого из перечисленных в таблице 2.1. элементов схемы.

Таблица 2.1.