Разработать лабораторный стенд для испытания устройств защиты судовых генераторов (стр. 13 из 19)
К1 – поправочный коэффициент на условии прокладки проводов и кабелей (К1=1,0)
К2 - поправочный коэффициент на число работающих кабелей лежащих рядом (К2 = 0,78 – для числа кабелей лежащих рядом N=5, а так как рядом возможна прокладка максимально пяти трасс кабелей:
1) U ≈ 127 В, 2) U ~ 127 В, 3) I = 0…6 А, 4) U – 24 В, 5) U – 24 В (питание релейного блока).
2.9.1.1. Проверяем цепи U ≈ 127 В: S = 0,5 мм2,
Iн.доп. = 11 А; IP = 0,503 А.
11 А > 0,644 А – условие соблюдается.Окончательно выбираем:
1) На участке U2 ≈ 220В – QF2 провод РКГМ сечением 0,5 мм2; Iдоп =11 А.
2) На участке QF2-S1 провод РКГМ с сечением 0,5 мм2; Iдоп =11 А.
3) На участке S1 – X1, X2, X3 провод РКГМ сечением 0,5 мм2I доп = 11А.
2.9.1.2. Проверяем цепь U ~ 127 В: S = 0,5 мм2; I доп = 11А; Ip = 0,394A
Iдоп ≥ Ip/K1*K2; 11A≥0,394/1,0*0,78; 11А > 0,505 А – условие выполняется.
Окончательно выбираем для цепи U~127В провод РКГМ сечением 0,5 мм2I доп= 11 А.
2.9.1.3. Проверяем цепь I = 0…6A.
а) на участке U ≈ 220 В до TV6 , Iр = 0,44 А; S= 0,5 мм2 ; I доп = 11А.
Iдоп≥Ip/K1*K2; 11А> 0,44/0,78; 11 А > 0,564А – условие выполняется.
Окончательно выбираем:
U≈220 В – QF3: РКГМ сечением 0,5 мм2 , Iдоп=11А.
Iдоп≥Ip/K1*K2; 15А≥6/0,78; 15А≥7,69 А –условие выполняется.
Окончательно выбираем провод РКГМ сечением 0,75 мм2 ; Iдоп = 15А.
Проверяем цепь U=24 В, Ip=2,08А; S=0,5 мм2 , Iдоп= 11А.
Iдоп≥Ip/K1*K2 ; 11А≥2,08/0,78, 11А>2.671F – условие выполняется.
Окончательно выбираем провод РКГМ сечением 0,5 мм2 , I доп = 11 А.
2.9.1.5. Проверяем цепь питания релейного блока
так как Iр = 0,01 А то для этой цепи можно использовать сечение S = 0,3 мм2 но из соображений механической прочности и унификации выбираем провод РКГМ сечением 0,5 мм2 , I доп = 11А.
2.9.1.6. Проверка индикационного блока:
Ip= 0,015 А, S = 0,5 мм2 , I доп = 11 А. Выбираем провод РКГМ сечением 0,5 мм2,Iдоп=11А.
2.9.1.7. Проверка блока таймеров: так как блок таймеров имеет очень небольшой ток и напряжение U=15 В, то для него так же находим выбранный ранее провод РКГМ сечением 0,5 мм2 , I доп = 11 А.
РКГМ – провод с медной жилой, с резиновой изоляцией и оплеткой из стекловолокна, пропитанного лаком.
| Цепь | Тип провода | Сечение, мм2 |
| 1. Питание U≈127 В | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 2. Питание U~127 В | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 3. Подключение I=0…6 А | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 4. Участок TV6 – X6, X7 | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 5. Питание U= - 24 В | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 6. Релейный блок | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 7. Индикационный блок | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 8. Блок таймеров | РКГМ | 0,5 мм2 |
| 9. Питание стенда | РКГМ | 0,75 мм2 |
2.9.2 Определяем длины проводов и кабелей стенда
Для удобства расчета длин проводов и кабелей, а также для создания небольшого запаса длины при монтаже элементов стенда принимаем расчетную длину от середины одного элемента, до середины другого элемента.
2.9.2.1. Цепь индикации работы стенда:
расстояния QF1 – VD1, 2, 3 = 10 см. Это расстояние принимается и для остальных элементов блока индикации работы стенда.
2.9.2.2. Цепь питания U≈127 В, U~127 В
QF1 – QF2 = 20 см, QF2 – TV4 = 165 см, QF2 – TV3 = 190 см, TV1, TV2 – TV3, TV4 = 50 см, TV3, TV4 – S1 = 20 см, S1 – S4 = 20 см, S1 – S7 = 90 см, S4 – S8 = 125 см, S1 – S8 = 105 см, S7 – X1, 2, 3 = 140 см, S8 – X4, 5 = 135 см.
Всего: 1100 см = 11 м.
2.9.2.3. Цепь питания 0…6А.
QF1 – QF3 = 40 см, QF3 – S2 =110 см, QF3 – TV5 = 105 см, S2 – TV6 = 35 см,
TV5 – TV6=30 см, TV6 – TV7 = 30 см, TV7 – PW=50 см, PW – S2 = 20 см, PW – РА =20 см, TV7 – S6 = 60 см, TV7 – S5=20 см, S6 – X6,7=75 см.
Всего: 595 см ≈ 600 см = 6 м.
2.9.2.4. Цепь питания U-24 B и релейный блок
QF1- S10 = 40 см, S10 - TV6 = 95 см, TV8- стабилизационный блок = 60 см, стабилизационный блок – Х8,9 = 75 см, Х8,9-VD7= 60 см, VD9 – VD17 = 60 см, К1 – К4 = 30 см, стабилизационный блок – SH2 = 80 см, Х10 – Х33 = 100 см.
Прочие соединения элементов в релейном блоке 100 см.
2.9.2.5. Блок таймеров:
Т1,2,3 – S9 = 90 см, S6 – S9 = 35 см, S6 – К1,2,3,4 = 120 см, S1 – S9 = 80 см, К4 – S1 = 60 см.
Прочие соединения – 100 см.
Всего: 485≈500см = 5м
2.9.2.6. Общая длина провода составляет:
L = 11+6+7+5=29 м.
2.9.3. Определяем мощности рассеяния элементов стенда:
2.9.3.1. Мощности рассеяния трансформаторов
TV1: PR = Sтр-ра * (1 - ήтр) = 110 (1-0,91)=9,9 Вт.
TV2: PR = 9,9 Вт; TV3: PR = 2 Вт; TV4: PR = 2 Вт; TV5: PR = 96,6 * (1-0,91)=9,7 Вт; TV6: PR = 2 Вт; TV7: PR = 58,32 (1 – 0,93) = 4,08 Вт.
∑Ртр-ров = 39,58 Вт.
2.9.3.2. Мощности рассеяния полупроводниковых элементов:
а) Мощности рассеивания диодов.
Для облегчения расчета принимаем средние значения падения напряжения на диодах и токи равными
I ср = 0,015 А, ∆U=1,2 В – из расчета.
Тогда мощность рассеяния одного диода равна
РR = ∆U * I = 1,2 * 0,015 = 0,018 Вт.
∑РR=12*0,018=0,216 Вт = суммарная мощность рассеяния диодов схемы.
б) мощность рассеяния светодиодов:
I ср = 15 мА = 0,015 А, ∆Uср = 2,5 В.
РR = ∆U * I= 2,5 * 0,015 = 0,0375 Вт – мощность рассеяния одного светодиода.
∑РR = 14 * 0,0375 = 0,525 Вт – суммарная мощность рассеяния всех светодиодов схемы.
в) мощность рассеяния всех полупроводниковых элементов схемы стенда:
∑Рпп = ∑РRдиодов + ∑РRсветодиодов = 0,216 + 0,525 = 0,741 Вт.
2.9. 3. 3. Мощность рассеяния блока питания U=24 В
∑РRБП = РRтр-ра + Рстабилизатора = 2+0,4=2,4 Вт.
РRтр-ра = 50 (1 – 0,96) = 2 Вт.
РRстаб = ∆U* I= 4*0,1 = 0,4 Вт.
Принимаем мощность рассеяния блоком питания с запасом равной РR = 10 Вт.
2. 9. 3. 4. Мощности рассеяния проводов и кабелей стенда
∑РR = ∑Ii * Ri * Li – общие потери мощности в проводах стенда, где
Ii - ток в i – ом проводе , I ср = 1,18 А
Ri - погонное сопротивление i – го провода, R = 28,8 мОм/м
Li – длина i-го провода.
а) Определяем суммарную длину по участкам
∑L1 = 2,9 м, ∑L2 = 25 м, ∑L3 = 1,1 м.
б) Определяем потери мощности по участкам
PR1 = 1.18 *0.0288 * 2.9 = 0.098 Вт.
PR2 = 1,18 * 0,288 * 25 = 0,849 Вт.
PR3 = 1,18*0,288 * 1,1 = 0,037 Вт.
в) ∑РR = PR1 + PR1+ PR3 = 0,098+0,849+0,037 = 0,984 Вт.
2. 9. 3. 5. Мощность рассеяния в контактной аппаратории
∑РR = ∑ (I2 * R*m) – суммарная мощность потерь в контактных соединениях, где
I - ток контактного соединения
R – сопротивление контактного соединения
m - число фаз контактного соединения.
а) Определяем мощность рассеяния в автоматических выключателях
PRQF1 = 1,62 * 0,751 * 3 = 5, 768 Вт.
PRQF2 = 0,562 * 0,751 * 3 = 0,563 Вт.
PRQF3 = 0,442 * 0,751 * 3 = 0,436 Вт.
∑РR = PRQF1 + PRQF2 +PRQF3 = 5,768 + 0,563 + 0,436 = 6,767 Вт.
б) Определяем потери мощности в переключателях
Переключатели S1 – S10 серии ПМФ – имеют сопротивление контакта соединения 10 mОм.
Потери в контактных соединениях считаются по формуле:
∑РR = ∑I2 * R* m, где
I – ток соединения
R – сопротивление контакта
m - число фаз соединения
PRS1 = 0, 01 * 2 * 0.5032 = 0,0051 Вт.
PRS2 = 0, 01 * 2 * 0,762 = 0,010 Вт.
PRS4 = 0, 01 * 2 * 0,5032 = 0,0051 Вт.
PRS5 = 0, 01 * 2 * 5,962 = 0,71 Вт.
PRS6 = 0, 01 * 2 * 5,962 = 0,71 Вт.
PRS7 = 0, 01 * 3 * 0,5032 = 0,0076 Вт.
PRS8 = 0, 01 * 2 * 0,3942 = 0,0031 Вт.
PRS9 = 0, 01 * 2 * 0,12 = 0,0002 Вт.
PRS10 = 0,01 * 1 * 0,2272 = 0,00052 Вт.
∑РR=∑РR1=0,0051+0,010+0,0051+0,71+0,71+0,0076+0,0031+0,0002+0,00052=1,456 Вт.
2.9.3.6. Определяем потери мощности всех элементов стенда
∑Рстенд = ∑РRтр-ров + ∑РRполупров. Элем. + ∑РRблок пит.+ ∑РR пров. и каб. + ∑РR перекл.
∑Рстенд = 39,58 + 0,741 + 0,4 +0,984 + 1,5 = 43,21 Вт.
2.9.4. Тепловой расчет стенда
1. Объем щита: V = L*B*H = 1,5 * 0,3 * 0,7 = 0,315 м3.
2. Габариты щита: L = 1,5 м – длина, В = 0,3 м – ширина, Н = 0,7м – высота.
3. Тепловая мощность рассеивания в щите: Ф = 43,21 Вт.
4. Коэффициент заполнения щита: Кзап = ∑Vэл / V, где
∑Vэл = 0,0027 + 0,00578 + 0,0144 +0,0035 + 0,0487 + 0,0002 + 0,00013 + 0,0016 + 0,001= 0,078 м3.
Определяем объемы основных наиболее габаритных элементов щита:
1. Автоматический выключатель V= (0,14*0,8*0,9)*2 + (0,11*0,75*0,085) = 0,002016 + 0,000701 = 0,0027 м3.
2. Переключатель (0,068 * 0,068 * 0,125)*10 = 0,00578 м3
3. Латры (0,2*0,19*0,1)*3 = 0,0114 м3
4. приборы (0,15*0,15*0,045)* 2 + (0,110*0,110*0,06)*2 = 0,002 + 0,00145 = 0,00345 м3
5. трансформаторы.
ОСМ 0,25 L=117, B = 116, H=110 - 2 шт.
ОСВМ 0,25 L=269, B = 245, H=168 - 1 шт
ОСМ 0,1 L=117, B = 116, H=100 - 1 шт
ТСВМ 2,5 L=389, B = 364, H=237 - 1 шт
V = (0,017*0,116*0,1)*2 + (0,269*0,245*0,168) + (0,117*0,116*0,1) + (0,389*0,364*0237) = 0,0027+0,011+0,00135+0,0335 = 0,0487 м3
6. Провода V=0.0002 м3.
7. Таймеры (0,0065*0,045*0,0015)*3 = 0,00013 м3
8. блок питания (без трансформатора) V= 0,2*0,1*0,08=0,0016 м3.
9. Прочие элементы Vпр= 0,001 м3.
Кзап = ∑Vэл / V = 0,078/0,315=0,247 о.е.
5. Максимальная температура окружающей среды θ3 = 350 С или равно 3080 К.
6. Предельно допустимый перегрев рабочей зоны принимаем υв.доп= 15 К.
7. Определяем коэффициент формул К0= Н*V-1/3 = 1,028, где Н – высота стенда, V – объем стенда.
8. Определяем площадь нагретой зоны
= 1,364 м2.9. Определяем удельный тепловой поток нагретой зоны ρзоны – Ф/Sз = 43,21/1,364 = 31,678 Вт/м2.
10. По рисунку приложения (Л. ) определяем математическое ожидание нагрева щита с естественной конвекцией.
М (υ) = 50 К, υдоп= 150К.
Сравниваем значения М (υ) = 50 К и υдоп= 150К и проверяем условие М (υ)< υдоп.