Здавалка
Главная | Обратная связь

Функціональна схема та принцип роботи контролера геліосистеми ТК-5



Контролер сонячного колектору гарячого водопостачання ТК-5 складається з вісьмох блоків (рис. 2.6.).

Розглянемо кожний блок окремо. Блок живлення відповідаю за подачу потрібної стабілізованої напруги на інші блоки (наприклад дисплей, мікропроцесор та ін.). Він складається з трансформатора напруги, випрямляча, згладжувального фільтру та стабілізатора напруги.

За обробку всіх вхідних даних, виведення інформації на дисплей а також керуванням двигуном та нагрівачем відповідає мікропроцесор.

Рис. 2.6. Функціональна схема контролера геліосистеми ТК-5.

Для встановлення необхідних параметрів роботи контролера ТК-5 використовуються чотири кнопки: TEMP KEEP, TIMER, WATER LEVEL, WATER LOAD.

Для відображення параметрів роботи контролера використовується індикаторний дисплей. На ньому відображається рівень води в колекторі, температура води в колекторі а також додаткові параметри.

Для підключення датчика рівня води а також для підключення датчика температури води на платі контролера присутні спеціальні роз’єми. Вони в свою чергу підключені через підсилювальну ланку до ніжок мікроконтролера з яких він зчитує показання цих датчиків.

Для управління водонагрівачем присутня схеми з використання електромагнітного реле.

Двигун для поповнення рівня води в колекторі підключається до контролера за допомогою електричної схеми з використанням електромагнітного реле.

Після включення контролера, мікропроцесор зчитує інформацію з датчиків рівня та температури води і відображає їх на дисплеї. Потім по заданій програмі або по стандартній програмі починає працювати контролер. Якщо води в колекторі недостатньо для роботи або її рівень не відповідає рівню встановленому програмою то мікропроцесор вмикає двигун для поповнення води в колекторі. Якщо температура води не відповідає температурі води встановленій користувачем то автоматично вмикається водонагрівач. Якщо всі параметри відповідають параметрам встановленим користувачем то контролер переходить в режим очікування.

Електромагнітне реле, котре використовується в контролері сонячної системи гарячого водопостачання має обмежений електричний та механічний ресурс а також створює електричні перешкоди при замиканні і розмиканні контактів. Для усунення цих недоліків пропоную замінити електричну схему підключення потужних навантажень до мікроконтролера за допомогою електромагнітного реле на електричну схему з використанням симістора.

 

Симісторний ключ

В нашому випадку потрібно слабким сигналом з мікроконтролера включити потужне навантаження (електродвигун чи водонагрівач). Перше що приходить на розум - реле. Але не поспішайте, є спосіб краще.

Насправді, реле має свої проблеми. По перше вони дорогі, по-друге, щоб живити обмотку реле потрібен підсилює транзистор, так як слабка ніжка мікроконтролера не здатна на такий подвиг. Ну, а по-третє, будь-яке реле це дуже громіздка конструкція, особливо якщо це є силове реле, розраховане на великий струм [8].

Якщо мова йде про змінний струм, то краще використовувати симістор або тиристори.

Якщо на керуючий вхід не подати струм відкриття, то тиристор не пропустить струм, навіть у прямому напрямку. Але варто подати хоч короткий імпульс, як він одразу відкривається і залишається відкритим до тих пір, поки є пряма напруга. Якщо напругу зняти або поміняти полярність, то тиристор закриється. Полярність напруги, що управляє переважно повинна збігатися з полярністю напруги на аноді.

Якщо з'єднати зустрічно паралельно два тиристора, то вийде симістор - відмінна штука для комутації навантаження на змінному струмі.

На позитивній половині синусоїди пропускає один тиристор, а на негативній інший. Причому пропускають тільки при наявності керуючого сигналу. Якщо сигнал керування зняти, то на наступному ж періоді обидва тиристора закриються і ланцюг обірветься. Саме таку схему треба використовувати для керування навантаженням.

Але тут є одна тонкість - комутуємо ми силову високовольтну ланку, 220 вольт. А контролер у нас низьковольтний, працює на п'яти вольтах. Тому, щоб уникнути ексцесів потрібно зробити потенційну розв'язку. Тобто зробити так, щоб між високовольтної і низьковольтної частиною не було прямого електричного з'єднання. Наприклад, зробити оптичне розділення. Для цього існує спеціальна збірка – симісторний оптодрайвер MOC3063 (рис.2.7.).

Рис. 2.7. Симісторний ключ.

Симісторний ключ BT139-600 – максимальний струм до 15A, максимальна напруга до 600V -елемент U1. Реальний максимальний струм ключа обмежується нагріванням симістора. Тобто виділяємої на ньому потужністю Падіння напруги на відкритому симісторі становить близько 1V. Відповідно, для струму навантаження 1A і менш, що виділяється потужність складе менше 1W і радіатор не обов'язковий. А при струмі близько 7A виділяєма потужність складе близько 7W – необхідний радіатор досить великої площі. У конкретній конструкції площа радіатора близько 20cm2.

Симісторний оптрон MOC3063 з контролем переходу фази напруги через нуль, з вхідним струмом включення менш 5mA – елемент U2.

Струмообмежуючий резистор R1 = 86Ω (дивись формулу (2.1))ланцюга управління оптрона. Значення резистора вибирається виходячи з вхідної напруги Vin і струму управління IOpt, падінь напруг на світло діоді оптрона VOpt

 

(2.1)

 

де Vin = 6 B, Vopt = 1.7 B, IOpt = 0.05 A (взято з вхідних параметрів MOC3063).

Струмообмежуючий резистор R2 = 600Ω (2.2).

 

(2.2)

 

де Vin = 600 B, Vopt = 1 B, IOpt = 1 A (взято з вихідних параметрів MOC3063).

При індуктивному навантаженні симістора або при захисті від зовнішніх перенапружень для обмеження впливу dV / dt та струму перевантаження бажано використовувати захисну RC-ланку.

Розрахунок значень R3 та С1 залежить від декількох параметрів, серед яких величина струму в навантаженні, значення індуктивності і номінального опору навантаження, робочої напруги, характеристик симістора [9].

Енергію, пов’язану з індуктивністю розсіяння , можна визначити через максимальний струм І (2.3).

(2.3)

 

Ця енергія перетворюється в енергію заряду демпфируючої ємності С (2.4).

 

(2.4)

 

де V – викид напруги на ключі. Прирівнюючи енергію індуктивності і конденсатора отримаємо наступне співвідношення:

 

(2.5)

 

Знаючи максимальний струм і індуктивність розсіяння, максимально допустиме значення викиду напруги можна оцінити ємність демпфуючого конденсатора (2.6).

 

(2.6)

 

де L – індуктивність двигуна.

Час розрядки конденсатора τ визначається за потужністю та енергією розсіяння (2.7).

 

(2.7)

 

Підставивши в (2.7) формули розрахунку потужності та енергії розсіяння навантаження можна вивести формулу розрахунку та визначити значення резистора демпфуючої ланки (2.8).

(2.8)

 

де визначається за формулою (2.9).

 

(2.9)

 

де визначається за формулою резонансу (2.10).

 

(2.10)

 

Розрахувавши всі параметри демпфируючої ланки ми отримали симісторний силовий ключ до якого можна під’єднати електродвигун.

 

Висновки

Використання реле в контролері ТК-5 має свої недоліки, а саме обмежений електричний та механічний ресурс, створення перешкод при замиканні і розмиканні контактів, проблеми при комутації індуктивних навантажень і високовольтних навантажень на постійному струмі. Електрична схема на симісторному ключі спроможна давати вихідну потужність достатню для ввімкнення електродвигуна чи водонагрівача. Така схема буде працювати значно більш тривалий термін ніж при використанні електромагнітного реле, тому, що в ній немає механічних елементів а тільки електричні. Симісторний ключ не створює перешкод при ввімкненні. Але при цьому необхідно враховувати те, що на симістор потрібно встановлювати радіатор для його охолодження. Було розраховано параметри всіх елементів та побудована принципова схема симісторного ключа. Всі поставлені задачі в першому розділі було виконано.

РОЗДІЛ 3

ОХОРОНА ПРАЦІ

 

 

Вступ

На сучасному етапі розвитку цивілізації безпека людини та людства в цілому розглядається як основне питання. В Україні прийнято низку законів, спрямованих на забезпечення безпеки життя та діяльності людини, зокрема: Закон України «Про основи національної безпеки України» (№ 2411-VI/2411-17 від 01.07.2010 р.), «Про охорону праці», «Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру» (стаття 33), «Про правові засади цивільного захисту», «Про пожежну безпеку», «Про дорожній рух», «Про забезпечення санітарного та епідеміологічного благополуччя населення», «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку» та ін.

Одним із головних напрямів забезпечення безпеки населення України є належна освіта з проблем безпеки. Концепція ООН про “Сталий людський розвиток” стала основою для вирішення низки проблем щодо безпеки людини, зокрема розвитку освіти в даній галузі. Через те, що Україна заявила про підтримку Концепції ООН, прийнято Державну концепцію освіти з напряму «Безпека життя і діяльності людини» в Україні (затверджена Міністерством освіти і науки України 12.03.2001 р.), метою якої є створення умов для збалансованого безпечного існування кожної окремої людини сучасності і наступних поколінь. Робота по модернізації контролера відбувалась в лабораторії з природним освітленням та природною вентиляцією. Для розрахунків симісторного ключа використовувався комп’ютер встановлений в комп’ютерному класі з природнім освітленням та штучною вентиляцією.

 

3.1. Основи електробезпеки

Для персоналу електрогосподарств найважливішими пи­таннями охорони праці є електробезпека, яка являє собою систему організаційних, технічних заходів та засобів, що забезпечують захист людей від шкідливого та небезпечно­го впливу електричного струму, електричної дуги, електро­магнітного поля і статичної електрики, До небезпечних і шкідливих виробничих факторів відносять підвищене значення напруги в електричному колі, замкнення якого може відбутися через тіло людини, підвищений рівень статичної електрики, електромагнітних випромінювань, підвищену напруженість електричного та магнітного полів [10].

Електричне обладнання становить велику потенційну не­безпеку для людини, особливо у зв'язку з тим, що орга­ни почуттів не відчувають на відстані електричну напругу на відміну від теплоти, світла, елементів, що рухаються, запаху та інших шкідливих і небезпечних виробничих факторів. Тому, коли струм впливає на людину, її захисна реакція проявляєть­ся тільки після безпосереднього контакту з частинами об­ладнання, що є під напругою.

Дія електричного струму на живу тканину, на відміну від інших фізичних факторів, носить своєрідний і різнобічний характер.

Механізм ураження людини електричним струмом надзви­чайно складний і супроводжується термічним, електролітичним та біологічним впливами. При цьому можливі незворотні по­рушення функціональної діяльності життєво важливих органів людини.

Термічний вплив характеризується нагріванням тканин тіла, кров'яних судин, нервів, серця та інших органів, які знаходяться на шляху струму.

Електролітичний вплив розкладає кров, лімфу та плаз­му, порушує їх фізико-хімічний склад. Біологічний вплив ви­являється у порушенні біологічних процесів, які відбуваються в організмі, що супроводжуються подразненням або руйну­ванням нервових та інших тканин та опіками, аж до повного припинення діяльності органів дихання та кровообігу. За наслідками електротравми поділяються на місцеві, що супро­воджуються явно визначеними місцевими ушкодженнями організму, та загальні, або електричні удари, які призводять до ураження всього організму через порушення функцій жит­тєдіяльності найважливіших органів та систем. Більшість електроуражень (~55%). це сукупність місцевих електротравм та електричних ударів.

Небезпека місцевих електротравм і складність їх лікування залежить від характеру і ушкодження тканини, реакції ор­ганізму на це ушкодження. Як правило, місцеві електротравми виліковуються і працездатність потерпілого відновлюється повністю або частково. Інколи (частіше при тяжких опіках) людина гине. У цьому разі безпосередньою причиною смерті є не електричний струм (або дуга), а місцеве ушкодження організму, викликане струмом (або електричною дугою). Характерні види місцевих електротравм: електричні опіки, електричні знаки, металізація шкіри, електроофтальмія і механічні пошкодження.

Електричний опік - найбільш поширена електротравма, що зустрічається у 60...65% потерпілих від електрично­го струму, більшість з яких складає оперативний персонал, що обслуговує діючі електроустановки.

Електричні опіки виникають в місцях контакту поверхні тіла людини з електродом (контактний або струмовий опік) або під впливом електричної дуги (дуговий опік).

При виділенні великої кількості теплоти опіки можуть ура­жати не тільки шкіру, але й підшкірний жировий прошарок, м'язи, нерви і кістки. Такі опіки називаються глибинними і заживають досить довго.

Електричні знаки, або електричні позначки, виникають на шкірі людини в місцях її щільного контакту із струмо- провідними частинами. Це затверділі плями сірого або блідо- жовтого кольору, як правило, округлої або овальної фор­ми. На відміну від опіків, знаки не викликають больових відчуттів і лікування їх закінчується добре.

Металізація шкіри - проникнення в поверхневі шари шкіри найдрібніших частинок металу, що розплавляєть­ся та розпорошується під дією електричної дуги. Це може відбутися під час коротких замикань, відключення роз'єднувачів та рубильників під напругою і та ін. Цей вид електротравми зустрічається у ~10% потерпілих. Металізації шкіри можна уник­нути, застосовуючи спецодяг і захисні окуляри.

Електроофтальмія - запалення роговиці зовнішніх обо­лонок очей, що виникають внаслідок впливу потужнього по­току ультрафіолетових променів, які негайно поглинаються клітинами організму і викликають в них хімічні зміни. Таке опромінення можливе при наявності електричної дуги (що виникає, наприклад, при короткому замиканні), яка є дже­релом інтенсивного випромінення не тільки видимого елек­тросвітла, але й ультрафіолетових та інфрачервоних про­менів. Застосування захисних окулярів з безбарвним склом, яке майже не пропускає ультрафіолетове випромінювання, сприяє попередженню захворювання очей.

Механічні пошкодження виникають внаслідок різких мимовільних судомних скорочень м'язів під дією струму, що проходить через людину. В результаті можуть відбутися роз­риви шкіри, кров'яних судин і нервової тканини, а також ви­вихи суглобів, навіть переломи кісток. Механічні пошкоджен­ня, як правило, є суттєвими травмами, що потребують дов­гочасного лікування, вони бувають дуже рідко. Механічні по­шкодження, викликані, наприклад тим, що людина падає з висоти внаслідок дії струму, до електротравм не відносяться.

Електричний удар - найбільш небезпечний вид електротравми, що супроводжується ураженням організму, при якому спостерігається параліч м'язів опорно-рушійного апа­рата, м'язів грудної клітини (дихальних), м'язів шлуночків серця. В першому випадку судомні скорочення м'язів не дозволяють людині самостійно звільнитися від контакту з електроустановкою. При паралічі дихання припиняється газообмін та постачання організму кисню, внаслідок чого виникає задуха. При паралічі м'язів серця його робота або припиняється повністю, або деякий час супроводжується тримтінням (фібриляцією).

Фібриляція - це хаотично-швидкі та різночасні скоро­чення волокнин серцевого м'язу (фібрил), при яких серце перестає працювати як насос, тобто воно неспроможне за­безпечувати рух крові по судинах. Внаслідок цього припи­няється кровообіг, зупиняється постачання кисню до тканин та органів, що й викликає загибель організму.

Медичною практикою встановлено, що після припинення роботи серця та дихання в результаті кисневого голоду че­рез 5...6 хвилин гинуть клітини центральної нервової систе­ми, від чого настає втрата свідомості та припинення уп­равління функціями усіх органів тіла. Цей стан носить назву "клінічної (уявної) смерті", оскільки клітини інших органів тіла ще живі. Але при тривалій відсутності дихання та кровообігу відбувається припинення життєдіяльності решти клітин та органів і наступає незворотня біологічна смерть. Тому не­обхідно зразу після вивільнення людини від дії електричного струму, не пізніше перших 5...6 хвилин, надати долікарську допомогу шляхом штучного дихання та непрямого масажу серця, що дасть можливість запобігти смертельному випадку.

Характер фізіологічних реакцій, які визначають ступінь важкості електротравми, залежить від різних факторів. Не­безпека ураження людини електричним струмом визначаєть­ся факторами електричного струму (сила струму, напруга, рід та частота струму, електричний опір людини) та неелек- тричного характеру (індивідуальні особливості людини, три­валість дії струму та його шлях проходження крізь людину), а також стан навколишнього середовища.

Сила струму є головним фактором, що зумовлює ступінь ураження людини. Залежно від цього, встановлюють такі порогові значення струму:

а) поріг відчуття струму - найменший відчутний струм (0,5...1,5 мА змінного та 5...7 мА постійного);

б) поріг невідпускаючого струму - найменший струм, при якому людина вже не може самостійно керувати м'язами, крізь які проходить струм, і звільнитися від захоплених руками предметів (10...15 мА змінного та 50...80 мА постійного). Менші величини струму називаються відпускаючими. Тривалий допус­тимий струм - до 10 мА;

в) пороговий фібриляційний струм, клінічна смерть (100 мА... ...5 А змінного та 300 мА...5 А постійного).

Небезпека ураження тим більша, чим більший струм протікає крізь людину, але ця залежність не рівнозначна, тому що небезпека ураження залежить не тільки від значення стру­му, але й від інших факторів.

Струм понад 5 А, як правило, фібриляцію серця не вик­ликає. При такому струмі відбувається зупинка серця (ми­наючи стан фібриляції), а також параліч дихання.

Від величини напруги залежить можливість пробою шкіри і наступне за тим різке зниження загального опору тіла (при великих значеннях напруги опір тіла людини наближається до своєї найменшої межі 300 Ом).

Пробій епідермісу можливий при напрузі 50 В та більше, а напруга 200 В завжди викликає пробій зовнішнього шару шкіри. Відомі випадки ураження струмом (навіть зі смер­тельним наслідком) при напругах ЗО і 65 В (холостий хід електрозварювльних апаратів), однак найбільш поширені випад­ки електротравматизму при напругах 127; 220 і 380 В.

Рід і частота струму, що проходить крізь тіло людини, мають великий вплив на наслідок ураження. За результатами багатьох досліджень, постійний струм напругою до 500 В в 45 разів менш небезпечний для людини, ніж змінний струм промислової частоти тієї ж напруги. Це пояснюється тим, що змінний струм справляє на живі тканини людського організму більш дратуючу дію, ніж постійний.

Найбільш небезпечним є змінний струм промислової ча­стоти 20...100 Гц. При збільшенні або зменшенні його час­тоти за цими межами, значення невідпускаючого струму зро­стають, і він стає безпечнішим, і при частоті, яка дорівнює 0 (постійний струм), вони збільшуються приблизно в 3 рази. При частотах понад 500 Гц майже відсутній електричний удар, основний вид ураження - опік.

Електричний опір тіла людини - змінна величина, яка має нелінійну залежність від багатьох факторів, в тому числі від стану шкіри, параметрів електричного кола, фізіологічних факторів та стану навколишнього середовища. Головним опором в колі струму, що проходить крізь тіло людини, є верхній роговий шар шкіри (епідерміс), товщина якого складає 0,05...0,2 мм. При сухій непошкодженій та чистій шкірі опір тіла людини коливається від 3000 до 100 000 Ом, а іноді й більше. При пошкодженому роговому шарі шкіри опір внутрішніх тканин зменшується від 700 до 500 і навіть до 300 Ом.

Індивідуальні особливості людини відіграють помітну роль у наслідку ураження.

Встановлено, що здорові та фізично витривалі люди лег­ше переносять електричний удар, ніж хворі та слабкі. Опір тіла людини зменшується при алкогольному сп'янінні, а та­кож у людей, що страждають хворобами шкіри, легенів, серцево-судинними, нервовими хворобами та ін. Небезпе­ка електротравми також значно підвищується через пере­втому, наслідком якої є розсіяність уваги, порушення ко­ординації рухів і зниження швидкості реакції. Як доводить статистика, кількість уражень в кінці зміни та понаднормо­вий час зростає. Таким чином, опір тіла людини є змінною величиною, яка залежить від фізіологічних факторів, стану здоров'я, психічного стану. Тому правила техніки безпеки передбачають відбір за станом здоров'я персоналу для об­слуговування діючого електроустаткування. Для цього про­водиться медичний огляд.

Крім того, правила техніки безпеки дозволяють залучати до обслуговування електроустаткування тільки дорослих, які мають певні знання у галузі електробезпеки, що відповіда­ють об'єму та умовам виконуваних робіт. При проведенні різних розрахунків по забезпеченню електробезпеки умовно приймають нормативний опір тіла людини Rл = 1000 Ом.

Шлях струму у тілі людини помітно впливає на на­слідок ураження, небезпека якого особливо велика, якщо він проходить через життєво важливі органи: серце, ле­гені, головний мозок. Оскільки шлях струму залежить також від опору шкіри на різних ділянках тіла та діля­нок, якими потерпілий торкається струмоведучих частин, його вплив на наслідок ураження може бути різним. В тілі людини струм проходить не по найкоротшій відстані між електродами, а рухається, головним чином, уздовж потоку тканинної рідини кров'яних та лімфатичних судин і оболонок нервових стволів, що мають найбільшу елек­тропровідність.

У тілі людини шлях струму називають петлями струму і їх дуже багато. Найчастіше зустрічаються: права рука - ноги, ліва рука і ноги, рука - рука, нога - нога. Небезпеку тієї чи іншої петлі струму можна оцінювати по важкості ураження, а також за значенням струму, що проходить крізь серце при даній петлі.

Тривалість дії струму, як і сила струму - головний фактор, що визначає наслідок електротравми. Збільшен­ня тривалості впливу струму на людину поглиблює важ­кість ураження через зниження опору тіла за рахунок зво­ложення шкіри потом і відповідно збільшення струму, що про­ходить крізь неї,- виснаженню захисних сил організму, які протидіють впливу електричного струму. Чим більший час лю­дина буде знаходитися під дією електричного струму, тим можливіший важкий або смертельний наслідок. Швидке від­ключення невідпускаючого струму дозволяє попередити по­рушення дихання та роботи серця. Ще важливіша тривалість протікання крізь людину фібриляційних струмів. Чим менший час протікання, тим вище значення порогового фібриляційного струму.

Стан навколишнього середовища часто буває визначаль­ним при ураженні електричним струмом. У вологих при­міщеннях з високою температурою умови для забезпечен­ня електробезпеки несприятливі, тому що при цьому тер­морегуляція організму людини здійснюється, в основному, за допомогою потовиділення, а це приводить до зменшен­ня опору тіла людини. Струмопровідний пил підвищує мож­ливість випадкового електричного контакту людини з токо- ведучими частинами і землею. Тому необхідно створювати такі санітарно-гігієнічні умови на робочих місцях, які б за­безпечили високий рівень електробезпеки.

Вплив стану навколишнього середовища ураховується класифікацією приміщення (ПУЕ) і умовами праці з небезпе­ки ураження електричним струмом.

Висновок

Електричне обладнання становить велику потенційну не­безпеку для людини, особливо у зв'язку з тим, що орга­ни почуттів не відчувають на відстані електричну напругу на відміну від теплоти, світла, елементів, що рухаються, запаху та інших шкідливих і небезпечних виробничих факторів.

Електричний струм небезпечний тим, що його дія на організм людини може викликати порушення серцевої діяльності, зупинку дихання, шоковий стан, опіки, а нерідко закінчується смертю. Внаслідок цього користування електричним струмом вимагає особливої уваги та обережності від людини.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.