метпособие. Методическое пособие.. Материалы для подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию оборудования
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
погрешностью. Разность между действительным значением измеряемой величины и измеренным значением, называют абсолютной погрешностью: Δ = |U 0 – U|, где: U 0 – действительное или измеренное образцовым прибором значение измеряемой величины, например, напряжения; U – измеренное значение. Одного только значения абсолютной погрешности измерения недостаточно для оценки качества проведенного измерения. При одной и той же абсолютной погрешности, скажем в 1 В, измерение будет достаточно качественным, если измерялось напряжение 220 В, и некачественным (неточным), если измерялось напряжение 12 В. Для дополнительной оценки точности вводится понятие относительной погрешности: β = Δ / U 0 Еще более лучшую характеристику точности прибора дает приведенная относительная погрешность: γ = Δ / U П , где U П – предельное значение по шкале прибора. Выраженная в процентах приведенная относительная погрешность называется классом точности прибора и наносится на его шкалу. Классы точности стандартизированы. Наилучший класс точности, который может быть достигнут в электромеханических (стрелочных) приборах – это 0,05. Далее следуют в порядке ухудшения качества такие стандартные классы: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Абсолютная погрешность, которую может допустить прибор, однозначно связана с верхним пределом измерения прибора: Δ = γ × U П . Например, вольтметр на 100 В с классом точности 1,0 «имеет право» допустить абсолютную погрешность до 1 В (1 % от 100 В). Причем, эту погрешность до 1 В прибор, не обязательно допустит, но может («имеет право») допустить в 27 любом месте шкалы, даже на самом начальном участке. Отсюда следует важный вывод: чтобы получить наилучшую относительную погрешность измерения, необходимо подбирать прибор с предельным значением шкалы, как можно более близким к ожидаемому результату измерения. Например, для измерения напряжения 220 В желательно использовать вольтметр со шкалой на 250 В. Та погрешность, которую допускает прибор, так и называется приборная погрешность. Но кроме приборной погрешности есть еще погрешность методическая (погрешность метода измерений). Дело в том, что подключение любого прибора для измерения параметров электрической цепи изменяет режим этой цепи и прибором измеряется уже не то значение, которое было до подключения. Например, включение амперметра последовательно в какую – либо ветвь (в разрыв цепи) увеличивает сопротивление этой цепи и, следовательно, уменьшает ток в ней. Аналогично, подключение вольтметра к каким – либо точкам схемы уменьшает сопротивление между этими точками, в какой – то степени шунтирует находящиеся между этими точками схемы элементы. Отсюда следуют важные выводы:для уменьшения методической погрешности сопротивление амперметра должно быть многократно ниже сопротивления цепи (ветви), в которую он включается, а сопротивление вольтметра – наоборот как можно больше сопротивления участка цепи, параллельно которому он подключается. Методическая и приборная погрешности могут частично компенсировать друг друга, но нужно рассчитывать на наихудший вариант, когда они складываются. В теме об основах электроизмерений нужно еще отметить вопрос о прямых и косвенных измерениях. Если измеряемая величина непосредственно считывается со шкалы прибора, то это прямое измерение. В ряде случаев для измерения какой – либо величины приходится измерять другие величины, а искомую вычислять по измеренным прямыми методами другим величинам. Например: для измерения сопротивления резистора 28 можно, включив его в цепь, измерить на нем напряжение вольтметром и ток через него амперметром, а результат – сопротивление определить как частное от деления измеренного напряжения на измеренный ток. Это пример косвенного измерения. В зависимости от способа организации полезного вращающего момента, однозначно связанного с измеряемой величиной, существует целый ряд измерительных систем. Рассмотрим некоторые из них. Магнитоэлектрическая система. По принципу действия она аналогична двигателю постоянного тока (рисунок 1.5). Коллектор отсутствует, рамка только одна, намотана на легком каркасе, а не в пазах ферромагнитного цилиндра, ток к рамке подводится через спиральные пружины, они же и создают противодействующий момент. Неподвижный ферромагнитный цилиндр служит только для заполнения воздушного пространства между полюсами. В приборах магнитоэлектрической системы достижима самая высокая для электромеханических приборов точность – класс точности 0,05. Приборы этой системы являются полярными, то есть требуют соблюдения полярности при подключении. Их применяют для измерения и тока и напряжения. Магнитоэлектрические приборы самые чувствительные из всех приборов разных систем, Шкала магнитоэлектрических приборов близка к равномерной. Магнитоэлектрические головки применяются в многопредельных приборах для измерения токов, напряжений, сопротивлений; их используют также в качестве выходного индикатора для многих электронных (не цифровых) приборах. Недостатками являются чувствительность к вибрациям и невысокая перегрузочная способность. Электромагнитная система. Это, пожалуй, самая распространенная система. Основой ее действия является втягивание сердечника в катушку при протекании в катушке тока. Усилие втягивания, во – первых, не зависит от направления протекающего по катушке тока, поэтому приборы электромагнитной системы не полярны (применимы и для постоянных и для 29 переменных токов), а во – вторых, оно пропорционально квадрату тока в катушке, поэтому шкала является неравномерной. Наивысшая достижимая точность – класс 0,2. Основное назначение приборов электромагнитной системы – щитовые приборы с классом точности 1,5 – 2,5. По конструкции они просты, не чувствительны к вибрациям, обладают хорошей перегрузочной способностью. Электродинамическая система. Если в магнитоэлектрической системе вместо постоянного магнита применить электромагнит, то у такого прибора будет две цепи. Одну из них используют как последовательную (для измерения тока), а другую – как параллельную (для измерения напряжения); в таком случае в прибор входит информация о токе и о напряжении, что может быть использовано дл измерения мощности. Назначение – щитовые ваттметры. Электростатическая система. Принцип действия основан на взаимном притяжении зарядов разного знака. Прибор электростатической системы представляет собой конденсатор, одна обкладка которого закреплена в корпусе, а другая подвижна. Приборы электростатической системы неполярны, имеют неравномерную шкалу, низкую чувствительность и очень высокое внутреннее сопротивление. Применяются только в качестве вольтметров со шкалой не менее, чем на 250 – 300 В. Тепловая система. Приборы тепловой системы действуют на основе линейного удлинения проволоки при нагреве ее протекающим по ней током. Не полярны, очень низкая перегрузочная способность, шкала неравномерна. Используются только в качестве амперметров переменного тока, но зато их частотный диапазон простирается до сотен МГц, что недостижимо ни в каких других электромеханических приборах. Простые схемы электроавтоматики Рассмотрим две несложных схемы электроавтоматики: схему простого 30 ЭД А В С МП МП МП «Пуск» «Стоп» (нереверсивного) магнитного пускателя и схему устройства защитного отключения (УЗО). Магнитный пускатель – это коммутационный аппарат, состоящий из магнитопровода с зазором и катушкой переменного тока. Одна половинка Ш – образного магнитопровода закреплена неподвижно, а другая при подаче тока в катушку притягивается к неподвижной и меняет состояние группы контактов (разомкнутые замыкаются, замкнутые, если они есть, размыкаются). Среди этой группы контактов обязательно имеются мощные (силовые) контакты, часто их выполняют с элементами искрогашения, и контакты слаботочные. Через мощные контакты коммутируется нагрузка, управляемая магнитным пускателем (МП). Назначение магнитного пускателя – это дистанционное управление нагрузкой, чаще всего двигательной. Схема МП показана на рисунке 1.12. Рисунок 1.12 – Схема нереверсивного магнитного пускателя МП – элементы, принадлежащие магнитному пускателю; «Пуск» и «Стоп» – Кнопочная станция. При нажатии кнопки «Пуск» замыкается цепь катушки МП, пускатель 31 срабатывает и замыкает все свои контакты: три силовых, которыми подается питание на ЭД, и слаботочный, подключенный параллельно кнопке «Пуск». После этого кнопку «Пуск» можно отпустить, она вернется в прежнее положение, но МП останется включенным, так как его катушка будет продолжать получать питание через замкнувшийся слаботочный контакт. Применяемое при этом специальное выражение: «Пускатель блокировочным контактом зашунтировал кнопку «Пуск» и встал на самоудержание». Работа будет продолжаться до тех пор, пока цепь питания катушки не будет «подорвана» –покане будет нажата кнопка «Стоп». Ее нажатие разрывает цепь питания катушки, МП отпадает и разрывает все свои контакты: и силовые и слаботочный. Затем кнопка «Стоп» может быть отпущена, она вернется в свое замкнутое состояние, но пускатель останется отключенным, так как цепь питания катушки уже разорвана разомкнувшимся слаботочным контактом. Аналогичный процесс произойдет, если вдруг, хотя бы кратковременно пропадет питание на клеммах сети, это явление называется «нулевая защита». В ряде случаев это явление оказывается очень полезным, когда после остановки двигателя, приводящего в движение какую – нибудь загруженную машину он может не развернуться с нагрузкой после остановки и выйти из строя. Если возникнет необходимость управлять тем же двигателем еще из одного места, то кнопку «Пуск» второй кнопочной станции нужно подключить параллельно имеющейся кнопке «Пуск», а вторую кнопку «Стоп» нужно подключить в цепь последовательно с имеющейся кнопкой «Стоп». Магнитные пускатели применяют, как правило, для управления (коммутации) двигательной нагрузки, а для такой нагрузки часто бывает необходимо изменять направление вращения (делать реверс). Коммутация двигательной нагрузки с возможностью реверса производится так называемым реверсивным магнитным пускателем, в качестве которого могут 32 быть использованы два отдельных простых магнитных пускателя. Для того, чтобы изменить направление вращения трехфазного электродвигателя, необходимо и достаточно поменять местами две любые подходящие к двигателю фазы (рисунок 1.13 а) и б)). При этом меняется чередование фаз на клеммах двигателя. Рисунок 1.13. Для изменения направления вращения ЭД необходимо и достаточно поменять две любые подходящие к нему фазы Подать к двигателю питание с другим порядком чередования фаз можно через второй магнитный пускатель (рисунок 1.14). Главная проблема в организации реверсивного вращения заключается в том, чтобы не допустить одновременной работы обоих пускателей МП 1 и МП 2. Иначе будет между фазами А и В будет короткое замыкание через контакты пускателей, причем будут сразу две параллельные цепи короткого замыкания. А В С А В С а) б) ЭД ЭД 33 МП 1 1111 11 МП 1 МП 2 2222 22 «Пуск 2» «Стоп» МП 2 МП 1 МП 2 К фазам А и В «Пуск 1» Рисунок 1.14 – Силовая часть схемы реверсивного пускателя Разумеется, такого допустить нельзя. Поэтому в реверсивном пускателе всегда выполняют блокировку от одновременного срабатывания обоих пускателей. Эта блокировка может быть электрической (схемной) и механической. Рассмотрим выполнение блокировки по схемному варианту. На рисунке 1.15 показана схема управления реверсивного магнитного пускателя. А В С ЭД МП 1 МП 2 К схеме управления Две цепи короткого замыкания между фазами А и В, создающиеся при одновременном срабатывании МП 1 и МП 2 34 Рисунок 1.15 – Схема управления реверсивного пускателя В данной схеме нормально замкнутый контакт МП 1 в цепи катушки пускателя МП 2 не позволит при включенном пускателе МП 1 включить второй пускатель. Нужно сначала кнопкой «Стоп» отключить первый пускатель и только после этого можно будет включить второй для реверса. Такой вариант блокировки возможен даже для реверсивного пускателя, состоящего из двух простых (нереверсивных). Но в таком случае нет защиты от принудительного механического (ручного) нажатия второго пускателя. Поэтому оба элемента реверсивного пускателя собирают в едином корпусе и снабжают их кроме схемной блокировки еще и механической блокировкой. Суть механической блокировки заключается в механическом заклинивании подвижной системы одного МП при сработанном состоянии другого МП. В схемах пускателей по рисункам 1.12 … 1.15 не показаны в силовой части нагревательные элементы тепловых реле защиты от перегрузки, а в схемах управления нормально замкнутые контакты этих реле защиты от перегрузки, которую в большинстве случаев встраивают в пускатели. В подразделе «простые схемы электроавтоматики» рассмотрим, для общего развития, еще две электросхемы: схему управления освещением с двух мест (рисунок 1.16) и схему простейшего (без какой – либо электроники) кодового замка (рисунок 1.17). Рисунок 1.16 – Схема управления освещением коридора с обеих его сторон П1 220 В Длинный коридор П2 35 Освещение в коридоре можно включить или отключить с любой его стороны путем изменения положения переключателей П1 и П2. Обратите внимание, в качестве коммутирующих элементов здесь применяются уже не простые выключатели (у которых цепь между контактами либо замкнута, либо разомкнута), а переключатели, у которых цепь всегда замкнута между общим контактом и одним из контактов направлений коммутации. Схема простейшего (без электроники) кодового замка, применяемого в автоматических камерах хранения, показана на рисунке 1.17. Рисунок 1.17 – Схема кодового замка автоматических камер хранения Здесь, в отличие от схемы по рисунку 1.16 переключатели уже не на два, а на десять положений, так называемые декадные переключатели. В схеме 8 декадных переключателей, причем переключатели П1а, П2а, П3а, П4а находятся на одной стороне дверки камеры, а переключатели П1б, П2б, П3б, П4б – на другой стороне. Цепь для открытия замка будет замкнута только в том случае, когда код, набранный на лицевой стороне совпадет с кодом, набранным на внутренней стороне. Всего в этой схеме 10 4 комбинаций. Но и их можно было перебрать за относительно небольшое время. Поэтому в Электромагнит открытия замка 220 В П1а П1б П2а П2б П3а и П3б П4а и П4б 1 10 36 дальнейшем конструкция была усовершенствована введением замедления: открытие замка происходило не сразу после совпадения кода, а спустя несколько секунд. После этого несанкционированный доступ в камеру стал почти невозможен. Рассмотрим схему (рисунок 1.18) устройства защитного отключения (УЗО). Рисунок 1.18 – Схема УЗО ДТ – дифференциальный трансформатор; ЭО – электромагнит отключения. Основным элементом УЗО является дифференциальный трансформатор (ДТ). Он имеет две включенные встречно идентичные обмотки I и II, и выходную обмотку III. При идентичности токов по обмоткам I и II,что говорит о том, что ток, прошедший по обмотке I, нигде не ответвляясь возвращается по обмотке II, в обмотке III ничего не наводится. ЭО – электромагнит отключения, получающий питание от обмотки III дифференциального трансформатора и действующий на отключение (выбивание защелки) автоматического выключателя АВ. ДТ – очень чувствительный элемент, достаточная для срабатывания ЭО разность токов между обмотками I и II составляет всего 30 мА, что не превышает третьей части смертельно опасной величины 100 мА. В случае ответвления тока, прошедшего через обмотку I, безразлично куда: на человека, попавшего на прямое прикосновение к фазе проводки, или на Фаза Нуль К нагрузке R «Тест» I II III ДТ ЭО АВ 37 открытые проводящие части (корпус, шкаф, оболочка электрооборудования), соединенные с нулем (защитным заземляющим проводником), эта «ответвившаяся» часть тока чрез обмотку II не проходит, и в ДТ образуется разность токов, создающая напряжение на обмотке III. Поскольку УЗО – это аппарат для защиты людей, он должен периодически контролироваться. Это выполняется кнопкой «Тест», которая создает ток по цепи кнопка – резистор R, проходящий только по обмотке I, чем проверяется работоспособность УЗО. Величина сопротивления резистора в проверочной цепи подбирается такой, чтобы ток был равен примерно 40 мА (с небольшим запасом более 30 мА, чтобы не работать на грани срабатывания). Активное применение УЗО в мировой практике началось с конца 50-х года. Официальная статистика во всем мире отмечает, что результатом масштабного внедрения УЗО явилось резкое, на порядок и более, снижение электротравматизма от попадания под напряжение ниже 1000 В. Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электропотребляющих установках всех возможных видов и самого различного назначения. Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении (особая группа у потребителей первой категории). В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры – контроль изоляции сети, разделительные трансформаторы и др. УЗО может быть применено в квартире с любой проводкой, как выполненной по двухпроводной схеме (без защитных заземляющих проводников), так и выполненной по трехпроводной схеме. Различие в работе при возникновении нарушения изоляции на корпус какого – либо электроаппарата будет только вот в чем: При двухпроводной проводке УЗО «будет ждать», когда корпуса аппарата коснется человек и пропустит через себя ток свыше 30 мА. При техпроводной проводке ток замыкания сразу пойдет на защитный заземляющий проводник и в дальнейшем на главную 38 заземляющую шину здания минуя вторую обмотку устройства и оно сработает не дожидаясь попадания человека. Ввиду высокой чувствительности УЗО возможны его излишние (ложные) срабатывания. При проводке, имеющей некачественную изоляцию или, например, проложенной под увлажненной штукатуркой, возможны утечки с фазного провода. Ток утечек, конечно же возвращается к источнику питания, через «землю», то есть он минует обмотку |