Проектирование и изготовление учебно-лабораторного стенда на базе преобразователя частоты Danfoss VLT-5004

Швеллер устанавливаем так, как показано на сборочном чертеже лабораторного стенда ДП.-2068.998-А1-16-00.00.000.СБ графической части работы. К швеллеру привариваем 2 уголка, чтобы зафиксировать раму на стенде болтовыми соединениями. Также привариваем скобу, на которую будет установлен генератор.

В швеллере сверлим отверстия для установки на него двигателя и устройства натяжения генератора.



Рис. 24 - Устройство натяжения генератора

Также необходимо предусмотреть прорезь в швеллере для свободного вращения шкива двигателя (клиноременная передача).

3. Технологическая часть

3.1 Монтаж оборудования

3.1.1 Механический монтаж

Прежде всего нужно обратить внимание на требования, которые касаются комплекта для встраивания и монтажа на месте эксплуатации (см. приведенный ниже перечень). Необходимо соблюдать требования, приведенные в этом перечне, чтобы избежать существенного ущерба или травм, особенно при монтаже больших блоков. Преобразователь частоты должен устанавливаться вертикально.

Охлаждение преобразователя частоты осуществляется путем циркуляции воздуха. Сверху и снизу корпуса блоков, способных выпускать охлаждающий воздух, должно предусматриваться минимальное расстояние, как это показано на приведенном ниже рисунке.

Для защиты блока от перегрева следует обеспечить, чтобы температура окружающего воздуха не поднималась выше максимальной температуры, установленной для данного преобразователя частоты, и чтобы не превышалось среднее значение температуры за 24 часа. Значения максимальной температуры и средней температуры за 24 часа указаны в Общих технических данных.

Если температура окружающего воздуха находится в пределах от 45 до 55 °C, характеристики преобразователя частоты соответствующим образом ухудшатся (см. Ухудшение характеристик при изменении температуры окружающего воздуха).

Если не принять во внимание ухудшение характеристик при изменении температуры окружающего воздуха, то срок службы преобразователя частоты уменьшится.



Рис. 25 - Габаритные размеры преобразователя частоты VLT-5004, тип С, IP20

Таблица 23 Габаритные размеры преобразователя частоты

Compact IP 20	A	B	C	a	b	ab/bc	Тип
5004-380 В	395	220	160	384	200	100	C

3.1.2 Установка VLT 5004

Все преобразователи частоты должны устанавливаться таким образом, чтобы было обеспечено надлежащее охлаждение.

Охлаждение

Рис. 26 - Установка ПЧ

Все блоки Bookstyle и Compact требуют минимального зазора сверху и снизу корпуса. Для преобразователя частоты VLT-5004 размер d = 100 мм.

Все преобразователи частоты могут монтироваться бок о бок/фланец к фланцу

3.1.3 Электрический монтаж

Если требования ЭМС, касающиеся излучаемых помех, подлежат удовлетворению, кабель электродвигателя должен быть экранированным, если не указано что-либо иное для рассматриваемого фильтра радиочастотных помех. Важно, чтобы кабель к электродвигателю был как можно короче, чтобы уменьшить уровень помех и свести к минимуму утечки.

Экран кабеля электродвигателя должен быть подсоединен к мет аллическому корпусу преобразователя частоты и к металлическому корпусу двигателя. Соединения экрана следует делать с максимально возможной площадью поверхности (кабельные зажимы). Это можно осуществить с помощью различных монтажных приспособлений в разных преобразователях частоты.

Следует избегать монтажа свитыми концами экранов (косичками), поскольку это снижает эффект экранирования на повышенных частотах.

Если необходимо разорвать экран, чтобы установить прерыватель или контактор для электродвигателя, экран должен быть непрерывным с минимально возможным полным сопротивлением для высоких частот.

Преобразователь частоты должен быть проверен с кабелем данной длины и данным поперечным сечением. При увеличении поперечного сечения возрастает емкость кабеля и, следовательно, токи утечек, поэтому длину кабеля следует соответственно уменьшать.

При использовании преобразователей частоты вместе с LC-фильтрами, предназначенными для снижения акустических шумов двигателя, частота коммутации должна устанавливаться в соответствии с инструкцией к LC-фильтрам в параметре 411. При установке частоты коммутации выше 3 кГц выходной ток в режиме SFAWM снижается. Путем изменения параметра 446 в режиме 60° AVM частота, при которой уменьшается ток, смещается вверх.

Подключение электродвигателя

С преобразователями частоты серии VLT 5000 могут использоваться стандартные трехфазные асинхронные электродвигатели всех типов.

Рис. 27 - Подключение асинхронного электродвигателя

Небольшие электродвигатели включаются по схеме соединения звездой (200/400 В, "delta"/Y). Большие электродвигатели включаются по схеме соединения треугольником (400/690 В, I"/Y).

Направление вращения электродвигателя

Рис. 28 - Подключение электродвигателя по направлению вращения

На заводе устанавливается направление вращения по часовой стрелке, для чего выход преобразователя частоты включается следующим образом:

Зажим 96 подключается к фазе U

Зажим 97 подключается к фазе V

Зажим 98 подключается к фазе W

Направление вращения электродвигателя можно изменить путем переключения двух фаз в его кабеле.

Параллельное включение электродвигателей

Рис. 29 - Параллельное включение электродвигателей

Преобразователи частоты могут управлять несколькими электродвигателями, включенными параллельно. Если электродвигатели должны работать с разными скоростями вращения, необходимо, чтобы они имели разное номинальное число оборотов.

Скорости вращения электродвигателей изменяются одновременно, поэтому во всем диапазоне сохраняется постоянное отношение номинальных чисел оборотов.

Суммарное потребление тока электродвигателями не должно превышать максимальный номинальный выходной ток IVLT,N преобразователя частоты.

В случае большого различия типоразмеров электродвигателей могут возникнуть сложности при пуске и на низких скоростях вращения.

Это происходит потому, что сравнительно высокое омическое сопротивление небольших электродвигателей приводит к повышенному напряжению при пуске и на небольших скоростях вращения.

В системах с параллельно включенными электродвигателями нельзя использовать электронное термореле преобразователя частоты для индивидуальной защиты электродвигателей. Поэтому необходима дополнительная защита электродвигателей, например включение в каждом электродвигателе термисторов (или индивидуальных термореле), пригодных для использования с преобразователями частоты.

Имейте в виду, что длины кабелей для каждого отдельного электродвигателя должны суммироваться и не должны превышать допустимой длины кабеля для конкретного электродвигателя.

Электрический монтаж

Когда блок подключен к сети, в преобразователе частоты присутствует опасное напряжение. Неправильный монтаж электродвигателя или преобразователя

частоты может нанести материальный ущерб, а для человека грозит серьезными травмами и может привести к смертельному исходу. Поэтому следует строго выполнять указания этих инструкций, а также национальные и местные правила и регламентации по технике безопасности.

Прикосновение к электрическим деталям, даже после отключения питания, опасно для жизни.

VLT 5004, 380 В: время ожидания не менее 4 минут!!!

Рис. 30 - Электрический монтаж

Кабели управления

Все зажимы кабелей управления находятся под защитной клеммной крышкой преобразователя частоты. Защитная клеммная крышка (см. рис. 28) может быть удалена с помощью изображенного на рисунке инструмента - отвертки или подобного инструмента.

Рис. 31 - Зажимы кабелей управления

После удаления защитной клеммной крышки, можно приступить собственно к монтажу согласно требованиям ЭМС.

Момент затяжки: 0,5-0,6 м; Размер винтов: M3;

Двухпозиционные микропереключатели 1-4

На плате управления имеется блок двухпозиционных микропереключателей.

Он используется для последовательной связи, зажимы 68 и 69. На рисунке показана заводская установка микропереключателей.

Рис. 32 - Двухпозиционные микропереключатели

Микропереключатель 1 не используется.

Микропереключатели 2 и 3 используются для коммутации интерфейса последовательной связи RS 485.

Микропереключатель 4 служит для отделения общего потенциала внутреннего источника питания 24 В = от внешнего источника 24 В =

Таблица 24 Клеммы кабелей управления

№№ клемм
1-3	Выход реле, 1+3 размыкание, 1+2 замыкание.
4, 5	Выход реле, 4+5 замыкание.
12, 13	Чтобы подавать на цифровые входы напряжение питания 24 В =, выключатель 4 на плате управления должен быть замкнут, состояние "Вкл".
16-33	Цифровые входы/входы энкодера
20	Заземление для цифровых входов
39	Заземление для аналоговых/цифровых выходов
42, 45	Аналоговые/цифровые выходы для измерения частоты, заданий, тока и крутящего момента
50	Напряжение питания, подаваемое на потенциометр и термистор - 10 В =
53, 54	Аналоговый вход контрольного сигнала, напряжение 0 В ±10 В
55	Заземление для аналоговых входов заданий
60	Аналоговый вход задания, ток 0/4-20 мA
61	Зажим порта последовательного интерфейса. Этот зажим обычно не используется.
68, 69	Интерфейс последовательной связи RS 485.
91, 92, 93 L1, L2, L3	Сетевые клеммы
96, 97, 98 U, V, W	Клеммы двигателя
96, 97, 98 U, V, W	Земляная клемма
81, 82	Зажимы тормозного Резистора
88, 89	Разделение нагрузки



Рис. 33 - Электрический монтаж

Входной сигнал по току во вход напряжения:

0-20 мA 0-10 В

4-20 мA 2-10 В

Подсоединение последовательной связи

Шина последовательной связи в соответствии со стандартом RS 485 (2 провода) подсоединяется к зажимам 68/69 преобразователя частоты (сигналы P и N). Сигнал P - положительный потенциал (TX+,RX+), а сигнал N - отрицательный потенциал (TX-,RX-).

Для обеспечения правильного с точки зрения ЭМС электрического монтажа с учетом положительного опыта работы:

- В качестве кабелей электродвигателей и кабелей управленияследует использовать только экранированные/армированные кабели в оплетке. Экран должен покрывать поверхность кабеля не менее чем на 80 %.

Экран должен быть металлическим, обычно из меди, алюминия, стали или свинца, но может быть изготовлен из других металлов. Специальные требования к кабелям сетевого питания не предъявляются.

- При монтаже экранированных кабелей нет необходимости применять прочные металлические кабелепроводы, но кабели к двигателю должны прокладываться в кабелепроводе отдельно от кабелей управления и сетевых кабелей. Необходимо полное соединение кабелепровода от блока управления к двигателю. Характеристики ЭМС гибких кабелепроводов существенно различаются, необходимую информацию можно получить от изготовителя.

- Необходимо подключать экранированную/армированную оплетку/кабелепровод к земле с обоих концов кабелей двигателей, а также кабелей управления. Иногда нет возможности присоединить экран на обоих концах. В этих случаях необходимо подключить экран у преобразователя частоты.

- Необходимо избегать подключения экрана/армированной оболочки свитыми концами (косичками). Такое подключение увеличивает сопротивление экрана на высоких частотах, и снижает его эффективность. Пользуйтесь кабельными зажимами с низким сопротивлением или кабельными сальниками, удовлетворяющими требованиям ЭМС.

- Важно обеспечить надежный электрический контакт между монтажной платой, на которой смонтирован преобразователь частоты, и металлическим шасси этого преобразователя.

- Для обеспечения надежного электрического соединения установок со степенью защиты и IP20 пользуйтесь звездообразными шайбами и проводящими монтажными платами.

- По возможности избегайте применения неэкранированных/неармированных кабелей управления внутри шкафов, в которые помещается блок (блоки) управления.

На рисунке показан пример правильного с точки зрения ЭМС выполнения электрического монтажа преобразователя частоты со степенью защиты IP20; преобразователь установлен в монтажном шкафу с выходным контактором и соединен с программируемым логическим контроллером ПЛК, который в данном примере установлен в отдельном шкафу. Другой путь выполнения монтажа с высокими характеристиками в соответствии с требованиями ЭМС состоит в том, чтобы соблюдать указанные выше требования, вытекающие из инженерной практики.

Рис. 34 - пример правильного выполнения электрического монтажа преобразователя частоты со степенью защиты IP20 с точки зрения ЭМС

Использование кабелей, соответствующих требованиям ЭМС

Экранированные/армированные кабели с оплеткой рекомендуются для улучшения помехозащищенности кабелей управления и защиты от излучения кабелей электродвигателя в соответствии с требованиями ЭМС.

Помехоустойчивость кабеля электрическим помехам в обоих направлениях зависит от передаточного полного сопротивления (ZT).

Экран кабеля предназначен для подавления электрических помех; тем не менее, экран с меньшей величиной передаточного полного сопротивления (ZT) более эффективен, чем тот, у которого данная величина (ZT) больше.



a) Алюминиевое покрытие с медным проводом.

b) Витой медный провод или армированный стальной провод.

c) Однослойные медные провода с оплеткой с различной (в процентах) площадью экранирующего покрытия. Типовой кабель, рекомендуемый компанией Danfoss.

d) Двухслойный медный провод с оплеткой.

e) Сдвоенный слой медного провода с оплеткой с магнитным экранированным/армированным промежуточным слоем.

f) Кабель, проложенный в медной или стальной трубке.

g) Освинцованный кабель с толщиной стенок 1,1 мм.

Рис. 35 - Использование кабелей, соответствующих требованиям ЭМС

Изготовители кабелей редко указывают величину передаточного полного сопротивления (ZT), но зачастую эту величину (ZT) можно оценить по физическим характеристикам кабеля.

Величину передаточного полного сопротивления (ZT) можно определить на основе следующих факторов:

- Проводимость экранирующего материала.

- Контактное сопротивление между отдельными экранирующими проводниками.

- Размеры экранирующего покрытия, т.е. площадь поверхности кабеля, защищенной экранирующим покрытием, - часто указывается в процентах.

- Тип экрана, т.е. модель с оплеткой или с витой парой.

Заземление кабелей управления

Обычно кабели управления должны иметь экранирующую оплетку и броню, при этом экран должен с помощью кабельных зажимов на обоих концах присоединяться к металлическому кожуху блока.

Как правильно заземлять блок и как поступать в случае сомнений, показывается на приведенном ниже чертеже.

Рис. 36 - Правильное заземление

Правильное заземление

Кабели управления и кабели последовательного интерфейса должны снабжаться кабельными зажимами на обоих концах, чтобы обеспечить наилучший возможный электрический контакт.

Неправильное заземление

Не рекомендуется использовать скрученные концы оплетки кабеля, поскольку это увеличивает импеданс кабеля на высоких частотах.

Защита от высокой разности потенциалов относительно земли между программируемым логическим контроллером (ПЛК) и преобразователем частоты

Если потенциал преобразователя частоты относительно земли отличается от такого потенциала ПЛК и других устройств, могут возникнуть электрические помехи, которые способны расстроить всю систему. Эту неполадку можно устранить путем подключения к кабелю управления уравнительного кабеля. Макс. поперечное сечение: 16 мм2.

Для контуров заземления 50/60 Гц

Если используются очень длинные кабели управления, могут возникать контуры заземления 50/60 Гц. Эта неполадка может быть устранена подключением одного конца экрана к земле через конденсатор емкостью 100 нФ (короткое замыкание выводов).

Кабели последовательного интерфейса

Токи низкочастотных помех между двумя преобразователями частоты могут быть устранены подключением одного конца экрана к зажиму 61. Этот зажим присоединяется к земле через внутреннюю RC-цепочку. Чтобы уменьшить помеху между двумя проводниками при дифференциальном включении, рекомендуется использовать кабели с витыми парами.

3.2 Функциональные возможности стенда

Лабораторный стенд предназначен для проведения лабораторных работ, связанных с изучением систем современного привода. Стенд, исходя из своих технических и функциональных возможностей, способен как принимать дискретные и аналоговые сигналы, так и выдавать их. Комплексное взаимодействие элементов стенда построено на взаимном обмене аналоговыми и дискретными сигналами, в зависимости от цели проводимой лабораторной работы. Современное производство базируется на подобном взаимодействии, что определяет важное значение в лаборатории привода этих стендов.

Лабораторный стенд построен на базе преобразователя частоты Danfoss серии VLT-5000. Данное устройство является одним из лучших в своём классе. Привод позволяет управлять асинхронным электродвигателем частотным методом, причем управление может осуществляться как с использованием обратной связи, так и без неё. В этом случае в настройки преобразователя вносятся параметры электродвигателя. Также преобразователь частоты может автоматически подстраиваться под двигатель, что очень важно, если используется перемотанный электродвигатель (с искаженным значением его характеристик).

ПЧ обладает рядом защит, обеспечивающих высокую защищенность как самого преобразователя, так и подключенного к нему двигателя. К числу этих защит относятся:

защита от перенапряжения во входной цепи,

защита от обрыва одной из выходных фаз,

100% защита от короткого замыкания и замыкания на землю,

защита от перегрева радиатора выходных транзисторов,

защита от перегрузки по току,

защита от сбоя в электронной части,

встроенная защита от резонанса,

встроенная термозащита мотора и мн. др.

Защитной реакцией инвертора является остановка с дисплейной индикацией кода ошибки. Коды ошибок и пути их устранения приведены в инструкции по эксплуатации.

Лабораторный стенд имеет возможность управления нагрузкой как вручную, с использованием тумблеров переключения нагрузки и потенциометра, так и с помощью модуля управления нагрузкой, расположенном на панели управления стендом.

Стенд имеет связь с персональным компьютером посредством интерфейса RS485. С помощью ПК можно отслеживать изменение характеристик работы стенда, а так же программировать преобразователь частоты.

4. Экономическая часть

4.1 Расчет затрат на проектирование и изготовление лабораторного стенда

Процесс принятия инженерных решений предусматривает проведение не только технических, но и экономических расчетов. Издержки в любом виде деятельности играют важную роль. Зная их величину, можно оценить, целесообразно ли самой организации выполнять данную работу или воспользоваться услугами коммерческой организации, которая специализируется на данном виде деятельности.

4.1.1 Затраты на разработку конструкторской и технологической документации

При проектировании конструкторской документации следует придерживаться требований отраслевых и государственных стандартов.

Проектные работы позволяют получить комплект документов, необходимых для изготовления всего изделия или его оригинальной части. Они могут выполняться в две взаимосвязанные стадии:

- разработка конструкторской документации;

- разработка технологической документации.

Особенность типовых норм времени на разработку конструкторской документации состоит в следующем. Они разработаны:

1) для условий единичного производства;

2) при выполнении чертежей в масштабе 1:1;

3) каждая норма установлена для определенного формата чертежа;

4) аппликации не используются.

4.1.2 Нормы времени на разработку конструкторских документов на стадиях проектирования

Таблица 25 Группы сложности сборочных единиц радиотехнических устройств

Группа сложности	Характеристика группы сложности
Стенды и стендовое оборудование
2	Стенды и стендовое оборудование с количеством радиоэлементов от 25 до 60 с применением унифицированных панелей и каркасов. Стенды с небольшим количеством элементов, но требующие оригинального выполнения

Стенд относится к группе сложности 2.

Таблица 26 Нормы времени на разработку конструкторских документов «Техническое задание», «Техническое предложение» и «Эскизный проект»

Наименование документа	Единицы измерения	Количество	Объем трудовых затрат, чел/ч
			за един.	общий
Техническое задание	А4	4	3,0	12,0
Техническое предложение	А4	4	4,8	19,2
Пояснительная записка	А4	15	4,1	61,5

Таблица 27 Нормы времени на разработку конструкторских документов «Технический проект»

Наименование документа	Единицы измерения	Количество	Объем трудовых затрат, чел/ч
			за един.	общий
Схема структурная	А1	1	17,92	17,92
Ведомость покупных изделий	строка	40	0,3	12
Пояснительная записка	А4	20	4,3	86

Таблица 28 Нормы времени на разработку конструкторских документов «Рабочий проект»

Наименование документа	Единицы измерения	Количество	Объем трудовых затрат, чел/ч
			за един.	общий
Схема электрическая принципиальная	А1	3	20,56	61,68
Схема электрическая	А1	1	12	12
Сборочный чертёж	А1	2	24,84	49,68
Ведомость спецификаций	строка	65	0,3	19,5
Пояснительная записка	А4	20	4,1	82

Общая трудоемкость - 340,78 чел/ч.

4.1.3 Распределение трудоемкости

В виду того, что проектированием стенда занимается 1 студент-дипломник, и что общая трудоемкость сравнительно небольшая, распределение трудоемкости не производится.

4.1.4 Определение заработной платы

Зная общее время занятости и тарифную ставку проектировщика, определим тарифный фонд заработной платы:

Определим величину основной заработной платы:

,

где - тарифный фонд заработной платы;

- премия, начисляемая в размере 30% от ;

тогда

4.1.5 Отчисления в социальные фонды

Отчисления на социальные нужды, в общем, составляют 26% от заработной платы:

В итоге - затраты на разработку конструкторской и технологической документации составляют:

4.2 Капитальные затраты на изготовление стенда

Капитальные затраты - это денежные средства на создание новых и реконструкцию действующих основных фондов. Капитальные затраты складываются из затрат на приобретение оборудования и приборов, транспортных расходов, затрат на монтаж. Основанием для составления сметы является: спецификация на оборудование, прейскуранты цен, ценники на монтаж.

Таблица 29 Смета-спецификация на оборудование

Наименование оборудования	Единицы измерения	Количество	Стоимость, руб.
			за един.	общая
Шкаф электрический	шт.	1	12430	12430
Преобразователь частоты Danfoss VLT 5002	шт.	1	36725	36725
Двигатель АИР71В4	шт.	1	1720	1720
Генератор автомобильный	шт.	1	1520	1520
Рама	шт.	1	2500	2500
Шкив	шт.	1	180	180
Ремень клиновой	шт.	1	30	30
Электротехническое оборудование (кнопки, контакторы, светодиоды, автомат и т.п.)	комплект	1	9980	9980
Микросхема управления нагрузкой (в сборе)	шт.	1	620	620
Силовая схема (в сборе)	шт.	1	2440	2440
Преобразователь интерфейса RS485/232	шт.	1	2670	2670
Потенциометр	шт.	1	80	80
Амперметр	шт.	3	300	900
Вольтметр	шт.	3	320	960
Кабель силовой	м.	5	8	40
Кабель монтажный	м.	20	7	140
Итого стоимость оборудования составляет 72935р.
Транспортные расходы 7,5% от стоимости оборудования	72935*7,5 / 100=	5470,13
Строительно-монтажные работы 10% от стоимости оборудования (СМР)	72935*10 / 100=	7293,50
Накладные расходы, 21% от СМР (НР)	7293,5*21 / 100=	1531,64
Плановые накопления 8% от суммы СМР и НР	(7293,5+1531,64)*8 / 100=	706,01
Стоимость капитальных затрат на оборудование	5470,13+7293,50+1531,64+706,01=	15001,28
Итого стоимость капитальных затрат: 87936,28 руб.

4.2.1 Амортизационные отчисления

где К- капитальные затраты;

Н-норма амортизационных отчислений (Н=12%)

4.2.2 Затраты на эксплуатацию и текущий ремонт

где Н_р- норма отчислений на эксплуатацию и текущий ремонт, Н_р составляет 6% от стоимости оборудования (Н_р=6%)

По производственным расчетам капитальные затраты на разработку и внедрение стендов для лаборатории электропривода составили 87936,28 руб.

Эксплуатационные расходы при работе со стендом составят 5276,17 руб.

4.3 Затраты на разработку программного обеспечения

Программное обеспечение для управления преобразователем частоты и отслеживания необходимых характеристик с ПК поставляется вместе с преобразователем частоты фирмы Danfoss, т.е. входит в стоимость оборудования.

Стоимость программирования микроконтроллера ATMEL, который управляет работой нагрузки, заложена в стоимость микросхемы.

5. Охрана труда

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе студента на учебно-лабораторном стенде

В данном разделе дипломного проекта рассматриваются условия безопасной работы студента при работе на стенде.

Эксплуатация стенда осуществляется студентами, ответственным преподавателем, заведующим лабораторией.

В обязанности лиц, осуществляющих эксплуатацию, входит:

- пуск, остановка, программирование и поддержание оптимального режима работы стенда;

- обслуживание всего оборудования стенда;

- тщательная проверка состояния стенда при начале и окончании работ;

- соблюдение правил безопасной эксплуатации, пожарной безопасности;

- принятие мер по предотвращению аварий и пожаров;

- своевременное сообщение о пожаре или несчастном случае администрации, ответственному дежурному и пожарной помощи по телефону 01;

- содержание обслуживаемого оборудования и помещений в чистоте и порядке.

На студентов в процессе эксплуатации стенда действуют следующие производственные факторы:

- отсутствие или недостаток естественного света;

- повышенное значение напряжения электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенная напряженность трудового процесса;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенный уровень вибрации на рабочем месте;

Неблагоприятные климатические условия рабочей зоны

В аудитории устанавливается микроклимат, который определяется температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также тепловым излучением от нагретого оборудования и материалов, используемых при эксплуатации стенда.

От микроклимата рабочей зоны в значительной мере зависят самочувствие и работоспособность студентов, выполняющих лабораторные работы. При оптимальных для человека условиях от него отводится столько теплоты, сколько вырабатывает его организм. Значительные отклонения параметров воздушной среды от оптимальных приводят к резкому изменению теплового баланса организма и нарушают его физиологические функции: терморегуляцию, обмен веществ, работу сердечно-сосудистой и нервной систем.

В соответствии с требованиями СанПиН 2.2.4.548-96 работа студента на лабораторном стенде относится к категории работ Iа с интенсивностью энергозатрат до 139 Вт, связанные с наблюдением за измерительными приборами в положении стоя или сидя, работой с ПК.

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах приведены в таблице 30, в таблице 31 - допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах для категории Iа.

Таблица 30 (СанПиН 2.2.4.548-96) Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат, Вт	Температура воздуха, С	Температура поверхностей, С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	Iа (до 139)	22-24	21-25	60-40	0,1
Теплый		23-25	22-26	60-40	0,1

Таблица 31 (СанПиН 2.2.4.548-96) Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах для категории Iа

Период года	Температура воздуха, 0С.	Температура поверхностей, 0С.	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	20,0-24,9	24,9-25,0	15-75	0,1
Теплый	21,0-22,9	25,1-28,0	15-75	0,1-0,2

Недостаточная освещенность, отсутствие или недостаток естественного света

Рациональное освещение повышает безопасность работы, способствует росту производительности труда и улучшению качества работы. Недостаточнее или неправильное освещение рабочих мест и зон, слепящее действие источников света, резкие тени от предметов и оборудования приводят к преждевременному утомлению и росту травматизма.

Освещение в аудитории, где установлен стенд, применяется как естественное, так и искусственное.

Естественное освещение. В аудитории применяется боковое естественное освещение - через окна в наружных стенах. Благоприятные условия для зрительной работы создают при поддержании освещенности в помещениях не ниже определенных норм.

Искусственное освещение. Система искусственного освещения может быть общей или комбинированной.

Для общего освещения используем газоразрядные источники света.

Нормы естественного и искусственного освещения для рабочего места учащегося в соответствии с требованиями СНиП 23.05-95 приведены в таблице 32.

Таблица 32 (СНиП 23.05-95) Нормы естественного и искусственного освещения для рабочего места учащегося

Характер зрительной работы	Разряд зрительной работы	Под-разряд зрительной работы	Искусственное освещение, освещённость при системе общего освещения	Сочетание нормируемых величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации	При боковом освещении
					КЕО ен, %
				Р	Кп, %	Естественное	Совмещённое
Общее наблюдение за ходом производственного процесса	V	б	200	40	20	1	0,6

Повышенный уровень шума в производственных помещениях

Производственный шум представляет собой сочетание беспорядочных неприятных для восприятия звуков различной интенсивности и частоты.

Орган слуха человека воспринимает звуковые волны с частотой от 16 до 20 000 Гц.

Характеристика А имитирует кривую чувствительности уха человека и позволяет проводить ориентировочную оценку «вредности» шума.

Для ориентировочной оценки постоянного шума допускается применение уровня звука, измеряемого по шкале А шумомера (дБА).

Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука, определяемый расчетом.

В таблице 33 приведены предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука в октавных полосах для студентов, выполняющих лабораторные работы на стенде.

Таблица 33 (СН 2.2.4/2.1.8.562-96) Предельно допустимые уровни звукового давления

Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
93	79	70	68	58	55	52	52	49	60

Повышенное значение напряжения электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека

Напряжение электрической цепи лабораторного стенда - 380 Вольт.

Электрический ток может нанести человеку травму при прямом прохождении через тело, а так же другими видами энергии, в которые превращается электричество.

Защиту от поражения электрическим током рассчитывают по его предельно допустимому значению. Допустимым считается ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. В зависимости от назначения установки, режима ее работы, частоты тока, длительности воздействия его на человека установлены значения предельно допустимого тока.

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в таблице 34.

Таблица 34 (ГОСТ 12.1.038-82) Допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека

Род тока	U, В	I, мА
	не более
Переменный, 50 Гц	2,0	0,3
Переменный, 400 Гц	3,0	0,4
Постоянный	8,0	1,0

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме бытовых электроустановок напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц не должны превышать значений, указанных в таблице 35.

Таблица 35 (ГОСТ 12.1.038-82) Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме

Продолжительность	Нормируемая величина
воздействия t, с	U, B	I, мА
0,1	340	400

Нервно-психические перегрузки

Характер и организация трудовой деятельности оказывают существенное воздействие на изменение функционального состояния организма человека.

Нервно-психическое утомление приводит к снижению трудоспособности из-за нарушений центральной нервной регуляции. Среди типичных симптомов следует отметить замедленную передачу информации, ухудшение мыслительных функций и процессов решения задач, ослабление сенсорного восприятия и сенсомоторной функции. Такое утомление сочетается с отвращением к работе и сниженной работоспособностью, иногда при этом возникает склонность к депрессии, беспричинной тревоге или пониженной активности, а также раздражительность и эмоциональная лабильность.

5.2 Меры по снижению и устранению опасных и вредных факторов

Меры по созданию и поддержанию оптимальных микроклиматических условий

К таким мерам относятся системы вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха.

Вентиляция. В рамках данной дипломной работы, ввиду того, что стенд будет находиться во включенном состоянии не более 1-2 часов в день, а так же ввиду отсутствия опасности выделения вредных, пожаро- и взрывоопасных паров и газов, будет применяться только естественная вентиляция. Рекомендуется в перерывах между занятиями проветривать аудиторию.

Отопление. Для поддержания в холодный период года заданной температуры воздуха аудитория должна быть оборудована системами отопления, которые проектируют из условий совместного их действия с вентиляцией. Основными санитарно-гигиеническими требованиями к системам отопления являются равномерное нагревание воздуха помещений, минимальное загрязнение вредными выделениями и неприятными запахами воздуха помещений и атмосферного воздуха.

В аудитории имеется центральное водяное отопление, разработанное по стандартам для учебных заведений.

Кондиционирование воздуха. Проветривание.

Меры по созданию достаточного освещения

Естественное освещение обеспечивается наличием в аудитории окон.

Для искусственного освещения используют лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Источники света помещают в осветительные приборы (светильники), которые обеспечивают необходимое направление светового потока, защищают глаза от слепящего действия ламп. В аудитории применяются светильники рассеянного света.

При установке светильников необходимо обеспечить равномерность освещения, устранить резкие тени, ослабить прямую и отраженную блесткость.

Также рекомендуемо оборудовать стенд местным освещением.

Методы и средства защиты от шума и вибрации

При эксплуатации стенда наблюдается повышенный уровень шума (электродвигатель).

Вследствие того, что стенд во включенном состоянии находится сравнительно небольшое количество времени, и т.к. уровень шума соответствует нормам СН 2.2.4/2.1.8.562-96, звукоизоляция не применяется.

Виброизоляцию осуществляют, применяя виброизолирующие опоры и упругие прокладки, выполняя конструкционные разрывы между источником вибрации и строительными конструкциями.

Упругие прокладки (платики) для электродвигателя изготавливаем из резины.

Защитные меры от поражения электрическим током

Защита от поражения электрическим током осуществляется путем нанесения изоляции на токонесущие части, устройством заземления, зануления и защитного отключения. В электроустановках с напряжением до 1000 В сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм.

Заземление. Цель защитного заземления - создать надежный электрический контакт между металлическими, нетоконесущими частями электроустановок и землей.

Зануление. Соединение металлических частей электроустановки, не находящихся под током, с заземленным нулевым проводом называют занулением. Его применяют в четырехпроводных электрических цепях с наглухо заземленным нейтральным проводом. В цепи нулевого провода, используемого в качестве цепи заземления, не разрешается установка предохранителей и разъединяющих устройств.

При появлении напряжения на корпусе установки происходит короткое замыкание в электрической цепи, в результате чего срабатывает автомат токовой защиты или сгорают плавкие предохранители.

Защитное отключение. Систему защиты, автоматически отключающей электроустановку от сети при возникновении опасности поражения человека электрическим током, называют защитным отключением. При возникновении напряжения на корпусе электродвигателя получает питание катушка электромагнитного реле, ее сердечник втягивается, и размыкается электрическая цепь, питающая электродвигатель.

Расчёт защитного заземления лабораторного стенда
	1. Общие сведения
Безопасность персонала, обслуживающего электрические установки,
зависит от правильного выполнения заземляющих устройств.
Защитным заземлением называется соединение корпуса оборудо-
вания с заземляющим устройством.
Такая система защиты применяется в сетях с ИНТ трансформатора.
В сетях с заземлённой нейтральной точкой(ЗНТ) применяют зануле-
ние корпуса оборудования, а нулевой провод заземляется. Заземляю-
щее устройство состоит из металлических труб или угольников, заби-
ваемых в землю на глубину 2-3м, соединённых полосой на сварке.
Заземлители распологают вблизи поверхности земли, либо на глуби-
не, что обеспечивает стабильность сопротивления заземления.
Заземление для установок до 1000В выполняют как выносное рядное,
выносное замкнутое или контурное.
Сопротивление заземляющего устройства зависит от длины, распо-
ложения и количества заземлителей, удельного сопротивления грунта,
которое определяется видом грунта и климатическими факторами.
Допустимое сопротивление заземляющего устройства в установках
до 1000В составляет 4 Ом.
Сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя:
Заземлитель	Величина сопротивления Rо, Ом	Схема
Труба, угольник у
поверхности земли
Труба, угольник на
глубине
Взаимное экранирование электродов системы заземления учитывается
коэффициентом использования заземлителей		, а необходи-
мое число электродов-заземлителей определяется зависимостью:
где	R - общее сопротивление заземляющего устройства, Ом.
По программе расчёт заземления выполняется для двух видов грунта:
	суглинок с удельным сопротивление 80 Ом*м;
	песок с удельным сопротивлением 120 Ом*м.
При выборе системы заземления учитывается ценовой балл.
	2. Программа расчёта заземления технологического
	оборудования
	2.1. Исходные данные
Допустимое сопротивление заземления [Rз] = 4 Ом	4
Наименование грунта					суглинок
Табличное удельное сопротивление грунта, Ом*м	80
Климатический коэффициент (1,2-1,3)			1,2
Длина заземлителя (2-3м)				3
Диаметр заземлителя или размер уголка (0,045-0,06м)	0,06
Величина заглубления электродов (0,5-0,7м)		0,7
Ширина соединительной полосы (0,05-0,1м)		0,1
	2.2. Расчёт защитного заземления
Расположение электрода		Заземлитель	Заземлитель
заземлителя		- на глубине	- у поверхности
Сопротивление одиночного электрода Rо, Ом	25,2	26,9
Заземление выносное (рядное)
Длина соединительной полосы, м		15,9	17,3
Расстояние между заземлителями а (а/l = 1), м	3	3
Необходимое число заземлителей n		6	6
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - трубы)				56	26
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - угольники)			52	22
Заземление контурное или выносное замкнутое
Длина соединительной полосы, м		26,3	27,8
Расстояние между заземлителями а (а/l = 1), м	3	3
Необходимое число заземлителей n		8	9
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - трубы)				86	34
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - угольники)			81	30
3. Расчёт заземления технологического оборудования
при удельном сопротивлении грунта 120 Ом*м
Наименование грунта					песок
Табличное удельное сопротивление грунта, Ом*м			120
Заземление выносное (рядное)
Длина соединительной полосы, м		34,5	37,4
Расстояние между заземлителями а (а/l = 1), м	3	3
Необходимое число заземлителей n		12	13
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - трубы)				117	51
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - угольники)			109	44
Заземление контурное или выносное замкнутое
Длина соединительной полосы, м		45,9	48,8
Расстояние между заземлителями а (а/l = 1), м	3	3
Необходимое число заземлителей n		15	16
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - трубы)				151	60
Ценовой балл заземляющего устройства
(электроды - угольники)			142	53
	Выбор заземляющего устройства
Расположение заземлителей			у поверхности
(на глубине или у поверхности)
Вид заземляющего устройства			выносное рядное
(выносное рядное, выносное замкнутое, контурное)
Исполнение заземлителей-электродов		угольники
(трубы, угольники)
Конструктивные характеристики	Удельное сопротивление грунта, Ом*м
	80	120
Длина соединительной полосы, м		17,3	37,4
Расстояние между заземлителями,м		3	3
Необходимое число заземлителей n		6	13

Пожарная безопасность

В соответствии с нормами НПБ 105-95г. аудитория, в которой установлен учебно-лабораторный стенд, относится к взрывопожарным помещениям категории В4. В составе стенда имеются твердые пожароопасные горючие и трудногорючие вещества и материалы.

Рекомендуется иметь в аудитории огнетушитель!

Заключение

Основное назначение стенда - изучение преобразователя частоты Danfoss, его возможностей, характеристик, режимов работы, программирование, изучение теории управления асинхронными электродвигателями.

Стенд имеет возможность эмулировать работу конвейера, насоса.

Знакомство со стендом позволяет получить навыки работы с преобразователями частоты и другими тонкостями промышленной автоматизации.

Разработанный в рамках данной дипломной работы стенд полностью отвечает поставленным на этапе проектирования задачам:

- Стенд должен обеспечивает максимальную наглядность изучаемой темы,

- Стенд по своим функциональным возможностям должен обеспечивть

проведение 4-х лабораторных работ,

- Управление нагрузкой стенда осуществляется как вручную, так и в

автоматическом режиме, с использованием схемы программирования нагрузки.

- Приняты меры, исключающие поражение электрическим током.

- Стенд имеет возможность подключения к персональному компьютеру с соответствующим программным обеспечением.

- Стенд устойчив к механическим вибрациям.

В дальнейшем лабораторный стенд можно усовершенствовать и расширить ещё несколькими лабораторными работами. Так установив ещё один электродвигатель с инерционной нагрузкой на валу и тормозной резистор для преобразователя частоты можно исследовать работу преобразователя частоты в режиме управления несколькими электродвигателями и режим торможения преобразователя частоты. Установив дополнительно энкодер можно осуществить регулирование скорости и момента с использованием внешней обратной связи по скорости.

Также в стенд вмонтированы дополнительные вольтметры и амперметры и 4 дополнительных тумблера в сборе Schneider Electric ZB5-AD28+ZB5-AZ105, которые можно будет использовать при дальнейшей модернизации стенда.

По производственным расчетам капитальные затраты на разработку и внедрение стендов для лаборатории электропривода составили 87936,28 руб.

Эксплуатационные расходы при работе со стендом составят 5276,17 руб.

Размещено на Allbest.ru