Безопасность и экологичность при изготовлении, ремонте и обслуживании гелиогенератора

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Аннотация

Целью данного дипломного проекта являлась идея получения более дешевого и экологичного вида энергии на основе преобразования солнечной. Задача дипломного проекта состояла в проектировке гелеоисточника для энергохозяйства промышленного или жилого загородного объекта мощностью 30 кВт. Необходимо было спроектировать силовую часть и систему управления гелеоисточником. В этой части дипломного проекта была спроектирована система управления гелеоисточником. Были проанализированы различные способы регулирования выходного напряжения автономного инвертора с использованием современных микроконтроллеров и выбран наиболее приемлемы. Был спроектирован блок питания для системы управления, разведена печатная плата. Освещены вопросы техники безопасности.

Содержание

Введение

1. Обзор способов регулирования выходных параметров инвертора напряжения

2. Разработка системы управления

2.1 Описание схемы управления

2.2 Расчет элементов схемы системы управления

Безопасность и экологичность при изготовлении, ремонте и обслуживании гелиогенератора

Описание рабочего места, оборудования и выполняемых технологических операций

3.2 Идентификация опасных и вредных производственных факторов

3.3 Организационно технические мероприятия по созданию безопасных условий труда при ремонте

3.4 Расчет защиты от грозовых перенапряжений

Обеспечение пожарной безопасности на рабочем участке

3.6 Экологическая экспертиза разрабатываемого проекта

3.7 Безопасность объекта при аварийных и чрезвычайных ситуациях

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время во всем мире в связи с бурным развитием электротехники и электроники постоянно растет количество электроприборов и конечно количество потребляемой электрической энергии. Рыночная экономика диктует свои условия на рынке энергии, с увеличением спроса на электрическую энергию цена на нее возрастает. Источником энергии добываемой человеком, как правило, служит вода (гидроэлектростанции), энергия земли (геотермальные электростанции), энергия атома (атомные электростанции) и др. Все эти виды получения электроэнергии как правило наносят непоправимый вред окружающей природе. Современный способ получения электрической энергии должен удовлетворять диктуемым современностью требованиям о экологичности, относительной дешевизне получаемой энергии. Не так давно человеком было придумано использовать для получения электричества энергию солнца (гелеоэнергия). Использование данного способа позволяет получить электроэнергию не нанося вред окружающей среде, однако элементы преобразующие солнечную энергию в электрическую дороги и имеют низкий КПД. На настоящий момент стоимость элемента, дающего около 130 Вт с 1 м²,с КПД 15% достигает 200 долларов. Не так давно стали появляться солнечные элементы с более высоким КПД (25%), их цена значительно выше.

Целью дипломного проекта является получение дешевого, и экологичного вида электрической энергии, используя энергию солнца в качестве источника, при больших капитальных затратах. Задачей дипломного проекта является разработка системы управления, выбор метода регулирования выходных параметров автономного инвертора, гелеоисточника для энергохозяйства промышленного или жилого загородного объекта мощностью 30 кВт. Проектировка конструкции печатной платы системы управления, а также разработка блока питания для системы управления.

Разработка системы управления

Описание схемы управления

Структурная схема системы управления гелеоисточника изображена на рис. 2.1., на рис. 2.2 – схема электрическая принципиальная. Блоком управления (БУ) системы управления является микроконтроллер Motorola МС3РНАС, рис. 2.3, основные параметры микросхемы сведены в таблицу 2.1. Микросхема имеет встроенный модуль трехфазного ШИМ, для управления шестью ключевыми элементами, также есть 4‑х канальный АЦП, и последовательный интерфейс необходимый при режиме управления микроконтроллером с ПК. Модуль трехфазного ШИМ генерирует 6 ШИМ сигналов для задания выходного напряжения и частоты.

Таблица 2.1. Основные параметры микросхемы МС3РНАС

№	Название параметра.	Значение и единица измерения
1.	Напряжение питания	5 В ± 10%
2.	Рабочая частота кварцевого генератора	4 МГц ± 1%
3.	Частота ШИМ	5,291 – 21,164 кГц
4.	Задержки переключений	0 – 31,875 мкс
5.	Рабочая температура	– 40 – 105⁰ С

Назначение выводов МК[1]:

1. V_ref – эталонное напряжение. Соединяется с V_DDA для лучшего соотношения сигнал/шум.

2. RESET – вход сброса. Низкий логический уровень сигнала на этом входе переводит все PWM выхода в высокоимпедансное состояние. Также данный вход может быть использован для сброса ошибки (например: низкий уровень V_DD, ошибки времени, подача на вход FAULT_IN сигнала высокого уровня).

3. V_DDA – питание внутренних генераторов.

4. V_SSA – питание внутренних генераторов. 5 и 6 – вывода подключения кварцевого генератора.

7. PLLCAP – вывод подключения помехозащитного конденсатора. Малое значение емкости позволяет быстро формировать f эталонную. Большие значения позволяют улучшить стабильность. Значение емкости конденсатора 0,1 мкФ является типовым и рекомендовано производителем.

8. PWMPOL_BASEFREQ – вход задания базовой частоты и полярности ШИМ. 9 – 14 – выхода формирователя ШИМ.

15. FAULTIN – вход ошибки. При высоком логическом уровне сигнала на входе мгновенно отключаются PWM выхода. Включаются PWM выхода только после появления на входе сигнала низкого логического уровня.

16. PWMFREQ_RxD – в автономном режиме эта ножка используется для задания частоты ШИМ.

17. RETRY_TxD – выход управления ключом промежуточного контура.

18. RBRAKE – выход управления ключом промежуточного контура, для сброса энергии.

19. FAULTOUT – данный вывод используется для индикации ошибки.

20. VBOOST_MODE – вывод задания режима работы МК. Высокий логический уровень – автономный режим работы, низкий – режим работы с ПК.

21. V_DD – напряжение питания, +5V.

22. Vss – вывод земли.

23. FWD – вход задания направления вращения двигателя.

24. START – вход включения.

Микроконтроллер Motorola МС3РНАС.

Рисунок 2.2

25. MUX_IN – в автономном режиме является входом регулирования коэффициента заполнения.

26. SPEED – задание частоты вращения двигателя.

27. ACCEL – вход, влияющий на разгон двигателя.

28. DC_BUS – вход для отслеживания напряжения промежуточного контура.

Как видно из рис. 1 схема управления состоит из следующих блоков. Блок задания (БЗ) для задания выходных параметров сигнала. Через делители напряжения на соответствующие входы задания БУ задаются полярность, частота выходного сигнала, а также частота ШИМ. Согласно заданным параметрам на выходах ШИМ формируются сигналы, которые далее поступают на драйвер (Д). Драйвером является микросхема IR2135, типовая схема подключения изображена на рис. 2.4, структурная схема изображена на рис. 2.5., основные параметры приведены в таблице 2.2 [2].

Таблица 2.2. Основные параметры микросхемы IR2135

№	Название параметра.	Значение и единица измерения
1.	Напряжение питания	12 В
2.	Максимальное коммутируемое напряжение	1200 В
3.	Выходной ток	200 – 420 мА
4.	Выходное напряжение	10 – 20 В
5.	Время переключений (типовое)	700 нс
6.	Рабочая температура	-55 – 105⁰С

Описание выводов микросхемы IR2135:

HIN 1,2,3 – логические входа (вывода 22,23,24) ключей высокого уровня.

НО 1,2,3 – логические выхода (вывода 13,16,19) ключей высокого уровня.

LIN 1,2,3 – логические входа (вывода 25,26,27) ключей низкого уровня.

LO 1,2,3 – логические выхода (вывода 9,10,11) ключей низкого уровня.

FAULT – выход ошибки (вывод 28).

V_СС – напряжение питания (вывод 21).

ITRIP – вход токовой защиты (вывод 1).

FLT-CLR – вход сброса ошибки (вывод 2).

SD – логический вход выключения.

САО – выход усилителя тока.

СА– – инверсный вход усилителя тока.

СА+ – неинверсный вход усилителя тока.

Микросхема имеет вход токовой защиты ITRIP рис. 2 (ВТЗ, рис. 1) и выход ошибки FAULT рис. 2.2 (ВыхО, рис. 2.1). При срабатывании токовой защиты (сигнал снимается с датчика тока ДТ, рис. 2.1) микросхема переводит все выхода в высокоимпедансное состояние и работа схемы приостанавливается, на выходе ошибки появляется логический сигнал высокого уровня. Сбрасывается ошибка путем подачи на вход FAULT-CLR (рис. 2.2) логического сигнала низкого уровня.

После драйвера сигнал поступает на силовые модули (СМ рис. 2.1), а затем на нагрузку (Н рис. 2.1). В блоке силовых ключей встроен датчик температуры (ДТР рис. 2.1), который останавливает работу схемы при превышении допустимой температуры, сигнал поступает на вход ошибки FAULT_IN (рис. 2.2) (ВО БУ (рис. 2.1)).

Датчики напряжения ДН (рис. 2.1) и блок обработки выходного сигнала (БОВС рис. 2.1) вместе являются обратной связью. Сигнал обратной связи принимается на вход регулирования выходного напряжения, путем изменения напряжения на входе аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) (рис. 2.1). Все блоки в схеме питаются от блока питания (БП рис. 2.1). Схема блока питания (рис. 2.6) была заимствована с разработки блока питания используемого в автоматизированном электроприводе фирмы «Relains». Для данной схемы ниже рассчитан трансформатор.

Схема управления работает следующим образом. Включается система управления кнопкой S1 (рис. 2.2). БЗ задает параметры выходных импульсов БУ.

На выходах ВШ БУ формируются импульсы управления силовыми ключами. Однако широтно-модулированные импульсы задается относительно общего проводника схемы. Для ключевого транзистора нижнего уровня этого вполне достаточно, сигнал можно непосредственно подавать на затвор (базу), так как исток (эмиттер) связан с общим проводом. Если транзистор нижнего уровня находится в закрытом состоянии, a верхнего уровня открыт, на истоке транзистора верхнего уровня присутствует напряжение питания U_n. Поэтому для управления транзисторами верхнего уровня необходима гальванически развязанная с общим проводом схема, которая четко будет передавать импульсы схемы управления не внося в нее искажений. Микросхема IR2135 решает эту проблему, имея отдельно выхода управления ключевыми транзисторами нижнего и верхнего уровней, а также защищает силовые ключи от таких эффектов как скорость нарастания тока, скорость нарастания напряжения и сквозных токов [2].

Датчики обратной связи контролируют выходное напряжение, далее сигналы поступают на БОВС. С помощью датчиков напряжения и БОВС схема управления поддерживает выходное напряжение инвертора в заданных пределах. При просадке выходного напряжения, если это не короткое замыкание в нагрузке, напряжение на выходе датчиков упадет, а на выходе БОВС увеличится, следовательно, увеличится напряжение на входе БУ (ВхАЦП). Данное напряжение регулирует коэффициент заполнения ШИМ, от которого зависит выходное напряжение инвертора. Как только напряжение на входе ВхАЦП увечится, то возрастет выходное напряжение. Время срабатывания датчика напряжения составляет 0,3 мкс, что гораздо меньше величины периода выходного напряжения.

Требования безопасности во время работы

1. Электромонтеры обязаны выполнять работы при соблюдении следующих требований безопасности:

а) произвести необходимые отключения и принять меры, препятствующие подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

б) наложить заземление на токоведущие части;

в) оградить рабочее место инвентарными ограждениями и вывесить предупреждающие плакаты;

г) отключить при помощи коммутационных аппаратов или путем снятия предохранителей токоведущие части, на которых производится работа, или те, к которым прикасаются при выполнении работы, или оградить их во время работы изолирующими накладками (временными ограждениями);

д) принять дополнительные меры, препятствующие ошибочной подаче напряжения к месту работы, при выполнении работы без применения переносных заземлений;

е) на пусковых устройствах, а также на основаниях предохранителей вывесить плакаты «Не включать – работают люди!»;

ж) на временных ограждениях вывесить плакаты или нанести предупредительные надписи «Стой – опасно для жизни!»;

з) проверку отсутствия напряжения производить в диэлектрических перчатках;

и) зажимы переносного заземления накладывать на заземляемые токоведущие части при помощи изолированной штанги с применением диэлектрических перчаток;

2. Смену плавких вставок предохранителей при наличии рубильника следует производить при снятом напряжении. При невозможности снятия напряжения (на групповых щитках, сборках) смену плавких вставок предохранителей допускается производить под напряжением, но при отключенной нагрузке.

3. Смену плавких вставок предохранителей под напряжением электромонтер должен производить в защитных очках, диэлектрических перчатках, при помощи изолирующих клещей.

4. Перед пуском оборудования, временно отключенного по заявке неэлектротехнического персонала, следует осмотреть его, убедиться в готовности к приему напряжения и предупредить работающих на нем о предстоящем включении.

5. Присоединение и отсоединение переносных приборов, требующих разрыва электрических цепей, находящихся под напряжением, необходимо производить при полном снятии напряжения.

6. При выполнении работ во взрывоопасных помещениях электромонтерам не разрешается:

а) ремонтировать электрооборудование и сети, находящиеся под напряжением;

б) эксплуатировать электрооборудование при неисправном защитном заземлении;

в) включать автоматически отключающуюся электроустановку без выяснения и устранения причин ее отключения;

г) оставлять открытыми двери помещений и тамбуров, отделяющих взрывоопасные помещения от других;

д) заменять перегоревшие электрические лампочки во взрывозащищенных светильниках лампами других типов или большей мощности;

е) включать электроустановки без наличия аппаратов, отключающих электрическую цепь при ненормальных режимах работы;

ж) заменять защиту (тепловые элементы, предохранители, расцепители) электрооборудования защитой другого вида с другими номинальными параметрами, на которые данное оборудование не рассчитано.

7. При работе в электроустановках необходимо применять исправные электрозащитные средства: как основные (изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки), так и дополнительные (диэлектрические галоши, коврики, переносные заземляющие устройства, изолирующие подставки, оградительные подставки, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности).

8. Работы в условиях с повышенной опасностью следует осуществлять вдвоем в следующих случаях:

а) с полным или частичным снятием напряжения, выполняемого с наложением заземлений (отсоединение и присоединение линий к отдельным электродвигателям, переключения на силовых трансформаторах, работы внутри распределительных устройств);

б) без снятия напряжения, не требующего установки заземлений (электрические испытания, измерения, смена плавких вставок предохранителей и т.п.);

в) с приставных лестниц и подмостей, а также там, где эти операции по местным условиям затруднены;

9. Измерение сопротивления изоляции мегаомметром следует осуществлять только на полностью обесточенной электроустановке. Перед измерением следует убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании.

10. При регулировке выключателей и разъединителей, соединенных с проводами, электромонтерам следует принять меры, предупреждающие возможность непредвиденного включения приводов посторонними лицами или их самопроизвольного включения.

11. В процессе работы электромонтерам запрещается:

а) переставлять временные ограждения, снимать плакаты, заземления и проходить на территорию огражденных участков;

б) применять указатель напряжений без повторной проверки после его падения;

в) пользоваться для заземления проводниками, не предназначенными для этой цели, а также присоединять заземление путем скрутки проводников;

г) применять автотрансформаторы, дроссельные катушки и реостаты для получения понижающего напряжения;

д) пользоваться стационарными светильниками в качестве ручных переносных ламп.

Требования безопасности по окончании работы

По окончании работы электромонтеры обязаны:

а) убрать инструмент, приборы и средства индивидуальной зашиты в отведенные для них места;

б) привести в порядок рабочее место;

в) убедиться в отсутствии очагов загорания;

Заключение

В дипломном проекте была спроектирована система управления гелеоисточником, для энергохозяйства промышленного или жилого загородного объекта мощностью 30 кВт, конструкция печатной платы системы управления, также был спроектирован блок питания для системы управления. Ядром системы управления служит микросхема Motorola MC3PHAC, которая имеет 6 выходных каналов трехфазного ШИМ управления силовыми ключами автономного инвертора. Система управления способна автоматически регулировать выходную мощность по обратной связи по напряжению, которая заводится на вход АЦП микросхемы. Отслеживать потребляемый ток промежуточного контура, при превышении останавливать работу устройства и переходить на питание от внешней сети. Следить за температурой в силовых модулях.

Список литературы

1. Интернет: http://www.freescale.com. Сайт фирмы Motorola.

2. Интернет: http://www.ir.com. Сайт фирмы International Rectifier.

3. Интренет: http://tech.freelook.msk.ru. Научный электротехнический сайт «Свободный взгляд».

4. Мануковский Ю.М., Пузаков А.В. Широко регулируемые автономные транзисторные преобразователи частоты. Кишинев: Штиница, 1990. – 152 с.

5. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: руководство по применению 16‑разрядных микроконтроллеров Intel MCS‑196/296 во встроенных системах управления. – М.: Издательство ЭКОМ, 1997. – 688 с.

6. Бычков М.Г. Модули ШИМ в микроконтроллерах фирмы Motorola для систем управления электроприводом //Chip News, 1997, №11–12, с. 41–45.

7. Интегральные микросхемы: Перспективные изделия. Выпуск 3 – М.: ДОДЭКА, 1997. – 96 с.

8. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет трансформатора двухтактных преобразовательных устройств». Слукин А.М., 1994 г.

9. Ферриты и магнитодиелектрики: Справочник Общ. ред. Н.Д. Горбунов, Г.А. Матвеев. М.: Сов. радио, 1972. 239 с.

10. Бальян Р.Х. Трансформаторы для радио электроники. – М.: Сов. радио, 1971. 720 с.

11. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. «Электроника и микросхематехника», ч1 «Электронные устройства информационной автоматики». – К.:ВШ, 1989 г. – 431 с.

12. «Аналоговые интегральные микросхемы»: Справочник / Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрин, В.А. Куйбышев. – М.: Радио и связь, 1981 г. – 160 с

13. Справочник по электронике для молодого рабочего: 4‑е изд., переработанное и дополненное – М.: Высшая школа 1987 г. – 272 с.

14. Резисторы. Справочник / Ю.Н. Андреев, А.И. Антонян, Д.М. Иванов и др. Под редакцией И.И. Четвертакова. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 352 стр.

15. Электрические конденсаторы и установки: Справочник / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский, и др. Под редакцией Г.С. Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987 г. – 656 стр.

16. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебное пособие. – Издание второе исправленное и дополненное. – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2003, 664 стр.

17. Интернет: http://www.intersolar.ru Сайт центра солнечной энергии «Интерсоларцентр

18. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда) УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ (электронная версия). Вологда 2001