Elektro-, styre- og reguleringsteknikk : VK1 skipsteknisk drift

334 Pages·1996·235.642 MB·Norwegian

by  Jonassen, Per

Per Jonassen
Elektro-, styre- og reguleringsteknikk
VK1 Skipsteknisk drift
BOKMÅL
Vett & Viten as
4
© Vett & Viten AS 1996
ISBN 82-412-265-2
Omslag: Nica grafisk
Tegninger: Grete Sørlie når ikke annet er angitt
Boka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i november 1996 for bruk i videregående skole i studieretningsfaget Elektro-,
styre- og reguleringsteknikk på videregående kurs 1 skipsteknisk drift i studieretning for mekaniske fag. Godkjenningen gjelder
inntil ny fagplan eller revidert læreplan blir tatt i bruk.
Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering som er inngått med Kopinor, inter-
esseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning,
og kan straffes med bøter eller fengsel.
Sats: Jan Hugo
Printed in Norway 1996 by Østlands-Postens Boktrykkeri as, Larvik
Utgiver:
Vett & Viten AS
Postboks 203,
1360 Nesbru
Forord
Boka er skrevet for å samle lærestoffet som skal gjennomgås i modul 5 i læreplanen for VK1,
Skipsteknisk drift. Dette stoffet måtte man tidligere hente fra flere lærebøker og kompendier.
Boka dekker hovedmomentene som er satt opp i mål 1 og mål 2 i læreplanen, og en del til-
leggsstoff ut over dette. Fysikken som danner bakgrunnen for de forskjellige hovedmoment­
ene, er også tatt med der den naturlig hører hjemme.
Hovedmomentene er behandlet i en rekkefølge som ikke følger læreplanen. Det er gjort for å
få til et bedre samsvar med andre fag og muligheter for å trekke tverrfaglige forbindelser. Elev­
ene kan på denne måten kombinere kunnskaper fra flere fag, og lærestoffet får en progresjon
som fører fram til de målene som er satt for modulen. Dette er mulig siden elevene har visse
grunnkunnskaper i elektro fra grunnkurset.
Rekkefølgen er også valgt for at elevene tidligst mulig skal få en viss bredde i kunnskapene
med tanke på tverrfaglig prosjektarbeid. For at tverrfaglig arbeid skal ha noen mening, må det
faglige grunnlaget ikke være for snevert.
På bakgrunn av det som er nevnt ovenfor, er boka delt i fire hoveddeler:
• Måleteknikk
• Styreteknikk
• Elektroteknikk
• Reguleringsteknikk
Det er tatt med beregninger i den utstrekning det er nødvendig for å kunne forstå utstyret og
systemenes virkemåter, og for å kunne foreta vedlikehold på utstyret. De miljømessige aspek­
tene er integrert i stoffet hele veien.

Innhold
Kapittel 1 Utviklingen av måle- og automatiseringsteknikk 15
1.1 Bakgrunn 15
1.2 Utviklingen av måle- og reguleringsteknikken 15
DEL 1 MÅLETEKNIKK 17
Kapittel 2 Måleelementer og måleteknikk 19
2.1 Trykkmåling 19
2.1.1 Trykkbegreper 20
2.1.2 Måleelementer og instrumenter for trykkmåling 21
Membran 21
Belger 23
Bourdonmanometeret 25
2.2 Nivåmåling 26
2.2.1 Innledning 26
2.2.2 Direkte nivåmåling 27
Visuell måling 27
Seglass 27
2.2.3 Fortrengningslegeme 28
Indirekte nivåmåling 28
Måling med væsketrykk 28
Boblerør 30
Måling ved hjelp av kraft 31
Elektrisk nivåmåling 33
Kapasitiv måling 33
Nivåmåling ved hjelp av ultralyd 34
2.3 Temperaturmåling 34
2.3.1 Innledning 34
2.3.2 Fikspunkter 35
2.3.3 Måleelementer for temperatur 35
Termometer med fylt system 36
Bimetallføleren 37
Termoelementer 38
Motstandstermometer 41
Termistorer 43
2.3.4 Digital temperaturmåling 43
2.4 Strømningsmåling 44
2.4.1 Innledning 44
2.4.2 Direkte volummåling 45
Ovalhjulmåler 45
Ringstempelmåleren 46
2.4.3 Hastighetsmåling 47
Turbin- og propellmåler 48
Elektromagnetisk mengdemåler 49
Virvelstrømmåler (vortexmåler) 50
2.4.4 Måling basert på trykkfall 51
Måleblende (måleskive) 53
Montering av restriksjoner og omformere 53
Plassering av omformere 54
Rotameter 54
2.5 Turtallsmåling 55
2.5.1 Takogenerator 55
2.5.2 Elektromagnetisk omdreiningsmåler 56
2.6 Måling av pH og ledningsevne 57
2.6.1 Måling av pH 58
2.6.2 Ledningevnemåling. Salinometer 59
Kapittel 3 Omformere 61
3.1 Innledning 61
3.2 Enhetssignaler 62
3.3 Måleomformere 65
3.3.1 Måleomformere med pneumatisk utgangssignal 65
Mengdeforsterker 69
3.3.2 Måleomformere med elektrisk utgangssignal 70
3.4 Signalomformere 74
3.4.1 Omformer for trykk til strøm 75
3.4.2 Omformer for strøm til trykk 76
3.4.3 Omformere for analog til digital og digital til analog 77
3.5 Kobling av omformere 77
3.6 Instrumentsymboler og koder 79
3.7 Presentasjonsutstyr. Mottakerinstrumenter 83
3.7.1 Indikatorer 83
3.7.2 Skrivere 86
3.8 Målenøyaktighet 89
3.8.1 Statiske feil 89
3.8.2 Dynamisk nøyaktighet 91
3.8.3 Behovet for nøyaktighet 93
Kapittel 4 Signalgivere 94
4.1 Innledning 94
4.2 Pressostater 94
4.3 Termostater 96
4.4 Nivåbrytere 97
4.5 Flammevakt 98
4.6 Koblingspunkt og differensial 99
DEL 2 STYRING 101
Kapittel 5 Styring 103
5.1 Innledning 103
5.2 Digital og analog automatisering 104
Kapittel 6 Komponenter 105
6.1 Releer 105
6.1.1 Funksjon 105
9
6.1.2 Klemmemerking 110
6.2 Halvledere 112
6.2.1 Innledning 112
Doping 114
6.2.2 PN-overgang, dioden 115
Lysdiode 117
Fotodioden 117
Zenerdioden 117
6.2.3 Diodekoblinger 118
Enveis likeretter 118
Toveis likeretter 119
Brulikeretter 120
Spenningsdobler 120
Betegnelser på dioder 121
6.2.4 Transistoren 121
Grunnkoblinger 123
FE-koblingen 123
FK-koblingen 124
FB-koblingen 124
Merking av transistorer 125
6.2.5 Tyristoren 125
6.3 Digitale kretser og porter 127
6.3.1 Innledning 127
6.3.2 Logiske grunnfunksjoner, porter 129
OG-funksjonen 129
ELLER-funksjonen 130
IKKE-funksjonen 130
NOG-funksjonen 131
NELLER-funksjonen 132
SR-vippe 133
6.3.3 Sannhetstabeller 134
6.3.4 Det binære tallsystemet 135
6.3.5 Boolsk algebra 137
Aksiomer 138
Lover 138
Regler 139
6.3.6 Det logiske skjemaet 140
6.3.7 Integrerte kretser 142
Pinnekonfigurasjon og kobling 146
Kobling av IC-enes innganger 147
6.3.8 Feilsøking 149
Måling på logiske elementer 150
6.3.9 PLS 151
Innledning 151
Beskrivelse 152
Inngangsenheten 152
Utgangsenheten 154
Reléutgang 154
Transistorutgang 155
10
Tyristorutgang 155
Triacutgang 156
Sentralenheten 156
Lager 157
RAM 157
EPROM 157
EEPROM 157
Biter og byter. Adresser 158
Logiske funksjoner 159
Tidsmålere 159
Tellere 160
Minner 160
Klokke 160
Programmeringsenheten 161
6.4 Alarm- og forriglingssystemer 163
6.4.1 Innledning 163
6.4.2 Alarmsystemet 164
6.4.3 Forriglingssystemet 166
Jordfeilovervåking 169
Forriglingsmatriser 170
Førstefeilsystemer 170
Kapittel 7 Pneumatikk 171
7.1 Innledning 171
7.2 Luftbehandling 172
7.3 Komponenter for pneumatikk 176
7.3.1 Energiomformere 177
7.3.2 Hovedkoblingselementer 179
7.3.3 Signalgivere 181
7.3.4 Andre komponenter 184
7.4 Styresystemer 190
7.4.1 Fjernmanøvrering 193
7.5 Dimensjonering av sylindere og ventiler 196
7.6 Igangkjøring, feilsøking og vedlikehold av pneumatiske anlegg 198
7.6.1 Oppstart 198
7.6.2 Feilsøking 199
7.6.3 Vedlikehold 200
7.6.4 Reparasjon og overhaling 201
7.7 Hydraulikk 202
7.7.1 Systemet 203
7.7.2 Pumper 204
7.7.3 Motorer 207
7.7.4 Ventiler 210
Trykkbegrensningsventilen 210
Mottrykksventil 211
7.7.5 Hydraulikkvæsken 212
11
DEL 3 ELEKTRO 213
Kapittel 8 Innledning 214
Kapittel 9 Komponenter 215
9.1 Kabler og ledningsmateriell 215
9.1.1 Dimensjonering av kabler og ledninger, spenningsfall 216
9.1.2 Ledermateriale 217
9.1.3 Isolasjonsmateriale 218
9.1.4 Oppbygning av kabler 220
9.2 Kontaktorer 221
9.2.1 Maksimalbryter 227
9.3 Sikringer 228
9.3.1 Oppbygningen av sikringene 229
9.4 Brytere 232
9.5 Motorvernbrytere 234
Kapittel 10 Elektromotorer 238
10.1 Trefaseasynkronmotoren 238
10.1.1 Kortslutningsmotoren 238
10.1.2 Sleperingsmotoren 241
10.2 Vedlikehold av elektriske motorer 244
10.2.1 Rengjøring 244
10.2.2 Tørking 245
10.2.3 Lagre 245
10.2.4 Sleperinger og børster 247
10.3 Symboler, styre- og hovedstrømsskjema 248
10.3.1 Symboler 248
10.3.2 Eksempler på styre- og hovedstrømsskjemaer 248
10.3.3 Stjerne-trekantvender 249
10.3.4 Dreieretningsvender 250
Kapittel 11 Kraftproduksjon og fordeling 251
11.1 Produksjon av elektrisk kraft 252
11.1.1 Generatoren 252
11.1.2 Spenningsreguleringen 254
11.2 Kraftfordeling 256
11.2.1 Hovedfordelingssystemet 256
11.2.2 Nødsystemet 257
11.3 Hovedtavlen, instrumenter og betjening 258
11.3.1 Hovedtavlen 258
Generatorfeltet 259
Synkroniseringsfeltet 261
Fordelingsfeltet 265
11.3.2 Vedlikehold på hovedtavlen 267
11.2.3 Eksempler på skjemaer 269
Kapittel 12 Forskrifter og vernetiltak 272
12.1 Regelverk og normer 273
12.2 Utdrag av Det Norske Veritas’ regler om elektriske maskiner og utstyr 273
12
12.2.1 Generatorer 273
12.2.2 Instrumenter 274
12.2.3 Generatorvern 274
12.2.4 Maksimalbrytere 274
12.2.5 Motorvern og betjeningsutstyr 275
DEL 4 REGULERINGSTEKNIKK 277
Kapittel 13 Innledning 278
13.1 Reguleringssløyfen 278
13.2 Historikk 281
13.3 Begreper og definisjoner 284
13.4 Eksempler på bruksområder 286
Kapittel 14 Reguleringsventiler 287
14.1 Innledning 287
14.2 Ventiltyper 287
14.2.1 Seteventil 287
14.2.2 Burventil 290
14.2.3 Kuleventil 291
14.2.4 Spjeldventil 293
14.2.5 Sluseventil 294
14.2.6 Pakkboks 294
14.3 Ventilkarakteristikker 296
14.4 Ekspansjonsfordampning og kavitasjon 297
14.4.1 Dimensjonering av ventiler 298
14.5 Service 299
14.5.1 Vedlikehold av ventilen 299
14.6 Forstillingsmekanismer 299
14.6.1 Membranmotor 300
14.6.2 Sylindere 302
14.6.3 Ventilstiller 303
Kapittel 15 Regulatoren 308
15.1 Innledning 308
15.2 Av/på-regulering 311
15.3 Kontinuerlige regulatorer 313
15.3.1 Proporsjonalfunksjonen 314
Oppbygning av P-regulatoren 316
15.3.2 Integralfunksjonen 319
Oppbygning av Pl-regulatoren 321
15.3.3 Derivatfunksjonen 322
Oppbygningen av PID-regulatoren 321
Prosessen 325
15.4 Justering av regulatorene 327
15.4.1 Justering av P-regulatoren 328
15.4.2 Justering av Pl-regulatoren 328
15.4.3 Justering av PID-regulatoren 328